I HC BÁCH KHOA HÀ NI
N T VIN THÔNG
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
THÔNG TIN VÔ TUYẾN
Tên đề tài:
CÁC MÔ HÌNH SUY HAO KÊNH
(PATHLOSS) :
PGS-
- BKHN
Nhóm sinh viên :
Hà Nội, 12/2013
Nhóm KSTN-DTVT-K55 Các mô hình suy hao kênh – PathLoss
3 | P a g eMc lc:
1./ Giới thiệu đề tài: 4
2./ Mô hình suy hao truyền sóng trong môi trường tự do: 5
3. Log-distance PathLoss: 8
4. Outdoor Propagation Model: 9
4.1. Okumura Model: 9
4.2. HATA: 12
5. Kết quả mô phỏng trong Matlab: 13
5.1. Mô hình lan truyền sóng trong không gian tự do: 13
a. Suy hao truyền sóng L trong môi trường tự do: 13
b. Công suất nhận được ở máy thu: 14
5.1. Mô hình Log-distance – Không gian thực: 14
5.2. Out door Propagation: 21
a. Okumura Model: 21
b. Hata Model: 22
Phụ lục 1: Code mô phỏng trong Matlab. 23
Phụ lục 2: Tài liệu tham khảo. 30 Nhóm KSTN-DTVT-K55 Các mô hình suy hao kênh – PathLoss
4 | P a g e
1./ Gii thi tài:
Khác với hệ thống truyền thông có đường dây cố định, tín hiệu vô tuyến mang
tính chất ngẫu nhiên và chịu ảnh hưởng lớn bởi những yếu tố môi trường không gian
truyền. Đường truyền giữa máy phát và máy thu có thể đơn giản là truyền thẳng trong
một toàn nhà (Light-of-Sight) nhưng cũng có thể là bị ảnh hưởng bởi các yếu tố, các
(2.1)
Trong đó:
o
là công suất phát (W)
o
là công suất nhận được tại điểm thu (W)
o
là hệ số tăng ích của anten phát
dùng để biểu diễn công suất phát lớn nhất có thể từ máy phát
theo hướng cực đại của hệ số tăng ích của anten. Thông thường EIRP thường
được tính theo đơn vị dB.
Path Loss biểu diễn sự suy hao tín hiệu trong quá trình truyền sóng, được tính
theo đơn vị dB, được định nghĩa là sự sai khác ( dB ) giữa công suất phát hiệu
dụng và công suất nhận được ở máy thu.
o Path loss trong mô hình không gian tự do khi bao gồm cả hệ số tăng ích
của anten:
PL(dB) =
= -10log[
] (2.2)
Nhóm KSTN-DTVT-K55 Các mô hình suy hao kênh – PathLoss
6 | P a g e
o Nếu không tính đến hệ số tăng ích của anten thì
dựa trên công suất thu tại điểm tham chiếu
o Nếu tính theo đơn vị W hoặc mW
mW
=
mW
.
(2.4)
o Trong đó:
là cự ly tiêu chuẩn
dBm
– 20log(
(2.5)
Các ví dụ minh họa:
Ví dụ 1:
Tìm cự ly đảm bảo điều kiện trường bức xạ
(far-field distance) với
anten có kích thước lớn nhất là D = 1m và tần số hoạt động là 900MHz.
