Thiết kế Hệ thống phủ sóng tòa nhà

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. • 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.

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

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

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

Bảng tra cứu từ viết tắt

A AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động

tiên tiến

BTS Base Tranceiver Station Trạm vô tuyến gốc

C C/I Carrier to Interference Ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu

D DAS Distributed Antenna System Hệ thống phân phối anten

E EIRP Equivalent Isotropically Radiated

Power

Công suất phát xạ đẳng hướng

GSM Global System for Mobile

Communication

Thông tin di động toàn cầu

GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu

I INDOOR Inbuilding Coverage Phủ sóng trong tòa nhà

Q QxLevel RF Signal Quality Chất lượng thu

R RxLevel RF Signal Level Mức thu tín hiệu

RSCP Received Signal Code Power Công suất mã tín hiệu nhận

S SQI Speech Quality Index Chất lượng thoại

T TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo

thời gian

U UMTS Universal Mobile

Telecommunnication System Hệ thống thông tin di động chung

W WCDMA Wideband Code Division Multiplex Đa truy cập chia theo mã

ii

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

• 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

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

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 )

• 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

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:

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

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

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

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 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

bước sóng ngắn, thành phần phản xạ lại và bức xạ sẽ cân bằng nhau tại khoảng cách π

λ/ 2 Khi khoảng cách càng xa, thành phần trường phản xạ lại giảm theo hệ số 1/R2

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

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

2.3 Các thuộc tính quan trọng của anten

Các thuộc tính quan trọng của anten bao gồm:

Hệ số tăng ích của anten

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)

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

W

E S

2

),(),(

2

ϕθϕ

D

2 2

2),(),

,(θ ϕ Emax F m θ ϕ

Do đó, theo (3-4) và (3-5) sẽ có:

),()

,

max θ ϕϕ

θ D F m

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

O A

Trường hợp hai anten có công suất đặt vào như nhau, bằng P0, thì anten thực (hiệu suất

A

η <1) sẽ có công suất bức xạ ηA P O 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 ηA

Ta có biểu thức hệ số tăng ích của anten:

),()

,()

,(θ ϕ η θ ϕ η θ ϕ

S

S

A O

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

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)

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

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

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.

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

2.3.4 Trở kháng và hệ số sóng đứng

Để đạt được sự truyền công suất tối đa qua các kết nối connector, ví dụ như kết nối giữa một đường cáp đồng trục với anten, trở kháng đầu vào của anten phải phối hợp với trở kháng của đường truyền dẫn

Nếu hai trở kháng này không phối hợp, thì sẽ có một lượng sóng phản xạ sinh ra, dội ngược trở lại nguồn phát tín hiệu Khi đó sóng (điện áp) trên đường truyền là sự chồng chéo của cả sóng tới và sóng phản xạ Hệ số giữa giá trị cực đại và cực tiểu của điện áp được định nghĩa là hệ số sóng đứng VSWR

Hầu hết các hệ thống có trở kháng sóng là 50 Ohm Do đó, anten phải được thiết kế sao cho có trở kháng sóng xấp xỉ 50 Ohm Tham số VSWR 1.0:1 chỉ ra rằng anten có trở kháng sóng chính xác là 50 Ohm

Tham số VSWR có giá trị càng bé càng tốt vì nó gây ra suy hao trực tiếp Rõ ràng, nếu không có sự phối hợp trở kháng thì sẽ dẫn tới hiệu suất làm việc của anten giảm sút cả khi nó thu hay phát tín hiệu Đối với nhiều hệ thống, anten thường được thiết kế để làm việc tốt với hệ số VSWR nhỏ hơn 1.5:1

Lấy ví dụ về suy hao VSWR:

Giả thiết chúng ta có hệ số VSWR là 1.5:1 Ta sẽ tính suy hao là bao nhiêu?

Hệ số phản xạ Γ có thể được xác định theo công thức dưới đây:

2,015,1

15,11

1

=+

−

=+

−

=Γ

VSWR VSWR

Từ giá trị trên, ta tính được suy hao phản xạ:

RL = -20log(|Γ|) = -20log(0,2) = 14dB

Công suất phản xạ lại sẽ là 14dB từ công suất đến

Lấy ví dụ, nếu công suất cấp vào thiết bị là 0 dBm (1mW), VSWR là 1,5:1 thì suy hao 14dB ( tương đương giảm 25 lần của 1mW = 0,04 mW) sẽ bị phản xạ lại và bị tiêu hao trong một cái tải giả

Khi đó, công suất phát ra của thiết bị sẽ là:

CHƯƠNG 3 CÁC MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG3.1 Truyền sóng bên ngoài vào trong tòa nhà.

