Mô hình phủ sóng giao thoa

Trường đại học dân lập phương đông
Khoa công nghệ thông tin
Chuyên ngành điện tử viễn thông
---------&---------

đồ áN TốT nghiệp


Giáo viên hướng 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 phương đông
1
MụC lục
Trang

Mục lục..............................................................................................................1
Mục lục hình vẽ..................................................................................................5
Lời mở đầu.........................................................................................................9
Phần I
Cơ sở lý thuyết
Chương 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 đường truyền.................................17
1.2.1. Mô hình truyền sóng.........................................................................18
1.2.2. Tính toán quỹ đường truyền...............................................................20

Chương 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 hướng 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 phương 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
Chương 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


Chương 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 phương đông
3
Phần III
Chương trình mô phỏng

Chương 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

Chương VI
Chương trình mô phỏng
6.1. Giới thiệu..................................................................................................88
6.2. Chương trình mô phỏng xác định vị trí trạm BTS và khoảng cách từ BTS đến
MS. .................................................................................................................89
6.2.1. Các bước thực hiện............................................................................89
6.2.2. Mã nguồn chương trình mô phỏng xác định vị trí trạm BTS và khoảng
cách từ BTS đến MS....................................................................................92
6.3. Chương 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 phương đông
4
6.3.1. Các bước thực hiện..........................................................................114
6.3.2. Mã nguồn chương trình mô phỏng xác định giá trị suy hao khoảng

cách từ BTS đến MS..................................................................................117
6.4. Chương trình mô phỏng, xác định góc ngẩng..........................................135
6.4.1. Các bước thực hiện..........................................................................135
6.4.2. Mã nguồn chương 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 phương 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 được 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 trường 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 tường 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. Trường 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 phương 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: Đường 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 đường 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 tường 2. (b) Điểm phản xạ
P1 không tồn tại trên bức tường 1.....................................................................75
Hình 4.11 (c) Tồn tại cả hai điểm phản xạ, vì vậy đường truyền được 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 phương 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 chương 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 chương 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. Chương 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 phương 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 dưới sự chỉ đạo của cán
bộ hướng dẫn.

Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương 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 lưới để có vùng phủ rộng, phủ sâu, chất lượng
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 như Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh... chất lượng phủ sóng trong các tòa nhà, đặc
biệt là các tòa nhà cao tầng của khách sạn, văn phòng... chưa được đảm bảo.
Tại các tầng thấp thường 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
tượng trên và đảm bảo chất lượng cho khách hàng được 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 như 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 lượng đều rất quan trọng vì chất lượng thoại di động ảnh hưởng
trực tiếp đến uy tín của nhà cung cấp dịch vụ. Tuy nhiên, do đặc trưng 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 tường bê tông dẫn đến cường độ tín hiệu không đạt yêu cầu, nên giải phải
phủ sóng trong tòa nhà hiện nay được nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động lựa
chọn.
Mục tiêu của đồ án là nghiên cứu về vần đề ảnh hưởng tới chất lượng phủ
sóng trong hệ thống Inbuilding và đưa ra các giải pháp khắc phục.
Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
10
Nội dung đồ án bao gồm các phần sau:
+ Phần I: Cơ sở lý thuyết.
Chương I: Hệ thống Inbuilding.
Chương II: Anten và các hệ thống anten.
+ Phần II: Các Mô hình truyền sóng
Chương III: Mô hình truyền sóng trong nhà.
Chương IV: Một số mô hình truyền sóng.
+ Phần III: Chương trình mô phỏng.
Chương V: Tổng quan về visual basic 6.0
Chương VI: Chương trình mô phỏng.
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, mặc dù em đã cố gắng nhiều nhưng
do trình độ có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót, 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 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 Chương I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
11
Phần I
Cơ sở lý thuyết
Chương I
Hệ thống Inbuilding.
1.1. Giới thiệu về hệ thống inbuilding.
Có thể nói hiện nay đối với các tòa nhà lớn như 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 lượng đều rất quan trọng vì chất lượng thoại di động ảnh hưởng trực tiếp
đến uy tín của nhà cung cấp dịch vụ. Tuy nhiên, do đặc trưng 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
tường bê tông dẫn đến cường độ tín hiệu không đạt yêu cầu, nên giải phải phủ
sóng trong tòa nhà hiện nay được 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 thường.

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 Chương I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương 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 được khuyến nghị
nếu lưu lượng 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 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.

Hình1.2. 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
outdoor macro
Phần I: cơ sở lý thuyết Chương I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương 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 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 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 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 thuộc 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.
Phần I: cơ sở lý thuyết Chương I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
14
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 vùng 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...

