bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội
-----------XW-----------

LÊ THắNG LợI

MÔ HìNH KÊNH
CHO MạNG DI Động không dây Ad hoc

NGàNH: kỹ thuật ĐIệN Tử

LUậN VĂN THạC Sỹ KHOA HọC

ngời hớng dẫn: PGS.TS NGUYễN VĂN ĐứC

Hà Nội - 2010


LỜI CAM ðOAN
Tôi xin cam ñoan Luận Văn Thạc sỹ Khoa học này là do tôi nghiên cứu và thực
hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Văn ðức. Các kết quả tham khảo từ
các nguồn tài liệu cũng như các công trình nghiên cứu khoa học khác ñược trích dẫn
ñầy ñủ. Nếu có gì sai phạm về bản quyền (trích dẫn thiếu hoặc sai), tôi xin hoàn
toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường.

Hà Nội, tháng 10 năm 2010

Lê Thắng Lợi

1

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn nghiên cứu các vấn ñề liên quan ñến kênh truyền, các phương
pháp mô hình kênh vô tuyến trong mạng Ad hoc nói chung và mạng Vanet nói
riêng. Luận văn bao gồm năm chương với các nội dung như sau :
Chương 1:
• Tìm hiểu về các ñặc tính của kênh vô tuyến trong mạng Vanet.
• ðặc ñiểm về truyền sóng, suy hao và trễ trên ñường truyền sóng.
• ðặc ñiểm về kênh truyền Car-to-infrastructure và Car-to-Car.
• Trễ truyền sóng và hiệu ứng Doppler trong kênh truyền.
Chương 2:
• Giới thiệu các mô hình phân bố của kênh.
• Các phương pháp mô hình kênh MTM (Mobile-to-Mobile) trong
trường hợp Rayleigh Fading và Rician Fading.
Chương 3:
• Giới thiệu hệ thống DSRC/WAVE và các chuẩn áp dụng trên thế
giới.
• Tìm hiểu về chuẩn IEEE 802.11p của Mỹ, áp dụng cho hệ thống
DSRC/WAVE.
Chương 4:
• Sử dụng chương trình Matlab ñể mô phỏng, tính toán một số yếu
tố ảnh hưởng ñến kênh truyền như hàm công suất trễ, hàm tự
tương quan thời gian, hiệu ứng doppler.
Chương 4:
• Kết luận và hướng phát triển.

2



MỤC LỤC

LỜI CAM ðOAN ............................................................................................ 1
TÓM TẮT LUẬN VĂN .................................................................................. 2
MỤC LỤC....................................................................................................... 3
CÁC TỪ VIẾT TẮT........................................................................................ 8
MỞ ðẦU....................................................................................................... 10
CHƯƠNG I
KÊNH VÔ TUYẾN TRONG MẠNG VANET
1.1 ðặc ñiểm ñịa hình truyền dẫn.................................................................. 11
1.1.1 ðặc ñiểm truyền sóng........................................................................ 11
1.2 Hiện tượng Fading .................................................................................. 15
1.2.1 Small-scale fading:............................................................................ 17
1.3 Suy hao trên ñường truyền sóng.............................................................. 18
1.3.1 Mô hình suy giảm free space............................................................. 18
1.3.2 Mô hình suy giảm log-normal ........................................................... 19
1.4 ðặc ñiểm kênh truyền Car-to-infrastructure trong mạng Vanet ............... 21
1.4.1 Trễ Truyền Dẫn................................................................................. 21
1.4.1.1 ðịnh nghĩa................................................................................ 21
1.4.1.2 Hàm công suất trễ của kênh...................................................... 23
1.4.2 Hiệu ứng doppler trong kênh Car-to-infrastructure............................ 25
1.4.2.1 ðịnh nghĩa................................................................................ 25
1.4.2.2 Phổ Doppler ............................................................................. 26
1.5 ðặc ñiểm kênh truyền Car-to-car trong mạng Vanet ............................... 27
1.5.1 Ảnh hưởng của truyền ñẫn ña ñường................................................. 27
1.5.1.1 Cường ñộ trường thu ñược trong kênh car-to-car...................... 27

