Tiểu luận mô hình truyền sóng OKUMURA

MỤC LỤC
Mở đầu ………………………………………………… 3
Chương 1 : Tổng quan về truyền sóng …………………. 5
1.1. Nguyên lý truyền dẫn sóng điện từ …………… 5
1.2. Suy hao đường truyền trên các địa hình ………… 9
Chương 2 : Một số mô hình truyền sóng ……………… 11
2.1 Các mô hình truyền sóng ……………………….11
2.1.1 Mô hình Okumura …………… . ……… 11
2.1.2 Mô hình Hata ……………… ………….13
2.1.3 Mô hình Cost 231…………………….… 14
2.2 So sánh ………………………………………….16
Chương 3 : Mô hình Okumura và ứng dụng…………….17
3.1. Mô hình Okumura ………………………………… 17
3.2. Ứng dụng ………… ………………………………21
Kết luận …………………………………………………21
MỞ ĐẦU
Hệ thống thông tin di động toàn cầu (tiếng
Anh: Global System for Mobile Communications; tiếng
Pháp: Groupe Spécial Mobile; viết tắt: GSM) là một công
nghệ dùng cho mạng thông tin di động. Dịch vụ GSM được
sử dụng bởi hơn 2 tỷ người trên 212 quốc gia và vùng lãnh
thổ. Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể
roaming với nhau do đó những máy điện thoại di động GSM
của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng được nhiều
nơi trên thế giới.
GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động (ĐTDĐ)
trên thế giới. Khả năng phú sóng rộng khắp nơi của chuẩn
GSM làm cho nó trở nên phổ biến trên thế giới, cho phép
người sử dụng có thể sử dụng ĐTDĐ của họ ở nhiều vùng
trên thế giới. GSM khác với các chuẩn tiền thân của nó về
cả tín hiệu và tốc độ, chất lượng cuộc gọi. Nó được xem

như là một hệ thống ĐTDĐ thế hệ thứ hai (second
generation, 2G). GSM là một chuẩn mở, hiện tại nó được
phát triển bởi 3rd Generation Partnership Project (3GPP)
Đứng về phía quan điểm khách hàng, lợi thế chính của GSM
là chất lượng cuộc gọi tốt hơn, giá thành thấp và dịch vụ tin
nhắn. Thuận lợi đối với nhà điều hành mạng là khả năng
triển khai thiết bị từ nhiều người cung ứng. GSM cho phép
nhà điều hành mạng có thể sẵn sàng dịch vụ ở khắp nơi, vì
thế người sử dụng có thể sử dụng điện thoại của họ ở khắp
nơi trên thế giới. Các mạng di động GSM hoạt động trên 4
băng tần. Hầu hết thì hoạt động ở băng 900 MHz và
1800 MHz.
Các mạng sử dụng băng tần 900 MHz thì đường lên (từ
thuê bao di động đến trạm truyền dẫn uplink) sử dụng tần số
trong dải 890–915 MHz và đường xuống downlink sử dụng
tần số trong dải 935–960 MHz
Chương 1 : Tổng quan về truyền sóng
1. Nguyên lý truyền dẫn sóng điện từ
1.1. Các cơ chế lan truyền song điện từ
Lan truyền sóng điện từ được chia thành 3 cơ chế cơ bản :
• Phản xạ
• Khúc xạ
• Tán xạ
Hình 1.1.1 : Các cơ chế lan truyền sóng điện từ
Phản xạ là hiện tượng xảy ra khi song điện từ và đập vào vật thể
có kích thước lớn hơn rất nhiều so với bước sóng.
Khúc xạ là cơ chế xảy ra khi đường truyền sóng bị che khuất một
phần bởi một vật thể . Trong thong tin vô tuyến đây là thuộc tính
rất quan trọng. Nó làm tang hiệu ứng che khuất và nó cho phép
thiết kế một hệ thống mạng di động với vị trí của trạm gốc với hay

