Thiết kế Hệ thống phủ sóng tòa nhà

Mục lục
=============================================================

Mục Lục
Lời cam đoan ................................................................................................................i
Mục lục.......................................................................................................................... ii
Bảng tra cứu các từ viết tắt..........................................................................................v
Lời nói đầu....................................................................................................................1
Chương 1: Tổng quan về hệ thống phủ sóng tòa nhà.
1.1. Giới thiệu chương.......................................................................................................3
1.2. Nguồn tín hiệu............................................................................................................3
1.2.1. Nguồn tín hiệu bằng trạm bên ngoài tòa nhà.....................................................6
1.2.2. Nguồn tín hiệu bằng trạm indoor dành riêng....................................................7
1.3. Hệ thống phân phối tín hiệu.......................................................................................9
1.3.1. Hệ thống anten phân phối bằng cáp đồng trục..................................................9
1.3.2. Hệ thống phân phối cáp quang..........................................................................9
1.4. Phần tử bức xạ............................................................................................................9
1.4.1. Anten..................................................................................................................9
1.4.2. Cáp tán xạ...........................................................................................................9
Chương 2: Các hệ thống anten.
2.1. Giới thiệu chương.....................................................................................................11
2.2. Tổng quan về anten, hệ thống anten.........................................................................11
2.3. Các thuộc tính quan trọng của anten........................................................................14
2.3.1 Hệ số tăng ích và hệ số định hướng của anten.................................................14
2.3.2 Công suất bức xạ hiệu dụng ERP và EIRP.......................................................17
2.3.3 Hình dạng búp sóng..........................................................................................19
2.3.4 Trở kháng và hệ số sóng đứng .........................................................................22
2.4. Kết luận chương........................................................................................................22

ii

Mục lục
=============================================================

Chương 3: Các mô hình truyền sóng.
3.1 Truyền sóng bên ngoài vào trong tòa nhà.................................................................24
3.2 Truyền sóng bên trong tòa nhà..................................................................................26
3.2.1. Đặc tính lan truyền................................................................................................29
3.2.2. Nghiên cứu lan truyền sóng với hệ thống băng rộng............................................34
Chương 4: Các bước thiết kế hệ thống Indoor cho tòa nhà.
4.1. Giới thiệu chương.....................................................................................................37
4.2. Khảo sát và nhận dạng địa hình tòa nhà cần phủ sóng............................................37
4.2.1 Các mục tiêu phải đạt được trong quá trình khảo sát.......................................37
4.2.2 Khảo sát tòa nhà...............................................................................................38
4.2.2.1 Kiểu văn phòng cao ốc.............................................................................38
4.2.2.2 Kiểu công xưởng......................................................................................38
4.2.2.3 Kiểu cấu trúc phức tạp (sân bay, ga tàu điện ngầm) ...............................39
4.3. Khảo sát trạm thu phát gốc và tín hiệu bên trong tòa nhà.......................................40
4.3.1 Cấu trúc BTS dùng trong indoor......................................................................40
4.3.2 Lưu lượng của hệ thống....................................................................................42
4.3.2.1 Lưu lượng.................................................................................................42
4.3.2.2. Một số định nghĩa cho mô hình Erlang...................................................42
4.3.2.3 Mô hình ERLANG B...............................................................................43
4.3.3. Khảo sát tín hiệu bên trong tòa nhà.................................................................43
4.4. Các thông số cần thiết để lập kế hoạch vị trí...........................................................44
4.4.1. Các tham số về tòa nhà....................................................................................44
4.4.2. Các tham số lập kế hoạch ...............................................................................44
4.5. Kết luận chương........................................................................................................44
Chương 5: Thiết kế hoàn chỉnh hệ thống Indoor cho tòa nhà cao ốc.
5.1 Giới thiệu chương......................................................................................................47

