Mobile Communications 21A.3 Report [PDF]

Zitiervorschau

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG KHOA ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG 

MIDTERM PROJECT

MOBILE COMMUNICATIONS COST231 – WALFISCH – IKEGAMI PATH LOSS MODEL

GV Hướng Dẫn

: Thầy Nguyễn Lê Hùng

SV thực hiện

: Nhóm 21A.3

Đà Nẵng – 2010

COST231 – Walfisch – Ikegami Path loss model

PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ NHÓM 21A.3 TT

Họ và tên

Lớp

Nhóm Translator

1

Võ Ngọc Trí MINH

06DT1

2

Đặng Thị Nguyên THẢO

06DT1

3

Nguyễn Lê Hoàng TUẤN

06DT1

4

Đặng Thanh QUANG

06DT1

5

Trần Phước THỊNH

06DT1

6

Nguyễn Hữu HÒA

06DT1

7

Nguyễn Duy HOÀNG

06DT1

8

Nguyễn Văn HIẾU

06DT1

9

Nguyễn Thị Bảo TRÂM

06DT1

10 11

Sengsay SOMSAMAY Trương Thị Kim NGÀ

06DT1 06DT2

Group 21A.3

Matlab code 1 Matlab code 2 Matlab code 3 Nhận xét Tổng hợp Slides designer

Nhiệm vụ Dịch tài liệu + viết báo cáo phần lý thuyết Khảo sát sự biến thiên của Path loss theo sự thay đổi khoảng cách d giữa BS và MS (Code + vẽ đồ thị + viết báo cáo) Khảo sát sự biến thiên của Path loss theo sự thay đổi tần số sóng mang (Code + vẽ đồ thị + viết báo cáo) Khảo sát sự biến thiên của Path loss theo sự thay đổi chiều cao của BS / MS (Code + vẽ đồ thị + viết báo cáo) - Tổng hợp ý kiến của nhóm để viết báo cáo phần nhận xét, kết luận - Phân công nhiệm vụ + Tổng hợp toàn bộ, viết báo cáo Biên soạn slides

Page 2

COST231 – Walfisch – Ikegami Path loss model

MỤC LỤC Phân công nhiệm vụ Mục lục I- Lý thuyết II- Kết quả mô phỏng 1. Khảo sát sự biến thiên của path loss theo sự thay đổi khoảng cách giữa BS và MS 1.1 Thiết lập các thông số ban đầu 1.2 Các trường hợp cần khảo sát 1.3 Matlab code 1.4 Kết quả khảo sát bằng Matlab 1.5 Nhận xét 2. Khảo sát sự biến thiên của path loss theo sự thay đổi tần số sóng mang 2.1 Thiết lập các thông số ban đầu 2.2 Các trường hợp cần khảo sát 2.3 Matlab code 2.4 Kết quả khảo sát bằng Matlab 2.5 Nhận xét 3. Khảo sát sự biến thiên của path loss theo sự thay đổi chiều cao của BS/MS 3.1 Thiết lập các thông số ban đầu 3.2 Các trường hợp cần khảo sát 3.3 Matlab code 3.4 Kết quả khảo sát bằng Matlab 3.5 Nhận xét III- Kết luận chung Tài liệu tham khảo Danh mục từ viết tắt

Group 21A.3

2 3 4 8 8 8 9 9 11 13 14 14 15 15 17 20 21 21 22 23 25 28 29 31 32

Page 3

COST231 – Walfisch – Ikegami Path loss model COST231-WALFISCH-IKEGAMI PATH LOSS MODEL I-

Lý thuyết:

Mô hình thống kê COST231-WALFISCH-IKEGAMI là mô hình phổ biến cho việc tiên đoán suy hao truyền dẫn trong microcell. Mô hình là sự kết hợp 2 mô hình kinh nghiệm của J. Walfisch và F. Ikegami. Mô hình có độ chính xác cao khi áp dụng trong môi trường đô thị do có tính đến đa nhiễu xạ khi sóng truyền dẫn qua các mái công trình cao.