di động luôn thay đổi.
Tán xạ là cơ chế truyền dẫn trong trong môi trường có chứa vật
thể nhỏ hơn nhiều so với bước sóng tín hiệu.
1.2. Các hiệu ứng lan truyền sóng
Lan truyền sóng điện từ trong môi trường thực là một quá
trình phức tạp, đó là sự kết hợp của nhiều cơ chế lan truyền khác
nhau. Tuy nhiên, nó được mô hình hóa thành 3 loại hiệu ứng cơ
bản sau:
• Hiệu ứng nhiều tia
• Hiệu ứng che khuất.
• Lan truyền qua tòa nhà và khu vực giao thông.
Hiệu ứng nhiều tia là hiệu ứng lan truyền song rất phổ biến
trong môi trường di động. Nó là sự tổng quát hóa của cơ chế phản
xạ hai tia. Trong thực tế, lan truyền nhiều tia sẽ có hang chục đến
hang trăm tín hiệu thành phần với biên độ và pha ngẫu nhiên sẽ
đến máy thu.
Đây là cơ chế phading nhanh, nó xuất hiện khi tín hiệu thu được
từ rất nhiều đường truyền có pha biến đổi. Kết quả là pha sẽ loại
trừ nhau một cách ngẫu nhiên, gây ra phading nhanh, đôi khi rất
sâu hoặc đội khi biên độ tăng lên nhiều lần, xuất hiện với khoảng
cách là hệ số nguyên lần bước song.
Phadinh nhanh được chia làm 2 loại. Đó là phadinh Rayleigh
và Racian.
Khi một máy di động di chuyển qua một vùng phủ sóng, mỗi
một cơ chế lan truyền sẽ có ảnh hưởng tức thời đến tín hiệu thu
được.
Lấy ví dụ, nếu máy di động có một đường truyền thẳng tới trạm
gốc, thì các cơ chế lan truyền khác sẽ không gây ảnh hưởng đến tín
hiệu thu được. Đây là phân bố của phadinh Racian.
Ngược lại, nếu từ mấy di động đến trạm gốc không có đường

truyền thẳng, thì các cơ chế lan truyền khác như phản xạ, khúc xạ
là đường truyền tín hiệu chính đến may thu. Đây là phân bố cua
phadinh Rayleigh.
Nói chung, chúng ta nên xem phading Rayleigh là trường hợp
tổng quát. Phadinh Raycian chỉ là trường hợp đặc biệt.
Hình 1.1.2 : Hiệu ứng lan truyền nhiều tia
Hình 1.1.3 : Phading Rayleigh
Hiệu ứng che khuất: sự thay đổi chậm trong suy hao đường
truyền gây ra bởi sự che chắn hoặc một phần do kich thước lớn của
vật thể hoặc đặc tính của địa hình. Sự che khuất thay đổi chậm
được miêu tả bởi một phân bố khác nhau gọi là phân bố loga. Đó là
kết quả của cơ chế tán xạ trên một số các vật thể, dẫn tới sự thay
đổi ngẫu nhiên của tín hiệu.
Lan truyền qua tòa nhà và khu vực giao thông.
Mấy di động có thể di chuển khắp mọi nơi, trong tòa nhà cũng
như trên các phương tiện giao thông, trên mọi nẻo đường. để đảm
bảo rằng cường độ tín hiệu đủ mạnh tới các máy di động, chúng ta
cần phải tính toán suy hao đường truyền khi tín hiệu xuyên qua các
vật thể. Vì có sự khác nhau của vật liệu, hướng truyền, vị trí của
vật thể nên rất khó có thể dự đoán chính xác suy hao cho từng
trường hợp cụ thể. Vi vậy, chúng ta phải sử dụng các mô hình
thống kê.
Cụ thể là chúng ta muốn biết suy hao năng lượng trung bình của
tín hiệu khi đi qua vật thể. Dự đoán mức tín hiệu trong tòa nhà là
rất phức tạp. một tòa nhà là sự tổ hợp của nhiều vật cản. cô chế lan
truyền cơ bản được ứng dụng cho tín hiệu lan truyền vào và bên
trong tòa nhà là khúc xạ.
Mức tín hiệu bên trong tòa nhà chịu ảnh hưởng của nhiều tham
số khác nhau. Đó là:
1. Góc tới của tín hiệu từ trạm gốc đến tòa nhà.

