Top Banner
Đặng Thanh Bình Chương 2 Sự lan truyền vô tuyến
102

02 Radio Propagation Vi1

Jan 16, 2016

Download

Documents

NGUYEN CHI CONG

02 Radio Propagation Vi1
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: 02 Radio Propagation Vi1

Đặng Thanh Bình

Chương 2

Sự lan truyền vô tuyến

Page 2: 02 Radio Propagation Vi1

Nội dung

• Cơ bản về sóng vô tuyến (radio wave)

• Antenna

• Các cơ chế lan truyền (propagation mode)

• Tính toán công suất

• Truyền thông Line-of-Sight

• Hiện tượng mờ (fading)

• Các mô hình suy hao ngoài trời

• Hiệu ứng Doppler

• Delay spread, ISI và cohenrent bandwidth

Page 3: 02 Radio Propagation Vi1

CƠ BẢN VỀ SÓNG VÔ TUYẾN

Page 4: 02 Radio Propagation Vi1

Electromagnetic Wave (Sóng điện từ)

• The Physics Classroom

– Sóng điện từ là sóng có thể di chuyển qua chânkhông trong không gian.

– Sóng cơ học (mechanical wave) cần sự tồn tại của vậtliệu truyền dẫn để truyền tải năng lượng của nó từđiểm này đến điểm khác

Page 5: 02 Radio Propagation Vi1

Tạo ra sóng điện từ

• Nguyên tắc cơ bản: “lắc” các hạt điện tích

• Để truyền thông tin, sự dao động các hạt điện tíchphải kiểm soát được, nghĩa là các hạt điện tíchnên dao động lên và xuống một cách nhịp nhàng.

• Quá trình này tạo ra bức xạ có thể lặp lại chính nó

• Để làm điều này, sử dụng một mạch điện có cuộncảm (inductor) và tụ (capacitor) để tạo ra dòngđiện dao động

• Truyền dòng điện này vào 1 anten.

Page 6: 02 Radio Propagation Vi1

Spark Gap Transmitter

• Cuộn dây (tuning coil) và cácbình Leyden đóng vai tròinductor và capacitor

• Khi nhấn telegraph key, nguồnpin sẽ tạo ra chênh lệch điện thếở bộ đánh lửa (spark gap), làmphát ra 1 tia điện giữa 2 đầu củabộ đánh lửa.

• Việc này làm đóng mạch và cungcấp dòng điện đến mạch đượctạo ra bởi cuộn dây và bìnhLeyden.

• Dòng điện sẽ di chuyển với tầnsố của mạch này, sau đấy đượcđưa đến anten và truyền đi

Page 7: 02 Radio Propagation Vi1

Electromagnetic Wave (Sóng điện từ)

• Sóng được tạo ra có cả từ tính và điện tính, có khảnăng lan truyền qua không gian.

• Bức xạ (radiation) điện từ tạo ra từ trường(Magnetic Field) và điện trường (Electric Field).

• Hai trường này vuông góc với nhau và hướng dichuyển cũng vuông góc với cả 2 trường.

• Tốc độ dao động của electron quyết định tần sốsóng.

Page 8: 02 Radio Propagation Vi1

Electromagnetic Wave (Sóng điện từ)

• Mặt phẳng của điện trường sẽ xác định sự phâncực (polarization) của sóng

Page 9: 02 Radio Propagation Vi1

Sóng radio là gì?

• Radio: vô tuyến

• Sóng vô tuyến là một loại bức xạ điện từ có bướcsóng trong phổ điện từ dài hơn tia hồng ngoại.

• Sóng vô tuyến có tần số 300 GHz đến mức 3 kHz,tương ứng với bước sóng 1 millimeter (0.039 in)đến 100 kilometer (62 mi)

• Giống như các loại sóng điện từ khác, sóng radiodi chuyển với tốc độ ánh sáng

Page 10: 02 Radio Propagation Vi1

Phổ điện từ

Page 11: 02 Radio Propagation Vi1

Sóng radio lan truyền như thế nào?

