đồ án mô hình phủ sóng và giao thoa

Tuy nhiên, do đặc trưng vùng phủ của những khi vực này rộng hoặc trải dài theo chiều đọc, sóng vô tuyến từ trạm BTS bên ngoài tòa nhà BTS outdoor macro bị suy hao nhiều khi xuyên qua các

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Dé tai: MO HINH PHU SONG & GIAO THOA

Gido vién huéng dén — :1Tö IÊ CHÍ QUYNH

Sinh viên thực hiện : DHAM TRONG DAI

Mã số sinh viên :5O5IO2009

MỤC LỤC

Trang

TMỤC TỤC 7G G0 nọ Họ re 1 Muc luc himh V6.0 17 a 5

1.2.2 Tính toán quỹ đường truyỀn - - 5 + 5+ ++% + £E+t£e+eEetxesrreeree 20

Chuong II

ANTEN VA CAC HE THONG ANTEN

2.1 Nguyén ly lam viéc cia ante 0 24 2.2 Các thuộc tinh quan trọng của an€T 5 5< 5+ + *++£++ sex 26

2.2.2 Công suất bức xạ hiệu dụng ERP và EIRP « s«5s©s«+s+ 30 2.2.3 Hình dạng búp SÓNg - - +6 + E1 E1 191 91 91 91 9 1v vn 32

DHAM TRONG DAI - 505102009 KHOA CNIT - Di PHUONG DONG Ị

2.2.4 Trở kháng và hệ số sóng đứng - + ++++++++£++eteeeeeexeereee 35

2.3 Kỹ thuật hạn chế phading - - <6 +13 S913 1 1 1 1 1111k ree 38 2.3.1 Thu phân tập theo không ø1a - + + + E++ + vE+seeeeeeeee 38 2.3.2 Phân tập theo CựC tÍnh - «+ x11 1 ng vn 40

Phan Il

CACMOHINH TRUYEN SONG

Chương HII MỘT SỐ MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG

3.1 Mô hình Okumua -:+22222222222222222255EEEEEE2227222212222 eU 43 3.2 Mô hình SAKAGAMIKUBOIL -VEEEEEEf2222222222.22222222226 46 3.3 Mô hình Hata -::cc se, 47 3.4 Mô hình COST231 — Walfish — Ikegami -::22222222c2222222222 48

Chương IV

MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG TRONG NHÀ

4.1 Các mô hình thực nghiệm - 6 5+ +21 3331k EEEEseeereereeree 52

4.1.1 Truyền sóng bên ngoài vào bên trong tòa nhà ‹- 52

4.1.2 Truyền sóng bên trong tòa nhà .- ¿+ 65+ + 2+ *3 + £et+eeexseeee 60 4.2 Mô hình giải tích truyền sóng trong nhà ( Ray tracing) - 72

DHAM TRONG DAI - 505102009 KHOA CNIT - Di PHUONG DONG

Phần III CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG

Chương V

TỔNG QUAN VỀ VISUAL BASIC 6.0

5.2 Cài đặt Visual BasIC Ó.( - G1 ng 79 5.3 Làm quen với `VÌÓ ¿+52 211231 1 2121 91 3 01 710 1n ng Hư 80

5.3.1 Bắt đầu một dự án mới với V'B6 ¿- ¿2+2 S+*+x+t+eEexexevsererree 80 5.3.2 Tìm hiểu các thành phần của IDE - - + + + =2 =<+ss<s+ese++ 81

5.3.3 Sử dụng thanh công cụtrong IDE của V - 5s ++sx+sx+se se 82 5.3.4 Quản lý ứng dụng với Project EXpÏOT€T + «5s x+s£+x+sx+xe 84

5.3.5 Cửa sổForm Layout

5.3.6 Biên dịch đề án thành tập tin thực thi 5 555 ++ss+x+s£+s+s+ex 85

6.2.2 Mã nguồn chương trình mô phỏng xác định vị trí trạm BTS và khoảng

6.3.1 Các bước thực hiỆn - ¿+ + + 5+ SE *+* SE xErekrkrkrkreerre 114

6.3.2 Mã nguồn chương trình mô phỏng xác định giá trị suy hao khoảng

6.4 Chương trình mô phỏng, xác định góc ngẩng + + + 2= =s+ 135

6.4.1 Các bước thực hiỆn ¿-¿- + +54 SE *+* SE xrekrkrkrkrreree 135

6.4.2 Mã nguồn chương trình mô phỏng và xác định giá trị góc ngẩng 136

Hình 1.6 Indoor R€D€AfCT - G2 3 1911911 11 9 11 1 ng 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 tầng 16

Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống lai ghép .- - - + 25+ + 2% *+*£££*E££Eexeteerexzexex 16 Hình 1.11 Hệ thống phân phối cáp rò - + «+ ++*££x£sx+vEek+seeeeeesseee 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 - ¿+ + + +t+xxsxexetrererexeeeersrsee 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 anI{€I «<< + £+*£e+£+++s£sx 25