Hình 3.1 : Truyền sóng vào tòa nhà [4]

* Đó là môi trường truyền dẫn 3 chiều Bởi vì với một khoảng cách xác định từ BTS đến MS, chúng ta phải quan tâm đến yếu tố chiều cao, nó phụ thuộc vào số tầng của tòa nhà Trong khu vực thành thị, chúng ta dễ nhận thấy rằng tín hiệu sẽ có đường truyền thẳng LOS từ BTS đến MS khi MS đang ở các tầng cao của tòa nhà, trong khi nếu MS ở các tầng thấp hay trên phố, đường truyền LOS rất khó đạt được

* Môi trường truyền dẫn bên trong tòa nhà trong đó chứa nhiều vật cản Những vật cản này được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau, và có vị trí rất gần với máy di động Với môi trường như vậy, đặc tính lan truyền của tín hiệu sẽ thay đổi rất nhiều so với môi trường ngoài trời

* Chúng ta đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về lan truyền tín hiệu từ ngoài vào bên trong tòa nhà, đặc biệt với các dải tần số sử dụng cho mạng di động Các công trình nghiên cứu này được chia thành 2 loại sau:

- Loại thứ nhất nghiên cứu trong môi trường có chiều cao trạm BTS từ 3m đến 9m và máy di động chủ yếu di chuyển trong các tòa nhà cao 1 hoặc 2 tầng nằm ở ngoại ô

Hình 3.2 Trạm BTS dùng ở ngoại ô

- Loại thứ hai nghiên cứu trong môi trường có chiều cao trạm BTS tương đương với trong mạng di động cellular và máy di động di chuyển trong các tòa nhà cao tầng

Hình 3.3 Trạm BTS dùng cho các nhà cao tầng.

Các nghiên cứu cho loại thứ nhất xuất phát từ hệ thống điện thoại vô tuyến cầm tay vì

hệ thống này phục vụ cho một số lượng lớn các thiết bị cầm tay công suất thấp, có bán kính cell nhỏ (< 1km) Trong hệ thống này, việc phủ sóng cho một tòa nhà cao tầng được thực hiện thông qua rất nhiều cell nhỏ nằm trong tòa nhà

Trong mạng thông tin di động cellular, anten của các trạm thu phát macrocell thường được đặt trên mái nhà của tòa nhà cao tầng nên thường có chiều cao từ 60 đến 100m so với mặt đất và bán kính cell lớn nhất có thể tới 30km Do vậy, không thể áp dụng các kết quả nghiên cứu của loại thứ nhất vào hệ thống này

3.2 Truyền sóng bên trong tòa nhà

Có rất nhiều nghiên cứu về lan truyền sóng trong tòa nhà trên một phạm vi tần số rộng Lan truyền sóng trong nhà chịu ảnh hưởng rất lớn bởi các đặc tính của tòa nhà như các

bố trí vật dụng trong nhà, vật liệu dùng để xây dựng tường, sàn nhà, trần nhà

Hình 3.4 Mô hình phủ sóng trong các tòa nhà cao tầng

Hệ thống thông tin vô tuyến trong nhà khác với hệ thống vô tuyến bình thường ở hai yếu tố quan trọng sau: môi trường can nhiễu và tốc độ phading Môi trường can nhiễu thường gây ra bởi sự bức xạ của các thiết bị điện tử như máy tính Mức nhiễu bên trong nhà này đôi khi lớn hơn bên ngoài Hơn nữa, cường độ tín hiệu thay đổi từ chỗ này

sang chỗ khác trong tòa nhà Tín hiệu có thể bị suy hao rất nhiều khi lan truyền một vài mét qua tường, trần nhà hoặc sàn nhà hay thậm chí vẫn đủ mạnh sau khi đã lan truyền hàng trăm mét dọc hành lang Hệ số tín hiệu trên tạp âm SNR rất khó dự đoán và thay đổi liên tục

Hình 3.5 Sơ đồ mô tả hệ thống phủ sóng trong các tòa nhà cao tầng

Tốc độ phading chậm làm nó không thích hợp cho việc tính toán hoạt động của hệ thống Có hai khả năng sau: thứ nhất, nếu người sử dụng máy điện thoại vô tuyến di chuyển chậm xung quanh trong tòa nhà trong khi cuộc đàm thoại vẫn liên tục, thì anten

sẽ bị ảnh hưởng bởi phading Trường hợp này được mô tả chính xác nhất bằng tỉ lệ phần trăm của thời gian khi hệ số SNR rơi xuống thấp hơn một giá trị có thể chấp nhận được Nếu là hệ thống số, thì đó là tỉ lệ phần trăm của tỉ lệ lỗi rơi xuống thấp hơn giá

trị cho phép Tuy nhiên vì các ảnh hưởng thứ cấp (như chuyển động của người, cửa bị đóng hoặc mở), những khả năng này thay đổi chậm theo thời gian

