TRƯỜNG ………………… KHOA…………………….  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: Dự đoán phủ sóng trong hệ thống thông tin di động 1 MỤC LỤC CHƯƠNG I 3 KÊNH VÔ TUYẾN DI ĐỘNG VÀ VẤN ĐỀ DỰ ĐOÁN PHỦ SÓNG 3 1.1. Tổng quan về kênh vô tuyến di động 3 1.1.1. Các tác động cơ bản 3 1.1.1.1. Tổn hao đường truyền 3 Kênh Gaussian thường được coi là kênh lí tưởng, tuy nhiên điều này không hoàn toàn đúng như vậy. Trong các microcell và đặc biệt là trong các Picrocell kiểu kênh này thường hay xuất hiện. Ngoài ra, khi sử dụng các kĩ thuật phân tập, san bằng, mã kênh, mã dữ liệu … thì chất lượng của các hệ thống không mang đầy đủ tính chất của kênh Gaussian cũng có thể tiến sát được đến với chất lượng của kênh Gaussian 12 CHƯƠNG II 34 CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ ĐOÁN TRUYỀN SÓNG THÔNG DỤNG 34 2.1. Phương pháp Okumura 34 CHƯƠNG III 60 TÓM TẮT CÁC ĐIỀU KIỆN PHỦ SÓNG KHÁC NHAU 60 VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG HỆ THỐNG CDMA 60 3.1. Tổng quan 60 3.5. Các vấn đề quan trọng có liên quan đến tính toán phủ sóng trong hệ thống CDMA 80 3.5.1. Điều khiển công suất trong hệ thống CDMA 80 KẾT LUẬN 94 2 CHƯƠNG I KÊNH VÔ TUYẾN DI ĐỘNG VÀ VẤN ĐỀ DỰ ĐOÁN PHỦ SÓNG 1.1. Tổng quan về kênh vô tuyến di động 1.1.1. Các tác động cơ bản 1.1.1.1. Tổn hao đường truyền Tổn hao đường truyền mô tả sự suy giảm cường độ tín hiệu giữa ăng-ten thu và ăng-ten phát theo khoảng cách và các tham số khác có liên quan như tần số công tác, độ cao các ăng-ten, Trong không gian tự do, cường độ tín hiệu trung bình thu được giảm dần theo bình phương khoảng cách từ máy phát tới máy thu do công suất tín hiệu trên một đơn vị diện tích của mặt cầu sóng giảm dần theo bình phương khoảng cách giữa các ăng-ten thu và phát. Trong thông tin di động mặt đất, do hấp thụ của môi trường truyền, do sự tồn tại của các chướng ngại vật dẫn đến các hiện tượng phản xạ, nhiễu xạ,… làm cho tổn hao đường truyền có thể lớn hơn rất nhiều tổn hao trong điều kiện truyền sóng trong không gian tự do. Tổn hao đường truyền phụ thuộc tần số bức xạ, địa hình, tính chất môi trường, mức độ di động của các chướng ngại, độ cao ăng-ten, loại ăng-ten… Trong thông tin di động vô tuyến tế bào, trong nhiều trường hợp tổn hao đường truyền tuân theo luật mũ 4 tức là tăng tỉ lệ với luỹ thừa 4 của khoảng cách (được xác định bằng thực nghiệm khi đó tín hiệu giảm 40 dB nếu khoảng cách tăng lên 10 lần). Về nguyên tắc, tổn hao đường truyền hạn chế kích thước của tế bào và cự li liên lạc, song trong nhiều trường hợp ta có thể lợi dụng tính chất của tổn hao 3 đường truyền để phân chia hiệu quả các tế bào, cho phép tái sử dụng tần số một cách hữu hiệu làm tăng hiệu quả sử dụng tần số. 1.1.1.2. Pha-đinh Pha-đinh là sự biến đổi cường độ tín hiệu sóng mang vô tuyến thu được do sự thay đổi của môi trường truyền sóng và sự phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ trên đường truyền sóng. Đối với các hệ thống thông tin vệ tinh, pha-đinh chủ yếu gây bởi sự hấp thụ thay đổi của khí quyển trong những điều kiện đặc biệt như mưa rào. Còn đối với các hệ thống thông tin vô tuyến mặt đất, nguyên