Gii:
Theo bài, D = 1m, f = 900MHz
ƛ =
Áp dụng công thức
Công suất phát tính theo đơn vị dBW là:
b) Công suất nhận được tại khoảng cách 100m là (tính theo dBm)
Áp dụng công thức Friis ta có:
Công suất nhận được tại khoảng cách 10km có thể áp dụng công thức (….) với
69.3 dB
Nhóm KSTN-DTVT-K55 Các mô hình suy hao kênh – PathLoss
8 | P a g e
3. Mô hình Log-distance PathLoss:
Cả tính toán lí tuyết và thực nghiệm đều cho thấy cường độ trung bình của tín
hiệu nhận được suy giảm logarit theo khoảng cách, bất kể là môi trường indoor hay
outdoor. Cường độ suy giảm tín hiệu trung bình theo khoảng cách giữa máy phát và
máy thu là một hàm mũ của khoảng cách:
(3.1)
Tính theo dB:
(3.3)
D: kích thước vật lí của anten phát
bước sóng làm việc
Việc xác định khoảng cách tham chiếu là rất quang trọng. trong các hệ thống
cell lớn, khoảng cách tham chiếu thường dùng là 1km. trọng các hệ thống cell nhỏ
(micro cells) khoảng cách tham chiếu nhỏ hơn (100m đến 1m). hệ số n được tính từ
thực nghiệm. thông thường, n tuân theo bảng sau:
ng
H s n
Không gian tự do
2
Đô thị
2.7 đến 3.5
Đô thị (bị che phủ)
3 đến 5
Trong các tòa nhà (có LOS)
1.6 đến 1.8
Trong tòa nhà (có vật cản)
4 đến 6
Trong nhà máy (có vật cản)
2 đến 3
Nhóm KSTN-DTVT-K55 Các mô hình suy hao kênh – PathLoss
9 | P a g e
4. Outdoor Propagation Model:
4.1. Okumura Model:
: là pathloss trong không gian tự do
: là sự suy giảm tương đối trung bình trong không gian tự do
: là chiều cao tăng ích của trạm anten cơ sở (the base station
antenna height gain factor)
với 1000 m >
>
30 m
: là chiều cao tăng ích của anten di động (the mobile antenna
height gain factor);
và
được lấy từ đồ thi
thực nghiệm. Tuy nhiên mô hình Okumura vẫn rất chính xác khi áp dụng trong thực
tế. Nó đã trở thành mô hình chuẩn được áp dụng trong việc xây dựng các hệ thống vô
tuyến ở Nhật Bản. Khuyết điểm lớn nhất của mô hình này là không áp dụng được cho
khu vực nông thôn. Độ lệch trung bình giữa mô hình và thực tế rơi trong khoảng từ 10
dB đến 14 dB.
Nhóm KSTN-DTVT-K55 Các mô hình suy hao kênh – PathLoss
10 | P a g e
Hình 4.1. Đồ thị tính
:
Nhóm KSTN-DTVT-K55 Các mô hình suy hao kênh – PathLoss
11 | P a g e
(4.2)
Trong đó:
: tần số hoạt động (150 MHZ đến 1500 MHZ)
: chiều dài hiệu dụng của anten trạm phát (30m đến 200m)
: chiều dài hiệu dụng của anten thu (1m đến 10m)
: khoảng cách truyền sóng (km)
: là hệ số cân chỉnh, tùy thuộc vào độ rộng vùng được xét
Đối với thành phố cỡ nhỏ hoặc trung bình,
tính như sau:
với
(4.4)
với
(4.5)
Để áp dụng cho vùng ngoại ô, mô hình Hata chỉnh sửa công thức như sau :
thể áp dụng được cho mô hình cell có bán kính < 1km.
Nhóm KSTN-DTVT-K55 Các mô hình suy hao kênh – PathLoss
13 | P a g e
5. Kt qu mô phng trong Matlab:
5.1. Mô hình lan truyn sóng trong không gian t do:
a. Suy hao truyn sóng L tng t do:
Hình 1. Đồ thị phụ thuộc Suy hao truyền sóng trong không gian tự do vào khoảng cách
(PathLoss – PathLoss in dB)
Suy hao truyền sóng trong môi trường tự do với hệ số mũ truyền sóng n = 2. Khoảng
cách truyền nhận ảnh hưởng rất lớn đến Suy hao truyền sóng và Công suất nhận của
tại vi trí máy thu. Chênh lệch L giữa R = 3 km và R = 4 km lên đến 18*10^11. Nhóm KSTN-DTVT-K55 Các mô hình suy hao kênh – PathLoss
14 | P a g e
b. Công sut nhc máy thu:
Hình 2. Đồ thị phụ thuộc công suất nhận trong không gian tự do theo khoảng cách d
(km) theo mô hình lan truyền trong không gian tự do.
