Nghiên cứu thiết kế và tối ưu cho việc phủ sóng di động trong các toà nhà cao tầng

- Chất lượng phủ sóng cao - Công suất cao - Chất lượng dịch vụ tốt - Tối thiểu thời gian hồi vốn với chi phí đầu tư nhỏ - Đảm bảo hiệu quả đầu tư trong tương lai Các giải pháp phủ sóng t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

TRẦN TUẤN NGHĨA

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯƯ CHO VIỆC PHỦ SÓNG DI ĐÔNG

TRONG CÁC TÒA NHÀ CAO TẦNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành : Điện tử viễn thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : NGUYỄN QUỐC TRUNG

Hà Nội – 2007

Mở đầu

Thông tin di động ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, khi đó nó chỉ là hệ thống thông tin di động điều vận Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu đối với tất cả mọi người Với các ưu thế vượt trội về mặt công nghệ thì các lợi ích mà nó đem lại là không phải bàn cãi Việc sử dụng thông tin di động không chỉ bó hẹp trong một không gian hạn chế mà ngày càng mở rộng cho phép người dùng có thể thông tin được bất cứ đâu Đối với khu vực thành phố mật độ dân số cao, nên số người sử dụng dịch vụ thông tin

di động nhiều lại có yêu cầu cao về mặt chất lượng cũng như dịch vụ nên việc nghiên cứu thiết kế và tối ưu cho hệ thống thông tin di động là việc hết sức quan quan Trong thành phố với đặc điểm là gồm rất nhiều các toà nhà cao tầng, lại bị nhiễu từ các nguồn nhiễu do đó việc đảm bảo được chất lượng sóng trở lên khó khăn hơn Đối với các đặc điểm là bị che chắn nhiều , nếu chỉ sử dụng các Cell Outdoor thông thường thì chất lượng sóng là không đảm bảo

đặc biệt là trong các toà nhà lớn Đặc biệt là đối với khu vực tầng hầm khi mà sóng của các cell Outbuilding không thể phủ tới được hoặc đối với các tầng cao khi nhiễu rất lớn từ các cell Outbuilding ngoài do đó việc thực hiện thông tin là rất khó khăn Các nghiên cứu về truyền sóng cũng như suy hao đối với Inbuiding đã cho thấy cần thiết phải thiết kế và tính toán tối ưu cho các toà nhà cao tầng để có thể đáp ứng được nhu cầu của khách hàng Trên thế giới việc thiết kế các hệ thống Inbuilding cho các toà nhà cao tầng, đã được quan tâm từ lâu ở Việt Nam cùng với quá trình đô thị hoá diễn ra nhanh chóng việc

ra đời hàng loạt các toà nhà văn phòng, các khách sạn, trung tâm hội nghị nhu cầu phải thiết kế hệ thống Inbuilding để đảm bảo chất lượng tín hiệu là điều tất

yếu cần phải làm Luận văn “Nghiên cứu thiết kế và tối ưu cho việc phủ sóng thông tin di động trong các toà nhà cao tầng” trình bày các nghiên cứu về mặt

Trang 2

lý thuyết và thực nghiệm về quá trình truyền sóng trong các toà nhà cao tầng, trên cơ sở đó đưa ra các phương án thiết cụ thể cho từng các toà nhà Sau khi quá trình thiết kế xong quá trình tối ưu cần phải thực hiện để có thể thu được kết quả tốt nhất

Luận văn được chia làm 5 chương:

Chương 1- Nhu cầu và động lực cho sự phát triển của hệ thống Inbuilding Chương 2- Lý thuyết về truyền sóng trong nhà

Chương 3- Tối ưu cho mạng inbuilding

Chương 4- Thiết kế hệ thống IBC cho toà nhà cao ốc

Chương 5- Giới thiệu giải pháp thiết kế cho toà nhà Horrison

Phụ lục- Kết quả đo kiểm cho toà nhà Horrison

CHương I : NHU Cầu và Động lực cho sự phát triển của

vụ truyền thông và dữ liệu không dây trong nhà trở thành quan tâm hàng đầu của tất cả chủ sở hữu các toà nhà, nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng toà nhà trong một môi trường bùng nổ thông tin như hiện nay, yêu cầu quan trọng nhất đối với tất cả là việc phủ sóng RF phải có ở mọi nơi trong suốt toà nhà, từ tầng sang tầng, từ khu vực này sang khu vực khác, từ văn phòng này sang văn phòng khác

Toàn bộ việc sử dụng các dịch vụ truyền thông không dây và đặc biệt là các dịch vụ về dữ liệu sẽ ngày càng tập trung trong các toà nhà Không như nhu cầu về các dịch vụ chỉ điện thoại không thế hệ 2, các nhu cầu dịch vụ dữ liệu không dây trong nhà hiện nay không thể đáp ứng được nếu chỉ dựa trên các hệ thống mạng bên ngoài Chất lượng dịch vụ và công suất quyết định quá trình này Và nhu cầu cấp thiết là phát triển và thiết kế các hệ thống đặc biệt riêng cho việc phủ sóng RF trong các toà nhà

Trên xu hướng này, các nhà khai thác dịch vụ thông tin di động đã có chủ trương phát triển việc nâng cao chất lượng phủ sóng di động cho các toà nhà cao tầng, đường tàu điện ngầm, sân bay, Với mục dịch đảm bảo tốt chất

Trang 4

lượng phủ sóng cũng như chất lượng dịch vụ được cung cấp, các hệ thống này

sẽ đáp ứng được tất cả các yêu cầu chi tiết như sau:

- Các tiêu chuẩn chung về công nghệ:

o Hệ thống phủ sóng trong nhà đáp ứng yêu cầu công nghệ GSM900 và GSM1800

o Hệ thống phủ sóng trong nhà phải cung cấp toàn bộ diện tích phủ sóng cho toà nhà

- Các chi tiêu kỹ thuật cơ bản:

o Mức thu tối thiểu đường xuống đạt tốt hơn hoặc bằng -80 dBm trên diện tích 98% (GSM900)

o Mức thu tối thiểu đường lên đạt tốt hơn hoặc bằng -97 dBm trên diện tích 98% (GSM900)

o Mức thu tối thiểu đường xuống đạt tốt hơn hoặc bằng -85 dBm trên diện tích 98% (GSM1800)

o Mức thu tối thiểu đường lên đạt tốt hơn hoặc bằng -97 dBm trên diện tích 98% (GSM1800)

o Mức thu tín hiệu tại khu vực xung quanh toà nhà lớn hơn hoặc bằng -90 dBm với hơn 95% thời gian

o Mức thu tín hiệu ngay dưới anten phải lớn hơn hoặc bằng -55 dBm và mức chất lượng RXQAL đạt mức 0

o Mức chất lượng tín hiệu BER tối thiểu đường lên và đường xuống

đạt tốt hơn hoặc bằng giá trị RXQUAL 4 trên diện tích 98%

o Chất lượng thoại của cuộc gọi phải rõ ràng, không bị méo, tạp âm

o Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công phải đạt trên 98%

o Tỷ lệ rớt cuộc gọi đạt dưới 1% Phải có khả năng đo kiểm tra và hiệu chỉnh nếu tỷ lệ này vượt quá 1%

Các yêu cầu cần phải đạt được đối với một hệ thống Inbuiding

- Chất lượng phủ sóng cao

- Công suất cao

- Chất lượng dịch vụ tốt

- Tối thiểu thời gian hồi vốn với chi phí đầu tư nhỏ

- Đảm bảo hiệu quả đầu tư trong tương lai

Các giải pháp phủ sóng trong các toà nhà này sẽ mang lại lợi ích đáp ứng mong đợi của hầu hết các thành phần liên quan trong như:

- Chủ sở hữu các toà nhà cao tầng sẽ thu được lợi ích từ việc giá trị của toà nhà được cải thiện và các mức phí sử dụng cũng được cao hơn

- Các nhà cung cấp dịch vụ đảm bảo tối ưu hoá được chất lượng dịch vụ

và giảm thiểu được các rủi ro gây ra bởi sự không hài lòng của các thuê bao

- Và cuối cùng là người sử dụng hài lòng với các dịch vụ truyền thông không dây đa dịch vụ cần thiết theo yêu cầu

1.2 Động lực cho sự phát triển của hệ thống Inbuilding

1.2.1 Khách hàng

- Những người sử dụng điện thoại di động với mục đích cá nhân với đa phần thời gian ở những nơi mua bán lớn, công sở, cửa hàng, nơi gửi xe, nhà hàng hay nhũng nơi công cộng v.v Những khách hàng này luôn mong muốn hệ thống thông tin di động được phủ sóng tốt ở mọi nơi để họ có thể

sử dụng dịch vụ điện thoại di động vào bất cứ khi nào họ muốn, bất kỳ thời

Cuộc điều tra về lắp đặt Micro cells cho thấy tới hơn 80% các đường thông tin liên lạc được lắp đặt trong các toà nhà là đường dây mới Đây là một sự tăng trưởng đáng kể trong thu nhập

Một hệ thống chuyên dụng trong toà nhà là giải pháp tốt nhất cho một toà nhà

để bảo đảm cho dung lượng và khả năng phủ sóng

Lợi ích cho một nhà khai thác có nhiều hệ thống phủ sóng trong toà nhà là rất lớn:

- Công việc kinh doanh mới thu hút được nhiều khách hàng (tăng thu nhập)

- Tính cạnh tranh: Việc phủ sóng trong toà nhà có chất lượng tốt sẽ là một ưu thế lớn thu hút thuê bao mới và giữ các thuê bao di động sẽ không chuyển sang các mạng di động khác Nếu thị trường nhận thấy rằng một nhà khai thác dịch vụ thông tin di động luôn có chất lượng phủ sóng di động tốt ở mọi nơi, thì những thuê bao di động mới có thể lựa chọn mạng của nhà cung cấp dịch vụ này thay vì sử dụng dịch vụ di

động của nhà cung cấp khác

- Khả năng và điều kiện tiên quyết cho dữ liệu đường truyền: Dự đoán trong tương lai chỉ ra sự phát triển mạnh mẽ trong hệ thống đường truyền dữ liệu di động Các nhà kinh doanh là một ví dụ họ muốn sử dụng mạng không dây (M-VPN và GSM on the Net) và WAP ở mọi nơi Người sử dụng muốn truy cập Internet thông qua điện thoại di động của

họ bằng cách sử dụng ứng dụng WAP Hầu hết đường thông tin liên lạc này có thể đặt ở trong nhà, nơi mà yêu cầu dung lượng mạng cao Để giành được đường truyền này và đạt được lợi nhuận thì cần thiết phải lắp

đặt hệ thống phủ sóng trong các toà nhà

- Giảm tải mạng Macro: Một Micro Cell được lắp đặt sẽ giảm tải dung lượng cho trạm gốc mà trước đó đã phủ sóng cho toà nhà Công suất dư thừa này có thể được sử dụng thay cho lưu lượng tăng bên ngoài toà nhà

