Luận văn: Mô hình phủ sóng & giao thoa doc

Tr ờng đại học
dân lập ph ơng đông

Khoa công nghệ thông tin
Chuyên ngành điện tử viễn thông
&

đồ áN TốT nghiệp


Giáo viên h ớng dẫn
:
TS. Lê chí quỳnh

Sinh viên thực hiện
:
phạm trọng đại
Mã số sinh viên
:
505102009
Lớp
:

505102


Hà Nội

4
/
2009



Đề tài:
Mô hình phủ sóng & giao thoa

Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
1
MụC lục
Trang

Mục lục 1
Mục lục hình vẽ 5
Lời mở đầu 9
Phần I
Cơ sở lý thuyết
Ch ơng I
Hệ thống Inbuilding.
1.1. Giới thiệu về hệ thống inbuilding 11
1.1.1. Nguồn tín hiệu 12
1.1.2. Hệ thống phân phối tín hiệu 14
1.1.3. Phần tử bức xạ 16
1.2. Mô hình truyền sóng và tính toán quỹ đ ờng truyền 17
1.2.1. Mô hình truyền sóng 18

1.2.2. Tính toán quỹ đ ờng truyền 20

Ch ơng II.
Anten và các hệ thống anten
2.1. Nguyên lý làm việc của anten 24
2.2. Các thuộc tính quan trọng của anten 26
2.2.1. Hệ số tăng ích và hệ số định h ớng của anten 27
2.2.2. Công suất bức xạ hiệu dụng ERP và EIRP 30
2.2.3. Hình dạng búp sóng 32
Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
2
2.2.4. Trở kháng và hệ số sóng đứng 35
2.2.5. Các tham số khác 36
2.3. Kỹ thuật hạn chế phading 38
2.3.1. Thu phân tập theo không gian 38
2.3.2. Phân tập theo cực tính 40

Phần II
Các mô hình truyền sóng
Ch ơng III
Một số mô hình truyền sóng
3.1. Mô hình Okumura 43
3.2. Mô hình SAKAGAMIKUBOL 46
3.3. Mô hình Hata 47
3.4. Mô hình COST231 Walfish Ikegami 48


Ch ơng IV
Mô hình truyền sóng trong nhà

4.1. Các mô hình thực nghiệm 52
4.1.1. Truyền sóng bên ngoài vào bên trong tòa nhà 52
4.1.2. Truyền sóng bên trong tòa nhà 60
4.2. Mô hình giải tích truyền sóng trong nhà ( Ray tracing) 72
Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
3
Phần III
Ch ơng trình mô phỏng
Ch ơng V
Tổng quan về visual basic 6.0

5.1. Giới thiệu vềVisual Basic 6.0 79
5.2. Cài đặt Visual Basic 6.0 79
5.3. Làm quen với VB6 80
5.3.1. Bắt đầu một dựán mới với VB6 80
5.3.2. Tìm hiểu các thành phần của IDE 81
5.3.3. Sử dụng thanh công cụtrong IDE của VB 82
5.3.4. Quản lý ứng dụng với Project Explorer 84
5.3.5. Cửa sổForm Layout 85
5.3.6. Biên dịch đề án thành tập tin thực thi 85
5.4. Biểu mẫu và một số điều khiển thông dụng 86
5.4.1. Các khái niệm 86

Ch ơng VI
Ch ơng trình mô phỏng
6.1. Giới thiệu 88
6.2. Ch ơng trình mô phỏng xác định vị trí trạm BTS và khoảng cách từ BTS đến
MS. 89
6.2.1. Các b ớc thực hiện 89

6.2.2. Mã nguồn ch ơng trình mô phỏng xác định vị trí trạm BTS và khoảng
cách từ BTS đến MS 92
6.3. Ch ơng trình mô phỏng xác định giá trị suy hao khoảng cách từ BTS đến
MS. 114
Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
4
6.3.1. Các b ớc thực hiện 114
6.3.2. Mã nguồn ch ơng trình mô phỏng xác định giá trị suy hao khoảng
cách từ BTS đến MS 117
6.4. Ch ơng trình mô phỏng, xác định góc ngẩng 135
6.4.1. Các b ớc thực hiện 135
6.4.2. Mã nguồn ch ơng trình mô phỏng và xác định giá trị góc ngẩng 136
Kết luận 139 -
Tài liệu tham khảo 141
Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
5

Mục lục hình vẽ
Trang

Hình 1.1. Thành phần của một hệ thống phủ sóng trong nhà 11
Hình1.2. Tín hiệu thâm nhập vào tòa nhà từ bên ngoài 12
Hình 1.3. Vùng phủ cho trong tòa nhà từ một tế bào macro trong mạng BTS
outdoor macro 12
Hình 1.4. Outdoor repeater 13
Hình 1.5. Vùng phủ cho tòa nhà đ ợc cung cấp bởi trạm indoor riêng 13
Hình 1.6. Indoor Repeater 14
Hình 1. 7. Giải pháp hệ thống phân phối cáp đồng trục thụ động 14