5.2 Thiết kế hệ thống Indoor cho tòa nhà Mercure Hotel Hue ......................................47

ii


Mục lục
=============================================================

5.3. Trạm thu phát gốc và tín hiệu bên trong tòa nhà Mercure Hotel Hue ....................48
5.3.1 Khảo sát trạm thu phát gốc và dung lượng ......................................................48
5.3.2 Nội dung khảo sát tín hiệu................................................................................52
5.3.3 Kết quả khảo sát tín hiệu...................................................................................53
5.3.3.1 Đo mức thu RxLevel ( RF Signal Level )...................................................54
5.3.3.2 Đo chất lượng thu QxLevel ( RF Signal Quality ).....................................56
5.3.3.3 Đo tỉ số chất lượng thoại SQI ( Speech Quality Index) ............................57
5.3.3.4 Đo tỉ số nhiễu đồng kênh C/I......................................................................57
5.3.3.5 Đề xuất giải pháp kỹ thuật cho tòa nhà Mercure Hotel Hue......................58
5.4. Thiết kế, lắp đặt và cấu hình thiết bị cho hệ thống..................................................58
5.4.1. Lựa chọn nguồn tín hiệu..................................................................................59
5.4.2. Hệ thống cấp nguồn, tiếp đất...........................................................................60
5.4.3. Hệ thống cáp feeder và các bộ chia tín hiệu....................................................60
5.4.4. Hệ thống anten trong toà nhà...........................................................................61
5.5. Bản vẽ thiết kế hệ thống Indoor của tòa nhà Mercure Hotel Hue...........................63
5.6. Kiểm tra chất lượng tín hiệu khi hệ thống Indoor đi vào hoạt động ......................63
5.6.1. Đo mức tín hiệu trong tòa nhà.........................................................................63
5.6.2. Kiểm tra chất lượng phủ sóng trong thang máy..............................................64
5.6.3. Đo chất lượng thoại (SQI) và chất lượng thu (RxQual) .................................64
5.6.4. Đánh giá về tỉ lệ thiết lập cuộc gọi và chuyển giao.........................................64
5.6.5. Kết quả kiểm tra chi tiết vùng phủ sóng các tầng...........................................65
5.7. Kết luận chương........................................................................................................65

Kết luận và hướng phát triển đề tài..........................................................................67
Tài liệu tham khảo......................................................................................................67
Phần phụ lục...............................................................................................................68

ii


Mục lục
=============================================================

Bảng tra cứu từ viết tắt
A
B
C
D
E
G

Ký hiệu
AMPS

Tiếng Anh
Advanced Mobile Phone System

BER
BTS
C/I
DAS
EIRP

Bit Error Ratio
Base Tranceiver Station
Carrier to Interference Ratio
Distributed Antenna System
Equivalent Isotropically Radiated
Power
Grade Of Service
Global System for Mobile
Communication
Global Positioning System

GOS
GSM

S
T

GPS
Handover
INDOOR
Indoor
MS
QxLevel
RxLevel
RSCP
SQI
TDMA

U

UMTS

H
I
M
Q
R

W

Inbuilding Coverage
Mobile Station
RF Signal Quality
RF Signal Level
Received Signal Code Power
Speech Quality Index
Time Division Multiple Access

Universal Mobile
Telecommunnication System
WCDMA Wideband Code Division Multiplex

Tiếng Việt
Hệ thống điện thoại di động
tiên tiến
Tỷ số bit lỗi
Trạm vô tuyến gốc
Tỷ số sóng mang trên nhiễu
Hệ thống phân phối anten
Công suất phát xạ đẳng

hướng
Cấp độ phục vụ
Thông tin di động toàn cầu
Hệ thống định vị toàn cầu
Chuyển giao
Phủ sóng trong tòa nhà
Giải pháp phủ sóng tòa nhà
Trạm di động
Chất lượng thu
Mức thu tín hiệu
Công suất mã tín hiệu nhận
Chất lượng thoại
Đa truy cập phân chia theo
thời gian
Hệ thống thông tin di động
chung
Đa truy cập chia theo mã

ii


Lời nói đầu
=============================================================

Lời nói đầu
Ngày nay, dịch vụ viễn thông đang là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn
nhằm đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin đang tăng lên cả về số lượng lẫn chất lượng.
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế, cơ sở hạ tầng đô thị cũng ngày
một đổi mới. Các khu nhà cao tầng đang mọc lên ngày một nhiều hơn. Phần lớn các toà
nhà cao tầng này đều là văn phòng làm việc của các công ty trong và ngoài nước,