Điều này có nghĩa là việc đầu tư cho mạng Macro sẽ được giảm đi

- Cơ sở cho mạng không dây: (M-VPN và GSM on the Net): Các dịch vụ mới như M-VPN và GSM on the Net đều yêu cầu cả dung lượng và chất lượng tốt Ngày nay, nhiều văn phòng trên các toà tầng thường gặp tình trạng mất sóng hoặc hiện tượng nhiễu sóng Hệ thống phủ song trong nhà có thể được coi như nền tảng của những ứng dụng trong văn phòng

- Một công việc kinh doanh tốt: Hệ thống phủ sóng trong toà nhà chỉ ra việc kinh doanh có hiệu quả.Trong hầu hết các trường hợp thì thời gian hoàn vốn ít hơn 2 năm

sử dụng được điện thoại di động trong nhà hàng, quán cafe, cửa hàng hay siêu thị…thì có thể họ sẽ tới toà nhà này để mua sắm và dùng các dịch vụ khác nếu ở đây có chất lượng phủ sóng tốt, khách hàng không bị mất các thông tin liên lạc với các đối tác, gia đình, bạn bè của họ Vì vậy, điều này sẽ lôi cuốn các chủ cửa hàng, chủ các doanh nghiệp đến thuê địa điểm tại toà nhà này

Các toà nhà văn phòng

- Ngày càng nhiều các thương nhân sử dụng điện thoại di động và xu hướng sử dụng điện thoại di động trong văn phòng ngày càng tăng Những dịch vụ mới có thể có thể được thêm vào mạng GSM như Mobile Virtual Private Network, GSM Mobile Centrex và GSM-on-the-Net sẽ tăng thói quen sử dụng điên thoại di động nhiều hơn trong công việc

- Nhiều công ty cũng thu hút được nhiều khách hàng đến toà nhà của họ mỗi ngày Những người khách này muốn sử dụng điện thoại di động của

họ trong các buổi diễn thuyết nhưng cũng vẫn có thể liên lạc với công ty của họ thông qua mạng GSM

- Các chủ toà nhà có thể thu hút được nhiều công ty bằng chính loại hình dịch vụ này đồng thời các chủ toà nhà cũng tạo vị thế khi thu hút thêm nhiều khách hàng tới toà nhà của họ

CHƯƠNG 2 lý thuyết TRUYềN SóNG trong nhà

Mục tiêu

• Tìm hiểu nguyên lý lan truyền tín hiệu di động trong môi trường

truyền dẫn trong nhà

• Đánh giá được mức độ phủ sóng của trạm phát sóng ngoài trời đối

với một tòa nhà cao tầng

• Sự cần thiết phải xây dựng hệ thống phủ sóng tín hiệu cho các công

trình xây dựng cao tầng, công trình ngầm

Trang 10

2.1 Các mô hình thực nghiệm

2.1.1 Truyền sóng bên ngoài vào trong tòa nhà

Trong những năm gần đây, công nghệ thông tin di động đánh dấu sự phát triển bùng nổ của các thiết bị di động cá nhân cả về số lượng lẫn chủng loại Việc lập kế hoạch mạng viễn thông là vấn đề cần thiết để theo kịp với sự phát triển này Trong thông tin di động, các nhà chuyên môn lấy yếu tố suy hao

đường truyền tín hiệu trong tòa nhà để đánh giá chất lượng cho từng mạng di

động Các vấn đề của mô hình lan truyền tín hiệu trong nhà rất khác nhau và phức tạp Cụ thể là:

* 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 dân 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 3

đến 9m và máy di động chủ yếu di chuyển trong các tòa nhà cao 1 hoặc

2 tầng nằm 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

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 Đó là lý do tại sao các nghiên cứu lại sử dụng chiều cao của anten thấp, khoảng cách từ BTS đến MS nhỏ hơn 1km, và các phép đo

được tiến hành trong 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 chúng ta không thể áp dụng các kết quả nghiên cứu của loại thứ nhất vào hệ thống này Tuy nhiên, các nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng tín hiệu trong các khu vực nhỏ như trong tòa nhà có phading Rayleigh phân bố xấp xỉ với phading hàm log Nói cách khác, hàm thống kê tín hiệu trong tòa nhà có thể được mô hình như là sự xếp chồng của quá trình small-scale (Rayleigh) và large-scale (lognormal)- là các mô hình truyền sóng ngoài trời cho khu vực thành thị Mức tín hiệu luôn thay đổi theo chiều cao của anten và chịu ảnh hưởng của sự phản xạ từ mặt đất

Các kết quả nghiên cứu đã đưa ra công thức suy hao của tín hiệu:

Trong đó:

S là hằng số, S = 32.0 tại 900MHz = 38.0 tại 1800MHz

d là khoảng cách giữa máy phát và máy thu

Các phép đo thực nghiệm được thực hiện bằng cách sử dụng một máy thu

được đặt cố định và một máy phát cầm tay di chuyển khắp mọi vị trí trong tòa nhà, đã cho thấy giá trị của tham số n trong công thức (2-1) sẽ là 4,5; 3,9; 3,0

và 2,5 cho các vị trí tương ứng là bên ngoài tòa nhà, tại tầng 1, tại tầng 2 và tại tầng hầm

