Trường đại học dân lập phương đông
Khoa công nghệ thông tin
Chuyên ngành điện tử viễn thông
---------&---------

đồ áN TốT nghiệpGiáo viên hướng dẫn
:
TS. Lê chí quỳnh

Sinh viên thực hiện
:
phạm trọng đại
Mã số sinh viên
:
505102009
Lớp
:

505102Hà Nội 4/2009 Đề tài:

Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
2
2.2.4. Trở kháng và hệ số sóng đứng...........................................................35
2.2.5. Các tham số khác..............................................................................36
2.3. Kỹ thuật hạn chế phading..........................................................................38
2.3.1. Thu phân tập theo không gian............................................................38
2.3.2. Phân tập theo cực tính........................................................................40

Phần II
Các mô hình truyền sóng
Chương III
Một số mô hình truyền sóng
3.1. Mô hình Okumura....................................................................................43
3.2. Mô hình SAKAGAMIKUBOL..................................................................46
3.3. Mô hình Hata............................................................................................47
3.4. Mô hình COST231 Walfish Ikegami...................................................48 Chương IV
Mô hình truyền sóng trong nhà
4.1. Các mô hình thực nghiệm.........................................................................52
4.1.1. Truyền sóng bên ngoài vào bên trong tòa nhà...................................52
4.1.2. Truyền sóng bên trong tòa nhà..........................................................60
4.2. Mô hình giải tích truyền sóng trong nhà ( Ray tracing).............................72
Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
3
Phần III
Chương trình mô phỏng

cách từ BTS đến MS..................................................................................117
6.4. Chương trình mô phỏng, xác định góc ngẩng..........................................135
6.4.1. Các bước thực hiện..........................................................................135
6.4.2. Mã nguồn chương trình mô phỏng và xác định giá trị góc ngẩng.....136
Kết luận......................................................................................................- 139 -
Tài liệu tham khảo..........................................................................................141
Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
5

Mục lục hình vẽ
Trang

Hình 1.1. Thành phần của một hệ thống phủ sóng trong nhà............................11
Hình1.2. Tín hiệu thâm nhập vào tòa nhà từ bên ngoài.....................................12
Hình 1.3. Vùng phủ cho trong tòa nhà từ một tế bào macro trong mạng BTS
outdoor macro..................................................................................................12
Hình 1.4. Outdoor repeater...............................................................................13
Hình 1.5. Vùng phủ cho tòa nhà được cung cấp bởi trạm indoor riêng..............13
Hình 1.6. Indoor Repeater................................................................................14
Hình 1. 7. Giải pháp hệ thống phân phối cáp đồng trục thụ động......................14
Hình 1.8. Sơ đồ một hệ thống anten phân phối chủ động cho khu trường sở.....15
Hình 1. 9. Sơ đồ một hệ thống anten phân phối chủ động cho một tòa nhà cao tầng16
Hình 1.10. Sơ đồ hệ thống lai ghép...................................................................16
Hình 1.11. Hệ thống phân phối cáp rò..............................................................17
Hình 1.12. So sánh suy hao tường theo mô hình Keenan Motley với suy hao
không gian tự do và công thức xấp xỉ...............................................................20
Hình 1.13. Sơ đồ một hệ thống phân phối antenna thụ động đơn giản...............21
Hình 2.1. Trường bức xạ xung quanh anten......................................................25
Hình 2.2 Độ tăng ích của anten........................................................................27

Hình 5.1: Cửa sổkhi kích hoạt VB6.................................................................80
Hình 5.3: Cửa sổ IDE của VB6.........................................................................81
Hình 5.4: Thanh công cụ ở dạng standard.........................................................82
Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
7
Hình 5.6: Thanh công cụ gỡ rối........................................................................83
Hình 5.7: Thanh công cụ Edit...........................................................................83
Hình 5.8: Thanh công cụ thiết kế biểu mẫu......................................................83
Hình 5.9: Hộp công cụ của VB.........................................................................84
Hình 6.1. Giao diện chính của chương trình......................................................88
Hình 6.2. Xác định tần số làm việc...................................................................89
Hình 6.3. Xác định số tầng của tòa nhà............................................................90
Hình 6.4. Nhập giá trị suy hao..........................................................................90
Hình 6.4 ( b). Nhập giá trị suy hao phía bên trái...............................................91
Hình 6.4 ( c). Nhập giá trị suy hao bên phải.....................................................91
Hình 6.5. Mô phỏng chương trình.....................................................................92
Hình 6.6. Xác định tần số làm việc................................................................114
Hình 6.7. Xác định số tầng của tòa nhà..........................................................115
Hình 6.8 (a). Nhập khoảng cách từ BTS đến MS.............................................115
Hình 6.8 ( b). Nhập khoảng cách từ BTS đến MS phía bên trái......................116
Hình 6.8 (c). Nhập khoảng cách từ BTS đến MS phía bên phải.......................116
Hình 6.9. Chương trình mô phỏng xác định giá trị suy hao............................117
Hình 6.10 : Xác định tần số làm việc..............................................................135
Hình 6.11. Mô phỏng và xác định giá trị góc ngẩng.......................................136

Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
8


BTS bên ngoài tòa nhà (BTS outdoor macro) bị suy hao nhiều khi xuyên qua các
bức tường bê tông dẫn đến cường độ tín hiệu không đạt yêu cầu, nên giải phải
phủ sóng trong tòa nhà hiện nay được nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động lựa
chọn.
Mục tiêu của đồ án là nghiên cứu về vần đề ảnh hưởng tới chất lượng phủ
sóng trong hệ thống Inbuilding và đưa ra các giải pháp khắc phục.
Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
10
Nội dung đồ án bao gồm các phần sau:
+ Phần I: Cơ sở lý thuyết.
Chương I: Hệ thống Inbuilding.
Chương II: Anten và các hệ thống anten.
+ Phần II: Các Mô hình truyền sóng
Chương III: Mô hình truyền sóng trong nhà.
Chương IV: Một số mô hình truyền sóng.
+ Phần III: Chương trình mô phỏng.
Chương V: Tổng quan về visual basic 6.0
Chương VI: Chương trình mô phỏng.
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, mặc dù em đã cố gắng nhiều nhưng
do trình độ có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận
được sự phê bình, hướng dẫn và sự giúp đỡ của Thầy cô, bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của TS. Lê Chí Quỳnh cùng
các Thầy cô trong khoa Công nghệ Thông tin, chuyên ngành Điện tử Viễn thông
đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 21 tháng 02 năm 2009
Sinh viên
Phạm Trọng Đại

Hệ thống phân phối thụ động
hoặc
Hệ thống phân phối tích cực
Hoặc
Hệ thống phân phối lai ghép
Phần I: cơ sở lý thuyết Chương I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
12
1.1.1. Nguồn tín hiệu
Để phủ sóng cho inbuilding ta có thể dùng:
a. Nguồn tín hiệu bằng trạm outdoor
Đây là giải pháp đơn giản nhất để cung cấp vùng phủ cho các tòa nhà với
tín hiệu từ các trạm macro bên ngoài tòa nhà. Giải pháp này được khuyến nghị
nếu lưu lượng trong tòa nhà không cao, hoặc chủ tòa nhà không cho phép lắp đặt
thiết bị và đi cáp trong tòa nhà hoặc triển khai giải pháp dành riêng cho nó
không kinh tế. Khi đó vùng phủ được cung cấp bằng cách:
Tín hiệu sẽ thâm nhập vào tòa nhà từ bên ngoài. Điều này chỉ thực hiện
được đối với các tòa nhà có khoảng hở lớn đối với bên ngoài hoặc ít tường, cửa
sổ kim loại.

Hình1.2. 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
outdoor macro
Phần I: cơ sở lý thuyết Chương I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
13

ã 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
ã Nhược điểm của giải pháp là giá thành cao, yêu cầu phải có cách bố trí tần
số/ kênh cụ thể và xây 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:
a. Hệ thống thụ động.
Hệ thống thụ động là hệ thống anten được phân phối bằng cáp đồng trục
và các phần tử thụ động. Đây là giải pháp phổ biến nhất cho các khu vực phủ
sóng inbuilding không quá rộng, có đặc điểm:

Hình1. 7. Giải pháp hệ thống phân phối cáp đồng trục thụ động
Phần I: cơ sở lý thuyết Chương I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
15
ã 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 cận thận vì mức
công suất ở mỗi anten phụ thuộc và sự tổn hao mà các thiết bị thụ động được sử
dụng, đặc biệt là chiều dài cáp.
ã Các thiết bị chính gồm: Cáp đồng trục, bộ chia (spliter/tapper), bộ lọc
(filter), bộ kết hợp (combiner), anten.
b. Hệ thống chủ động
Hệ thống chủ là 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


Phần I: cơ sở lý thuyết Chương I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
17
a. 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 á2530mm; GSM1800 là 1518mmá . 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.
b. Cáp rò
Đặc điểm của cáp rò (còn gọi là cáp tán xạ) là có cường độ tín hiệu đồng
đều theo một trục 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 từ 1 2500 MHzMHzá .