khách sạn, nhà hàng cao cấp, siêu thị, khu chung cư cấp cao, … Đây là nơi mà nhu cầu
liên lạc rất lớn và là những khách hàng quan trọng của các nhà khai thác viễn thông.
Để có thể đảm bảo nhu cầu liên lạc, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách
hàng, các nhà khai thác viễn thông đang từng bước tập trung nâng cao chất lượng viễn
thông trong các toà nhà cao tầng, vì thế việc xây dựng một hệ thống phủ sóng di động
trong các tòa nhà này trở nên cần thiết đặc biệt là các thành phố lớn Hà Nội, Tp Hồ Chí
Minh, Đà Nẵng, Huế…
Được sự chỉ dẫn tận tình của các thầy cô trong khoa Điện Tử_ Viễn Thông em đã tìm
hiểu về đề tài “Thiết kế hệ thống Indoor trong tòa cao ốc”.
Nội dung của đề tài gồm 5 chương sau:
• Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống Phủ Sóng Tòa Nhà. Giới thiệu về hệ
thống Indoor, đặc điểm và cấu trúc của hệ thống.
• Chương 2: Các Hệ Thống Anten. Nghiên cứu đặc điểm, cấu trúc của anten.
• Chương 3: Các Mô Hình Truyền Sóng. Các loại truyền sóng bên ngoài và
bên trong tòa nhà.
• Chương 4: Các Bước Thiết Kế Hệ Thống Indoor Cho Tòa Nhà. Khảo sát,
tính toán, chuẩn bị cho quá trình thuyết kế.

1


Lời nói đầu
=============================================================

• Chương 5: Thiết Kế Hoàn Chỉnh Hệ Thống Indoor Cho Tòa Cao Ốc. Thiết
kế hệ thống Indoor cho tòa khách sạn cao cấp Mercure nằm tại số 01,
đường Đội Cung, thành phố Huế.

Trong quá trình làm đề tài, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức hạn chế nên
không thể tránh khỏi những thiếu sót, sai lầm. Em rất mong nhận được sự phê bình,

hướng dẫn và sự giúp đỡ của Thầy cô, bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn. giúp đỡ tận tình của Thầy Dư Quang
Bình cùng các Thầy cô trong khoa Điện tử-Viễn thông để em hoàn thành đề tài tốt
nghiệp này.
Đà Nẵng, ngày......tháng......năm 2012
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hoàng Tiến

1


Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống Phủ Sóng Tòa Nhà
=============================================================

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHỦ SÓNG TÒA NHÀ
1.1.

GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHỦ SÓNG TÒA NHÀ(INDOOR)
Có thể nói hiện nay việc truyền thông trong khu vực: sân bay, ga điện ngầm,

văn phòng cao tầng, siêu thị kinh doanh hàng hóa rộng lớn… thì vấn đề truyền thông di
động và truyền số liệu đều rất quan trọng vì chất lượng thoại di động và truyền số liệu
đến uy tín của nhà cung cấp dịch vụ. Tuy nhiên, do đặc trưng vùng phủ của những khu
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 tường bê tông dẫn
đến cường độ tín hiệu không đạt yêu cầu, nên giải pháp phủ sóng trong tòa nhà hiện
nay được nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động lựa chọn.
Hệ thống indoor 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 BTS outdoor macro thông thường.

Hình 1.1. Thành phần của hệ thống phủ sóng trong nhà
1.1.1. Nguồn tín hiệu
Để phủ sóng cho indoor ta có thể dùng:
a. Nguồn tín hiệu bằng trạm bên ngoài tòa nhà
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 được khuyến nghị nếu lưu
lượng trong tòa nhà không cao, hoặc chủ tòa nhà không cho phép lắp đặt thiết bị và đi


Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống Phủ Sóng Tòa Nhà
=============================================================

cáp trong tòa nhà hoặc triển khai giải pháp dành riêng cho nó không kinh tế. Khi đó
vùng phủ được cung cấp bằng cách:
• Tín hiệu sẽ thâm nhập vào tòa nhà từ bên ngoài. Điều này chỉ thực hiện
được đối với các tòa nhà có khoảng hở lớn đối với bên ngoài hoặc ít tường, cửa sổ kim
loại.

