Mô hình che khuất loga chuẩn (THUYẾT TRÌNH THÔNG TIN DI ĐỘNG NÂNG CAO )

ĐHCN-ĐHQG Hà nội Khoa Điện Tử Viễn Thông 1
Mô hình che khuất loga
chuẩn
Giảng viên: PGS.TS Trịnh Anh Vũ
Nhóm 3: Nguyễn Danh Đông
Nguyễn Thúy Quỳnh
Nguyễn Trần Tuấn
ĐHCN-ĐHQG Hà nội Khoa Điện Tử Viễn Thông 2
Mô hình che khuất loga chuẩn
•
Áp dụng:
-
Cho phép ước lượng mức tín hiệu thu như một hàm
của khoảng cách
-
Dự đoán SNR phục vụ thiết kế hệ thống thông tin di
động
•
Đặc điểm:
-
Mất mát trung bình tỷ lệ với loga khoảng cách d/d
0

và số mũ n (phụ thuộc môi trường cụ thể)
-
Mất mát lan truyền tại một vị trí cụ thể là một giá trị
ngẫu nhiên có phân bố loga chuẩn quanh giá trị mất
mát trung bình
ĐHCN-ĐHQG Hà nội Khoa Điện Tử Viễn Thông 3
Mô hình suy hao theo loga khoảng cách
•

Nhận xét:
-
Công suất trung bình của tín hiệu thu giảm theo
loga khoảng cách.
-
Hệ số mũ suy hao (n) do lan truyền phụ thuộc vào
môi trường cụ thể:
-
Công thức suy hao trung bình tổng quát:
Môi trường Hệ số mũ suy hao (n)
Không gian tự do 2
Vùng đô thị 2,7 – 3,5
Vùng đô thị bị che khuất 3 – 5








+=
0
0
_______
log10)()(
d
d
ndPLdBPL
ĐHCN-ĐHQG Hà nội Khoa Điện Tử Viễn Thông 4

Mô hình che khuất loga chuẩn
•
Đặt vấn đề:
-
Mô hình suy hao theo loga khoảng cách không
tính đến sự phức tạp của môi trường xung quanh
đối với đầu phát và đầu thu.
-
Sự phức tạp của môi trường xung quanh là không
đồng nhất.
=> Suy hao theo khoảng cách d tại một vị trí cụ thể
là một giá trị ngẫu nhiên có phân bố loga chuẩn
quanh giá trị suy hao trung bình phụ thuộc khoảng
cách
ĐHCN-ĐHQG Hà nội Khoa Điện Tử Viễn Thông 5
Mô hình che khuất loga chuẩn
•
Công thức suy hao theo khoảng cách d tại một vị
trí cụ thể :
n: hệ số mũ suy hao phụ thuộc môi trường
d: khoảng cách truyền
d
0:
khoảng cách tham chiếu
X
σ:
biến ngẫu nhiên phân bố Gauss trung bình zero
với độ lệch chuẩn σ.
σσ
X

d
d
ndPLXdPLdPL +








+=+=
0
0
_______
log10)()()(
ĐHCN-ĐHQG Hà nội Khoa Điện Tử Viễn Thông 6
Xác định phần trăm vùng phủ sóng
•
R: bán kính vùng phủ
sóng hình tròn (trạm gốc
là tâm tròn).
•
γ: ngưỡng tín hiệu thu
mong muốn.
•
U(γ): % diện tích của
hình tròn có mức tín hiệu
> γ
•

Pr[P
r
(r)>γ]: xác suất để
tín hiệu thu ngẫu nhiên
tại khoảng cách d=r vượt
quá ngưỡng γ
Bài toán: tìm quan hệ
U(γ) ~ Pr[P
r
(R)>γ]
ĐHCN-ĐHQG Hà nội Khoa Điện Tử Viễn Thông 7
Xác định phần trăm vùng phủ sóng
•
Khi đó, U(γ) được tính như sau:
•
Xác xuất được tính thông qua hàm lỗi như sau:
ĐHCN-ĐHQG Hà nội Khoa Điện Tử Viễn Thông 8
Xác định phần trăm vùng phủ sóng
•
Hàm Q:
–
Nếu X là biến ngẫu nhiên Gauss với trung bình và độ lệch
chuẩn
–
Trong đó Q là hàm định nghĩa bởi:
•
Hàm erf:
ĐHCN-ĐHQG Hà nội Khoa Điện Tử Viễn Thông 9
Xác định phần trăm vùng phủ sóng
•