Trang 12

Trong khi đó, các nghiên cứu của loại thứ hai lại liên quan đến các đặc tính thống kê của suy hao tín hiệu trong nhà Một công trình đầu tiên được giới thiệu bởi Rice, đã chỉ ra sự khác nhau giữa tín hiệu trung bình tại tầng khảo sát của tòa nhà với mức tín hiệu trung bình bên ngoài tòa nhà, trên phố nằm kề với tòa nhà Rõ ràng là có hai khả năng xảy ra, hoặc là ta có thể thực hiện các phép đo trên đường phố nằm xung quanh tòa nhà để tìm được mức tín hiệu trung bình bên ngoài tòa nhà, như Rice đã đưa ra, hoặc là ta có thể lấy kết quả của phép đo tức thời bên ngoài tòa nhà tại vị trí nằm trên đường thẳng nối

từ tâm tòa nhà đến vị trí máy phát

Phương pháp thứ hai sẽ chính xác hơn nếu tồn tại một đường truyền LOS giữa máy phát và tòa nhà Nhưng trường hợp này rất ít khả năng vì tín hiệu truyền vào trong tòa nhà qua rất nhiều đường truyền tán xạ, nên phương pháp một mang tính thực tiễn hơn Phương pháp phân tích số liệu cũng rất khác nhau Mặc dù trong hầu hết các nghiên cứu, tín hiệu được lấy mẫu tại theo từng khoảng thời gian và từng vị trí Nhưng nhìn chung, các phương pháp khác nhau này không làm ảnh hưởng đến giá trị trung bình phép đo suy hao tín hiệu trong tòa nhà

Vì những lí do này, chúng ta đôi khi rất khó so sánh kết quả của các công trình nghiên cứu Suy hao phụ thuộc rất nhiều các yếu tố, nhưng chủ yếu là phụ thuộc vào tần số, điều kiện lan truyền và chiều cao của máy thu trong tòa nhà Tuy nhiên, một số yếu tố khác cũng có ảnh hưởng đến suy hao tín hiệu như hướng của tòa nhà so với anten BTS, cấu trúc tòa nhà (vật liệu xây nhà, số lượng và kích thước cửa sổ) và cách bố trí vật dụng trong tòa nhà Trong hầu hết các mô hình để dự đoán cường độ tín hiệu trong tòa nhà đều sử dụng phương pháp kỹ thuật được đưa ra bởi Rice Cụ thể là trước tiên, chúng ta dự

đoán mức tín hiệu trung bình trên các con phố nằm xung quanh tòa nhà, sau

đó cộng thêm phần suy hao bởi tòa nhà

Một nghiên cứu khác của Barry và Williamson – New Zealand tập trung nghiên cứu vào tòa nhà, tại các tầng chính có đường truyền thẳng tới trạm thu phát gốc BTS Hai ông đã sử dụng các tiêu chuẩn tương tự như việc tính toán trong môi trường giao thông Phương pháp mô tả thống kê của Suzuki cho thấy tín hiệu trên bất cứ tầng nhà nào tại tần số 900MHz có độ lệch tiêu chuẩn

là 6,7dB Mô hình cũng cho rằng suy hao qua cửa sổ có ô kính nhỏ có giá trị là 10dB

Các nghiên cứu thực nghiệm tại Anh cho tần số 441, 896.5 và 1400MHz

đã cho ra cùng một kết quả về sự thay đổi tín hiệu, tương tự như những nghiên cứu ở trên Các nghiên cứu này đưa ra cách nhìn về bản chất ảnh hưởng của

điều kiện lan truyền đến độ sai lệch tiêu chuẩn

Bảng 2.1 đưa ra giá trị suy hao xâm nhập cho 3 tần số tín hiệu khác nhau khi máy thu ở các vị trí khác nhau của một tòa nhà 6 tầng hiện đại Giá trị suy hao tăng khoảng 1.5dB khi tần số thay đổi từ 441 lên 896.5MHz và khoảng 4.3dB khi tần số tăng lên 1400MHz

Các phép đo thử khác nhau được thực hiện trong tòa nhà lớn, có tầng hầm thì giá trị suy hao là 14.2, 13.4 và 12.8 tương ứng với các tần số 900, 1800 và 2300MHz Đối với các nhà thiết kế hệ thống, sự suy hao tín hiệu tại tầng hầm

là rất quan trọng Bởi vì nếu một hệ thống được thiết kế mà đạt được chất lượng tốt nhất tại tầng hầm thì chất lượng tại các tầng trên của tòa nhà cũng sẽ tốt

Chúng ta cũng phải nhấn mạnh một điều là, tổng suy hao tín hiệu lan truyền từ trạm BTS đến MS được chia ra làm hai thành phần: một là suy hao tín hiệu từ BTS đến vị trí xung quanh tòa nhà; thứ hai là suy hao của tín hiệu khi xâm nhập vào tòa nhà Sự phân chia này tạo thuận lợi khi chúng ta ước lượng suy hao của tín hiệu Theo các kết quả nghiên cứu ở trên, suy hao xâm nhập vào tòa nhà và suy hao trong không khí của tín hiệu tăng tỉ lệ thuận với tần số

bố lognormal và khi đó giá trị sai lệch chuẩn sẽ là 4dB Trong trường hợp khác, khi tín hiệu tồn tại đường truyền thẳng đến toàn bộ tòa nhà hoặc một phần của tòa nhà, thì sự thay đổi của tín hiệu theo tỉ lệ lớn (large-scale) sẽ xuất phát từ một giá trị nào đó của hàm lognormal và giá trị sai lệch chuẩn sẽ cao hơn Đối với môi trường truyền dẫn hoàn toàn LOS, giá trị sai lệch chuẩn sẽ là