Hình 1.2: Tín hiệu thâm nhập vào tòa nhà từ bên ngoài
•

Đặt BTS trên các tòa nhà xung quanh và hướng 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

•

Ưu điểm của giải pháp này là chi phí thấp, không mất nhiều thời gian

trong triển khai, có thể phủ cả tòa nhà( outdoor ) và trong nhà( indoor ).


Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống Phủ Sóng Tòa Nhà
=============================================================

•

Nhược điểm của giải pháp này là vùng phủ hạn chế, tốc độ bít thấp đối

với các dịch vụ dữ liệu, dung lượng thấp và chất lượng không thể chấp nhận được ở
một số phần trong tòa nhà. Suy hao tăng dần khi tầng 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 nhưng 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 được mở rộng. Nhưng giải pháp này ít được sử dụng trong
thực tế vì cường độ tín hiệu, chất lượng, sự ổn định, dung lượng phụ thuốc vào trạm
BTS bên ngoài và việc thiết kế cho trạm lặp( quỹ đường truyền, mức độ cách ly 2
hướng ) mặc dù giá thành thấp, triển khai nhanh, dễ dàng. Vì có nhiều nhược điểm nói
trên nên thực tế rất ít nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng giải pháp này, trừ trường
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 được cung cấp bởi trạm indoor riêng


Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống Phủ Sóng Tòa Nhà
=============================================================

Giải pháp này có thể tăng thêm dung lượng cho những vùng trong nhà yêu cầu
lưu lượng cao. Vấn đề chính ở đây là cung cấp dung lượng yêu cầu trong khi vẫn đảm
bảo cùng phủ tốt của tòa nhà mà không làm ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ của
mạng BTS outdoor macro. Vì vậy giải pháp này được các nhà cung cấp dịch vụ di
động trong khu vực sử dụng như SingTel, Digi…
• Ưu điểm của giải pháp này là nguồn tín hiệu từ bên ngoài ổn định, mức tín hiệu
tốt, mở rộng dung lượng hệ thống dễ dàng.
• Nhược điểm của giải pháp này là giá thành cao, yêu cầu phải có cách bố trí tần
số/ kênh cụ thể và xậy 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 được phân loại thành:
1.1.2.1. Hệ thống anten phân phối bằng cáp đồng trục:
Đây là giải pháp phổ biến nhất cho các khu vực phủ sóng indoor không quá
rộng, có đặc điểm:


Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống Phủ Sóng Tòa Nhà
=============================================================

Hình 1.7. Giải pháp hệ thống phân phối cáp đồng trục thụ động

•

Trạm gốc được dành riêng cho tòa nhà: Tín hiệu vô tuyến từ trạm gốc

được phân phối qua hệ thống đến các anten. Vùng phủ cho tòa nhà được giới hạn đồng
thời không làm ảnh hưởng đến chất lượng mạng BTS outdoor macro. Nhưng yêu cầu
kỹ sư thiết kế phải tính toán quỹ đường truyền cẩn thận vì mức công suất ở mỗi anten
phụ thuộc vào sự tổn hao mà các thiết bị thụ động được sử dụng, đặc biệt là chiều dài
cáp.
•

Các thiết bị chính gồm: Cáp đồng trục, bộ chia (spliter/tapper), bộ

lọc(filter), bộ kết hợp( combiner ), anten.
1.1.2.2. Hệ thống phân phối cáp quang
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 được chuyển đổi
thành tín hiệu quang rồi truyền đến và được biến đổi ngược lại thành tín hiệu RF tại
khối điều khiển từ xa trước khi được 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.


Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống Phủ Sóng Tòa Nhà
=============================================================

Hình 1.8. Sơ đồ một hệ thống anten phân phối chủ động cho khu trường sở.
Giải pháp này thường được sử dụng cho những khu vực phủ sóng inbuilding rất
rộng, khi mà hệ thống thụ động không đáp ứng được chỉ tiêu kỹ thuật suy hao cho

phép. Khi đó một BTS phục vụ được nhiều tòa nhà trong một vùng, thường là các
trường sở. Các kết nối khoảng cách xa( hơn 1 km ) sử dụng cáp quang, sự phân phối
giữa một tầng và các phần trong tòa nhà có thể dùng cáp xoắn đôi dây. Nhưng nhược
điểm dễ nhận thấy là chi phí cao.

Hình 1.9. Sơ đồ một hệ thống anten phân phối chủ động cho một tòa nhà cao tầng
a. Hệ thống lai ghép


Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống Phủ Sóng Tòa Nhà
=============================================================

Hình 1.10. Sơ đồ hệ thống lai ghép
Hệ thống này là sự kết hợp thụ động và chủ động. Giải pháp này dung hòa được cả
ưu nhược điểm của hai hệ thống thụ động và chủ động. Vì nó vừa đảm bảo chất lượng
tín hiệu cho những khu vực phủ sóng trong nhà có quy mô lớn lại vừa tiết kiệm chi phí.
1.4.

Phần tử bức xạ.
Phần tử bức xạ có nhiệm vụ biến đổi năng lượng tín hiệu điện thành sóng điện từ

phát ra ngoài không gian và ngược lại. Do hệ thống trong nhà được 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:
1.4.1. Anten
Sử dụng thích hợp với những vùng phủ có khuynh hướng tròn hoặc hình chữ
nhật. Đó là vì anten cho vùng phủ sóng không đồng đều, việc tính quỹ đường
truyền phụ thuộc nhiều vào cấu trúc của tòa nhà. Phạm vi phủ sóng của anten ở dải
GSM900 là 25m-30m; GSM1800 là 15m-18m. Có 2 loại anten thường được sử
dụng là anten vô hướng( omni ) và anten có hướng( yagi ). Anten vô hướng có tính

thẩm mỹ, nhỏ gọn dễ lắp đặt nên có thể kết hợp hài hòa với môi trường trong tòa
nhà, còn anten có hướng có độ tăng ích cao thích hợp khi phủ sóng trong thang
máy.
1.4.2. Cáp tán xạ
Cáp tán xạ là có cường độ tín hiệu đồng đều theo một truc chính nên thường
được dùng cho các vùng phủ phục vụ kéo dài đặc biệt như hành lang dài, xe


Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống Phủ Sóng Tòa Nhà
=============================================================

điện ngầm, đường hầm… Phạm vi phủ sóng của cáp rò chỉ vào khoảng 6m
nhưng lại có ưu điểm hơn hẳn với anten là hỗ trợ được dải tần số rộng 1 MHz –
2500 MHz.

Hình 1.11. Hệ thống phân phối cáp rò


Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống Phủ Sóng Tòa Nhà
=============================================================

CHƯƠNG 2
CÁC HỆ THỐNG ANTEN
2.1. Giới thiệu chương:
Nghiên cứu về các vấn đề liên quan đến anten có phạm vi rất rộng. Trong chương
này, tôi chỉ mốn đề cập một cách ngắn gọn các vấn đề về hoạt động và các tham số đặc
tính của anten.
2.2. Tổng quan về anten, hệ thống anten:
Trước tiên, anten được định nghĩa là thiết bị bức xạ và thu nhận năng lượng sóng vô
tuyến. Anten là một thiết bị tương hỗ, nghĩa là anten có thể được sử dụng đồng thời