Hình 2.4 Độ tăng ích của anten isotropic so với anten đipole - - 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

DHAM TRONG DAI - 505102009 KHOA CNIT - Di PHUONG DONG 5

Hình 2.8 Hình dạng búp sóng bức xạ trong không gian 3 chiều 35

Hình 2.9 Sự phân CỰC - - «<< 1n HH HT TH TH HH rưy 37 Hình 2.10 Một số cấu hình của anten thu phân tập không gian 39

Hình 2.1L Tín hiệu thu phân tập theo không gian -«- s«s«+s+ 40 Hình 2.12 Thu phân tập theo cực tÍnh - - «+ «+ + £+sE+skE+seEeseeeeeeeeeee 41 l1 006cm 43

Hình 3.2: Đường cong dự đoán suy aO 5 + + xxx *xEvEseeeeee 45 Hình 3.3: Các tham số trong mô hình Walfish- Ikegami - - - + 5

Hình 4.1 Trạm BTS dùng ở ngOại Ô - - G6 S133 1211 1 1 1x xrserse 33 Hình 4.2 Trạm BTS dùng cho nhà cao tẲng ¿+ + ++s+sss£+x+x+exsxsxexee 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 LLOS ¿- + - xxx rưn 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 4.11 (a) Điểm phản xạ P2 không tồn tại trên bức tường 2 (b) Điểm phản xạ P1 không tồn tại trên bức tường, Ì ¿+ + + ++*++£+x+x+k+ereEexeeersxexexee 75 Hình 4.11 (c) Tồn tại cả hai điểm phản xạ, vì vậy đường truyền được xác định

Hình 5.1: Cửa sổ khi kích hoạt VB6 - 5252222 +t+rrvrteterrrrrerrrrker 80

Hình 5.3: Cửa sổ IDE của VB6 cseseesessesesseesecseseesessesecsececaeeneseenecueseeneeneanenees 81

Hình 5.4: Thanh công cụ ở dạng standard - 5s + + + xxx eeseseesx 82

DHAM TRONG DAI - 505102009 KHOA CNIT - Di PHUONG DONG 6

Hình 5.6: Thanh công Cụ BỐÕ TỐII - G- <1 E119 391 191181 1 1 1 xreree 83 Hình 5.7: Thanh công cụ Edit

I0 0 s[)920i15ãuìi 0u 04:0 .ồ 84 Hình 6.1 Giao diện chính của chương trình - - 5s + 5< + £+s£+s£+s++szsx 88

Hình 6.2 X4c dimh tn s6 1AM Vi6C ecceecessecesseseeceseeceseeseeeeseeceseeseeeeeeseeeeseeees 89

Hình 6.3 X4c dinh s6 tdng ctha tOa nha c.cceecessesesseseeceseeeeseeseeeeseeeeseeseeees 90 Hình 6.4 Nhập giá trỊ Suy HaO -. <5 s1 S111 1 91 1 ng 90 Hình 6.4 ( b) Nhập giá trị suy hao phía bên trái -« ««+s£+s<+s+s+ 91 Hình 6.4 ( c) Nhập giá trị suy hao bên phải - 5 «+ ss+s£+s£+++sxsx 91 Hình 6.5 Mô phỏng chương tTÌnh - - «+ s33 39393 EEEkeeeeeeeeeeree 92

Hình 6.7 Xác định số tầng của tòa nhà ¿+ 5+ +++*++£++x+seeeessse 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

7 DHAM TRONG DAI - 505102009 KHOA CNIT - Di PHUONG DONG

Loi cam doan

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

DHAM TRONG DAI - 505102009 KHOA CNIT - Di PHUONG DONG 8

LỜI MỞ ĐẦU

=~S$>xe⁄4<-

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 64164 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 tâng 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 tân GSM) dân 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 ngâm, văn phòng cao tầng, siêu thị kinh doanh hàng hóa rộng lớn thì vấn dé vùng phủ và dung lượng đêu 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 chiêu 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 câu, nên giải phải

phủ sóng trong tòa nhà hiện nay được nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động lựa chọn

Mục tiêu của đô 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

DHAM TRONG DAI - 505102009 KHOA CNIT - Di PHUONG DONG k

Nội dung đô 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 HII: Mô hình truyền sóng trong nha

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 đô 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 đố của Thầy cô, bạn bè

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đố tận tình của TS Lê Chí Quỳnh cùng các Thây 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

DHAM TRONG DAI - 505102009 KHOA CNIT - Di PHUONG DONG 10

Phần I

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương Ì

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 đọc, 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

Bộ lặp Hệ thống phân phối thụ động Cáp rò

hoặc hoặc hoặc

BTS Hệ thống phân phối tích cực Anten

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

Hình].2 Tín hiệu thâm nhập vào tòa nhà từ bên ngoài

3 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

e Uu điểm của giải pháp này là chi phí thấp, không mất nhiều thời gian trong triển khai, có thể phủ cả ngoài nha ( outdoor) va trong nha (indoor)

e_ 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 tan 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