• Theo Maxwell:

– Do thành phần điện và từ luôn tương tác, sản sinh ranhau nên sóng luôn có một điện từ trường

– Các hạt mang điện và từ này tương tác với các hạt lâncận (trong trường điện từ của nó) trong môi trườngđồng chất nên các hạt này cũng nhiễm điện từ và tiếptục làm nhiễm điện từ các hạt lân cận

– Cứ thế, sóng sẽ lan truyền đi xa đến khi hết công suấtphát hoặc bị dội lại (do phản xạ hay khúc xạ)

– Trong môi trường khác chất, sóng sẽ bị phản xạ haykhúc xạ

Page 12: 02 Radio Propagation Vi1

Các đặc tính của sóng điện từ

• Wavelength (Bước sóng)

• Frequency (Tần số)

• Amplitude (Biên độ)

• Phase (Pha)

Page 13: 02 Radio Propagation Vi1

Các đặc tính của sóng điện từ

Page 14: 02 Radio Propagation Vi1

Các đặc tính của sóng điện từ

• Phase (Pha)

– Sự khác biệt (đo bằng độ)giữa các sóng hình sinchồng lên nhau

• Lệch pha (Out of phase)

– Đo từ 0-360 độ

• 0 – cùng pha (in phase)

• 90 – lệch pha ¼ (quarterout of phase)

• 180 – hủy tín hiệu ban đầu(cancels out original)

• …

Page 15: 02 Radio Propagation Vi1

Tốc độ, bước sóng và tần số

• Tốc độ ánh sáng = Bước sóng x Tần số

= 3 x 108 m/s = 300,000 km/s

Page 16: 02 Radio Propagation Vi1

ANTENNA

Page 17: 02 Radio Propagation Vi1

Antenna

• Antenna (aerial) là 1 thiết bị điện có nhiệm vụchuyển năng lượng điện thành sóng vô tuyến vàngược lại.

– Truyền (Transmission) – anten nhận dòng điện daođộng ở tần số định trước từ transmitter và truyềnđến đầu anten, sau đó bức xạ năng lượng của dòngđiện thành sóng điện từ

– Nhận (Reception) – thu thập năng lượng điện từ từkhông khí, tạo thành dòng điện có điện thế thấp,chuyển đến receiver. Ở đó, dòng điện sẽ đượckhuếch đại và xử lý tiếp

Page 18: 02 Radio Propagation Vi1

Phân loại Antenna

• Có 2 loại antenna chính:

– Anten đẳng hướng (Isotropic antenna –Omnidirectional antenna)

• Phát ra năng lượng như nhau theo mọi hướng

– Anten định hướng (Directional antenna hoặc Beamantenna)

• Phát sóng có định hướng

Page 19: 02 Radio Propagation Vi1

Anten đẳng hướng

• Vertical antenna

– Whip antenna

– Monopole antenna

Page 20: 02 Radio Propagation Vi1

Anten đẳng hướng

• Dipole antenna

– Angten lưỡng cực

– Gồm 2 linh kiệndẫn (conductor)phát sóng về 2hướng

– Thường có chiềudài bằng nửabước sóng

Half – Wave Dipole Antenna

Page 21: 02 Radio Propagation Vi1

Anten đẳng hướng

• Điện trường và từ trường của dipole antenna

Xanh: Điện trườngĐỏ: Từ trường

Page 22: 02 Radio Propagation Vi1

Anten định hướng

• Anten Yagi

Page 23: 02 Radio Propagation Vi1

Anten định hướng

• Log-periodic antenna

Page 24: 02 Radio Propagation Vi1

Một số thiết kế antenna khác

• Phased array

Page 25: 02 Radio Propagation Vi1

Một số thiết kế antenna khác

• Trạm thu phát BTS

Page 26: 02 Radio Propagation Vi1

Một số thiết kế antenna khác

• Parabolic antenna

Page 27: 02 Radio Propagation Vi1

Độ lợi của antenna - Antenna Gain

• Độ lợi của antenna (Antenna gain)

– Đo tính có hướng của antenna

– Là công suất phát ra theo 1 hướng cụ thể so vớithông số chuẩn của 1 antenna đẳng hướng(omnidirectional antenna hay isotropic antenna)