2. Hình dạng của cửa sổ.
3. Đặc tính hấp thụ và phản xạ của bề mặt và tường của tòa nhà.
4. Sự bố trí sắp xếp và đặc tính của đồ vật bên trong.
5. Sự thay đổi từ tầng nọ đến tầng kia so với vị trí của trạm gốc.
6. Lan truyền trong các hộp kỹ thuật, giếng thang máy.
Mặc dù đã có một số nghiên cứu về lan truyền sóng trong tòa
nhà, nhưng kết quả lại rất khác nhau. Cho nên hầu hết các kỹ sư
ohair sử dụng đến phương pháp thống kê dựa trên các phép đo
thực tế, thay vì xác định một phương thức tiếp cận tổng quát.
2. Suy hao đường truyền trên các địa hình
2.1. Suy hao trên địa hình bằng phẳng
Khi tín hiệu lan truyền phía trên một mặt bằng phẳng phản xạ toàn
phần có thể xảy ra và thường dẫn đến một góc phản xạ tới máy thu
di động.
Hinh 1.2.1. Tác động của đường mức địa hình tới sự tán xạ của
sóng vô tuyến
Sóng phản xạ bề mặt nhẵn tuân theo định luật Snell . Đinh luật
này chỉ ra rằng tích chỉ số khúc xạ N1 và Cosin của góc tới (θ) là
hằng số dọc theo đường đi của tia.
Hình 1.2.2. Phản xạ bề mặt nhẵn
Nếu bỏ lan truyền trong đất thì tính theo công thức sau :
Trong trường hợp phân cực ngang : (1.1)

Trong trường hợp phân cực đứng : (1.2)

Với ξc = ξr – j60δλ (1.3)
ξc hằng số điện môi
ξr hằng số điện môi tương đối
δ độ dẫn điện trong môi trường
λ bước sóng

2.2. Suy hao trên địa hình đồi núi
Truyền sóng trên địa hình đồi núi thường chịu tác động bất lợi là
các đỉnh đồi núi. Suy hao bởi những vật cản như vậy gọi là suy hao
nhiễu xạ. Ứng dụng công thức lý thuyết cổ điển
( 1.4)
E0 là điện trường trong không gian tự do không có khúc xạ
F hệ số nhiễu xạ
Δφ g óc lệch pha với đường trực tiếp
Phần 2 : Một số mô hình truyền sóng
2.1Các mô hình truyền song
2.1.1. Mô hình Okumura
Mô hình miêu tả sự suy hao và thay đổi cường độ điện trường điện
từ theo sự thay đổi của địa hình. Okumura đã tính toán một cách
hệ thống với các địa hình khác nhau. Ông đã phân loại địa hình và
môi trường như sau :
Đ ịa h ình :
- Địa hình bằng phẳng là địa hình khu vực các vật thể trên đó
có chiều cao trung bình không quá 20m
- Địa hình bất thường là địa hình không thuộc địa hình bằng
phẳng như đồi núi
Môi trường :
- Khu vực mở là khu vực không có cây cao , tòa nhà cao tầng
chắn ngang đường truyền sóng. Địa hình thoáng đãng không
có vật thể nằm cản đường truyền đến máy di động
- Khu vực ngoại ô : khu vực làng xã , dân cư thưa thớt. Khu
vực này có một số vật thể che chắn đường truyền nhưng
không hoàn toàn.
- Khu vực thành phố : Khu vực có nhiều nhà cao tầng san sát
nhau , dân cư đông đúc , cây cối trồng thành hàng sát nhau.
Công thức Okumura :