ã 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
ã Nhược 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 được phân loại thành:
a. Hệ thống thụ động.
Hệ thống thụ động là hệ thống anten được 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 Chương I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
15
ã 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 cận thận vì mức
công suất ở mỗi anten phụ thuộc và sự tổn hao mà các thiết bị thụ động được 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 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 trươc 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.

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
Phần I: cơ sở lý thuyết Chương I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
16
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.

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 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 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 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:

Phần I: cơ sở lý thuyết Chương I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
17
a. 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 á2530mm; GSM1800 là 1518mmá . 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.
b. Cáp rò
Đặc điểm của cáp rò (còn gọi là cáp tán xạ) là có cường độ tín hiệu đồng
đều theo một trục chính nên thường được dùng cho các vùng phủ phục vụ kéo
dài đặc biệt như hành lang dài, xe 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 từ 1 2500 MHzMHzá .

Hình 1.11. Hệ thống phân phối cáp rò
1.2. Mô hình truyền sóng và tính toán quỹ đường
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 lượng suy hao phụ thuộc vào số tầng cũng như số bức tường 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 Chương I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
18

những suy hao này nhà thiết kế sẽ sử dụng mô hình truyền sóng trong nhà từ đó
tính toán ra quỹ đường truyền yêu cầu tương ứng. Thực chất mô hình truyền
sóng là công thức tính suy hao sóng vô tuyến khi truyền qua các vật cản và được
xây dựng từ rất nhiều quá trình đo đạc thực nghiệm cụ thể, còn quỹ đường 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 được 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 được thiết
kế định trước, suy hao có thể lường trước và tính toán được 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 tương đối chính xác mức thu năng lượng tại từng vị trí
của thuê bao di động. Do môi trường truyền sóng của mạng BTS outdoor macro
(không gian tự do) không còn đúng với môi trường 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 được các nhà nghiên cứu đưa ra
như mô hình của Bertoni, N.Yarkoni N.Blaunstein, Rappaport do đặc trưng
của môi trường truyền sóng phức tạp, do cấu trúc và vật liệu xây dựng đa dạng
nhưng vì khuôn khổ bài viết có hạn nên ở đây chỉ giới thiệu mô hình Motley &
Keenan vì những ưu điểm của nó.
Motley & Keenan cho rằng tổn hao trung bình ()pld là một hàm của
khoảng cách d có thể được tính từ tổn hao không gian tự do ()
fs
pld và từ số các
bức tường I giữa Tx và Rx.
()() (1)
I

KeenanMotleyfswi
i
pldpldL=+
ồ

Phần I: cơ sở lý thuyết Chương I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
19
Trong đó
wi
L là tổn hao của bức tường 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 đường 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 tường mà sóng trực tiếp truyền qua.
W: Hệ số tổn hao của tường (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 tường mỏng thông thường có tổn hao 7 dB còn các bức
tường 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 Chương I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
20

Hình 1.12. So sánh suy hao tường 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 được sử dụng để dự
đoán sơ bộ suy hao truyền sóng trong nhà bởi lẽ không quá phức tạp, mô hình
này có ưu 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 tường
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 trường 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 đường truyền.
Mục đích chính của việc tính toán quỹ đường 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 được 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 Chương I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
21

Lp: Suy hao đường 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 như 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: Cường độ tín hiệu thiết kế.
SSdes =EiRP Lp.
EiRP: Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương.
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 Chương I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
22
- Đặc thù của vùng phủ: mở, khép kín, trần cao hay trần thấp.
- Loại tường bao: tường dày thì có thể dùng EiRP cao mà không lo tín
hiệu thoát ra ngoài quá mạnh.
- Số lượng và tính chất tường ngăn quanh anten.
Tuy nhiên đối với các tòa nhà cao tầng thường gặp, cấu trúc các tầng
thường 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 lượng bức xạ đẳng hướng tương đương 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 đường xuống:
- Mức công suất MS thu được 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 đường xuống (dành cho khi nâng cấp, mở rộng hệ
thống):
Phần I: cơ sở lý thuyết Chương I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
23
System margin left over (dB) = tiêu chí vùng phủ + MS minimum
receivable level. (8)

- Tổn hao đường 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 đường lên:
- Mức công suất BTS thu được 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 đường 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 chương II: anten và các hệ thống anten
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
24
Chương 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
chương này, tôi chỉ muốn đề cập một cách ngắn gọn các vấn đề về hoạt động và
các tham số đặc tính của 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 bị giam cầm trong môi trường giới hạn của 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 bước sóng ngắn, thành phần phản xạ lại và bức xạ sẽ cân