• Khu vực hiệu dụng

– Tùy thuộc vào kích thước vật lý và hình dạng củaantenna

Page 28: 02 Radio Propagation Vi1

Lan truyền trong không gian tự do

)d

Omni-directional

transmitting antenna Receiving antenna, area AR

Transmitted power PT

Received power PR

Với là tham số hiệu năng

Mức tập trung: được xác định bằng kích thước antenna trongbước sóng (bước sóng là λ):

với là tham số hiệu năng của antenna truyền

Page 29: 02 Radio Propagation Vi1

Antenna định hướng

)d

Transmitting antenna, area AT Receiving antenna, area AR

Transmitted power PT Received power PR

Directional antenna gain GT > 1

(

Tương tự với slide trước:

Mức năng lượng nhận được:

Page 30: 02 Radio Propagation Vi1

LAN TRUYỀN VÔ TUYẾN

Page 31: 02 Radio Propagation Vi1

Lan truyền vô tuyến

• Lan truyền vô tuyến (radio propagation) là mộthành vi của sóng radio khi chúng được phát từmột điểm đến một điểm khác, hoặc khi chúng dichuyển giữa những phần khác nhau của bầu khíquyển

• Vì cũng là sóng điện từ, sóng radio cũng bị ảnhhưởng bởi các hiện tượng: reflection (phản xạ),refraction (khúc xạ), diffraction (nhiễu xạ),absorption (hấp thụ), polarization (phân cực), vàscattering (tán xạ)

Page 32: 02 Radio Propagation Vi1

Các hiệu ứng lan truyền không dây

• Phản xạ (Reflection)

– Xảy ra khi bức xạ điện từ gặp một vật cản lớn hơnnhiều so với bước sóng (chẳng hạn: bề mặt trái đất,nhà cao tầng, …).

Page 33: 02 Radio Propagation Vi1

Các hiệu ứng lan truyền không dây

• Khúc xạ (Refraction)

– Tín hiệu bị bẻ cong khi nó đi qua 1 chất liệu có mậtđộ khác biệt so với môi trường trước đó

– Thay đổi hướng đi của sóng.

Page 34: 02 Radio Propagation Vi1

Các hiệu ứng lan truyền không dây

• Nhiễu xạ (Diffraction)

– Đường đi giữa transmitter và receiver bị cản bởi 1vật có cạnh trơn.

– Sóng vòng qua vật cản, ngay cả khi tầm nhìn thẳng(Line of Sight – LoS) không tồn tại

Page 35: 02 Radio Propagation Vi1

Các hiệu ứng lan truyền không dây

• Tán xạ (Scattering)

– Khi vật thể nhỏ hơn so với bước sóng của sóng đanglan truyền (chẳng hạn: biển báo, cột đèn, …)

– Tín hiệu bị phân tán thành nhiều đường tín hiệu cócường độ yếu hơn.

Page 36: 02 Radio Propagation Vi1

Lan truyền đa tuyến (Multipath)

• Là hiện tượng lan truyền mà ở đó tín hiệu nhậnđược ở thiết bị thu đến từ nhiều đường khácnhau

• Nguyên nhân là các hiệu ứng diễn ra trong quátrình truyền

• Tác động:

– Interference có tác động tốt và tác động xấu

– Làm chuyển dịch pha của tín hiệu

– Hiện tượng Rayleigh fading

– Rician fading

Page 37: 02 Radio Propagation Vi1

Lan truyền đa tuyến (Multipath)

Page 38: 02 Radio Propagation Vi1

Lan truyền đa tuyến (Multipath)

Page 39: 02 Radio Propagation Vi1

Lan truyền đa tuyến (Multipath)

• Mô hình toán học của multipath:

– http://en.wikipedia.org/wiki/Multipath_propagation

Page 40: 02 Radio Propagation Vi1

Lan truyền đa tuyến (Multipath)

• Downfade (suy giảm)

– Làm suy hao cường độ tín hiệu

– Khi nhiều đường tín hiệu RF đến receiver vào cùngthời điểm và lệch pha so với sóng chính,

– Lệch pha trong khoảng 121 và 179 độ sẽ tạo nênhiện tượng suy giảm

Page 41: 02 Radio Propagation Vi1

Lan truyền đa tuyến (Multipath)

• Upfade (tăng cường)

– Gia tăng cường độ tín hiệu.