Nhóm KSTN-DTVT-K55 Các mô hình suy hao kênh – PathLoss
18 | P a g e
Hình 6. Công suất nhận trong môi trường “Obstructed in building” với hệ số mũ suy
hao truyền sóng trong 4:6.
Nhóm KSTN-DTVT-K55 Các mô hình suy hao kênh – PathLoss
19 | P a g e
Hình 7. Công suất nhận trong môi trường thực với hệ số mũ suy hao truyền sóng thay
đổi trong trong 1:6.
Chú thích: với hệ số mũ lớn hơn thì đồ thị sẽ nằm phía trên.
Nhóm KSTN-DTVT-K55 Các mô hình suy hao kênh – PathLoss
20 | P a g e
Khác với trong mô hình không gian tự do, hệ số mũ suy hao trong mô hình
Log-distance thay đổi tùy theo môi trường. Chính hệ số mũ này làm ảnh hưởng lớn
đến công suất nhận được cũng như suy hao trên đường truyền. Hệ số n càng lớn, tại
cùng một khoảng cách, công suất nhận được càng thấp, độ suy hao càng lớn.
Trong Hình ?, đồ thị so sánh được sự khác biệt trong công suất nhận được đối
với hệ số mũ khác nhau. Tại cùng khoảng cách d = 20 km, khi n= 1(trong môi trường
tòa nhà có Light of Sight) Pr = -25dB còn với n = 6 (trong môi trường các tòa nhà có
vật cản) Pr = -180.
Với môi trường là trong tòa nhà có Light of Sight, số mũ suy hao truyền sóng
có thể nhỏ hơn cả trong trường hợp là môi trường tự do (Free Space). Có thể giải thích
22 | P a g e
thị biểu diễn sự phụ thuộc của PathLoss L vào khoảng cách d giữa Antena phát và
Antena thu của một số trường hợp chiều cao Anten nhất định. Ví dụ, với chiều cao
antena thu là Hre = 5, antena phát là Hte = 100, tại r=7 km thì PathLoss là 180 dB.
b. Hata Model:
Hình 9. Suy hao truyền sóng trong mô hình Hata với hai tần số 300 Mhz và 1000
Mhz. Nhóm KSTN-DTVT-K55 Các mô hình suy hao kênh – PathLoss
23 | P a g e
Ph lc 1: Code mô phng trong Matlab.
1.1 Tính toán và v th Suy hao truyn sóng L và Công sut nhn Pr trong môi
ng FreeSpace:
1. %Free-Space Path-loss
2. %Suy hao truyen song trong moi truong Free-Space, he
so mu suy hao n
3. f=800000000; %Tan so
4. c=300000000; %Van toc anh sang
5. R_free_space = 1:10:40000;
6. lp_freespace =((4*pi*R_free_space*f)/c).^2;
clear all;
%close all;
N=30;
d = 1:N;
n= input('Nhap quang he so mu truyen song, can duoi: ');
m= input('Can tren: ');
z= input('Nhap buoc nhay cua n (0.1:1): ');
Pt=1; %Transmited Power
while n <= m
Pr=Pt*(1./(d.^n)); %Receiver Power
Pr = 10.*log(Pr); %dB
n=n + z;
%subplot(2,4,z)
%z=z+1;
plot(Pr)
axis tight; grid on;
hold on;
title('Power at the Receiver');%,num2str(n-0.5)]);
xlabel('Kilometers');
ylabel('Received Power (dB)');
end Nhóm KSTN-DTVT-K55 Các mô hình suy hao kênh – PathLoss
25 | P a g e1.3. Suy hao truyn sóng trong mô hình Log-distance vi h s n sóng
i tùy vào tng:
Copyright: Tài liệu đại học ©