Mô hình phân biệt giữa truyền dẫn tầm nhìn thẳng LoS (Line of Sight) và tầm nhìn không thẳng NLoS (Non Line of Sight). Mô hình áp dụng cho tần số sóng mang trong dải từ 800  f C  2000 (MHz) , và khoảng cách truyền dẫn từ 0.02  d  5 (km) + Truyền dẫn tầm nhìn thẳng LoS:

d BS

Line of Sight ( LoS )

MS

Đối với việc truyền dẫn LoS trong các hẻm đường, tổn hao đường truyền: L p ( dB)  42.6  26 log10 d  20 log10 f C với d  20m Group 21A.3

(2.239) Page 4

COST231 – Walfisch – Ikegami Path loss model Tại khoảng cách truyền dẫn d = 20m, Lp hầu như bằng tổn hao trong không gian tự do. Hai tham số của mô hình khi truyền dẫn LoS là khoảng cách truyền dẫn d (km) và tần số sóng mang f C (MHz) + Truyền dẫn tầm nhìn không thẳng NLoS: d BS

hb hm

hb MS

hroof

hm

w b

Buildings Mobile



Incident Wave

Tổn hao đường truyền trong truyền dẫn tầm nhìn không thẳng (NLoS) được biểu thị dưới dạng các tham số sau: hb : chiều cao anten trạm phát, 4  hb  50 (m) hm : chiều cao anten thu, 1  hm  3 (m) hroof : chiều cao của đỉnh tòa nhà (m)

hb  hb  hroof : chiều cao tương đối giữa đỉnh anten trạm phát và đỉnh tòa nhà (m) hm  hroof  hm : chiều cao tương đối giữa đỉnh anten thu và đỉnh tòa nhà (m) Group 21A.3

Page 5

COST231 – Walfisch – Ikegami Path loss model w : độ rộng của con đường (m) b : khoảng cách giữa các tòa nhà (m)

 : góc hợp bởi tia sóng tới và hướng di chuyển của anten thu

Nếu không có dữ liệu về cấu trúc của tòa nhà và các con đường thì các giá trị mặc định sau được dùng: b  20....50(m) , w  b / 2 ,   90 o và

hroof  3 x số tầng tòa nhà + chiều cao đỉnh (m), với chiều cao đỉnh = 3(m) đối với

mái tòa nhà dốc hoặc 0(m) nếu mái tòa nhà phẳng Suy hao đường truyền trong NLoS là tổng của 3 thành phần: Lo  Lrts  Lmsd L p ( dB)   Lo

Lrts  Lmsd  0 Lrts  Lmsd  0

(2.240)

Với: Lo : suy hao trong không gian tự do Lrts : suy hao do tán xạ và nhiễu xạ từ đỉnh tòa nhà đến mặt đường

Lmsd : suy hao nhiễu xạ do nhiều vật chắn

Các công thức tính:

Lo  32.4  20 log10 d  20 log10 fC Lrts  16.9  10 log10 w  10 log10 f C  20 log10 hm  Lori

(2.241)

 10  0.354( )  Lori  2.5  0.075(  35o ) 4.0  0.114(  55o ) 

(2.242)

0    35o 35o    55o 55o    90 o

Lmsd  Lbsh  k a  k d log10 d  k f log10 f C  9 log10 b

(2.243)

  18 log10 (1  hb ) Lbsh    0

(2.244)

hb  hroof hb  hroof

Với: Lori : suy hao định hướng Group 21A.3

Page 6

COST231 – Walfisch – Ikegami Path loss model Lbsh : Shadowing Gain cho trường hợp anten trạm phát cao hơn đỉnh tòa nhà. Các

thông số ka và kd phụ thuộc vào khoảng cách truyền dẫn d và chiều cao tương đối giữa đỉnh anten trạm phát và đỉnh tòa nhà hb . Thông số ka dùng để tăng suy hao đường truyền trong trường hợp anten trạm phát thấp hơn đỉnh mái tòa nhà gần kề 54  k a  54  0.8hb  54  0.8hb d / 0.5

hb  hroof d  0.5(km) và hb  hroof

(2.245)

d  0.5(km) và hb  hroof

Thông số kd và kf mô tả sự phụ thuộc của suy hao nhiễu xạ do nhiều vật chắn theo khoảng cách truyền dẫn d và theo tần số sóng mang fc.  18 kd    18  15hb / hroof

hb  hroof

(2.246)

hb  hroof

0.7( f C / 925  1) k f  4   1.5( f C / 925  1)

medium city and suburban with moderate tree density metropolitan area

(2.247) + Kết luận: Mô hình COST231-WALFISCH-IKEGAMI làm việc tốt trong trường hợp hb  hroof . Việc tiên đoán lỗi lớn nhất có thể xảy ra trong trường hợp hb  hroof . Mô hình WalfischIkegami làm việc không tốt nếu hb  hroof vì trong công thức (2.245) không xác định việc dẫn sóng trong các hẻm đường do đa phản xạ và sự nhiễu xạ tại các góc ngã tư. Ngoài ra mô hình còn chưa xét đến sự ảnh hưởng của cây cối, mưa, tuyết… làm suy hao đến tín hiệu. Do mô hình xem các tòa nhà có chiều cao là như nhau và khoảng cách các tòa nhà coi như không đổi nhưng trong thực tế chiều cao của các tòa nhà trong đô thị thay đổi một cách ngẫu nhiên và khoảng cách giữa chúng thường không đều. Để mô hình làm việc tốt hơn, sát thực tế thêm vào biểu thức (2.240) một số hàm suy hao như -