– Khi nhiều đường tín hiệu RF đến receiver vào cùngthời điểm và cùng pha hoặc lệch pha 1 phần vớisóng chính

– Lệch pha từ 0 đến 120 độ sẽ gây ra hiện tượngupfade.

– Cường độ tín hiệu nhận được cuối cùng không baogiờ lớn hơn cường độ tín hiệu phát đi ban đầu.

Page 42: 02 Radio Propagation Vi1

Lan truyền đa tuyến (Multipath)

• Nulling (triệt tiêu)

– Kết quả gây ra: triệt tiêu tín hiệu.

– Khi nhiều đường tín hiệu RF đến receiver cùng thờiđiểm và lệch pha 180 độ so với sóng chính.

– Tín hiệu RF bị triệt tiêu hoàn toàn.

Page 43: 02 Radio Propagation Vi1

CÁC CƠ CHẾ LAN TRUYỀN

Page 44: 02 Radio Propagation Vi1

Các cơ chế lan truyền vô tuyến

• Ground wave propagation (<2 MHz): Sóng có tần sốthấp– Đi trên mặt đất và có thể truyền khoảng cách dài

– AM(LF,MF) radio.

• Sky wave propagation (2–30 MHz): sóng ngắn, bịphản xạ ở tầng điện ly.– Dội lên và xuống giữa bề mặt trái đất và tầng điện ly, di

chuyển vòng quanh thế giới

– Phát thanh ở phạm vi quốc tế

• Space Wave propagation (>30 MHz): sóng có tần sốcao (>30MHz) và chỉ đi theo đường thẳng (line ofsight).– Điện thoại di động, hệ thống vệ tinh, …

Page 45: 02 Radio Propagation Vi1

Các cơ chế lan truyền vô tuyếnGround wave: Sóng mặt đất

Space wave: Sóng không gian

Sky wave: Sóng trời

Troposphere: tầng đối lưu

Stratosphere: tầng bình lưu

Mesosphere: tầng giữa

Ionosphere: tầng điện ly

Page 46: 02 Radio Propagation Vi1

Băng tần vô tuyến

Page 47: 02 Radio Propagation Vi1

Băng thông - Bandwidth

• Bandwidth (BW)

– Là sự khác biệt giữa tần số mức cao và tần số mứcthấp trong 1 dải tần số liên tục

Page 48: 02 Radio Propagation Vi1

TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT

Page 49: 02 Radio Propagation Vi1

Đơn vị đo công suất

Đơn vị đo công suất

(đơn vị tuyệt đối)

Đơn vị so sánh

(đơn vị tương đối)

watt (W) decibel (dB)

milliwatt (mW) dBi

dBm dBd

Page 50: 02 Radio Propagation Vi1

Đơn vị đo công suất

• Watt

– Đơn vị đo công suất cơ sở

– Công suất của dòng điện 1 ampere với hiệu điện thế1 volt

– Volts x Amps

• MilliWatt (mW)

– 1/1000 watt

– Hầu hết thiết bị dùng trong mạng IEEE 802.11 cócông suất được đo bằng milliwatt

Page 51: 02 Radio Propagation Vi1

Đơn vị đo công suất

• Decibel (dB)

– Đơn vị cơ sở dùng để so sánh

– So sánh công suất phát của 2 transmitter

– So sánh công suất phát ra tại transmitter và nhậnđược tại receiver

– Bel dựa trên logarith. Sử dụng log10 để tính toán

101=10 Log10(10)=1

102=100 Log10(100)=2

103=1000 Log10(1000)=3

104=10000 Log10(10000)=4

Page 52: 02 Radio Propagation Vi1

Đơn vị đo công suất

• Decibel (dB)

– Công thức:

𝒃𝒆𝒍 = 𝐥𝐨𝐠𝟏𝟎 𝑷𝟏

𝑷𝟐

𝒅𝒆𝒄𝒊𝒃𝒆𝒍 = 𝟏𝟎𝒍𝒐𝒈𝟏𝟎 𝑷𝟏

𝑷𝟐

P1, P2 là các giá trị côngsuất

Miliwatts Decibel change

0.001 -30

0.01 -20

0.1 -10

1 0

10 +10

100 +20

1000 +30

10000 +40

100000 +50

Page 53: 02 Radio Propagation Vi1

Đơn vị đo công suất

• dBi

– Decibels Isotropic

– Độ khuếch đại so với 1 bộ phát sóng đẳng hướng(isotropic radiator) lý thuyết

• dBd

– Decibel Dipole

– Số decibel khuếch đại (gain) so với dipole antenna

– Có thể chuyển đổi qua lại với dBi

• Antenna dipole chuẩn: 2.14 dBi

• Nếu 1 antenna có giá trị gain là 3 dBd thì: 2.14+3=5.14 dBi

Page 54: 02 Radio Propagation Vi1

Đơn vị đo công suất

• dBm

– Đơn vị đo tuyệt đối

– Số decibel ứng với sốmW năng lượng

– Giá trị tham chiếu: 1 mW=0 dBm

– Do đó: 100 mW= +20dBm

– Có thể dùng công thức

𝑃𝑚𝑊 = 𝑙𝑜𝑔−1 𝑃𝑑𝐵𝑚10

– Vì sao dùng dBm?

• Dễ viết -100dBm hơn .0000000001 mW

Page 55: 02 Radio Propagation Vi1

Tính toán công suất

• Luật 6dB

– Nếu tăng gấp đôi khoảng cách giữa receiver vàtransmitter, tín hiệu nhận được sẽ suy hao 6 dB.

– Mỗi 6dBi khuếch đại sẽ tăng gấp đôi khoảng cách hiệudụng của sóng vô tuyến

Page 56: 02 Radio Propagation Vi1

Tính toán công suất

• Luật 3s và luật 10s

– Với mỗi 3 dB khuếch đại, nhân số mW cho 2.

– Với mỗi 3 dB suy hao, chia đôi giá trị mW.

– Với mỗi 10 dB khuếch đại, nhân số mW cho 10.

– Với mỗi 10 dB suy hao, chia số mW cho 10.

Page 57: 02 Radio Propagation Vi1

TRUYỀN THÔNG LINE-OF-SIGHT

Page 58: 02 Radio Propagation Vi1

Lan truyền Line-of-Sight

Page 59: 02 Radio Propagation Vi1

Lan truyền Line-of-Sight

• Yêu cầu tần số trên 30 MHz

• Anten truyền và anten nhận phải nhìn thấy nhau

– Truyền thông vệ tinh– tín hiệu trên 30 MHz không bịphản xạ bởi tầng i-ôn

– Truyền thông mặt đất

• Tốc độ của sóng điện từ là 1 hàm theo mức độđậm đặc của môi trường truyền

• Khi thay đổi môi trường truyền, tốc độ thay đổi

Page 60: 02 Radio Propagation Vi1

Lan truyền Line-of-Sight

Page 61: 02 Radio Propagation Vi1

Các cơ chế lan truyền không dây

• Kết quả của các cơ chế lan truyền là 3 hiệntượng gần như độc lập nhau:

– Suy hao trên đường truyền - Path loss

– Hiện tượng mờ chậm - Slow fading (shadowing)

– Hiện tượng mờ nhanh - Fast fading (multipathfading)

Page 62: 02 Radio Propagation Vi1

Cường độ tín hiệu nhận được - RSSI

• Suy hao (Loss/Attenuation): Là hiện tượng suygiảm cường độ tín hiệu sau quá trình truyền tải– cường độ tín hiệu đo được ở 1 thời điểm bấtkỳ thấp hơn so với cường độ đo ở 1 thời điểmtrước đó

• Khuếch đại (Gain): là hiện tượng cường độ tínhiệu được tăng cường

• Cường độ tín hiệu nhận được (Received SignalStrength Indicator – RSSI): Cường độ tín hiệu tạithiết bị thu.