Hình 1.8. Sơ đồ một hệ thống anten phân phối chủ động cho khu tr ờng sở 15
Hình 1. 9. Sơ đồ một hệ thống anten phân phối chủ động cho một tòa nhà cao tầng16
Hình 1.10. Sơ đồ hệ thống lai ghép 16
Hình 1.11. Hệ thống phân phối cáp rò 17
Hình 1.12. So sánh suy hao t ờng theo mô hình Keenan Motley với suy hao
không gian tự do và công thức xấp xỉ 20
Hình 1.13. Sơ đồ một hệ thống phân phối antenna thụ động đơn giản 21
Hình 2.1. Tr ờng bức xạ xung quanh anten 25
Hình 2.2 Độ tăng ích của anten 27
Hình 2.3 Công suất bức xạ hiệu dụng của anten 31
Hình 2.4 Độ tăng ích của anten isotropic so với anten dipole 32
Hình 2.6 Hình dạng búp sóng bức xạ trên mặt phẳng ngang 34
Hình 2.7 Hình dạng búp sóng bức xạ trên mặt phẳng đứng 34
Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
6
Hình 2.8 Hình dạng búp sóng bức xạ trong không gian 3 chiều 35
Hình 2.9 Sự phân cực 37
Hình 2.10 Một số cấu hình của anten thu phân tập không gian 39
Hình 2.11 Tín hiệu thu phân tập theo không gian 40
Hình 2.12 Thu phân tập theo cực tính 41
Hình 3.1: Nhiễu xạ bờ 43
Hình 3.2: Đ ờng cong dự đoán suy hao 45
Hình 3.3: Các tham số trong mô hình Walfish- Ikegami 51
Hình 4.1. Trạm BTS dùng ở ngoại ô 53
Hình 4.2. Trạm BTS dùng cho nhà cao tầng 53
Hình 4.3 Phân bố tích lũy của sự thay đổi tín hiệu tại tần số 900MHz trong tòa
nhà không có đ ờng truyền LOS 58
Hình 4.4. Mối quan hệ giữa suy hao xâm nhập và số tầng tòa nhà 59
Hình 4.5. Mô hình phủ sóng trong các tòa nhà cao tầng 61

Hình 4.6. Sơ đồ mô tả hệ thống phủ sóng trong các tòa nhà cao tầng 62
Hình 4.7. Dạng trễ tín hiệu lan truyền trong một tòa nhà 6 tầng 69
Hình 4.8. Phân bố tích lũy của trễ lan truyền trong hai tòa nhà văn phòng 69
Hình 4.9. Ví dụ đơn giản về mô hình lan truyền sóng indoor 73
Hình 4.10. Quá trình xử lý ảnh 74
Hình 4.11 (a) Điểm phản xạ P2 không tồn tại trên bức t ờng 2. (b) Điểm phản xạ
P1 không tồn tại trên bức t ờng 1 75
Hình 4.11 (c) Tồn tại cả hai điểm phản xạ, vì vậy đ ờng truyền đ ợc xác định.
(d) Máy thu không nằm trong miền mô phỏng 77
Hình 5.1: Cửa sổkhi kích hoạt VB6 80
Hình 5.3: Cửa sổ IDE của VB6 81
Hình 5.4: Thanh công cụ ở dạng standard 82
Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
7
Hình 5.6: Thanh công cụ gỡ rối 83
Hình 5.7: Thanh công cụ Edit 83
Hình 5.8: Thanh công cụ thiết kế biểu mẫu 83
Hình 5.9: Hộp công cụ của VB 84
Hình 6.1. Giao diện chính của ch ơng trình 88
Hình 6.2. Xác định tần số làm việc 89
Hình 6.3. Xác định số tầng của tòa nhà 90
Hình 6.4. Nhập giá trị suy hao 90
Hình 6.4 ( b). Nhập giá trị suy hao phía bên trái 91
Hình 6.4 ( c). Nhập giá trị suy hao bên phải 91
Hình 6.5. Mô phỏng ch ơng trình 92
Hình 6.6. Xác định tần số làm việc 114
Hình 6.7. Xác định số tầng của tòa nhà 115
Hình 6.8 (a). Nhập khoảng cách từ BTS đến MS 115
Hình 6.8 ( b). Nhập khoảng cách từ BTS đến MS phía bên trái 116

Hình 6.8 (c). Nhập khoảng cách từ BTS đến MS phía bên phải 116
Hình 6.9. Ch ơng trình mô phỏng xác định giá trị suy hao 117
Hình 6.10 : Xác định tần số làm việc 135
Hình 6.11. Mô phỏng và xác định giá trị góc ngẩng 136

Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
8


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên
cứu của riêng tôi. Số liệu và tài liệu nêu trong đồ
án tốt nghiệp là trung thực. Các kết quả nghiên
cứu do chính tôi thực hiện d ới sự chỉ đạo của cán
bộ h ớng dẫn.

Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
9
Lời Mở đầu

Để mở rộng thị phần, ngoài việc cạnh tranh về giá cả, dịch vụ giá trị gia
tăng, chăm sóc khách hàng các nhà cung cấp dịch vụ di động cũng không
ngừng tập trung phát triển mạng l ới để có vùng phủ rộng, phủ sâu, chất l ợng
phủ sóng tốt. Tuy nhiên, ngay cả đối với các công ty cung cấp dịch vụ di động đã
phủ sóng 64/64 tỉnh thành có một vấn đề cần quan tâm là tại một số thành phố
lớn nh Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh chất l ợng phủ sóng trong các tòa nhà, đặc
biệt là các tòa nhà cao tầng của khách sạn, văn phòng ch a đ ợc đảm bảo.
Tại các tầng thấp th ờng có tình trạng sóng yếu, chập chờn, ở các tầng cao thì

nhiễu ( nhất là đối với các nhà khai thác chia sẻ chung băng tần GSM) dẫn đến
khó thực hiện và rớt cuộc gọi. Một trong các giải pháp nhằm khắc phục hiện
t ợng trên và đảm bảo chất l ợng cho khách hàng đ ợc các công ty áp dụng đó
là giải pháp phủ sóng trong nhà (inbuilding).
Có thể nói hiện nay đối với các tòa nhà lớn nh là sân bay, ga điện ngầm,
văn phòng cao tầng, siêu thị kinh doanh hàng hóa rộng lớn thì vấn đề vùng
phủ và dung l ợng đều rất quan trọng vì chất l ợng thoại di động ảnh h ởng
trực tiếp đến uy tín của nhà cung cấp dịch vụ. Tuy nhiên, do đặc tr ng vùng phủ
của những khi vực này rộng hoặc trải dài theo chiều dọc, sóng vô tuyến từ trạm
BTS bên ngoài tòa nhà (BTS outdoor macro) bị suy hao nhiều khi xuyên qua các
bức t ờng bê tông dẫn đến c ờng độ tín hiệu không đạt yêu cầu, nên giải phải
phủ sóng trong tòa nhà hiện nay đ ợc nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động lựa
chọn.
Mục tiêu của đồ án là nghiên cứu về vần đề ảnh h ởng tới chất l ợng phủ
sóng trong hệ thống Inbuilding và đ a ra các giải pháp khắc phục.
Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
10
Nội dung đồ án bao gồm các phần sau:
+ Phần I: Cơ sở lý thuyết.
Ch ơng I: Hệ thống Inbuilding.
Ch ơng II: Anten và các hệ thống anten.
+ Phần II: Các Mô hình truyền sóng
Ch ơng III: Mô hình truyền sóng trong nhà.
Ch ơng IV: Một số mô hình truyền sóng.
+ Phần III: Ch ơng trình mô phỏng.
Ch ơng V: Tổng quan về visual basic 6.0
Ch ơng VI: Ch ơng trình mô phỏng.
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, mặc dù em đã cố gắng nhiều nh ng
do trình độ có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận

đ ợc sự phê bình, h ớng dẫn và sự giúp đỡ của Thầy cô, bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của TS. Lê Chí Quỳnh cùng
các Thầy cô trong khoa Công nghệ Thông tin, chuyên ngành Điện tử Viễn thông
đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 21 tháng 02 năm 2009
Sinh viên
Phạm Trọng Đại
Phần I: cơ sở lý thuyết Ch ơng I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
11
Phần I
Cơ sở lý thuyết
Ch ơng I
Hệ thống Inbuilding.
1.1. Giới thiệu về hệ thống inbuilding.
Có thể nói hiện nay đối với các tòa nhà lớn nh là sân bay, ga điện ngầm,
văn phòng cao tầng, siêu thị kinh doanh hàng hóa rộng lớn thì vấn đề vùng phủ
và dung l ợng đều rất quan trọng vì chất l ợng thoại di động ảnh h ởng trực tiếp
đến uy tín của nhà cung cấp dịch vụ. Tuy nhiên, do đặc tr ng vùng phủ của
những khi vực này rộng hoặc trải dài theo chiều dọc, sóng vô tuyến từ trạm BTS
bên ngoài tòa nhà (BTS outdoor macro) bị suy hao nhiều khi xuyên qua các bức
t ờng bê tông dẫn đến c ờng độ tín hiệu không đạt yêu cầu, nên giải phải phủ
sóng trong tòa nhà hiện nay đ ợc nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động lựa chọn.
Hệ thống inbuilding bao gồm 3 phần chính: nguồn tín hiệu, hệ thống phân
phối tín hiệu và phần tử bức xạ. Trong đó hệ thống phân phối tín hiệu là điểm
khác biệt điển hình giữa hệ thống inbuilding so với hệ thống mạng BTS outdoor
macro thông th ờng.