6 – 7dB

Hình 2.1 Phân bố tích lũy của sự thay đổi tín hiệu tại tần số 900MHz trong tòa nhà không có đường truyền LOS ( ): giá trị đo, ( ): giá trị lý thuyết của phân bố lognormal với độ lệch chuẩn 4dB

Tóm lại, giá trị sai lệch chuẩn của tín hiệu có liên quan đến diện tích của sàn, với sàn có diện tích nhỏ thì giá trị sai lệch chuẩn cũng sẽ nhỏ và ngược lại Suy hao xâm nhập sẽ giảm khi MS di chuyển lên các tầng cao của tòa nhà, vì sẽ có nhiều đường truyền LOS đến các tầng cao hơn là các vị trí thấp trên các con phố xung quanh tòa nhà

Trang 16

Dấu x: giá trị đo thực tế

Hình 2.2 Mối quan hệ giữa suy hao xâm nhập và số tầng tòa nhà

Tuy nhiên, cũng có những trường hợp cá biệt, đó là giá trị suy hao xâm nhập lại tăng lên cùng với số tầng của tòa nhà Điều này gây ra bởi điều kiện môi trường lan truyền đặc biệt tồn tại giữa BTS và MS Hình 1.2 chỉ ra sự thay

- Suy hao xâm nhập vào tòa nhà của tín hiệu sẽ giảm khi tần số tăng

- Khi không có đường truyền thẳng LOS giữa BTS và tòa nhà (cơ chế tán xạ chiếm ưu thế), sự sai lệch tiêu chuẩn của giá trị trung bình cục bộ xấp xỉ 4dB Khi có đường truyền thẳng LOS, sự sai lệch tiêu chuẩn là 6

đến 9dB

- Sự thay đổi suy hao xâm nhập của tín hiệu theo độ cao là 2dB/tầng Cuối cùng, chúng ta thảo luận về vấn đề mô hình hóa Hầu hết các mô hình lan truyền ngoài trời được phát triển và tối ưu cho macrocell, và chúng không chính xác khi áp dụng cho microcell Ngoài ra, việc dự đoán suy hao

đường truyền từ một trạm BTS bên ngoài đến một máy thu nằm bên trong tòa nhà sẽ chính xác hơn nếu nó được tính toán trực tiếp và không đơn thuần là sự

mở rộng của các mô hình ngoài trời Barry và Williamson đã đưa ra một hệ số kết hợp liên quan đến sự lan truyền của tín hiệu từ ngoài vào trong tòa nhà và

hệ số liên quan đến sự lan truyền của tín hiệu bên trong tòa nhà để cho ra đời một mô hình toàn diện

Toledo đã thực hiện các phân tích hồi quy nhiều bước với một cơ sở dữ liệu to lớn, và nghiên cứu mối quan hệ của các tham số Kết quả tốt nhất của

ông là đưa 3 tham số vào công thức toán hồi quy Đó là khoảng cách d giữa máy phát và thu, diện tích sàn Af, và hệ số SQ thể hiện cho số sàn của tòa nhà

có đường truyền thẳng LOS Mô hình cho tần số 900 và 1800MHz như sau:

L = -37,7 + 40logd + 17,6logAf –27,5SQ (2-2)

L = -27,9 + 40logd + 23,3logAf – 20,9SQ (2-3) Sai số giữa công thức toán học trên với giá trị đo thực nghiệm là 2,4 và 2,2dB tương ứng Sai số này nhỏ hơn một chút so với kết quả nghiên cứu của Barry và Williamson

2.1.2 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

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 user khác trong một hệ thống nhiều user tạo ra Nó làm hạn chế số lượng user 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

2.1.2.1 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 chúng ta 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:

Trang 20

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

Bảng 2.2 đưa ra giá trị của các tham số được đo thực nghiệm 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 2.2 Các tham số lan truyền trong tòa nhà

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

Các nghiên cứu đã cho thấy, 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 của (2-1) trong mô hình suy hao tín hiệu trong nhà

Trang 22

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:

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 (1-6) 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:

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 (2-8) 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, xuất phát từ công thức cơ bản (2-1), 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 (2-9) 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

2.1.2.2 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 trề lan truyền của tín hiệu trong tòa nhà và khu dân cư Thiết bị này cho thấy hình dạng chi tiết của hiện trạng trề công suất có ảnh hưởng rất ít đến hoạt động của hệ thống vô tuyến Do vậy, các nghiên cứu sẽ tập trung vào trễ là trề lan truyền

Nói chung, trễ của tín hiệu indoor sẽ rất nhỏ hơn so với tín hiệu lan truyền outdoor Hình 2.3 thể hiện dạng trề trung bình trong một tòa nhà cao 6 tầng,

Hình 2.4 Phân bố tích lũy trề lan truyền trong hai tòa nhà văn phòng

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 Chúng ta có thể thấy được sự khác nhau trong kết quả đo, nhưng

nó chịu ảnh hưởng nhiều về vị trí hơn là tần số làm việc Trong một tòa nhà, trễ lan truyền RMS có giá trị lớn hơn một chút tại tần số 1.75GHz ở trên 90%

vị trí được đo (28ns so với 26ns) Kết quả đo cũng cho thấy vùng phủ sóng trong cả hai tòa nhà là có bán kính nhỏ hơn tại tần số 1.75GHz so với tại tần số 900MHz