Page 63: 02 Radio Propagation Vi1

Cường độ tín hiệu nhận được - RSSI

• Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ tín hiệu tạireceiver

– Khoảng cách (hoặc delay) (mô hình Path Loss Model)⇒ Path attenuation (suy hao trên đường truyền)

– Slow fading (hiện tượng mờ chậm) hoặc Shadowing(do vật cản)

– Fast fading (hiện tượng mờ nhanh) (do sự di động,…)

• Hiệu ứng Doppler

• Multipath ⇒ Lệch pha

Page 64: 02 Radio Propagation Vi1

Nhiễu - Noise

• Thermal Noise – Nhiễu nhiệt

• Intermodulation noise – nhiễu trong quá trìnhđiều chế

• Crosstalk – xuyên âm

• Impulse Noise

Page 65: 02 Radio Propagation Vi1

Thermal Noise – Nhiễu nhiệt

• Còn gọi là white noise

• Do sự bất định của các electron

• Tồn tại trong các thiết bị điện tử và các phươngtiện truyền dẫn

• Không thể bị triệt tiêu hoàn toàn

• Là một hàm theo nhiệt độ

• Là yếu tố có ảnh hưởng đáng kể trong truyềnthông vệ tinh

Page 66: 02 Radio Propagation Vi1

Thermal Noise – Nhiễu nhiệt

• Tổng lượng nhiễu thermal trong khoảng băngthông 1 Hz của một thiết bị bất kỳ là:

Page 67: 02 Radio Propagation Vi1

Thermal Noise – Nhiễu nhiệt

• Tổng lượng nhiễu thermal trong khoảng băngthông B Hz của một thiết bị bất kỳ là:

Page 68: 02 Radio Propagation Vi1

Các khái niệm khác về nhiễu

• Intermodulation noise – xảy ra khi tín hiệu trêncác tần số khác nhau chia sẻ chung đường truyền

• Crosstalk – hai luồng tín hiệu khác nhau “quyện”vào nhau

• Impulse noise – các xung tín hiệu không dự đoántrước

– Có thời gian ngắn và cường độ khá cao

– Tạo ra bởi các sóng điện từ bên ngoài hoặc do lỗi củahệ thống truyền thông

Page 69: 02 Radio Propagation Vi1

MÔ HÌNH LAN TRUYỀN

Page 70: 02 Radio Propagation Vi1

Mô hình lan truyền không dây

• Một mô hình lan truyền không dây (radiopropagation model) là một mô hình toán họcđược xây dựng để mô tả quá trình lan truyền vôtuyến dưới dạng hàm của tần số, khoảng cáchvà các điều kiện khác

• Các mô hình được sử dụng để dự đoán nănglượng nhận được hoặc việc suy hao trên đườngtruyền gây ra bởi các hiệu ứng refraction,reflection, scattering, …

Page 71: 02 Radio Propagation Vi1

Phân loại mô hình lan truyền không dây

• Line-of-Sight Model (Mô hình Đường nhìn thẳng)

– Free Space Model (Mô hình không gian tự do)

– Path Loss Model (Mô hình suy hao trên đường truyền)

• Land Propagation Model (Mô hình lan truyền mặtđất)

– Mô hình lan truyền phạm vi rộng

– Mô hình lan truyền phạm vi hẹp

• Empirical Model (mô hình thực nghiệm)

– Mô hình cho môi trường ngoài trời (outdoor)

– Mô hình cho môi trường trong nhà (indoor)

Page 72: 02 Radio Propagation Vi1

Mô hình lan truyền vô tuyến - Mục tiêu

Page 73: 02 Radio Propagation Vi1

Mô hình Free Space Propagation

• Dùng để dự đoán cường độ tín hiệu nhận đượckhi transmitter và receiver có đường line-of-sight (LOS) rõ ràng và không bị che khuất.

– Vd: satellite, kết nối microwave line-of-sight.

• Mô hình free space dự đoán rằng mức nănglượng nhận được suy giảm theo 1 hàm khoảngcách (d) giữa thiết bị phát và thiết bị thu (T-R).