(dB) (2.1)
• 


 
!"
#
$
!%&'
(
&'
(
)G
area
*+*
Trong đó :
• L
fs
là suy hao đường truyền không gian tự do.
• A
m
là suy giảm liên quan giữa trong khoảng tự nhiên.
• G(h
te
) là hệ số độ lợi antenna trạm
• G(h
re
) hệ số độ lợi antenna di động.
• G
area

là độ lợi phụ thuộc vào môi trường.
H ình 2.1.1.,- !%
Hình 2.1.2. Đường cong GARGEA
2.1.2. Mô hình Hata
Mô hình H../012.3/44556$
7$89$.+89:..2;/<5=8"
"2 /2>?@9AB.$.".
8C-=A+
Mô hình này đư012.3/2>"2 
5D.=.(E"--5%?F0G/H8"
=5> B..(I$J%5> .(
J+,K.9-$892L/5MNO%
8?9MP+
Q=/5>56MRB.$892
- ST5UV$56WXY/HWXYY:Z
- Q5> B..(J[Y/H*YY$
- Q5> B..(JW/HWY$
- -T=5D.JJW/H*Y$
L: \]%XX#*\%W\+V-!&W[%^*+V-).$#
__%]&\%XX+V-+V-*+[
-/?
,5`57.a
.$ W%WV-!&Y%b$&W%X\V-!)Y%^*+_
,5`5V`
.$ ^%*]+V-W%X_$
*
)W%W!c*YY:Z*+X
.$ [%*+V-WW%bX$
*
)_%]b!d_YY:Z*+\

-I58
:%JMM. :&*+V-!e*^
*
&X%_*+b

:%JMM. :)_+b^+V-!
*
#W^%[[+V-!&_Y%]_*+^

Bảng 2.1.T.$"?.:..
2.1.3. Mô hình Cost231
89Q-"*[W@-=`5T5U7^YY/H
*YYYZ/=f-PT=/2>N
J/2>5=gHhJ+,5`5/2>
J%$89"i/M<"($*/5>56+,5>56C
PV"2 3M>$j@56k.=$=5+
,5>56C*12.M540I=0II5$=5%
I-%?+
Q?[UUk.1$/H-$89
- J2 V.$2>-85.-!"
- J2 35>M>$j$"
- J2 40I=0I7$=5/H/"
,5>56CfB.$89V-/2>"?
82H-/8K
- U"V$56!^YY/H*YYY:Z+
- Q5> RJ_/HXY$+
- Q5> .(J$W/H[$+
- -T=J/HJ*Y/HXY$+
Công thức Cost231
*+]

J2 -85.-
!"  [*%__#*Y+V-!:Z#*YV-$*+WY
J2 40I=0I
" )W\%]&WYV-l#WY+V-!#*Y+V-m$#n*+WW
J2 /.M>$j
$" M"#+V-#+V-!&]V-M*+W*
J2 /
*+W[
Q=8"-$89Q-"*[W
2.2. So sánh
- 89$.MK5`5I-T=o%ap
90=/KP?+hH0G3-T=V`9
$892?/5;L$89:..Q-"*[W+8
9=Rq5+
- 89Q-"*[W/;$V@-=r0=`5".5"
P=V`+hMK5`5I
DU"PL^YY:s9-=f/+
- 89:..9??/5;$53/=f-
7.a+K5`5IDU"V`L
WXYY:Z9-@/(-$85:..+
- QT*$89$.:..8/=f/
-/2>o`5W$+
Phần 3 : Mô hình Okumura và ứng dụng
3.1. Mô hình Okumura
89B.$.=R".3"V56
53$2;=/tK?;=f-"
2>"?82H5/Ru:v:v+"f-=
M`"..?;1M56/=5=K"2 /
2>/5`5=w88R-==w
/8K+

Hình 3.1.1 : ,-"2 5.3/K.9x
-w/8K
$
!%
Hình 3.1.2 : ,-"2 5./5`5=wR
-=+
`g3%79[+W+W./5=K"2 k./5;$3
/K.9UP-w/8K+
`C.5%75=K"2 5D.-6"56y/5
`5w/8K.2wR-=+:.56"56y2
/y.-Hình 3.1.2 .
`CM.%=f=6"56y/5`5/R .(
".
• \e-.(/5`5/R .(I$+
• [e-.(/5`5/R .($=25/R[$c
*
cX$
• *
*
+V-
*
e[/5`5/R .($=25/RX$c
*
cWY$
Q=6"56y/$8Tz9$.
=6/5`5/t545+u9=6"56y2
/R`5=5=K"2  Hình 3.1.1 %5=K
/-="igHU/H5=KM93L+
Q8C<k=B."2 /2>k.=8
9=.+8/2>?;/5k.