Sự hoạt động không như mong muốn của hệ thống băng thông rộng có thể gây ra bởi nhiễu giữa các ký tự do sự trễ dải rộng Điều này làm hạn chế tốc độ truyền dữ liệu Do vậy, trong hệ thống băng thông hẹp, phading nhiều tia và che khuất làm hạn chế vùng phủ sóng Nhiễu có thể xuất phát từ tự nhiên, cũng có thể do con người, hoặc cũng có thể do các thuê bao khác trong một hệ thống nhiều thuê bao tạo ra Nó làm hạn chế số lượng thuê bao cùng tồn tại trong một vùng phủ sóng Các kỹ thuật như cấp kênh động, điều khiển công suất, thu phân tập có thể được sử dụng để hạn chế vấn đề này

3.2.1 Đặc tính lan truyền

Một số các nghiên cứu đã được thực hiện để xác định các đặc tính lan truyền trong nhà, trong tòa nhà văn phòng, trong nhà xưởng Một trong số các nghiên cứu mới nhất, được thực hiện trên hệ thống điện thoại vô tuyến tại Nhật Bản, có dải tần làm việc từ

250 đến 400MHz Các kết quả đo được thực hiện với máy phát công suất thấp 10mW Kết quả nghiên cứu cho thấy suy hao đường truyền trung bình tuân theo quy luật suy hao trong không gian tự do trong khoảng cách rất gần (trong phạm vi 10m) Sau đó, suy hao này tăng tỉ lệ với khoảng cách Nếu đường lan truyền của tín hiệu bị che chắn bởi đồ vật, thì đặc tính lan truyền sẽ bị ảnh hưởng theo nhiều cách khác nhau và không

có quy luật chung nào cả Sự thay đổi tức thời của tín hiệu rất gần với phân bố

Rayleigh, đó là kết quả của quá trình tán xạ bởi sự che chắn của tường, sàn, trần và đồ vật

Một quy luật liên quan giữa suy hao đường truyền và khoảng cách từ máy phát được sử dụng để dự đoán cường độ tín hiệu trong một tòa nhà có cấu trúc, nhưng rất khó để đưa

ra được một công thức chung Mô hình chính xác nhất để miêu tả đường truyền thẳng thường xảy ra tại các phòng có diện tích tương đương nhau, có cùng kiểu sắp xếp đồ đạc, có suy hao giống nhau của tường ngăn giữa các phòng Hệ số mũ n trong công

thức tính suy hao thay đổi xung từ 2 khi tín hiệu lan truyền tự do tại sảnh hoặc hành lang đến 6 khi tín hiệu bị che chắn nhiều

Motley and Keenan đã báo cáo kết quả nghiên cứu thực nghiệm của họ với môi trường nghiên cứu là tòa nhà văn phòng nhiều tầng, tại tần số là 900 và 1700MHz Một máy phát cầm tay di chuyển trong một phòng được lựa chọn trong tòa nhà này, trong khi máy thu là cố định một chỗ Máy thu có vị trí tại trung tâm của tòa nhà, nó giám sát các mức của tín hiệu Họ đã đưa ra một công thức thể hiện mối quan hệ giữa công suất và khoảng cách như sau:

P = P’ + kF = S + 10nlog d (3-1)

Trong đó:

F là suy hao tại mỗi tầng của tòa nhà

K là số tầng

P’ là tham số suy hao phụ thuộc tần số

d là khoảng cách từ máy phát đến máy thu

Chúng ta thấy rằng hệ số n là tương tự nhau cho cả hai tần số, nhưng F và S lại có giá trị cao hơn 6 và 5 dB tại tần số 1700MHz Kết quả này đã được kiểm tra lại trong các tòa nhà cao tầng khác Ta thấy rằng tổng giá trị suy hao đường truyền của tín hiệu tại tần số 1700MHz sẽ lớn hơn 5,5dB so với suy hao tín hiệu tại tần số 900MHz Nhận định này phù hợp với các kết quả dự đoán về mặt lý thuyết

Bảng 3.6 Các tham số lan truyền trong tòa nhà.