3



1.5.1.2 Hàm mật ñộ phân bố xác suất của tín hiệu thu ......................... 29
1.5.2 Hiệu ứng Doppler trong kênh Car-to-car ........................................... 31
1.5.2.1 ðịnh nghĩa................................................................................ 31
1.5.2.2 Phổ Doppler ............................................................................. 31
CHƯƠNG II
MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA KÊNH MTM
2.1 Mô hình phân bố của kênh ...................................................................... 34
2.1.1 Kênh theo phân bố Rayleigh ............................................................. 34
2.1.2 Kênh theo phân bố Rician ................................................................. 35
2.1.3 Kênh theo phân bố Lognormal .......................................................... 36
2.2 Mô hình kênh MTM................................................................................ 38
2.2.1 Mô hình kênh MTM ñối với Rayleigh Fading ................................... 38
2.2.1.1 Mô hình tham chiếu AKKI và HABER .................................... 38
2.2.1.2 Mô hình SoS hiện nay cho kênh MTM ..................................... 40
2.2.1.2.1 MTM_Mô hình 1................................................................ 41
2.2.1.2.2 MTM_Mô hình 2................................................................ 42
2.2.1.3 Mô hình SoS mới cho kênh MTM ............................................ 43
2.2.2 Mô hình kênh MTM ñối với Rician Fading ........................................ 46
2.2.2.1 Mô hình Double-Ring cùng với thành phần LOS...................... 46
2.2.2.2 Mô hình thống kê bậc hai ......................................................... 49
CHƯƠNG III
KIẾN TRÚC LỚP VẬT LÝ CỦA MẠNG VANET
3.1 Giới thiệu hệ thống DSRC/WAVE.......................................................... 51
3.2 Chuẩn IEEE 802.11p ............................................................................. 54
3.2.1 Giải băng tần và phân phối kênh ....................................................... 56

4


3.2.2 Mô tả lớp vật lý................................................................................. 56

3.2.3 ðịnh dạng gói tin .............................................................................. 58
3.3 Cấu trúc hệ thống thu phát ...................................................................... 59
3.3.1 Cấu trúc bên phát .............................................................................. 59
3.3.2 Cấu trúc bên thu ................................................................................ 59
CHƯƠNG IV
MỘT SỐ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN
4.1 Kết quả hình mô phỏng, tính toán. .......................................................... 61
4.2 Chương trình Matlab............................................................................... 66
4.2.1 Hàm công suất trễ ............................................................................. 66
4.2.2 Hàm tính phổ doppler trong kênh Base-to-mobile (BTM) ................. 68
4.2.3 Hàm tính phổ doppler trong kênh Mobile-to-mobile (MTM)............. 69
4.2.4 Chương trình tính hàm tự tương quan thời gian trong kênh BTM...... 70
4.2.5 Chương trình tính hàm tự tương quan thời gian trong kênh MTM ..... 71
CHƯƠNG V
KẾT LUẬN
5.1 Kết luận .................................................................................................. 72
5.2 Hướng phát triển của ñề tài ..................................................................... 72

CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................... 74

5


DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1: ðường truyền LOS & NLOS.......................................................... 13
Hình 1.2: Hiện tượng Phản xạ (R), nhiễu xạ (D), tán xạ (S) ........................... 14
Hình 1.3: Mô hình truyền dẫn phân tập ña ñường .......................................... 16
Hình 1.4 : Các loại fading trong kênh thông tin vô tuyến ............................... 17
Hình 1.5: Small-Scale Fading ........................................................................ 17

Hình 1.6: Hiện tượng Shawding..................................................................... 20
Hình 1.7: Trải trễ ........................................................................................... 21
Hình 1.8: RMS Delay Spread và Mean Excess Delay .................................... 22
Hình 1.9: Power delay profile ........................................................................ 24
Hình 1.10: Gaussian power delay profile ....................................................... 24
Hình 1.11: Hiệu ứng doppler kênh BTM........................................................ 25
Hình 1.12: Phổ Doppler trong kênh BTM ...................................................... 26
Hình 1.13: Truyền dẫn car-to-car với thành phần LoS ................................... 27
Hình 1.14: Phổ Doppler cho kênh M2M với các giá trị của α......................... 33
Hình 2.1: Kênh theo phân bố Rayleigh và Rician........................................... 36
Hình 2.2: Phân bố Lognormal ........................................................................ 37
Hình 2.3: Hàm tự tương quan trong kênh MTM............................................. 39
Hình 2.4: Kiểu truyền nan sóng trong kênh MTM.......................................... 40
Hình 2.5: Kênh MTM ñối với Rayleigh Fading ............................................. 41
Hình 2.6: Vận tốc thay thế v3 tham chiếu từ v1 và v2.................................... 46
Hình 2.7: Kênh MTM ñối với Rician Fading ................................................. 48
Hình 2.8: Phần thực của hàm tự tương quan .................................................. 50