Suy hao do cây cối: 0.284 0.588  1.33( f C ) .(ht ) [dB] Lt   0.284  0.45( f C ) .ht [dB]

14  ht  400(m) 0  ht  14(m)

fC: tần số sóng mang (GHz) ht: chiều cao cây cối (m) Group 21A.3

Page 7

COST231 – Walfisch – Ikegami Path loss model Tại tần số 900MHz, công thức trên có thể viết lại: 1.291.(ht ) 0.588[dB] Lt   0.437.ht [dB]

-

14  ht  400(m) 0  ht  14(m)

Suy hao do mưa, bụi, sương mù, hơi nước, các loại khí: Suy hao này tăng tuyến tính phụ thuộc khoảng cách truyền sóng, tần số sóng mang, việc phân cực đứng hay ngang, tốc độ mưa A  aR b

Attenuatio n in dB / km

R: tốc độ mưa (mm/hr); a và b là các hệ số phụ thuộc vào tần số xác định theo a  Ga f GHz

Ea

b  Gb f GHz

Eb

Với Ga, Gb, Ea, Eb hằng số xác định 6.39 *10 5  Ga  4.21*10 5  2 4.09 *10

0.851  Gb  1.41 2.63 

Ea  2.03

f GHz  2.9GHz

Ea  2.4

2.9GHz  f GHz  54GHz

Ea  0.699

54GHz  f GHz  180GHz

Eb  0.158

f GHz  8.5GHz

Eb  0.0779

8.5GHz  f GHz  25GHz

Eb  0.272

25GHz  f GHz  164GHz

II- Kết quả mô phỏng: 1. Khảo sát sự biến thiên của path loss theo sự thay đổi khoảng cách giữa BS và MS: 1.1 Thiết lập các thông số ban đầu: - Tần số sóng mang vô tuyến (800 MHz ≤ fc ≤ 2000 MHz): fc = 900 MHz , hoặc fc = 1800 MHz - Chiều cao BS (4 m ≤ hb ≤ 50 m): hb = 30 m , hoặc hb = 50 m - Chiều cao MS (1 m ≤ hm ≤ 3 m): hm = 1,5 m - Chiều cao tòa cao tầng (tính đến mái): hroof = 3 x số tầng + độ cao mái Group 21A.3

Page 8

COST231 – Walfisch – Ikegami Path loss model Ta chọn: số tầng = 6 độ cao mái = 3 m ⇒ hroof = 6 x 3 + 3 = 21 m - Độ chênh lệch chiều cao giữa BS và tòa cao tầng: ∆hb = hb – hroof - Độ chênh lệch chiều cao giữa MS và tòa cao tầng: ∆hm = hroof – hm - Các thông số và cấu trúc tòa cao tầng và lòng đường: Vì ta không biết các thông số cấu trúc của các tòa cao tầng cũng như lòng đường nên ta chọn các giá trị mặc định như sau: + Khoảng các giữa hai tòa cao tầng: b = 30 m + Độ rộng lòng đường: w = b/2 =15 m + Góc hợp bởi tia vô tuyến trực tiếp và hướng của con đường: Ta lần lượt khảo sát cho 3 trường hợp: ∅ = 00, hoặc ∅ = 550 ∅ = 900 1.2 Các trường hợp cần khảo sát: - Trường hợp 1: fc = 900MHz hb = 50 m Xét lần lượt với 3 giá trị: ∅ = 00 ∅ = 550 ∅ = 900 - Trường hợp 2: fc = 1800MHz hb = 50 m Xét lần lượt với 3 giá trị: ∅ = 00 ∅ = 550 ∅ = 900 - Trường hợp 3: fc = 1800MHz hb = 30 m Xét lần lượt với 3 giá trị: ∅ = 00 ∅ = 550 ∅ = 900 1.3 Matlab code: clear all; close all; d =[0.02:0.5:5];% distance between BS and MS 0.02km