• Năng lượng sẽ giảm:

– Tương ứng với d2

– Tỉ lệ nghịch với λ2

Page 74: 02 Radio Propagation Vi1

Mô hình Free Space Propagation

Page 75: 02 Radio Propagation Vi1

Mô hình Free Space Propagation

• Mức năng lượng nhận được bởi 1 anten ở phíanhận (công thức free space Friis)

Page 76: 02 Radio Propagation Vi1

Mô hình Free Space Propagation

• Pt = cường độ tín hiệu tại anten phát

• Pr = cường độ tín hiệu tại anten thu

• λ = bước sóng của sóng mang (m)

• Gt = mức khuếch đại (gain) của anten phát

• Gr = mức khuếch đại (gain) của anten thu

• d = khoảng cách giữa các anten (T-R) đo bằng mét (>0)

• L : tham số suy hao của hệ thống do suy hao trên đườngdây (nội bộ, trong thiết bị, phần cứng), suy hao do các bộlọc, suy hao của anten (L >= 1)– L = 1 nghĩa rằng không có suy hao do phần cứng.

Page 77: 02 Radio Propagation Vi1

Mô hình Path Loss

• Path Loss (Suy hao trên đường truyền): Mứcsuy hao tín hiệu được đo bằng dB và là 1 đạilượng >0, được định nghĩa là sự khác nhau giữamức năng lượng hiệu dụng phát ra bởitransmitter và mức năng lượng nhận được.

• Cường độ tín hiệu suy giảm theo hàm mũ củakhoảng cách d giữa transmitter và receiver;

• Tùy theo môi trường, mức độ suy hao tỉ lệ vớimột giá trị trong khoảng d2 và d4

Page 78: 02 Radio Propagation Vi1

Mô hình Path Loss

• Định nghĩa path loss

Page 79: 02 Radio Propagation Vi1

Mô hình Line of Sight – Vấn đề

• Các mô hình line of sight (LOS) đơn giản, chẳnghạn như mô hình free space, không tính đếnnhiều yếu tố thực tế, vd như:

– Địa hình gồ ghề

– Các tòa nhà

– Phản xạ

– Sự di động

– Che chắn

• Giải pháp: Mô hình thực nghiệm (EmpiricalModel)

ĐỘ CHÍNH XÁC THẤP

Page 80: 02 Radio Propagation Vi1

Lan truyền mặt đất (Land Propagation)

• Một kênh truyền thông di động mặt đất (landmobile radio channel) được xác định khi có mộtphiên truyền thông từ/đến một trạm cố định(base station – BS) đến/từ một trạm di động(mobile station – MS)

• Nó trở thành một kênh lan truyền đa tuyến cósuy hao tự nhiên

• Tín hiệu (signal) đến đích theo nhiều đường đido các hiệu ứng/cơ chế lan truyền trên đườngtruyền, vd như phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ, …

Page 81: 02 Radio Propagation Vi1

Lan truyền mặt đất (Land Propagation)

• Cường độ tín hiệu nhận được (RSSI) và thời gianđến đích của thông tin có thể khác biệt nhau tùyvào môi trường

• Việc lan truyền sóng trong kênh đa tuyến(multipath channel) phụ thuộc vào môi trườngthực tế, kể cả các yếu tố như chiều cao củaanten, nhà cửa, đường sá, địa hình.

• Cần mô tả hoạt động của kênh truyền di độngbằng một cơ chế phù hợp

Page 82: 02 Radio Propagation Vi1

Lan truyền mặt đất (Land Propagation)

• Cường độ tín hiệu nhận được:

• Việc lan truyền sóng trong kênh di động đượcmô hình hóa bằng ba yếu tố: path loss, slowfading (shadowing), và fast fading. Hàm lantruyền L được mô tả như sau:

Page 83: 02 Radio Propagation Vi1

HIỆN TƯỢNG MỜ (FADING)

Page 84: 02 Radio Propagation Vi1

Hiện tượng mờ (Fading)

• Tính chất của quá trình truyền không chỉ đượcxác định bởi khái niệm suy hao (attenuation).

• Suy hao có thể dao động lên xuống theo khoảngcách và thời gian FADING.

• Fading xảy ra khi tín hiệu mất đi những đặc tínhtự nhiên của nó và trở nên ngẫu nhiên (random)

• Fading thường được mô hình hóa dưới dạngmột tiến trình ngẫu nhiên (random process)

Page 85: 02 Radio Propagation Vi1

Hiện tượng mờ (Fading)

Page 86: 02 Radio Propagation Vi1

Fading

Page 87: 02 Radio Propagation Vi1

Delay Spread-Hiện tượng trễ lan truyền

• Khi tín hiệu lan truyền từ transmitter đếnreceiver, tín hiệu đó chịu một hoặc nhiều lầnphản xạ, tán xạ, … Điều này làm cho tín hiệu đithành nhiều đường.