5>$C/K.9+'5T5H/R"2 /2>
V
W/
/-=-w
*
-w+
,3-Tc
W
V-w
W
cc
*
V
-w+Q8"P{

/-wI5-T
."@7$=2=+Q8"P{
Y
-w?;
@".
[+W
ϒ(-.2H@
  Q8C<k=B."2 /2>/5`5
/R5//5k.n=.`5n/R2
 =.|}55 W%*%~+%•
[+*
`5
)W
€€


Mô hình biểu diễn bởi công thức sau :
• Q• (
• 


 
!"
#
$
!%&'
(
&'
(
)G
area
Trong đó :
• L
fs
là suy hao đường truyền không gian tự do.
• A
m
là suy giảm liên quan giữa trong khoảng tự nhiên.
• G(h
te
) là hệ số độ lợi antenna trạm G(h
re
) hệ số độ lợi
antenna di động.
G
area

là độ lợi phụ thuộc vào môi trường.
Đồ thị của A
m
(f,d) và G
area
với dải rộng của tần số ở hình 3.1.1 và
3.1.2 với G(h
te
) là 20 dB/decade và G(h
re
) là 10 dB/decade chiều
cao ít hơn 3m.
Tính toán các thông số trong cong thức OKUMURA :
• ‚(3.3)
• G( ( (3.4)
• G( (3.5)
• G( 20log ( (3.6)
• Ví dụ 3: Tìm suy hao sử dụng mô hình Okumura d = 50 Km,
h
te
= 100m,h
re
= 10m trong môi trường ngoại ô.Nếu trạm
phát phát ra EIRP là 1KW tần số mang là 900MHz.
• Giải :
• Suy hao đường truyền không gian tự do được tính bởi công
thức 3.3:
• L
fs
= 10 log [ λ

2
/(4Π)
2
d
2
]
• = 10 log [0.332 /(4Π)
2
(50x103
)2]
= 125.5 dB
• Từ Hình 3.1.1 :A
m
(900 MHz (50km)) = 43 dB
• Và G
AREA
= 9 dB
• G(h
tr
) = 20 log(h
te
/ 200)
• G(h
tr
) = 20 log (100/200) = -6 dB
• G(h
re
) = 250 log (h
re
/ 3) = 20 log(10/3) G(h

re
) = 10.46 dB
• Áp dụng :
• L
okumura
(dB)=L
fs
+A
m
(f,d)–G(h
te
)–G(h
re
) – G
AREA
= 125.5 dB +
43 dB – (-6dB) – 10.46 dB –9 dB =155.04 dB.
3.2. Ứng Dụng
Mô Okumura được sử dụng rộng rãi dung để khảo sát lắp
đặt hệ thống trên mô hình thực nghiệm với địa hình nhiều
khu vực khác nhau.
KẾT LUẬN
Sau một thời gian nghiên cứu và đọc thêm tài liệu
?$($/q-/M5g;Vƒ>„892>
"-$.„+5g;Vƒ/5.V$M.UV`/q
5T5k2H/=P/><k.>2>"?…Q=$8
92>"-"-"=/;V.A7$89-7
/5>56H=.… {1@$89$.`5
D/5;$B.$89+
jwƒ2%-IH>55.%5HCMT13

M5g;VƒB.?$($8=a55>5H"?%
5>P/>./5T5k2H$-†‡=/U2/B56/;+
r$-U2-T$%54/ˆ?‰-?$($/;
?$($?;M5H($4556$-DM5gH
(-+
Š$051T$L+

Hà Nội ,……. Tháng 11 năm 2014
Nhóm sinh viên thực hiện

Nhóm 1