như nhau cho cả phía phát và phía thu. Cấu trúc của anten được thiết kế để sao cho có
khả năng chuyển đổi giữa sóng dẫn và sóng tự do. Sóng dẫn được truyền tín hiệu trong
đường truyền dẫn để truyền tín hiệu từ một điểm này đến một điểm khác. Trong khi đó,
sóng tự do được bức xạ không có giới hạn trong không gian. Một đường truyền dẫn
được thiết kế để có được sự suy hao bức xạ là thấp nhất, trong khi anten được thiết kế
sao cho đạt được độ bức xạ là cực đại. Sự bức xạ xảy ra khi đường 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
được phát vào trong không gian tự do thông qua anten. Tín hiệu được lan truyền trong
không gian và một phần nhỏ tín hiệu sẽ được thu lại bởi anten thu. Tín hiệu sau đó sẽ
được khuếch đại, chuyển đổi và xử lý để khôi phục lại thông tin.
Không gian xung quanh một anten được chia thành 3 miền tùy theo đặc tính của trường
bức xạ. Vì trường bức xạ thay đổi giữa các miền liên tục nên việc phân định ranh giới
giữa các miền là khó khăn.
+ Trường gần phản xạ lại là miền gần anten nhất. Trong trường này, năng lượng không
được bức xạ mà được khôi phục và bức xạ ngược 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


Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống Phủ Sóng Tòa Nhà
=============================================================

bước sóng ngắn, thành phần phản xạ lại và bức xạ sẽ cân bằng nhau tại khoảng cách
λ / 2π . Khi khoảng cách càng xa, thành phần trường phản xạ lại giảm theo hệ số 1/R 2

hoặc 1/R3 và trở lên yếu hơn thành phần bức xạ.
Trường gần phản xạ lại có bán kính 3m đối với tần số 800MHz và 4,4m đối với tần số
1900MHz

Hình 2.1 Trường bức xạ xung quanh anten.

Trường gần bức xạ: Trường gần bức xạ còn được gọi là miền Fresnel. Trong miền này,
mật độ công suất không tỉ lệ nghịch với khoảng cách mà nó tăng không đều với khoảng
cách, và đạt tới một giá trị cực đại. Sau đó mật độ công suất sẽ giảm gần như tuyến
tính.


Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống Phủ Sóng Tòa Nhà
=============================================================

Trường gần bức xạ có bán kính 24m đối với tần số 800MHz và 50m đối với tần số
1900MHz.
+ Trường xa: trong miền này sóng phẳng có tính chi phối. Trong miền này, trường điện
từ trực giao nhau. Miền này được gọi là miền không gian tự do.
Trong thực tế có rất nhiều loại anten, chúng ta có thể phân loại anten theo các tiêu chí
sau:
+ Theo hình dạng hình học của anten:
- Anten dây: dipole, loop, helix.
- Anten ống: horn, slot.
- Anten in : patch, printed dipole, sprial.
+ Theo độ tăng ích của anten:
- Độ tăng ích cao: dish
- Độ tăng ích trung bình: horn
- Độ tăng ích thấp: dipole, loop, slot, patch.
+ Theo hình dạng của búp sóng:
- Omnidirectional: dipole
- Pencil beam: dish
- Fan beam: array.
+ Theo băng thông:
- Băng rộng: log, spiral, helix
- Băng hẹp: patch, slot.

Mạch giao tiếp với anten là không gian tự do, nên nếu nhìn từ phía mạch điện, anten
đơn thuần là thiết bị có một cổng có trở kháng sóng. Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ
nghiên cứu các thuộc tính quan trọng của anten.


Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống Phủ Sóng Tòa Nhà
=============================================================

2.3. Các thuộc tính quan trọng của anten.
Các thuộc tính quan trọng của anten bao gồm:
Hệ số tăng ích của anten.
Hệ số định hướng.
Công suất bức xạ hiệu dụng.
Hình dạng búp sóng.
Độ rộng búp sóng nửa công suất.
Băng thông.
Phân cực.
Trở kháng và hệ số sóng đứng.
2.3.1 Hệ số tăng ích và hệ số định hướng của anten.
Có ý kiến cho rằng anten là thiết bị thụ động vì nó không sử dụng nguồn nuôi, không
khuếch đại năng lượng RF, cũng như nó không xử lý tín hiệu vô tuyến. Anten không
bức xạ năng lượng lớn hơn những gì nó nhận được từ đầu vào.
Nhưng có ý kiến cho rằng anten là thiết bị tích cực, ví nó có độ tăng ích. Với hệ số tăng
ích của anten là gì? Để định nghĩa hệ số tăng ích của anten, cần sử dụng đến một khái
niệm anten bức xạ đẳng hướng (isotropic).


Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống Phủ Sóng Tòa Nhà
=============================================================

Hình 2.2 Độ tăng ích của anten.
Anten isotropic (anten chuẩn) là một anten mang tính lý thuyết, có năng lượng bức xạ
đều nhau theo mọi hướng.
Hệ số định hướng của anten ở một hướng đã cho là tỷ số của mật độ công suất bức xạ
bởi anten ở điểm nào đó nằm trên hướng ấy, trên mật độ công suất bức xạ bởi anten
chuẩn cũng tại hướng và khoảng cách như trên, khi công suất bức xạ của hai anten
giống nhau.
D(θ , ϕ ) =

S (θ , ϕ )
SO

(2-1)

Trong đó, S (θ , ϕ ) là mật độ công suất bức xạ của anten ở hướng (θ , ϕ ) đã cho tại
khoảng cách R.
SO là mật độ công suất của anten chuẩn cũng tại hướng và khoảng cách như trên , với

giả thiết anten bức xạ đồng đều theo các hướng.
Như vậy, hệ số định hướng được tính bằng tỷ số vectơ Poynting ở hướng đã cho và giá
trị trung bình của vectơ Poynting trên mặt cầu bao bọc của anten.
S (θ , ϕ ) có thể được xác định theo công thức:


Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống Phủ Sóng Tòa Nhà
=============================================================

S (θ , ϕ ) =

E (θ , ϕ )

2

(2-2)

2W

SO có thể được xác định bằng tỷ số của công suất bức xạ P trên diện tích mặt cầu bán

kính R bao quanh anten.
SO =

P∑
4πR 2

(2-3)

Thay các giá trị của S (θ , ϕ ) và SO vào (3-1) ta có:
2

D(θ , ϕ ) =

E (θ , ϕ ) 2πR 2
WP

(2-4)

∑

Biên độ cường độ trường bức xạ tại một hướng bất kỳ E (θ , ϕ ) có quan hệ với hàm

phương hướng chuẩn hóa và giá trị cường độ trường ở hướng bức xạ cực đại bởi:
E (θ , ϕ ) = Emax Fm (θ , ϕ )

(2-5)

Do đó, theo (3-4) và (3-5) sẽ có:
D(θ , ϕ ) = Dmax Fm2 (θ , ϕ )

(2-6)

Dmax là hệ số định hướng ở hướng bức xạ cực đại.
Hệ số tăng ích của anten cũng được xác định bằng cách so sánh mật độ công suất bức
xạ của anten thực ở hướng khảo sát và mật độ công suất bức xạ của anten chuẩn ở cùng
hướng và khoảng cách như trên với giả thiết công suất đặt vào hai anten bằng nhau và
anten chuẩn có hiệu suất bằng 1.
Hiệu suất của anten cũng là một trong các thông số quan trọng đặc trưng cho mức độ
tổn hao công suất của anten. Nó được xác định bởi tỷ số của công suất bức xạ trên
công suất đặt vào anten.
ηA =

P∑
PO

(2-7)

Đối với anten có tổn hao thì P∑ < PO => η A < 1, còn anten lý tưởng (không có tổn hao)
thì η A = 1.


Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống Phủ Sóng Tòa Nhà

=============================================================

Trường hợp hai anten có công suất đặt vào như nhau, bằng P0, thì anten thực (hiệu suất
η A <1) sẽ có công suất bức xạ η A PO . Như vậy so với khi công suất bức xạ bằng nhau

thì trong trường hợp này tỷ số mật độ công suất sẽ giảm đi, với hệ số giảm bằng η A .
Ta có biểu thức hệ số tăng ích của anten:
ε (θ , ϕ ) =

η A S (θ , ϕ )
= η A D(θ , ϕ )
SO

(2-8)