Nguồn tín hiệu

Hệ thống phân phối tín hiệu Phần tử bức xạ
Hình 1.1. Thành phần của một hệ thống phủ sóng trong nhà.

Bộ lặp

hoặc
BTS
Cáp rò

hoặc
Anten
Hệ thống phân phối thụ
động

hoặc
Hệ thống phân phối tích cực
Hoặc
Hệ thống phân phối lai ghép
Phần I: cơ sở lý thuyết Ch ơng I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
12
1.1.1. Nguồn tín hiệu
Để phủ sóng cho inbuilding ta có thể dùng:
a. Nguồn tín hiệu bằng trạm outdoor
Đây là giải pháp đơn giản nhất để cung cấp vùng phủ cho các tòa nhà với
tín hiệu từ các trạm macro bên ngoài tòa nhà. Giải pháp này đ ợc khuyến nghị
nếu l u l ợng trong tòa nhà không cao, hoặc chủ tòa nhà không cho phép lắp đặt
thiết bị và đi cáp trong tòa nhà hoặc triển khai giải pháp dành riêng cho nó

không kinh tế. Khi đó vùng phủ đ ợc cung cấp bằng cách:
Tín hiệu sẽ thâm nhập vào tòa nhà từ bên ngoài. Điều này chỉ thực hiện
đ ợc đối với các tòa nhà có khoảng hở lớn đối với bên ngoài hoặc ít t ờng, cửa
sổ kim loại.

Hình1.2. Tín hiệu thâm nhập vào tòa nhà từ bên ngoài
Đặt BTS trên các tòa nhà xung quanh và h ớng anten tới tòa nhà cần phủ.
Khi đó không cần đến hệ thống phân phối tín hiệu nữa và phần tử bức xạ chính
là anten của trạm BTS outdoor macro đó.

Hình 1.3. Vùng phủ cho trong tòa nhà từ một tế bào macro trong mạng BTS
outdoor macro
Phần I: cơ sở lý thuyết Ch ơng I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
13
ã Ưu điểm của giải pháp này là chi phí thấp, không mất nhiều thời gian
trong triển khai, có thể phủ cả ngoài nhà ( outdoor) và trong nhà (indoor).
ã Nh ợc điểm của giải pháp này là vùng phủ hạn chế, tốc độ bít thấp đối với
các dịch vụ dữ liệu, dung l ợng thấp và chất l ợng không thể chấp nhận đ ợc ở
một số phần trong tòa nhà. Suy hao tăng dần khi tần số càng cao, do vậy khó
cung cấp vùng phủ cho tòa nhà mức tín hiệu tốt. Suy hao có thể khắc phục bằng
cách tăng công suất từ các trạm ngoài nhà nh ng nhiễu sẽ tăng. việc thiết kế tần
số gặp nhiều khó khăn do quỹ tần số hạn hẹp (nhất là đối với các nhà khai thác
chia sẻ chung băng tần GSM).
Ngoài cách phủ sóng trong nhà bằng trạm outdoor ta có thể sử dụng trạm
lặp (Repeater) làm nguồn vô tuyến cung cấp cho hệ thống phân phối. Khi đó
vùng phủ của trạm outdoor hiện có đ ợc mở rộng. Nh ng giải pháp này ít đ ợc
sử dụng trong thực tế vì c ờng độ tín hiệu, chất l ợng, sự ổn định, dung l ợng
phụ thuộc vào trạm BTS bên ngoài và việc thiết kế cho trạm lặp (quỹ đ ờng
truyền, mức độ cách ly 2 h ớng) mặc dù giá thành thấp, triển khai nhanh, dễ

dàng. Vì có nhiều nh ợc điểm nói trên nên thực tế rất ít nhà cung cấp dịch vụ di
động sử dụng giải pháp này, trừ tr ờng hợp bất khả thi.

Hình 1.4. Outdoor repeater
b. Nguồn tín hiệu bằng trạm indoor dành riêng

Hình 1.5. Vùng phủ cho tòa nhà đ ợc cung cấp bởi trạm indoor riêng.
Phần I: cơ sở lý thuyết Ch ơng I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
14
Giải pháp này có thể tăng thêm dung l ợng cho những vùng trong nhà yêu
cầu l u l ợng cao. Vấn đề chính ở đây là cung cấp dung l ợng yêu cầu trong khi
vẫn đảm bảo vùng phủ tốt của tòa nhà mà không làm ảnh h ởng tới chất l ợng
dịch vụ của mạng BTS outdoor macro. Vì vậy giải pháp này đ ợc các nhà cung
cấp dịch vụ di động trong khu vực sử dụng nh SingTel, Digi
ã Ưu điểm của giải pháp này là nguồn tín hiệu từ bên ngoài ổn định, mức
tín hiệu tốt, mở rộng dung l ợng hệ thống dễ dàng
ã Nh ợc điểm của giải pháp là giá thành cao, yêu cầu phải có cách bố trí tần
số/ kênh cụ thể và xây dựng hệ thống truyền dẫn đảm bảo tính mỹ thuật.