6


Hình 3.1: Phân chia tần số của DSRC ............................................................ 52
Hình 3.2: Chuẩn DSRC trên thế giới.............................................................. 53
Hình 3.3: So sánh DSRC với các hệ thống khác............................................. 54
Hình 3.4: DSRC/WAVE và mô hình lớp giao thức OSI................................. 55
Hình 3.5: Phân phối kênh trong DSRC theo chuẩn IEEE 802.11p.................. 56
Hình 3.6: ðặc tả các thông số kỹ thuật........................................................... 56
Hình 3.7: Cấu trúc 1 kênh 10Mhz theo chuẩn IEEE 802.11p ......................... 57
Hình 3.8: So sánh lớp vật lý giữa IEEE 802.11p và IEEE 802.11a................. 57
Hình 3.9: ðịnh dạng gói tin trong IEEE 802.11p ........................................... 58

Hình 3.10: Sơ ñồ cấu trúc hệ thống phát ........................................................ 59
Hình 3.11: Sơ ñồ cấu trúc hệ thống thu .......................................................... 60
Hình 4.1: Trễ truyền dẫn trong ñịa hình thành phố......................................... 61
Hình 4.2: Trễ truyền dẫn trong ñịa hình ñồi núi ............................................. 62
Hình 4.3: Phổ Doppler trong kênh Base-to-mobile (BTM)............................. 63
Hình 4.4: Phổ Doppler trong kênh Mobile-to-mobile (MTM) ........................ 63
Hình 4.5: Phổ Doppler trong kênh Mobile-to-mobile (MTM) ........................ 64
Hình 4.6: Phổ Doppler trong kênh Mobile-to-mobile (MTM) ........................ 64
Hình 4.7: Hàm tự tương quan của kênh Base-to-mobile (BTM)..................... 65
Hình 4.8: Hàm tự tương quan của kênh Mobile-to-mobile (MTM) ................ 65

7


CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ Viết Tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

C2I

Car-to-infrastructure

Xe-tới-Cơ sở hạ tầng

C2C


Car-to-Car

Xe-tới-Xe

MTM

Mobile-to-Mobile

Di ñộng-tơi-Di ñộng

DSRC/WAVE Dedicated short range

Hệ thống truyền thông

communication/

chuyên dụng ở phạm vi

Wireless Access in a Vehicular

hẹp/Truy cập mạng không

Environment

dây trong môi trường xe cộ

LOS

Line-of-sight path


Tuyến trong tầm nhìn thẳng

NLOS

Non-Line-of-sight path

Tuyến ngoài tầm nhìn thẳng

VANET

Vehicular Ad-hoc Network

Mạng xe cộ

BTM

Base-to-mobile

Cơ sở-tới-Di ñộng

MTM

Mobile-to-mobile

Di ñộng-tới-Di ñộng

DPSD

Doppler power spectral density


Mật ñộ phổ công suất
Doppler

PDF

Probability density function

Hàm phân bố xác suất

SoS

Sum-of-sinusoids

Tổng các hình sin

VBS

Virtualbase-stations

Trạm cơ sở ảo

ETSI-EN

European Telecommunications

Viện Tiêu chuẩn Viễn thông

Standards Institute - European

châu Âu - Ủy ban châu Âu


Committee for Standardization

về Tiêu chuẩn hoá

ASTM

American Society for Testing
and Materials - Institute of
Electrical and Electronics
Engineers