Một mô hình thống kê cho lan truyền nhiều tia tín hiệu trong nhà được tiến hành bởi Salah và Valenzuela trên tần số 1.5GHz sử dụng máy phát xung 10ns trong một tòa nhà kích thước trung bình Kết quả của hai ông cho thấy, kênh thông tin indoor gần như tĩnh, nghĩa là chúng biến đổi rất chậm Đặc tính tự

Trang 26

nhiên và thống kê của đáp ứng xung được xem là độc lập với phân cực của tín hiệu phát và thu khi không tồn tại đường truyền thẳng LOS Trề lan truyền lớn nhất trong phòng từ 100 đến 200ns, nhưng thỉnh thoảng giá trị này đạt 300ns khi đo tại sảnh Trễ lan truyền RMS đo được trong tòa nhà có giá trị trung bình 25ns, và có giá trị lớn nhất (tồi nhất) là 50ns (bằng 1/5 so với giá trị của Devarsirvatham đo trong tòa nhà rộng )

Cuối cùng, Rappaport, một lần nữa sử dụng các thiết bị đo tương tự, nghiên cứu lan truyền nhiều tia trong một nhà xưởng tại tần số 1300MHz Ta thấy rõ sự khác nhau về mặt vật lý của các tòa nhà, về kỹ thuật xây dựng, về

bố trí nội thất…sẽ là nguyên nhân làm cho đặc tính lan truyền tín hiệu sẽ khác nhau.Trên thực tế, ta thấy rằng hệ số suy hao n có giá trị xấp xỉ 2,2 và phading Racian là tiêu chuẩn Trề lan truyền RMS có giá trị từ 30 đến 300ns,

và có giá trị trung bình là 96ns cho đường truyền LOS và 105ns cho đường truyền NLOS

Bảng 2.3 Các tham số thực nghiệm từ các nghiên cứu về lan truyền sóng trong nhà

2.2 Mô hình giải tích truyền sóng trong nhà (Ray tracing)

Các mô hình lan truyền thường nhận ra rằng khi khi một vật thể nằm chắn trên đường truyền của tia sóng, thì tia sóng có thể phản xạ, tán xạ hoặc trong một số trường hợp bị khúc xạ xung quanh rìa của vật thể Môi trường indoor chứa rất nhiều vật thể có cấu trúc phức tạp Việc xác định đường đi của một tia sóng là điều khó thực hiện được

Để xác định đường đi của một tia sóng lan truyền từ máy phát đến máy thu, chúng ta có một số phương pháp nhưng hiệu quả nhất là phương pháp ray tracing (tìm vết) Phương pháp này dựa trên công nghệ xử lý ảnh Ray tracing xem tất cả các vật cản như là vật phản xạ tiềm tàng và tính toán ảnh hưởng của chúng dựa trên xử lý ảnh Đây là cách tiếp cận có tính phân tích kỹ lưỡng, yêu cầu tính đến tất cả các tia phát sinh do phản xạ hoặc khúc xạ Do đó, với một môi trường đơn giản, thời gian tính toán sẽ ít Với môi trường phức tạp, cơ sở dữ liệu về môi trường như công trình, số bức tường, cấu tạo, vật liệu…vô cùng lớn và thời gian tính toán lớn, phương pháp tính toán rất phức tạp Do đó, vị trí giữa máy phát và máy thu được xác định trong tọa độ không gian 3 chiều Cường độ của tia phản xạ và tia phát được tính toán thông qua kỹ thuật quang hình học Tia khúc xạ được xử lý bằng một trong các kỹ thuật tiêu chuẩn, đó là UTD Sự tồn tại hay không của một đường truyền LOS sẽ được xác định sau khi một nguồn tín hiệu giả được thiết lập Dữ liệu ảnh sẽ được tạo ra bằng cách phản xạ nguồn tín hiệu giả lên tất cả bề mặt của vật cản có liên quan

Để mô phỏng quá trình này, một chuồi các bức tường được tạo ra Hình 2.5b là biểu đồ một phần của chuỗi bức tường (có cấu trúc hình cây) cho sơ đồ

bố trí đơn giản hình 2.5a

Trang 28

Hình 2.5 Ví dụ đơn giản về mô hình lan truyền sóng indoor

Trong hình 2.5, có bốn vật cản được bố trí để mô phỏng Bức tường 1 là vật phản xạ thứ nhất, và đường đi của lần phản xạ thứ 3 được xét đến Những lần phản xạ kế tiếp nhau trên cùng một bức tường là không có khả năng xảy ra và chúng không được đưa vào ví dụ này Hình 2.5b thể hiện có tất cả 13 khả năng của đường truyền cho bức tường 1 như là vật phản xạ thứ nhất (phản xạ lần 1

có 1, phản xạ lần 2 có 3, phản xạ lần 3 có 9) Các biểu đồ tương tự có thể được xác định cho bức tường thứ 2, 3 và 4 Như vậy sẽ có tổng số 52 khả năng của

đường truyền xảy ra, cộng với 1 đường truyền thẳng trực tiếp LOS trong một

ví dụ đơn giản và chỉ xét đến lần phản xạ thứ 3

Hình 2.6 Quá trình xử lý ảnh

Hình 2.6 minh họa quá trình xử lý ảnh trong môi trường indoor I1(w1) là

ảnh của lần phản xạ thứ nhất lên bức tường 1 Có hai ảnh của lần phản xạ thứ

2 Đó là ảnh của I1(w1) phản xạ lên bức tường thứ 2 và thứ 3, được ký hiệu là

I2(w2) và I2(w3) Các ảnh của những lần phản xạ tiếp theo được tạo ra một cách tương tự Một bức tranh hoàn thiện sẽ thể hiện các ảnh của lần phản xạ thứ nhất lên bức tường 2 và 3, đồng thời các lần phản xạ tiếp theo Đến đây ta