Hình 1.6. Indoor Repeater
1.1.2. Hệ thống phân phối tín hiệu.
Hệ thống phân phối tín hiệu có nhiệm vụ phân phối tín hiệu từ nguồn cung
cấp đi đến các anten hoặc phần tử bức xạ khác và đ ợc phân loại thành:
a. Hệ thống thụ động.
Hệ thống thụ động là hệ thống anten đ ợc phân phối bằng cáp đồng trục
và các phần tử thụ động. Đây là giải pháp phổ biến nhất cho các khu vực phủ
sóng inbuilding không quá rộng, có đặc điểm:

Hình1. 7. Giải pháp hệ thống phân phối cáp đồng trục thụ động

Phần I: cơ sở lý thuyết Ch ơng I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
15
ã Trạm gốc đ ợc dành riêng cho tòa nhà: Tín hiệu vô tuyến từ trạm gốc
đ ợc phân phối qua hệ thống đến các anten. Vùng phủ cho tòa nhà đ ợc giới hạn
đồng thời không làm ảnh h ởng đến chất l ợng mạng BTS outdoor macro.
Nh ng yêu cầu kỹ s thiết kế phải tính toán quỹ đ ờng truyền cận thận vì mức
công suất ở mỗi anten phụ thuộc và sự tổn hao mà các thiết bị thụ động đ ợc sử
dụng, đặc biệt là chiều dài cáp.
ã Các thiết bị chính gồm: Cáp đồng trục, bộ chia (spliter/tapper), bộ lọc
(filter), bộ kết hợp (combiner), anten.
b. Hệ thống chủ động
Hệ thống chủ là hệ thống anten phân phối sử dụng cáp quang và các thành
phần chủ động (bộ khuếch đại công suất). Việc sử dụng cáp quang từ BTS tới
khối điều khiển từ xa có thể mở rộng tới từng vị trí anten riêng lẻ bằng cách: Tín
hiệu RF từ BTS đ ợc chuyển đổi thành tín hiệu quang rồi truyền đến và đ ợc
biến đổi ng ợc lại thành tín hiệu RF tại khối điều khiển từ xa tr ơc khi đ ợc
phân phối tới một hệ thống cáp đồng nhỏ. Ngoài ra, hệ thống còn sử dụng các
thiết bị khác trong việc phân phối tín hiệu: Hub quang chính, cáp quang, Hub mở
rộng, khối anten từ xa.

Hình 1.8. Sơ đồ một hệ thống anten phân phối chủ động cho khu tr ờng sở.
Giải pháp này th ờng đ ợc sử dụng cho những khu vực phủ sóng
inbuilding rất rộng, khi mà hệ thống thụ động không đáp ứng đ ợc chỉ tiêu kỹ
thuật suy hao cho phép. Khi đó một BTS phục vụ đ ợc nhiều tòa nhà trong một
vùng, th ờng là các tr ờng sở. Các kết nối khoảng cách xa (hơn 1 km) sử dụng
Phần I: cơ sở lý thuyết Ch ơng I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
16
cáp quang, sự phân phối giữa một tầng và các phần trong tòa nhà có thể dùng cáp

xoắn đôi dây. Nh ng nh ợc điểm dễ nhận thấy là chi phí cao.

Hình1. 9. Sơ đồ một hệ thống anten phân phối chủ động cho một tòa nhà cao tầng
c. Hệ thống lai ghép

Hình 1.10. Sơ đồ hệ thống lai ghép
Hệ thống này là sự kết hợp giữa hệ thống thụ động và chủ động. Giải pháp
này dung hòa đ ợc cả u nh ợc điểm của hai hệ thống thụ động và chủ động. Vì
nó vừa đảm bảo chất l ợng tín hiệu cho những khi vực phủ sóng trong mà có quy
mô lớn lại vừa tiết kiệm chi phí.
1.1.3. Phần tử bức xạ.
Phần tử bức xạ có nhiệm vụ biến đổi năng l ợng tín hiệu điện thành sóng
điện từ phát ra ngoài không gian và ng ợc lại. Do hệ thống trong nhà đ ợc sử
dụng ở những khu vực có vùng phủ sóng đặc biệt cho nên đối với từng công trình
cụ thể đòi hỏi phải có phần tử bức xạ thích hợp. Cụ thể:

Phần I: cơ sở lý thuyết Ch ơng I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
17
a. Anten
Sử dụng thích hợp với những vùng phủ có khuynh h ớng tròn hoặc hình
chữ nhật. Đó là vì anten cho vùng phủ sóng không đồng đều, việc tính quỹ
đ ờng truyền phụ thuộc nhiều vào cấu trúc của tòa nhà. Phạm vi phủ sóng của
anten ở dải GSM900 là
á
2530
mm
; GSM1800 là
1518
mm

á
. Có 2 loại anten
th ờng đ ợc sử dụng là anten vô h ớng (omni) và anten có h ớng (yagi). Anten
vô h ớng có tính thẩm mỹ, nhỏ gọn dễ lắp đặt nên có thể kết hợp hài hòa với môi
tr ờng trong tòa nhà, còn anten có h ớng có độ tăng ích cao thích hợp khi phủ
sóng trong thang máy.
b. Cáp rò
Đặc điểm của cáp rò (còn gọi là cáp tán xạ) là có c ờng độ tín hiệu đồng
đều theo một trục chính nên th ờng đ ợc dùng cho các vùng phủ phục vụ kéo
dài đặc biệt nh hành lang dài, xe điện ngầm, đ ờng hầm Phạm vi phủ sóng
của cáp rò chỉ vào khoảng 6m nh ng lại có u điểm hơn hẳn với anten là hỗ trợ
đ ợc dải tần số rộng từ
1 2500
MHzMHz
á
.

Hình 1.11. Hệ thống phân phối cáp rò
1.2. Mô hình truyền sóng và tính toán quỹ đ ờng
truyền.
Trong hệ thống inbuilding thì tín hiệu sau khi từ nguồn tín hiệu đi qua hệ
thống phân phối tín hiệu đến phần tử bức xạ và phát ra không gian sẽ chịu thêm
một l ợng suy hao phụ thuộc vào số tầng cũng nh số bức t ờng mà sóng trực
tiếp truyền qua rồi mới đến thiết bị đầu cuối của thuê bao di động. Để dự đoán
Phần I: cơ sở lý thuyết Ch ơng I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
18
những suy hao này nhà thiết kế sẽ sử dụng mô hình truyền sóng trong nhà từ đó
tính toán ra quỹ đ ờng truyền yêu cầu t ơng ứng. Thực chất mô hình truyền
sóng là công thức tính suy hao sóng vô tuyến khi truyền qua các vật cản và đ ợc

xây dựng từ rất nhiều quá trình đo đạc thực nghiệm cụ thể, còn quỹ đ ờng truyền
sẽ xác định tất cả các tham số suy hao tối đa cho phép tính từ nguồn tín hiệu đến
máy di động để từ đó có đ ợc cái nhìn tổng quan hơn về hệ thống.
1.2.1. Mô hình truyền sóng.
Khác với truyền dẫn hữu tuyến chỉ truyền trên những đôi dây đã đ ợc thiết
kế định tr ớc, suy hao có thể l ờng tr ớc và tính toán đ ợc thì việc tính toán
trong truyền dẫn vô tuyến là rất đa dạng và phức tạp do đặc kiểm kênh truyền
mở. Thông tin di động là trong những dịch vụ thông tin đặc biệt, cho phép thuê
bao trao đổi thông tin ngay cả khi đang di chuyển nên kênh truyền sóng liên tục
thay đổi trong quá trình thuê bao di động. Vì vậy, yêu cầu hàng đầu đối với nhà
thiết kế là phải dự đoán t ơng đối chính xác mức thu năng l ợng tại từng vị trí
của thuê bao di động. Do môi tr ờng truyền sóng của mạng BTS outdoor macro
(không gian tự do) không còn đúng với môi tr ờng truyền sóng của hệ thống
trong nhà nên một yêu cầu đặt ra là cần phải có một mô hình truyền sóng trong
nhà riêng.
Có nhiều mô hình truyền sóng trong nhà đ ợc các nhà nghiên cứu đ a ra
nh mô hình của Bertoni, N.Yarkoni N.Blaunstein, Rappaport do đặc tr ng
của môi tr ờng truyền sóng phức tạp, do cấu trúc và vật liệu xây dựng đa dạng
nh ng vì khuôn khổ bài viết có hạn nên ở đây chỉ giới thiệu mô hình Motley &
Keenan vì những u điểm của nó.
Motley & Keenan cho rằng tổn hao trung bình
()
pld
là một hàm của
khoảng cách
d
có thể đ ợc tính từ tổn hao không gian tự do
()
fs
pld

và từ số các
bức t ờng
I
giữa Tx và Rx.
()() (1)
I
KeenanMotleyfswi
i
pldpldL=+
ồ

Phần I: cơ sở lý thuyết Ch ơng I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
19
Trong đó
wi
L
là tổn hao của bức t ờng thứ i.
Cụ thể:
L(dB)=32.5 + 20*log f + 20*log d + k*F(k) + p*W(k) + D(d d
b
) (2)
(công thức tính cho không gian tự do)
Trong đó:
L: Tổn hao đ ờng truyền (dB).
f: Tần số (MHz).
d: Khoảng cách từ máy phát đến máy thu (km).
k: Số tầng mà sóng trực tiếp truyền qua.
F: Hệ số tổn hao của tầng (dB).
p: Số bức t ờng mà sóng trực tiếp truyền qua.