8

Hiệp hội Kiểm nghiệm và
Vật liệu - Viện Kỹ sư ðiện
và ðiện tử


ARIB-STD

Association of Radio Industries

Hiệp hội ngành công nghiệp

and Businesses - Standard

vô tuyến và tiêu chuẩn
thương mại


SISO

Single-input single-output

Hệ thống một ñầu vào một
ñầu ra

MIMO

Multiple-input multiple-output

Hệ thống nhiều ñầu vào
nhiều ñầu ra

9


MỞ ðẦU

Mạng Ad hoc là một kiểu mạng mới cho các ñầu cuối di ñộng. Không giống
như mạng di ñộng truyền thống, mạng ad hoc không cần dựa vào một cơ sở hạ tầng
cố ñịnh nào, thay vào ñó các nút dựa vào những nút khác ñể giữ kết nối với mạng.
Do ñặc tính di ñộng một cách linh hoạt ñó nên kênh thông tin vô tuyến giữa các nút
ñầu cuối ñóng một vai trò hết sức quan trọng, nó là yếu tố cơ bản nhất ảnh hưởng
ñến chất lượng của hệ thống vô tuyến. Chính vì vậy, việc xây dựng các mô hình
kênh vô tuyến cho mạng Ad hoc không dây là rất quan trọng cho việc thiết kế hệ
thống. ðiều này có tác dụng lớn cho việc triển khai mạng trên môi trường truyền
dẫn thực tế. Xuất phát từ những vấn ñề ñố, bài luận văn nghiên cứu các vấn ñề liên
quan ñến kênh truyền, các phương pháp mô hình kênh vô tuyến trong mạng Ad hoc
nói chung và mạng Vanet nói riêng. Và những yếu tố ảnh hưởng ñến kênh truyền…

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn ðức ñã tận tình giúp ñỡ
tôi rất nhiều về kỹ thuật ñể hoàn thành luận văn này. Nhưng do hạn chế về kiến thức
cũng như thời gian nên luận văn còn nhiều thiếu sót, tôi xin ghi nhận những ñóng
góp quý báu ñể có thể hoàn thiện tốt hơn nữa luận văn này.

10


CHƯƠNG I
KÊNH VÔ TUYẾN TRONG MẠNG VANET

Giới thiệu chương:
•

Chương này nghiên cứu về các vấn ñề:
Tìm hiểu về các ñặc tính của kênh vô tuyến trong mạng Vanet.
ðặc ñiểm về truyền sóng, suy hao và trễ trên ñường truyền sóng.
ðặc ñiểm về kênh truyền Car-to-infrastructure và Car-to-Car.
Trễ truyền sóng và hiệu ứng Doppler trong kênh truyền

•

Nội dung chương ñược trích dẫn, dịch và tổng hợp từ các nguồn tài liệu
ñánh số trong dấu ngoặc vuông. Thông tin của các tài liệu tham khảo ñược
trình bày chi tiết trong phần tài liệu tham khảo ở cuối luận văn.

1.1 ðặc ñiểm ñịa hình truyền dẫn
1.1.1 ðặc ñiểm truyền sóng
•


Trong mạng VANET ñặc ñiểm về môi trường truyền dẫn là rất quan trọng, nó

ảnh hưởng trực tiếp ñến chất lượng của việc thu nhận tín hiệu.
Trong mạng VANET máy phát (TX) và máy thu (RX) có cùng chiều cao, và trong
một môi trường tương ñương nhau (truyền thông per-to-per). Trong mạng Cellular
truyền thông giữa trạm cơ sở ở ñộ cao lớn hơn so với ñường phố và một trạm di
ñộng ở trên ñường phố. Do ñó thành phần ñường truyền vượt trội là khác nhau
trong hai mạng trên, như trong hệ thống VANET truyền nan sóng ở mặt ngang là rất
quan trọng cùng với sự phản xạ và nhiễu xạ sóng trên ñường truyền (ví dụ như góc
giữa các ñường phố giao cắt nhau). Ngoài ra trong mạng VANET sự tán xạ xảy ra ở

11


cả TX và RX, trong khi ñó ở mạng cellular là không có tán xạ xung quanh trạm phát
cơ sở (base station).
ðặc tính của kênh VANET chịu ảnh hưởng bởi các ñặc ñiểm của môi trường
xung quanh các xe trong mạng, như là kiểu của các ñặc ñiểm giao thông. Môi
trường giao thông là khác nhau ở các nơi trên thế giới, nhưng sự phân chia các loại
môi trường cũng với những ñặc tính chung nhất có thể có ñược trình bày dưới ñây:
- ðường cao tốc có từ hai ñến sáu làn ñường cho mỗi một hướng, thường không có
nhà trong không gian gần ñó. Mật ñộ giao thông cao ñối với ñường cao tốc trong
thành phố và mật ñộ giảm hơn ñối với ñường cao tốc ở vùng nông thôn.
- ðường phố vùng nông thôn thường có hai nàn ñường cùng với một số hoặc không
có tòa nhà bên ñường mặc dù các ñồi núi hoặc rừng cây có thể làm tăng các thành
phần truyền dẫn ña ñường. Mật ñộ giao thông nhanh, vận tốc có thể ñạt
20-30m/s
- ðường trong thành phố có từ hai cho ñến bốn nàn ñường, có rất nhiều tòa nhà và
mật ñộ giao thông cao hơn so với ñường vùng ngoại ô. Số lượng xe cộ và các vật
cản lớn hơn, truyền nan sóng chịu ảnh hưởng nhiều bởi hiện tượng phân tập ña