nhân chính gây ra pha- đinh đó là: Sự thăng giáng của tầng điện ly đối với các hệ thống sóng ngắn. Sự hấp thụ gây bởi các phân tử khí, hơi nước, mưa… sự hấp thụ này phụ thuộc vào tần số công tác, đặc biệt là trong dải tần số cao (> 10GHz). Sự khúc xạ gây bởi sự không đồng đều của mật độ không khí làm thay đổi hướng sóng so với thiết kế. Sự phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ từ các chướng ngại vật trên đường truyền lan của sóng điện từ gây nên hiện tượng trải trễ và giao thoa sóng tại máy thu. Do các yếu tố kể trên, hệ số suy hao đặc trưng cho quá trình truyền sóng vô tuyến có thể biểu diễn dưới dạng: a(f,t) = afs.A(t,f) Trong đó a(f,t): là hệ số suy hao sóng vô tuyến, afs là suy hao trong không gian tự do, A(t,f) là hệ số suy hao do pha-đinh. Ta thấy rằng, hệ số suy hao do pha-đinh là một hàm của thời gian và tần số. Nếu suy hao pha-đinh là hằng số trên toàn bộ băng tần hiệu dụng của tín hiệu thì ta có pha-đinh phẳng (flat fading) hay pha-đinh không chọn lọc theo tần số (nonselective fading). Trong trường hợp ngược lại thì gọi là pha-đinh chọn lọc theo tần số (selective fading). Pha-đinh cũng còn được phân chia thành pha-đinh 4 nhanh và pha-đinh chậm tuỳ theo mức độ phụ thuộc vào thời gian của một bit hay một symbol. Đối với các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số mặt đất, do thời gian của một bit (hay một symbol) khá nhỏ nên ta có thể coi là pha-đinh chậm, pha-đinh chậm gây bởi sự che khuất (pha-đinh che khuất chuẩn log) còn trong hệ thống thông tin di động, do tốc độ bit hiện còn khá nhỏ nên pha-đinh hầu như có thể xem là các pha-đinh nhanh. Khi một MS di động, do tại máy thu có rất nhiều tia tới (do các hiện tượng phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ từ các chướng ngại vật) và pha-đinh này còn được gọi là pha-đinh đa đường. Xét trường hợp đơn giản nhất, khi MS “dừng” và không có chướng ngại di động. Do sóng tới MS theo rất nhiều đường khác nhau và nếu các tia này độc lập nhau thì đường bao tín hiệu thu được sẽ có Pdf (Probability Density Function_Hàm mật độ xác suất) Rayleigh, có dạng: ( ) ( )      < ∞<≤       − = 00 0 2 exp )( 2 2 2 r r rr rf σσ (1.1) 5 Trong các hệ thống thông tin di động thì việc truyền dẫn đa đường là quan trọng nhất do vậy pha-đinh đa đường cũng là quan trọng nhất. 1.1.1.3. Hiệu ứng Doppler Hiệu ứng Doppler là sự thay đổi tần số của tín hiệu thu được so với tín hiệu đã được phát đi, gây bởi chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu trong quá trình truyền sóng. Khi MS di động so với BS hoặc khi các chướng ngại vật di động thì các tia sóng tới máy thu MS còn chịu tác động của hiệu ứng Doppler. Giả sử một sóng mang không điều chế f c được phát tới một máy thu đang di động với vận tốc υ, như mô tả trong hình vẽ 1.2. Tại máy thu, tần số của tín hiệu nhận được theo tia sóng thứ i sẽ là: f = f c + f m .cosα i Trong đó α i là góc tới của tia sóng thứ i so với hướng chuyển động của máy thu, f m là lượng dịch tần Doppler, c f f c m υ = , với c là vận tốc ánh sáng. 6 Hình 1.2: Tác động của hiệu ứng Doppler Tổng hợp các tác động của mọi tia