Hệ số tăng ích của anten là một thông số biểu thị đầy đủ hơn cho đặc tính bức xạ của
anten so với hệ số định hướng vì nó không chỉ biểu thị đơn thuần đặc tính định hướng
của anten mà còn biểu thị sự tổn hao trên anten.
2.3.2 Công suất bức xạ hiệu dụng ERP và EIRP
Công suất bức xạ hiệu dụng ERP là công suất bức xạ thực theo một hướng cụ thể. Nó
được tính bằng công suất phát thực tế nhân với hệ số tăng ích của anten theo hướng đó.
Công suất bức xạ = Công suất đầu vào x hệ số tăng ích.
Công suất bức xạ hiệu dụng được thể hiện thông qua sự so sánh với các anten chuẩn.
- ERP : khi so sánh với anten dipole. Ký hiệu đơn vị đo: dBd
- EIRP: khi so sánh với anten isotropic. Ký hiệu đơn vị đo: dBi
Lấy ví dụ, hai anten A và B có công suất đầu vào đều bằng 100W. Anten A là anten
chuẩn (giả thiết là anten isotropic), anten B là anten định hướng. Theo hướng bức xạ
cực đại, tín hiệu từ anten B có cường độ mạnh gấp 2,75 lần so với tín hiệu từ anten A
tại cùng vị trí đến nguồn tín hiệu. Trong trường hợp này, EIRP của anten B là 275W.

Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống Phủ Sóng Tòa Nhà
=============================================================

Hình 2.3 Công suất bức xạ hiệu dụng của anten.
Sự chuyển đổi giữa ERP và EIRP.
Hệ số tăng ích của anten khi so sánh với anten isotropic được ký hiệu là dBi và khi so
sánh với anten dipole được ký hiệu là dBd. Lấy ví dụ, một anten dipole nửa bước sóng
có hệ số tăng ích isotropic là 2,15dBi. Điều này có nghĩa là, anten dipole, theo hướng
bức xạ cực đại, có độ mạnh gấp 2,15dB so với độ bức xạ của anten isotropic khi có
cùng công suất đầu vào.
Ta có công thức chuyển đổi theo dB:
EIRP = ERP + 2,15dB. (2-9)
Công thức chuyển đổi số học:
EIRP = 1,64ERP. (2-10)


Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống Phủ Sóng Tòa Nhà
=============================================================

Trong công thức (3-9), ta thấy EIRP có giá trị lớn hơn ERP. Điều này có thể được giải
thích thông qua trường hợp dưới đây. Nếu bạn có một hệ thống anten cùng với công
suất phát xác định, suy hao ghép nối, suy hao trên cáp, hiệu suất và độ tăng ích của
anten thì bạn muốn xác định được công suất bức xạ. Giá trị này có thể được xác định
theo nhiều cách, phụ thuộc vào loại anten được tham chiếu làm chuẩn. Một trong số đó
có thể là anten dipole hoặc anten isotropic.
Vì anten dipole có hệ số tăng ích lớn hơn nên phép đo thực tế sẽ có giá trị gần với dBd
hơn dBi. Do vậy, giá trị dBd sẽ nhỏ hơn giá trị dBi. Điều này được thể hiện rõ ràng
trong công thức trên.

Hình 2.4 Độ tăng ích của anten isotropic so với anten dipole.
2.3.3 Hình dạng búp sóng.
Hình dạng búp sóng được thể hiện thông qua đồ thị trong tọa độ cực trên một trong hai
mặt phẳng sau:
- Mặt phẳng ngang (hoặc góc phương vị).
- Mặt phẳng đứng (hoặc góc ngẩng).


Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống Phủ Sóng Tòa Nhà
=============================================================

Chú ý: mặt phẳng X-Y nằm song song với bề mặt trái đất.
Hình 2.5 Tọa độ cực.
Ngoài ra, chúng ta còn có khái niệm về mặt phẳng E và H.
- Mặt phẳng E chứa cường độ điện trường bức xạ của anten.
- Mặt phẳng H chứa cường độ từ trường bức xạ của anten.
Hai mặt phẳng này luôn trực giao nhau. Đối với anten dipole và Yagi, mặt phẳng E
luôn song song với các phần tử tuyến tính của anten.


Chương 1: Tổng Quan Về Hệ Thống Phủ Sóng Tòa Nhà
=============================================================

Hình 2.6 Hình dạng búp sóng bức xạ trên mặt phẳng ngang.

Hình 2.7 Hình dạng búp sóng bức xạ trên mặt phẳng đứng.