ñường [1].
•

Các kiểu truyền sóng:

1. LOS (Line Of Sight): tín hiệu truyền theo ñường thẳng, trực tiếp từ ñiểm phát ñến
ñiểm thu mà không bị cản trở bởi tác nhân nào
Hai xe trong tuyến LOS nếu chúng lằm trên cùng một ñoạn ñường (lằm trong tầm
nhìn của nhau)
2. NLOS1 (Non Line Of Sight ): tín hiệu truyền ñến máy thu không ñi theo ñường
thẳng trực tiếp mà theo nhiều ñường khác nhau do có hiện tượng phản xạ, nhiễu xạ,
tán xạ trên ñường truyền. Hài xe ở trong hai ñoạn ñường gần kề nhau và chúng
không nhìn thấy nhau.

12


3. NLOS2 (Non Line Of Sight ):
Hài xe ở trong hai ñoạn ñường riêng biệt nhau bởi hai ngã chia và chúng không
nhìn thấy nhau

Hình 1.1: ðường truyền LOS & NLOS [2]
Phản xạ:
Hiện tượng phản xạ xảy ra khi sóng ñiện từ va chạm vào những vật thể khác
có kích thước lớn hơn so với ñộ dài bước sóng. Sóng ñiện từ bị phản xạ bởi
rất nhiều loại vật cản như: ñồi núi, tòa nhà hay là một ñiểm gián ñoạn trong
vùng khí quyển
Nhiễu xạ:
Nhiễu xạ xảy ra khi ñường truyền sóng giữa máy phát và máy thu bị cản trở
bởi một bề mặt không ñồng ñều làm cho cường ñộ sóng tăng lên tại những

ñiểm uốn của vật cản ñó
Tán xạ:
Tán xạ xảy ra khi sóng truyền qua môi trường mà có rất nhiều những vật thể
có kích thước nhỏ hơn nhiều chiều dài bước sóng

13


Hình 1.2: Hiện tượng Phản xạ (R), nhiễu xạ (D),
tán xạ (S) [3]
• Ảnh hưởng của ñịa hình truyền sóng làm thay ñổi công suất phía thu nhận
ñược, giá trị thay ñổi ñó ñược biểu thị qua công thức [4]:
* ðối với ñịa hình trong thành phố:

exp(-τ)
Pm (τ) = 
0


Với 0< τ < 7µs
Các trường hợp còn lại

PT (1.1)

Trong ñó: Pm (τ) là công suất thu ñược, τ là ñộ trễ.
* ðối với ñịa hình có ñồi núi:
Với 0< τ < 2µs
exp(-3.5τ)

Pm (τ) = 0.1exp(15-τ) Với 15< τ < 20µs

0
Các trường hợp còn lại


14

PT (1.2)


1.2 Hiện tượng Fading
Trong hệ thống thông tin di ñộng không dây, tín hiệu truyền từ máy phát ñến
máy thu có thể ñi theo nhiều hướng khác nhau , hiện tượng này gọi là truyền ñẫn tín
hiệu phân tập ña ñường.
Nguyên nhân của hiện tượng trên là do tín hiệu trên ñường truyền chịu ảnh hưởng
của các vật cản hoặc môi trường xung quanh làm cho tín hiệu bị phản xạ, nhiễu xạ
hoặc tán xạ trên ñường truyền.
Tùy theo ñáp ứng tần số của mỗi kênh truyền mà ta có kênh truyền chọn lọc tần số
(frequency selective fading channel) hay kênh truyền phẳng (frequency nonselective
fading channel), kênh truyền biến ñổi nhanh (fast fading channel) hay biến ñổi
chậm (slow fading channel). Tùy theo ñường bao của tín hiệu sau khi qua kênh
truyền có phân bố xác suất theo hàm phân bố Rayleigh hay Rice mà ta có kênh
truyền Rayleigh hay Rice.
Tùy theo ñáp ứng tần số của mỗi kênh truyền mà ta có kênh truyền chọn lọc tần số
(frequency selective fading channel) hay kênh truyền phẳng (frequency nonselective
fading channel), kênh truyền biến ñổi nhanh (fast fading channel) hay biến ñổi
chậm (slow fading channel). Tùy theo ñường bao của tín hiệu sau khi qua kênh
truyền có phân bố xác suất theo hàm phân bố Rayleigh hay Rice mà ta có kênh
truyền Rayleigh hay Rice [5, P68].