sóng tới máy thu theo mọi góc khác trong trường hợp tín hiệu phát là một sóng mang đơn không điều chế dẫn tới tín hiệu nhận được tại máy thu là một tín hiệu trải rộng về mặt tần số với độ rộng băng W D lên tới 2f m (tín hiệu thu được trong trường hợp này có tần số từ f c – f m đến f c + f m ). Đối với trường hợp tín hiệu phát là một tín hiệu điều chế với độ rộng băng tín hiệu W S (tín hiệu phát có các thành phần tần số từ f c - W S /2 tới f c + W S /2) thì tín hiệu nhận được sẽ trải ra trên một dải tần số có độ rộng tới cỡ W S + W D với tần số trung tâm có thể khác với f c . Như vậy, hiệu ứng Doppler có thể gây nên suy giảm chất lượng liên lạc một cách trầm trọng. Chỉ trong trường hợp máy thu đứng yên so với máy phát (υ = 0), hoặc máy thu đang chuyển động vuông góc với góc tới của tín hiệu (cosυ = 0) thì tần số tín hiệu thu mới không bị thay đổi so với tần số tín hiệu phát. Trong các hệ thống thông tin di động, việc máy thu đứng yên so với máy phát không có nghĩa là không xảy ra hiệu ứng Doppler. Các tia sóng từ các vật phản xạ di động như xe cộ, người đi lại… vẫn có thể gây nên tác động Doppler tới tín hiệu thu được tại máy thu. Hiệu ứng Doppler xảy ra mạnh nhất khi máy thu di động theo phương của tia sóng tới (cosα i = ±1). Điều này thường xảy ra trong thông tin di động khi máy thu đặt trên xe di chuyển trên các xa lộ, còn các ăng-ten trạm phát thì được bố trí dọc 7 theo xa lộ (được gắn trên các cầu vượt ngang xa lộ chẳng hạn). Khi góc tia sóng tới α phân bố đều, tần số Doppler sẽ có phân bố cosine ngẫu nhiên. Mật độ phổ công suất s(f) (Doppler) có thể được tính như sau: Công suất tín hiệu tới theo góc d α là công suất Doppler s(f)df trong đó df là vi phân theo α của lượng dịch tần Doppler f m .cosα dẫn đến việc truyền một sóng mang không điều chế sẽ được thu như một tín hiệu nhiều tia, có phổ không còn là một tần số f c đơn nữa mà là một phổ bao gồm các tần số thuộc ( ) mc ff ± . Tổng quát, nếu tín hiệu là một sóng mang có điều chế thì phổ thu được của một MS có tốc độ cụ thể dạng: 2 m f f 1 A s(f)         − = (1.2) Trong đó A là hằng số, còn f m phụ thuộc vào tích của tốc độ υ và tần số truyền f c . Hình 1.3: Phổ Doppler của một sóng mang không điều chế 1.1.1.4. Trải trễ 8 Trong thực tế, sóng mang được điều chế. Trong thông tin di động số, ảnh hưởng của đặc tính truyền dẫn đa đường còn phụ thuộc nhiều vào tỷ số giữa độ dài một dấu (Symbol) và độ trải trễ Δ của kênh vô tuyến biến đổi theo thời gian. Độ trải trễ có thể xem như độ dài của tín hiệu thu được khi một xung cực hẹp được truyền đi. Nếu số liệu được truyền đi với tốc độ thấp thì độ trải trễ có thể được giải quyết dẽ dàng tại phần thu. Tuy thế nếu ta cứ tăng tốc độ truyền số liệu lên mãi thì tới một lúc mỗi symbol số liệu sẽ trải hẳn sang các symbol số liệu lân cận, tạo ra xuyên nhiễu giữa các dấu ISI (InterSymbol Interference) thì tỉ lệ lỗi bit BER (Bit Error Rate) có thể sẽ lớn tới mức không chấp nhận được. Hiện tượng trải trễ hạn chế tốc độ truyền tin: Tốc độ truyền (tốc độ bit), giả sử là (1/T) để không xảy ra ISI (intersymbol interference: xuyên nhiễu giữa các dấu) thì