Sử dụng công thức tham chiếu với khoảng cách tại
biên (r = R):
•
Ta có:
•
Đặt:
và:
•
Ta được:
ĐHCN-ĐHQG Hà nội Khoa Điện Tử Viễn Thông 10
Xác định phần trăm vùng phủ sóng
•
Bằng cách biến đổi: t = a + b.log(r/R), ta tính được
tích phân:
•
Chọn mức tín hiệu ở biên: P
r
(R) = γ (tức là a = 0).
Khi đó, U(γ) sẽ còn:
Phần trăm diện tích tín hiệu vượt ngưỡng
khi biên vượt ngưỡng
ĐHCN-ĐHQG Hà nội Khoa Điện Tử Viễn Thông 11
ĐHCN-ĐHQG Hà nội Khoa Điện Tử Viễn Thông 12
Ví dụ
•
Ví dụ : Cho n=4, σ=8dB nếu tại biên có sự phủ
sóng 75% (75% thời gian tín hiệu vượt quá
ngưỡng tại biên) thì vùng trong biên có sự phủ
sóng 94%. Khi n=3, σ=9dB thì 50% phủ sóng tại
biên sẽ cho 71% diện tích phủ sóng trong biên.

Bốn phép đo công suất tín hiệu thu cho kêt quả
theo bảng sau:
100m 0 dBm
200m -20 dBm
1000m -35 dBm
3000m -75 dBm
ĐHCN-ĐHQG Hà nội Khoa Điện Tử Viễn Thông 13
Ví dụ
Giả sử mô hình truyền sóng là che khuất chuẩn loga,
d
0
= 100m. Tìm:
a, Số mũ mất mát lan truyền
b, độ lệch chuẩn so với tín hiệu thu TB
c, Ước lượng công suất thu tại khỏang cách d=2km
d, Dự đoán xác suất tín hiệu thu tại khoảng cách 2km
lớn hơn -60dBm
e, Dự đoán phần trăm diện tích trong vùng bán kính
2km thu được tín hiệu lớn hơn -60dBm
ĐHCN-ĐHQG Hà nội Khoa Điện Tử Viễn Thông 14
Ví dụ
•
Giải:
a)Tổng bình phương các lỗi (giữa công suất đo
được và công suất dự đoán TB) được tính :
•
Ở đó công suất dự đoán TB (ký hiệu dấu mũ
trên đầu) được tính theo công thức:
•
Dùng công giá trị tham chiếu P(d

0
)=0 dBm
•
Ta có:
ĐHCN-ĐHQG Hà nội Khoa Điện Tử Viễn Thông 15
Ví dụ
•
Thay vào công thức tính tổng bình phương lỗi:
•
Số mũ mất mát được tính khi tối thiểu hàm J(n):
•
Ta được: n=4,4
b) Độ lệch chuẩn:
Do đó: σ = 6,17 dB
ĐHCN-ĐHQG Hà nội Khoa Điện Tử Viễn Thông 16
Ví dụ
c) Ước lượng công suất thu tại d=2km:
•
Một giá trị ngẫu nhiên Gauss trung bình zero , độ lệch σ
sẽ được cộng với giá trị ước lượng này để mô phỏng hiệu
ứng che khuất ngẫu nhiên tại d=2km
d) Xác suất để tín hiệu thu được tại khoảng cách này lớn
hơn -60dBm là:
e) Dùng phương trình hoặc đồ thị từ xác suất phủ sóng trên
biên ta tính được phần trăm diện tích trong biên có mức
tín hiệu thu lớn hơn -60dBm là 92%
ĐHCN-ĐHQG Hà nội Khoa Điện Tử Viễn Thông 17
Kết luận
•
Mô hình che khuất loga chuẩn có suy hao là một giá trị

ngẫu nhiên có phân bố Gauss xung quanh giá trị mất
mát trung bình tỷ lệ với loga khoảng cách (d/d
0
) và số
mũ mất mát lan truyền n
•
Sử dụng để ước lượng công suất tín hiệu thu
•
Dự đoán phần trăm diện tích trong vùng bán kính R thu
được tín hiệu lớn hơn ngưỡng mong muốn dựa theo
phần trăm tín hiệu vượt quá ngưỡng tại biên (sử dụng
hàm Q hoặc erf)
σσ
X
d
d
ndPLXdPLdPL +








+=+=
0
0
_______
log10)()()(