đã tính toán được vị trí của các ảnh Tiếp theo phần mềm sẽ kiểm tra xem liệu các ảnh đó có khả năng chứa các đường truyền hay không Phần mềm sẽ bắt

đầu tính toán từ các ảnh của lần phản xạ cao nhất và tính ngược đến máy phát Các ảnh mà không chứa các đường truyền sẽ bị loại bỏ khỏi cơ sở dữ liệu trước khi việc tính toán lan truyền được thực hiện

®iÓm ph¶n x¹ thÝch hîp trªn bøc t−êng 2 Râ rµng ®iÓm P2 kh«ng n»m trung

với bất cứ một điểm vật lý nào trên bức tường thứ hai, do vậy đường phản xạ kép Tx-w1-w2-Rx không tồn tại trong thực tế Từ hình 2.7a chúng ta thấy điều kiện cho một đường truyền tồn tại là điểm phản xạ P2 phải có vị trí vật lý trên bức tường 2 Đây chỉ là một khả năng khi mà Rx nằm trong miền được minh hoạ được xác định bởi I2(w2) và bức tường 2 Nhưng với điều kiện này, là cần nhưng chưa đủ

Hình 2.7b minh họa điểm Rx nằm trong khu vực mô phỏng, nên đảm bảo rằng điểm phản xạ nằm trên bức tường thứ 2 Trong trường hợp này, điểm phản xạ nằm trên bức tường 1 lại nằm ngoài vùng vật lý của tường, do vậy một lần nữa đường truyền sẽ không tồn tại Tuy nhiên, ta cũng thấy rõ được điều kiện cần thiết Chúng ta sẽ thiết lập điểm phản xạ P2 nằm trong miền vật lý của bức tường 2, có điểm thu Rx nằm trong miền được mô phỏng Điểm phản xạ P1 cần thiết trên bức tường 1 phải tồn tại để cung cấp điểm P2 nằm trong miền mô phỏng được xác định bởi I1(w1) và bức tường 1 Hình 2.7c minh hoạ trường hợp này

Điều kiện cần và đủ để tồn tại một đường truyền là điểm P2 phải nằm trên phần của bức tường 2, phần nằm trong miền được xác định bởi I2(w2) với bức tường 2 và miền được xác định bởi I1(w1) và bức tường 1 Đây là phần tô đậm trong hình 2.7c Nếu không có phần bức tường 2 rơi vào trong miền được xác

định bởi I1(w1) và bức tường 1 thì đường truyền sẽ được xem như là không tồn tại cho bất cứ vị trí nào của Rx trong miền được mô phỏng Nói chung, quá trình trên được áp dụng một cách đệ quy, bắt đầu từ Rx, được tính toán ngược lại Tx để xác định xem liệu mỗi điểm phản xạ cần thiết có tồn tại thực tế với bất kỳ đường truyền phản xạ nhiều lần nào không

Trang 32

Hình 2.7 (c) Tồn tại cả hai điểm phản xạ, vì vậy đường truyền được xác

định (d) Máy thu không nằm trong miền mô phỏng

Một hình ảnh minh họa sâu thêm trong hình 2.7c Trong trường hợp này, cả hai điểm phản xạ đều tồn tại và đáp ứng các yêu cầu trên Nhưng điểm thu

Rx lại nằm sai phía của bức tường 2 Đây là một điểm chú ý là các ảnh này là của nguồn phát ảo được sử dụng để mô phỏng đường truyền bị phản xạ, nhưng các khu vực được xác định mô phỏng chỉ tồn tại ở phía bên kia so với ảnh (vùng mờ) Tuy nhiên hình 2.7d chỉ miêu tả một đường truyền phản xạ đơn lẻ

từ Tx đến Rx thông qua tường 1 Đối với các vị trí khác nhau của Rx, rất có thể sẽ có các đường phản xạ khác

Một ví dụ khác, chúng ta quay trở lại hình 2.6 Trong trường hợp này các bức tường 1 và 2 đáp ứng các điều kiện cần thiết Bức tường 3 không tạo ra

đường truyền Nhưng vì bức tường 3 lại nằm trong miền xác định của I1(w1),

đường thẳng nối I2(w2) và Rx sẽ không nằm trong miền xác định của I2(w3)

Để nâng cao hiệu suất tính toán trong thực tế, các điều kiện cụ thể được

đưa vào Ví dụ, sẽ không có đường truyền trải qua quá n lần phản xạ hoặc có cường độ nhỏ hơn X dB so với cường độ mạnh nhất

Tóm lại, hơn một thập kỷ qua chúng ta có rất nhiều nghiên cứu quan trọng cho việc mô hình hóa lan truyền tín hiệu macrocell và picrocell indoor Độ chính xác phụ thuộc chủ yếu vào tính sẵn sàng của cơ sở dữ liệu cập nhật thường xuyên và kỹ thuật tính toán Các thuộc tính điện của vật liệu tự nhiên

và nhân tạo được sử dụng để xây dựng tường, cửa ra vào, cửa sổ… cũng được xem xét chính xác