Các kết quả đo thực nghiệm khác cho thấy suy hao tín hiệu qua vách ngăn mềm là 4dB, và suy hao qua tường ngạch là 7-8dB Giá trị suy hao qua các vật liệu trên thường nhỏ hơn giá trị suy hao tín hiệu qua sàn nhà, vì sàn nhà thường bằng bê tông có lưới kim loại gia cố Tại tần số 1700MHz có xu hướng bị giữ lại năng lượng nhiều hơn tần

3-số 900MHz khi truyền qua cầu thang bộ và thang máy Các báo cáo cho biết suy hao

giữa các tầng chịu ảnh hưởng bởi vật liệu xây dựng, số lượng và kích thước cửa sổ, cũng như chủng loại kính

Môi trường xung quanh tòa nhà cũng phải được xem xét, vì rõ ràng, năng lượng bên trong tòa nhà có thể lan truyền ra xa gây ảnh hưởng và nhiễu với các tòa nhà xung quanh Nó có thể phản xạ ngược trở lại tòa nhà tại các tầng cao hoặc thấp hơn, phụ thuộc vào vị trí đặt anten và hướng búp sóng Các kết quả thực nghiệm đã chỉ ra rằng suy hao giữa các tầng liền nhau sẽ lơn hơn suy hao của tín hiệu của các tầng khác Sau năm hoặc sáu tầng, tín hiệu không còn ảnh hưởng lẫn nhau Một số nghiên cứu cũng đã xuất bản thông tin về suy hao tín hiệu gây ra bởi lan truyền qua các loại vật liệu xây dựng khác nhau, trên các dải tần số khác nhau, hình dưới đây sẽ thống kê sự suy hao giữa truyền sóng bên trong tòa nhà và ngoài không gian tự do

Hình 3.7 Suy hao khác nhau giữa môi trường không gian tự do và tòa cao ốc [5]

Lan truyền tín hiệu bên trong tòa nhà sẽ phụ thuộc nhiều hơn vào cấu trúc, vật liệu xây dựng khi tần số cao hơn (ví dụ 1700MHz so với 900MHz) Băng tần thấp (860MHz)

đã được sử dụng cho hệ thống điện thoại vô tuyến số châu Âu DECT Hệ thống này được thiết kế cho môi trường kinh doanh và dân dụng Hệ thống này cung cấp một chất lượng thoại tốt, cung cấp các ứng dụng về dữ liệu và thoại Nó cho phép người sử dụng

các thiết bị cầm tay di chuyển linh hoạt trong tòa nhà Mặc dù suy hao tín hiệu tăng lên theo tần số, nhưng dải tần 1700MHz có thể sử dụng được cho hệ thống điện thoại vô tuyến trong nhà Trong bất cứ trường hợp nào, số lượng trạm thu phát sóng sẽ phụ thuộc vào dung lượng và yêu cầu về chất lượng hoạt động, chứ nó không bị giới hạn vào vùng phủ sóng của tín hiệu

Trong tòa nhà, không gian được chia thành các phòng riêng biệt, phading thường xuất hiện thành từng cụm, kéo dài trong vài giây với phạm vi dao động khoảng 30dB Trong môi trường văn phòng thoáng rộng, phading xuất hiện liên tục nhưng lại có phạm vi dao động hẹp hơn, khoảng 17dB Sự thay đổi đường biên theo thời gian là Phading Racian với giá trị của K từ 6 đến 12dB Giá trị của K là một hàm mở rộng, có sự bổ sung yếu tố chuyển động, thay cho cấu trúc nhiều tia tồn tại gần máy thu Sự chuyển động của máy thu đầu cuối cũng gây ra phading, vì sự chuyển động này xuyên qua các khu vực có trường điện từ biến đổi

Có một số công thức mở rộng trong mô hình suy hao tín hiệu trong nhà

L = S + 10n logd + Xd (3-2)

Trong đó Xd là tham số lognormal (dB) với độ sai lệch tiêu chuẩn là σ Anderson đã đưa ra giá trị tiêu chuẩn của σ và n cho các loại tòa nhà khác nhau trên một phạm vi tần số, n nằm trong khoảng 1.6 đến 3.3 , còn σ nằm trong khoảng từ 3 đến 14dB Seidel cũng đưa ra các giá trị cho n và σ cho các tòa nhà khác nhau Các giá trị này được tìm ra thông qua các phép đo thực nghiệm tại rất nhiều vị trí Các giá trị này được

sử dụng để mô hình hóa lan truyền thông qua công thức sau:

L = S + 10nSF logd + F (3-3)