15



Hình 1.3: Mô hình truyền dẫn phân tập ña ñường [5, P68]
Do việc truyền dẫn tín hiệu phân tập ña ñường và sự tác ñộng của môi trường
nên tín hiệu thu ñược tại phía thu bị thay ñổi về biên ñộ, pha và góc tới. Hiện tượng
này ñược gọi là fading ña ñường. Nguyên nhân của fading là do sự giao thoa của
nhiều ñường tín hiệu ñến máy thu trong những khoảng thời gian khác nhau
[6, P139].
Dựa vào tác ñộng của môi trường, fading ñược chia làm hai loại [7, P1]: Largescale fading và small-scale fading. Mô hình thống kê dưới ñây biểu thị mối liên hệ
của các loại fading trong kênh thông tin vô tuyến:

16


Hình 1.4 : Các loại fading trong kênh thông tin vô tuyến [7, P2]
1.2.1 Small-scale fading:
Là hiện tượng biến ñổi về biên ñộ và pha của tín hiệu thu ñược do có những
thay ñổi trong không gian giữa phía phát và phía thu.

Hình 1.5: Small-Scale Fading [6-167]

17


1.3 Suy hao trên ñường truyền sóng
1.3.1 Mô hình suy giảm free space
Biểu thị sự suy giảm công suất tín hiệu khi truyền trên ñường truyền thẳng ở
khoảng cách lớn LOS (Line-of- sight path).
Suy hao truyền dẫn trung bình xảy ra do các hiện tượng như sự nở rộng về mọi
hướng của tín hiệu, sự hấp thu tín hiệu bởi nước, lá cây … và do phản xạ từ mặt ñất.

Suy hao truyền dẫn trung bình phụ thuộc vào khoảng cách và biến ñổi rất chậm
ngay cả ñối với các thuê bao di chuyển với tốc ñộ cao. Tại anten phát, các sóng vô
tuyến sẽ ñược truyền ñi theo mọi hướng (nghĩa là sóng ñược mở rộng theo hình
cầu). Ngay cả khi dùng anten ñịnh hướng ñể truyền tín hiệu, sóng cũng ñược mở
rộng dưới dạng hình cầu nhưng mật ñộ năng lượng khi ñó sẽ ñược tập trung vào
một vùng nào ñó do ta thiết kế. Vì thế, mật ñộ công suất của sóng giảm tỉ lệ với diện
tích mặt cầu. Hay nói cách khác là cường ñộ sóng giảm tỉ lệ với bình phương
khoảng cách. phương trình sau tính công suất thu ñược sau khi truyền qua một
khoảng cách d [8. P49]:
2

 λ 
Pr = Pt 
 Gb G m
 4 πd 

PT (1.3)

Pr : Công suất thu ñược tại khoảng cách d
P0 : Công suất tham chiếu tại khoảng cách d
Gb : ðộ tăng ích của anten phát
Gm : ðộ tăng ích của anten thu
λ : ðộ dài bước sóng

Phương trình trên có thể chuyển ñổi sang dạng Logarith như sau:

Plos s = 32.4 + 20 log 10 d + 20 log 0 f
f : Tần số sóng mang (Mhz)

d 0 : Khoảng cách (>1km ), ñơn vị km


18

PT (1.4)


Với khoảng cách d nhỏ phương trình trên ñổi thành [8, P56]:

d 
Pr = P0  0 
 d 

γ

PT (1.5)

P0 : Công suất tham chiếu tại khoảng cách d (thông thường d0 = 1m)