3.1 Phân tích các nguồn nhiễu

Mô hình một inbuilding

Hình 3.1 Mô hình tương quan của inbuilding trong hệ thống

Hình vẽ trên cho ta thấy được mô hình của một Inbuilding trong tương quan với một hệ thống Mối quan hệ của Inbuilding là với các Microcell và các Macrocell bên ngoài

Hình 3.2 ảnh hưởng từ các nguồn nhiễu

Đối với một hệ thống Inbuilding ta phải xét đến các nguồn nhiễu sau

Trang 36

- Nhiễu từ Outdoor vào Indoor: Nhiễu này xuất hiện nhiều và lớn ở trên các tầng cao của toà nhà Inbuilding khi bị ảnh hưởng từ các nguồn nhiễu bên ngoài như từ các Macrocell bên ngoài Nhiễu này được chia làm 2 loại

+ Nhiễu đường Dowlink từ Outdoor vào Indoor

+ Nhiễu tầng( Noise Floor): Đối với các khu vực tập trung lưu lượng cao nhiễu tầng ảnh hưởng là rất lớn

Hình 3.3 Nhiễu tầng đo tại tầng Ground của toà nhà

Hình 3.4 Nhiễu tầng đo tại tầng 35 của toà nhà

Qua các giá trị đo được đối với một toà nhà cao tầng đã cho thấy nhiễu tầng tại tầng Ground là vào khoảng -90dBm đối với tầng 35 và -75dBm đối với tầng Ground Do đó thực tế trong thực tế khi thiết kế phải có dự trữ công suet vào khoảng 9dB

- Nhiễu từ Indoor ra Outdoor Chia làm 2 loại

+ Nhiễu đường Uplink khi đóng cửa sổ

+ Nhiễu đường Dowlink của các tầng thấp với các Microcell bên ngoài

3.2.Các nguyên tắc cho việc tối ưu một Inbuilding

- Anten phải được đặt ở vị trí trung tâm của toà nhà

Điều này sẽ tạo điều kiện cho việc phủ sóng được trải đều cho toàn bộ toà nhà Việc tối ưu cho hệ thống inbuilding là việc xử lý tốt vấn đề Handover giữa

đường biên của toà nhà đối với sang của các trạm khác

Anten sử dụng thường là Anten Omni

- Sử dụng Micro Cell với công suất thấp

- Cấu hình Direct-Retry

Đối với mạng Outdoor thông thường việc cấu hình Direct-Retry cho phép chia

sẻ tài nguyên vô tuyến một cách hiệu quả hơn Tuy nhiên đối với cấu hình mạng Inbuiding Microcell phải tuân theo các nguyên tắc sau:

+ Không cho phép Direct-Retry từ Microcell Inbuilding cho đến Macrocell Outbuilding

+ Cho phép Direct-Retry từ Macrocell Outbuilding cho đến Microcell Inbuilding

+ Cho phép Direct-Retry từ Microcell Inbuilding này sang Microcell Inbuilding khác

- Cấu hình Handover đối với các Microcell Inbuilding phải được tối ưu để giảm đến mức thấp nhất việc chuyển giao Handover ra các cell Macro Outbuilding

Đối với hệ thống của Alcatel việc tối ưu cho Inbuilding phụ thuộc chủ yếu vào việc điều khiển các tham số liên quan đến cell như Handover, công suất phát, mức thu …

3.3.Quá trình tối ưu cụ thể cho một Cell Inbuilding

Trang 38

Ta hãy xét cho một cell cụ thể: cell Hilton_IBC_1800 Đây là cell inbuilding

sử dụng một BTS hoạt động ở dải tần 1800MHZ với 2 tần số đ−ợc sử dụng là

634 và 645

Việc thực hiện tối −u cho cell trên đ−ợc thực hiện trên các mặt sau:

- Khống chế về mặt chuyển giao Handover

Cấu hình Handover cụ thể cho cell đ−ợc cho nh− hình vẽ

Hình 3.5 Các quan hệ Handover của cell Hiltol_IBC_1800

Nh− ta đã biết một cell inbuilding đặc biệt đối với các tầng cao sẽ nhận đ−ợc rất nhiều tín hiệu từ các cell lân cận Trên hình vẽ trên ta thấy cell HILTON_IBC_1800 có handover với rất nhiều cell lân cận Khi đó việc xảy ra hiện t−ợng pingpong Handover là rất lớn để có thể giải quyết đ−ợc vấn đề này ngoài vấn đề về mặt công suất thì việc chỉnh ng−ỡng handover giữa các cell giữa các cell 900 và 1800 cũng rất quan trọng

Ta xét quan hệ Handover giữa cell inbuilding 1800 và Adjacent 900 nh− sau:

Hình 3.6.Chiều Outgoing của cell Hilton_IBC_1800 và cell Hang_Bài_A

Hình vẽ trên thể hiện các tham số Handover đối với chiều ra của cellHilton_IBC_1800

ở đây tham số Handover Margin được tô đỏ như trên hình vẽ được đặt là 10

Mục đích của việc đặt này là khống chế chiều ra đối với cell Inbuilding Điều này giúp các cuộc gọi trong cell Handover không bị rơi trong quá trình thực hiện cuộc gọi Ngược lại đối với chiều vào, Hình vẽ dưới thể hiện các tham số Handover đối với chiều vào của cell Inbuiding Chú ý các tham số của được tô

đỏ, giá trị của tham số là 3 nhỏ hơn rất nhiều so với giá trị này ở chiều ra Giá trị này nhỏ cho phép ưu tiên các chuyển giao Handover đối với các cell liền

kề vào cell Inbuiding