Hình 1.11. Hệ thống phân phối cáp rò
1.2. Mô hình truyền sóng và tính toán quỹ đường
truyền.
Trong hệ thống inbuilding thì tín hiệu sau khi từ nguồn tín hiệu đi qua hệ
thống phân phối tín hiệu đến phần tử bức xạ và phát ra không gian sẽ chịu thêm
một lượng suy hao phụ thuộc vào số tầng cũng như số bức tường mà sóng trực
tiếp truyền qua rồi mới đến thiết bị đầu cuối của thuê bao di động. Để dự đoán
Phần I: cơ sở lý thuyết Chương I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
18

KeenanMotleyfswi
i
pldpldL=+
ồ

Phần I: cơ sở lý thuyết Chương I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
19
Trong đó
wi
L là tổn hao của bức tường thứ i.
Cụ thể:
L(dB)=32.5 + 20*log f + 20*log d + k*F(k) + p*W(k) + D(d d
b
) (2)
(công thức tính cho không gian tự do)
Trong đó:
L: Tổn hao đường truyền (dB).
f: Tần số (MHz).
d: Khoảng cách từ máy phát đến máy thu (km).
k: Số tầng mà sóng trực tiếp truyền qua.
F: Hệ số tổn hao của tầng (dB).
p: Số bức tường mà sóng trực tiếp truyền qua.
W: Hệ số tổn hao của tường (dB) (note 1).
D: Hệ số tổn hao tuyến tính (dB/m) (note 2).
d
b
: Điểm ngắt trong nhà (indoor breakpoint) (m) ( note 2).
Note 1: Các bức tường mỏng thông thường có tổn hao 7 dB còn các bức
tường dày có tổn hao 10 dB.

Lp: Suy hao đường truyền từ anten tới MS tại biên tế bào (mô hình truyền
sóng Keenan Motley).
Ga: Hệ số tăng ích của anten BTS, hệ số tăng ích của anten MS xem như là
0 dB.
Lf: Suy hao fiđơ.
Lps: Suy hao ở bộ công suất bộ chia.
Lc: Suy hao trong các bộ mở rộng, kết hợp, bộ xong công, bộ phối hợp
SSdes: Cường độ tín hiệu thiết kế.
SSdes =EiRP Lp.
EiRP: Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương.
EiRP = Pout_bts Lc Lf + Ga (4)

Hình 1.13. Sơ đồ một hệ thống phân phối antenna thụ động đơn giản.
Ví dụ: Tính toán EiRP cho một hệ thống phân phối anten thụ động đơn
giản.
EiRP = 29dBm (Pout_bts) 18dB (6x bộ chia) 11 dB (suy hao feeder) +
2dBi(Ant.Gain) = + 2 dBm
Tóm lại: EiRP có thể phụ thuộc các yếu tố sau:
- Vị trí đặt anten.
- Loại anten.
Phần I: cơ sở lý thuyết Chương I: hệ thống inbuilding
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
22
- Đặc thù của vùng phủ: mở, khép kín, trần cao hay trần thấp.
- Loại tường bao: tường dày thì có thể dùng EiRP cao mà không lo tín
hiệu thoát ra ngoài quá mạnh.
- Số lượng và tính chất tường ngăn quanh anten.
Tuy nhiên đối với các tòa nhà cao tầng thường gặp, cấu trúc các tầng
thường giống nhau nên để đơn giản hóa thì nên làm EIRP đồng đều trong từng tế
bào.

- Tổn hao đường truyền lớn nhất cho phép:
Max allowable part loss (dB) = EIRP fading margin suy hao thân
nhiệt tiêu chí vùng phủ. (9)
Đ Hiệu quả phủ sóng ở đường lên:
- Mức công suất BTS thu được nhỏ nhất:
BTS minimum receivable level (dB) = Tx
MS
tổng suy hao suy hao
không gian tự do fading margin suy hao thân nhiệt. (10)
- Mức dự trữ hệ thống đường lên (dành cho khi nâng cấp, mở rộng hệ
thống):
System margin left over (dB) = Rx
BTS
+ BTS minimum receivable level. (11)
Phần i: cơ sở lý thuyết chương II: anten và các hệ thống anten
Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông
24
Chương II.
Anten và các hệ thống anten
2.1. Nguyên lý làm việc của anten.
Nghiên cứu về các vấn đề liên quan đến anten có phạm vi rất rộng. Trong
chương này, tôi chỉ muốn đề cập một cách ngắn gọn các vấn đề về hoạt động và
các tham số đặc tính của 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 bị giam cầm trong môi trường giới hạn của 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