T phải ≥ ∆, tức là R = (1/T) < (1/∆) do vậy ∆ càng lớn, tốc độ truyền tin càng nhỏ. Hình 1.4: Trải trễ trong môi trường vô tuyến di động 9 Với thông tin di động trong nhà, picrocell và microcell: ∆ thường ≤ 500 ns = 0.5μs, do đó tốc độ tối đa có thể đạt được là 2 Mb/s mà có thể không cần san bằng kênh. Với hệ thống thông tin tế bào lớn ∆ có thể lên tới ≥ 10μs → để truyền tin với tốc độ cao (≥ 64kb/s), nhất thiết phải có san bằng. Bảng 1.1 cho thấy số liệu trải trễ trung bình đối với các môi trường khác nhau: Loại môi trường Trễ trung bình Trong toà nhà < 0.1 μs Vùng rộng thoáng < 0.2 μs Khu vực ngoại ô 0.5 μs Khu vực thành thị 3 μs Bảng 1.1: Trải trễ trung bình trong các môi trường khác nhau 1.1.2. Phân loại kênh Trong hệ thống thông tin di động thì kênh thông tin là không thể nói trước được, do đó khi tiến hành dự đoán trước chất lượng của kênh thông tin là không thể. Do vậy mà chất lượng của hệ thống thông tin di động được xác định bằng cách tiến hành mô hình hoá kênh truyền trong thực tế dựa trên ba mô hình cơ bản đó là mô hình Gaussian, Rician và Rayleigh. 1.1.2.1. Kênh Gaussian Kênh Gaussian là một kiểu kênh truyền đơn giản nhất và cũng là một kênh lí tưởng. Trong kênh này, nhiễu được tạo ra từ máy phát khi ta coi đường truyền là lí tưởng như minh hoạ trên hình (1.5). Tạp âm này có mật độ phổ công suất là hằng số trên kênh băng rộng và có hàm mật độ xác suất của biên độ có phân bố 10 [...]... trường và đo bằng hệ thống quản lí mạng Sau khi đã đặc tả các chỉ tiêu chất lượng dịch vụ và đã phân tích số liệu có thể lập báo cáo điều tra Đối với các hệ thống thông tin di động thế hệ hai, chất lượng dịch vụ gồm chẳng hạn: Thống kê về các cuộc gọi bị rớt, phân tích nguyên nhân gây rớt cuộc gọi, thống kê về chuyển giao và kết quả đo các ý định gọi thành công Đối với hệ thống thông tin thế hệ ba, các dịch... lượng dịch vụ Ở hệ thống thông tin di động thế hệ ba việc tối ưu hoá tự động sẽ rất quan trọng vì ở đây có nhiều dịch vụ hơn ở các mạng thế hệ hai và việc tối ưu hoá bằng tay sẽ rất mất thời gian Điều chỉnh tự động phải cung cấp câu trả lời nhanh cho các điều khiển thay đổi lưu lượng trong mạng Cũng cần phải lưu ý rằng tại khởi đầu của hệ thống thông tin di động thế hệ ba sẽ chỉ có một số thông số là được... của hệ thống thông tin di động thế hệ hai CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ ĐOÁN TRUYỀN SÓNG THÔNG DỤNG 2.1 Phương pháp Okumura Tiếp theo một loạt các đo đạc mở rộng bên trong và xung quanh thành phố Tokyo tại các tần số lên đến 1920 MHz, Okumura và các cộng sự của mình đã công bố một phương pháp dự đoán kinh nghiệm trong việc dự đoán cường độ tín hiệu Cốt lõi của phương pháp này là tổn hao đường truyền trong. .. đường truyền vô tuyến Đối với mọi hệ thống thông tin vô tuyến, bước quan trọng đầu tiên là thiết kế đường truyền vô tuyến Điều này cần thiết để xác định mật độ trạm gốc ở các môi trường khác nhau cũng như trong các vùng phủ tương ứng Đối với hệ thống thông tin di động cần cung cấp các dịch vụ chất lượng tốt trong nhà và ngoài trời, cần kết hợp tính mền dẻo và linh hoạt trong thiết kế Công suất phát