Trong đó, nSF là hệ số mũ cho các phép đo trên cùng một sàn

Giả thiết rằng nếu có một giá trị nSF chính xác, thì suy hao lan truyền trên các sàn khác nhau có thể được xác định bằng cách cộng thêm vào một giá trị thích hợp cho hệ số suy hao F giữa các sàn Một cách khác, trong công thức (2-19) F có thể được loại bỏ

bằng cách sử dụng hệ số nMF Hệ số này đã bao gồm ảnh hưởng cách ly giữa các sàn Khi đó công thức suy hao sẽ trở thành:

L = S + 10nMF logd (3-4)

Devarsirvatham đã nhận thấy suy hao trong nhà có thể được mô hình hóa như suy hao trong không gian tự do và công thêm phần suy hao phụ có tính chất tăng hàm mũ theo khoảng cách Do đó, công thức tính suy hao sẽ được sửa lại như sau:

L = S + 10nSFlogd + αd + F (3-5)

Trong đó, α là hằng số suy hao (dB/m) Các công thức tính suy hao trong nhà đã được Rappaport tổng hợp lại Rappaport là nhà nghiên cứu hàng đầu trên thế giới về lĩnh vực truyền sóng indoor

Cuối cùng Toledo và Turkmani đã tiến hành nghiên cứu có sử dụng thêm các yếu tố khác Hai ông đưa ra công thức cuối cùng dự đoán suy hao đường truyền cho tần số

900 và 1800MHz, với máy phát đặt tại một sàn xác định trong tòa nhà cao tầng:

L = 18.8 + 39.0logd + 5.6kr + 13.0Swin – 11.0G – 0.024Af

L = 24.5 + 33.8logd + 4.0kr + 16.6Swin – 9.8G – 0.017Af (3-6)

Trong đó,

kf là số sàn giữa máy phát và máy thu

Swin là hệ số thể hiện cho mức năng lượng thoát ra và quay lại tòa nhà Swin có giá trị

là 0 hoặc 1, phụ thuộc vào vị trí của máy thu

G thể hiện cho mức năng lượng tại hai tầng thấp nhất của tòa nhà

Af là diện tích sàn của phòng đặt máy thu

Đối với các phòng nằm cùng phía với máy phát, Swin =1,

Phía đối diện Swin = 0.25;

Phía vuông góc Swin = 0.5;

Đối với các phòng bên trong, không có cửa sổ Swin =0

Hệ số G có giá trị bằng 1 đối với 2 tầng thấp hơn so với tầng đặt máy phát, và bằng 0 với các tầng khác

Vùng phủ sóng tốt nhất trong bất kỳ tòa nhà nào khi vị trí của máy phát nằm trong một phòng rộng và tại trung tâm của tòa nhà.

3.2.2 Nghiên cứu lan truyền sóng với hệ thống băng rộng

Ngoài các nghiên cứu với hệ thống băng thông hẹp để tìm ra sự thay đổi cường độ tín hiệu so với khoảng cách, chúng ta cũng có một số nghiên cứu trên hệ thống băng thông rộng về đặc tính lan truyền của tín hiệu bên trong tòa nhà

Devarsirvatham đã sử dụng thiết bị hoạt động ở tần số 850MHz, có độ phân giải trề lan truyền là 25ns (nghĩa là có thể phân biệt các đường truyền có chiều dài khác nhau 7,5m ) để tiến hành các phép đo về trễ lan truyền của tín hiệu trong tòa nhà và khu dân cư Thiết bị này cho thấy hình dạng chi tiết của hiện trạng trễ công suất có ảnh hưởng rất ít đến hoạt động của hệ thống vô tuyến Do vậy, các nghiên cứu sẽ tập trung vào là trễ lan truyền

Nói chung, trễ của tín hiệu indoor sẽ rất nhỏ hơn so với tín hiệu lan truyền outdoor Hình 3.8 thể hiện dạng trễ trung bình trong một tòa nhà cao 6 tầng, diện tích rộng Hình 3.9 thể hiện phân bố tích lũy của trễ lan truyền cho tòa nhà này và một tòa nhà văn phòng khác có 2 tầng với diện tích nhỏ hơn Một hệ thống thông tin di động sẽ phải làm việc trong điều kiện trễ lan truyền xấu nhất, 250ns cho cả hai tòa nhà

Hình 3.8 Dạng trễ tín hiệu lan truyền trong một tòa nhà 6 tầng.

Hình 3.9 Phân bố tích lũy trễ lan truyền trong hai tòa nhà văn phòng [6]

Bultitude đã so sánh các đặc tính indoor tại tần số 900MHz và 1.75GHz sử dụng thiết

bị có tham số giống với Devarsirvatham Các phép đo được thực hiện tại một tòa nhà xây bằng gạch, cao 4 tầng, và một tòa nhà hiện đại xây bằng bê tông, có thể thấy được