W: Hệ số tổn hao của t ờng (dB) (note 1).
D: Hệ số tổn hao tuyến tính (dB/m) (note 2).
d
b
: Điểm ngắt trong nhà (indoor breakpoint) (m) ( note 2).
Note 1: Các bức t ờng mỏng thông th ờng có tổn hao 7 dB còn các bức
t ờng dày có tổn hao 10 dB.
Note 2: Đối với khoảng cách ở điểm ngắt, trung bình cộng thêm vào 0.2
dB/m.
điểm ngắt điển hình: 65m.
Phần I: cơ sở lý thuyết Ch ơng I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
20

Hình 1.12. So sánh suy hao t ờng theo mô hình Keenan Motley với suy hao
không gian tự do và công thức xấp xỉ.
Trên thực tế mô hình truyền sóng Keenan Motley hay đ ợc sử dụng để dự
đoán sơ bộ suy hao truyền sóng trong nhà bởi lẽ không quá phức tạp, mô hình
này có u điểm là tính toán đơn giản, không có nhiều thông số phải giả định
hoặc thực nghiệm. Ngoài ra cũng từ mô hình truyền sóng này, có thể nhận thấy
suy hao truyền sóng trong nhà phụ thuộc chủ yếu vào số tầng và số bức t ờng
mà sóng trực tiếp truyền qua. Kết quả đo đạc thực tế của các mô hình truyền
sóng khác cũng đã chỉ ra sự phức tạp của truyền sóng trong môi tr ờng trong nhà
và khó mô phỏng nó một cách chính xác vì kết cấu của tòa nhà khác nhau, vật
liệu khác nhau
1.2.2. Tính toán quỹ đ ờng truyền.
Mục đích chính của việc tính toán quỹ đ ờng truyền (link budget) là xác
định tất cả các tham số suy hao tối đa cho phép giữa trạm BTS và máy di động
MS để từ đó có đ ợc cái nhìn tổng quan về công suất, tăng ích và tổn hao của hệ
thống. Đồng thời giúp cho nhà thiết kế dễ dàng dự phòng mức dự trữ hợp lý dành

cho khi cần nâng cấp hoặc mở rộng hệ thống.
Pout_bts > Ssdes + Lp Ga + Lf + Lps + Lc (3)
Trong đó:
Pout_bts: Công suất đầu ra của tại đầu nối anten.
Phần I: cơ sở lý thuyết Ch ơng I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
21
Lp: Suy hao đ ờng truyền từ anten tới MS tại biên tế bào (mô hình truyền
sóng Keenan Motley).
Ga: Hệ số tăng ích của anten BTS, hệ số tăng ích của anten MS xem nh là
0 dB.
Lf: Suy hao fiđơ.
Lps: Suy hao ở bộ công suất bộ chia.
Lc: Suy hao trong các bộ mở rộng, kết hợp, bộ xong công, bộ phối hợp
SSdes: C ờng độ tín hiệu thiết kế.
SSdes =EiRP Lp.
EiRP: Công suất bức xạ đẳng h ớng t ơng đ ơng.
EiRP = Pout_bts Lc Lf + Ga (4)

Hình 1.13. Sơ đồ một hệ thống phân phối antenna thụ động đơn giản.
Ví dụ: Tính toán EiRP cho một hệ thống phân phối anten thụ động đơn
giản.
EiRP = 29dBm (Pout_bts) 18dB (6x bộ chia) 11 dB (suy hao feeder) +
2dBi(Ant.Gain) = + 2 dBm
Tóm lại: EiRP có thể phụ thuộc các yếu tố sau:
- Vị trí đặt anten.
- Loại anten.
Phần I: cơ sở lý thuyết Ch ơng I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
22