• Mỗi đường có độ dài khác nhau, nên thời gianđến đích trên từng đường là khác nhau

• Hiệu ứng này được gọi là “Delay Spread”.

• Trễ lan truyền là khoảng thời gian từ thời điểmthành phần đa tuyến đầu tiên đến đích đến khithành phần đa tuyến cuối cùng đến đích

Page 88: 02 Radio Propagation Vi1

Delay Spread

• Trễ lan truyền được dùng để thể hiện mức độphổ biến của hiệu ứng đa tuyến trong kênhtruyền thông

Page 89: 02 Radio Propagation Vi1

Delay Spread

Page 90: 02 Radio Propagation Vi1

Tác động của tốc độ di chuyển

Page 91: 02 Radio Propagation Vi1

HIỆU ỨNG DOPPLER

Page 92: 02 Radio Propagation Vi1

Hiệu ứng Doppler

• Là 1 hiệu ứng vật lý trong đó tần số và bướcsóng của các sóng âm, sóng điện từ bị thay đổikhi nguồn phát song chuyển động tương đối vớingười quan sát

• Christian Andreas Doppler (1803-1853) là nhàtoán học và vật lý học người Áo

Page 93: 02 Radio Propagation Vi1

Hiệu ứng Doppler

Page 94: 02 Radio Propagation Vi1

Hiệu ứng Doppler

Page 95: 02 Radio Propagation Vi1

Hiệu ứng Doppler

• Nguồn phát âm thanh đứng yên. Tốc độ dichuyển của sóng là c

Page 96: 02 Radio Propagation Vi1

Hiệu ứng Doppler

• Cùng nguồn âm thanh nhưng máy phát dichuyển ở tốc độ 0.7c (Mach 0.7) và 1c (Mach 1)

Page 97: 02 Radio Propagation Vi1

Hiệu ứng Doppler

• Tốc độ di chuyển ở v=1.4c (Mach 1.4)

Page 98: 02 Radio Propagation Vi1

ISI, CCI VÀ COHERENT BANDWIDTH

Page 99: 02 Radio Propagation Vi1

Intersymbol Interference (ISI)

• Hiện tượng xung đột ký hiệu/giao thoa tín hiệu

• Được tạo ra do nhiều đường tín hiệu đến đíchkhông cùng lúc với nhau. Tín hiệu của đườngđến sau được nhận trong lúc nhận symbol kếtiếp

• Tác động lên mức độ lỗi burst của channel

• Với bit-error-rate (BER) thấp

• R (tốc độ truyền) bị giới hạn bởi delay spread

d

R2

1

d

Page 100: 02 Radio Propagation Vi1

Intersymbol Interference (ISI)

Time

Time

Time

Transmission

signal

Received signal

(short delay)

Received signal

(long delay)

1

0

1

Propagation timeDelayed signals

Page 101: 02 Radio Propagation Vi1

Coherence Bandwidth

• Băng thông kết hợp Bc:

– Thể hiện sự tương quan (correlation) giữa 2 tín hiệufading ở tần số f1 và f2.

– Là 1 hàm của delay spread.

– Sử dụng trong các hệ thống nhận tín hiệu diversity(đa dạng)

• Nhiều phiên bản của thông điệp được truyền trên các tầnsố khác nhau.

• Chẳng hạn, hệ thống sử dụng MIMO

Page 102: 02 Radio Propagation Vi1

Xung đột kênh - Cochannel Interference

• Các tế bào (cell) có cùng tần số xung đột lẫn nhau.

• rd là tín hiệu muốn nhận (desired signal)

• ru là tín hiệu gây xung đột (undesired signal)

• là hệ số bảo vệ (protection ratio), trong đó

rd ru (nhờ thế sóng ít xung đột nhất)

• Nếu P(rd ru ) thì rd ru ,

Cochannel probability Pco = P(rd ru )