của... (GOS: Grade Of Service) bao gồm xác suất phủ sóng vùng và chặn Xác xuất phủ sóng của vùng liên quan đến chất lượng quy hoạch 26 mạng và dung lượng của mạng Chặn được xây dựng trên cơ sở các các tài nguyên hiện có Ta có thể xác định xác suất phủ sóng của vùng bằng ngừng Ngừng xảy ra khi mạng không thể cung cấp chất lượng dịch vụ quy định Nếu hệ thống có phủ sóng giới hạn có thể định nghĩa ngừng như... tổn hao thâm nhập trong ô tô sẽ đủ Các mô hình truyền sóng được sử dụng để xác định số lượng BS cần để đảm bảo các yêu cầu phủ sóng cho mạng Thiết kế ban đầu thường được thực hiện cho vùng phủ Phát triển tiếp theo của thiết kế mạng là tính toán dung lượng Một số hệ thống có thể cần khởi đầu với vùng phủ rộng và dung lượng cao, nên có thể khởi đầu giai đoạn phát triển sau Yêu cầu vùng phủ đi cùng với... thiết kế hệ thống, thông thường hệ số khuếch đại ăng-ten được coi là 0dBi Tuy nhiên để ăng-ten của máy cầm tay có thể đặt ở vị trí không tối ưu lắm, cần sử dụng hệ số khuếch đại hợp lí hơn: -3dBi Trong thực tế do đặt ăng-ten ở vị trí bất kỳ hay với ăng-ten thụt vào trong máy cầm tay nên có thể cho phép hệ số -6dBi đến -8dBi phụ thuộc vào từng máy cầm tay và thiết kế vỏ máy 1.3.5 Ước tính thông số ô... hợp với công thức truyền sóng trên đất phẳng Từ hình vẽ (2.3) thì rõ ràng rằng Hru có mối quan hệ với hre nếu hre > 3m; tuy nhiên, Hru chỉ thay đổi 10 dB/decade nếu hre < 3m Thêm nữa, các hệ số hiệu chỉnh cũng được đưa ra, theo dạng đồ thị, để cho phép truyền sóng trên phố giống như truyền sóng trong các khu vực ngoại ô, khu vực mở (nông thôn) và trên địa hình không đồng đều Các hệ số này đòi hỏi phải... còn đánh giá thấp dẫn đến phủ vô tuyến kém Thông thường các mô hình truyền sóng có xu hướng quá đơn giản hoá các điều kiện truyền sóng thực tế và có thể thiếu chính xác ở các điều kiện thành phố phức tạp Các mô hình truyền sóng thực nghiệm chỉ có tính chất hướng dẫn chung mà thôi, chúng quá bị đơn giản hoá làm cho việc thiết kế thiếu chính xác Để có được thông tin về vùng phủ cho môi trường thành phố... quyết định cho một hệ thống CDMA với công suất đường kên/đường xuống 27 Mặc dù có hệ số khuếch đại ăng-ten không ảnh hưởng đến quá trình cân bằng quỹ đường truyền, nhưng nó là một nhân tố quan trọng khi thiết kế quỹ công suất cho vùng phủ Từ quan điểm của người sử dụng, mạng tổ ong/PCS phải hàm ý rằng có một hạn chế nhỏ cho việc phát hay thu cuộc gọi trong nhà hay trong ô tô Một hệ thống phải được thiết .  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: Dự đoán phủ sóng trong hệ thống thông tin di động 1 MỤC LỤC CHƯƠNG I 3 KÊNH VÔ TUYẾN DI ĐỘNG VÀ VẤN ĐỀ DỰ ĐOÁN PHỦ SÓNG 3 1.1. Tổng quan về kênh vô tuyến di động. hệ thống thông tin di động thì kênh thông tin là không thể nói trước được, do đó khi tiến hành dự đoán trước chất lượng của kênh thông tin là không thể. Do vậy mà chất lượng của hệ thống thông. 60 TÓM TẮT CÁC ĐIỀU KIỆN PHỦ SÓNG KHÁC NHAU 60 VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG HỆ THỐNG CDMA 60 3.1. Tổng quan 60 3.5. Các vấn đề quan trọng có liên quan đến tính toán phủ sóng trong hệ thống CDMA 80 3.5.1.