- Đặc thù của vùng phủ: mở, khép kín, trần cao hay trần thấp.
- Loại t ờng bao: t ờng dày thì có thể dùng EiRP cao mà không lo tín
hiệu thoát ra ngoài quá mạnh.
- Số l ợng và tính chất t ờng ngăn quanh anten.
Tuy nhiên đối với các tòa nhà cao tầng th ờng gặp, cấu trúc các tầng
th ờng giống nhau nên để đơn giản hóa thì nên làm EIRP đồng đều trong từng tế
bào.
Sau khi tính toán EIRP, cần phải tính toán kiểm tra các chỉ tiêu truyền
sóng khác, cụ thể:
Đ Total loss là tổng tổn hao từ đầu ra máy phát đến anten:
Total loss = ( hybrid couple loss + tổn hao bộ chia + suy hao coupler +
suy hao cáp). (5)
Đ Năng l ợng bức xạ đẳng h ớng t ơng đ ơng EIRP:
EIRP = (Tx
BTS
+ Ant.Gain) tổng suy hao + Booster (6)
Trong đó:
- Tx
BTS
là công suất phát của trạm BTS, Tx
BTS
= 47 dBm đối với dải tần
900 MHz và 45 dBm đối với 1800 MHz.
- Booster là bộ khuếch đại sử dụng khi tuyến truyền dẫn từ BTS đến anten
quá dài không đảm bảo công suất đầu ra tại anten.
- Ant.Gain = 5 dB
Đ Hiệu quả phủ sóng ở đ ờng xuống:
- Mức công suất MS thu đ ợc nhở nhất:
MS minimun receivable (dB) = EIRP tổn hao không gian tự do
fading margin tổn hao thân nhiệt att.Wall loss. (7)

- Mức dự trữ hệ thống đ ờng xuống (dành cho khi nâng cấp, mở rộng hệ
thống):
Phần I: cơ sở lý thuyết Ch ơng I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
23
System margin left over (dB) = tiêu chí vùng phủ + MS minimum
receivable level. (8)
- Tổn hao đ ờng truyền lớn nhất cho phép:
Max allowable part loss (dB) = EIRP fading margin suy hao thân
nhiệt tiêu chí vùng phủ. (9)
Đ Hiệu quả phủ sóng ở đ ờng lên:
- Mức công suất BTS thu đ ợc nhỏ nhất:
BTS minimum receivable level (dB) = Tx
MS
tổng suy hao suy hao
không gian tự do fading margin suy hao thân nhiệt. (10)
- Mức dự trữ hệ thống đ ờng lên (dành cho khi nâng cấp, mở rộng hệ
thống):
System margin left over (dB) = Rx
BTS
+ BTS minimum receivable level. (11)
Phần i: cơ sở lý thuyết ch ơng II: anten và các hệ thống anten
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông
24
Ch ơng II.
Anten và các hệ thống anten
2.1. Nguyên lý làm việc của anten.
Nghiên cứu về các vấn đề liên quan đến anten có phạm vi rất rộng. Trong
ch ơng này, tôi chỉ muốn đề cập một cách ngắn gọn các vấn đề về hoạt động và
các tham số đặc tính của anten.

Tr ớc tiên, anten đ ợc định nghĩa là thiết bị bức xạ và thu nhận năng
l ợng sóng vô tuyến. Anten là một thiết bị t ơng hỗ, nghĩa là anten có thể đ ợc
sử dụng đồng thời nh nhau cho cả phía phát và phía thu. Cấu trúc của anten
đ ợc thiết kế để sao cho có khả năng chuyển đổi giữa sóng dẫn và sóng tự do.
Sóng dẫn bị giam cầm trong môi tr ờng giới hạn của đ ờng truyền dẫn để truyền
tín hiệu từ một điểm này đến một điểm khác. Trong khi đó, sóng tự do đ ợc bức
xạ không có giới hạn trong không gian. Một đ ờng truyền dẫn đ ợc thiết kế để
có đ ợc sự suy hao bức xạ là thấp nhất, trong khi anten đ ợc thiết kế sao cho đạt
đ ợc độ bức xạ là cực đại. Sự bức xạ xảy ra khi đ ờng truyền dẫn không liên tục,
không cân bằng về dòng điện.
Anten là một thiết bị quan trọng trong bất cứ hệ thống vô tuyến nào. Sóng
vô tuyến đ ợc phát vào trong không gian tự do thông qua anten. Tín hiệu đ ợc
lan truyền trong không gian và một phần nhỏ tín hiệu sẽ đ ợc thu lại bởi anten
thu. Tín hiệu sau đó sẽ đ ợc khuếch đại, chuyển đổi và xử lý để khôi phục lại
thông tin.
Không gian xung quanh một anten đ ợc chia thành 3 miền tùy theo đặc
tính của tr ờng bức xạ. Vì tr ờng bức xạ thay đổi giữa các miền liên tục nên việc
phân định ranh giới giữa các miền là khó khăn.
Tr ờng gần phản xạ lại là miền gần anten nhất. Trong tr ờng này, năng
l ợng không đ ợc bức xạ mà đ ợc khôi phục và bức xạ ng ợc liên tục tạo thành
dao động. Ngoài ra, thành phần sóng phản xạ lại lớn hơn thành phần bức xạ. Đối
với các phần tử bức xạ b ớc sóng ngắn, thành phần phản xạ lại và bức xạ sẽ cân