γ: Hệ số ñường truyền (= 2 không gian tự do, = 5 với môi trường ñô thị
d 0 : Khoảng cách tham chiếu (= 1m với môi trường trong nhà, = 1km với

môi trường ngoài trời
1.3.2 Mô hình suy giảm log-normal
• Mô hình suy hao công suất log-normal là mô hình ñơn giản nhất thường
ñược áp dụng, mô hình này sử dụng hai tham số liên quan ñến môi trường và hai
tham số tham chiếu. Sự suy giảm năng lượng theo khoảng cách theo hàm mũ bậc n
ñược biểu diễn qua phương trình sau [9, P11]:

 d
PL ( dB ) = PL ( d 0 ) + 10 n log 

 d0


 + Xσ


PT (1.6)

PL( dB) : Công suất suy giảm tại khoảng cách d

PL(d 0 ) =

(4πd 0 )2
: Công suất suy giảm tham chiếu tại khoảng cách d 0
λ2

X σ : Là suy hao do hiện tượng Shadow fading
• Hệ số n ñược thống kê trong sau [10, P102]::
Môi trường

Hệ số suy giảm, n

Free-space

2

ðô thị

2.7 ÷ 3.5


ðô thị với nhiều nhà cao tầng

3÷5

Trong nhà (LOS)

1.6 ÷ 1.8

Trong nhà có vật cản

4÷6
Bảng 1.1: Hệ số suy giảm n [10, P102]

19


• Hiện tượng Shadowing (Shadow fading)
Là hiệu ứng truyền sóng làm cho công suất tín hiệu thu ñược bị thay ñổi, nguyên
nhân là do ñường truyền nan sóng giữa máy phát và máy thu bị chắn do có các vật
cản ở giữa như tòa nhà, cây cối..Kết quả thi nghiệm ñã chỉ ra rằng Shadow fading
có thể ñược mô hình như một biến ngẫu nhiên log-normal, phân bố shadow fading
ñược biểu diễn quá phương trình sau [11, P11]:

f ΩP ( x ) =

xσ ΩP

 (10log 10 x-µ ΩP (dBm)) 2 
10
exp  

2 σ Ω2 P
2π ln 10



PT (1.7)

Với ΩP là mức ñường bao bình phương trung bình (mean squared envelope level),

µΩ là diện tích trung bình (dBm), σ ΩP là giá trị lệch chuẩn của shadowing (giá trị
P

σ Ω trong khoảng 4 ÷ 10 dB).
P

Hình sau mô tả hiện tượng Shadow fading:

Hình 1.6: Hiện tượng Shawding [11, P11]

20


1.4 ðặc ñiểm kênh truyền Car-to-infrastructure trong mạng Vanet
1.4.1 Trễ Truyền Dẫn
1.4.1.1 ðịnh nghĩa
Trễ (delay) là thời gian tính từ khi bắt ñầu truyền cho tới khi nhận xong một tin
hay một tín hiệu.
Trong truyền dẫn phân tập ña ñường, tín hiệu từ các ñường phản xạ, nhiễu xạ,
tán xạ thường dài hơn so với tín hiệu ñến từ ñường trực tiếp (LOS). ðiều này ñồng
nghĩa với việc tín hiệu ñến máy thu là chậm hơn so với những ñường tín hiệu trực

tiếp. Những ñường tín hiệu khác nhau thì có những ñộ trễ khác nhau tại những thời
gian khác nhau [10, P160].
Delay spread là lượng tăng của trễ truyền do tín hiệu truyền ñi theo nhiều ñường
khác nhau. Giả sử ñầu phát phát ñi một xung cực hẹp, tại ñầu thu khi ñó không chỉ
nhận ñược một xung mà là một cụm (nhóm) xung. Lượng trải trễ là ∆D như trong
hình vẽ dưới ñây :

Hình 1.7: Trải trễ

21


Hình 1.8: RMS Delay Spread và Mean Excess Delay [10, P160]
Trễ truyền dẫn trung bình của kênh (mean excess delay) [10, P160]:

∑ a τ ∑ P( τ ) τ
τ=
=
∑a
∑ P(τ )
2
k k

k

k

k

k


2
k

PT (1.8)

k

k

k

ak : Là biên ñộ của tín hiệu k th
τk : Là thời gian củ tín hiệu k th
P(τk ) : ðộ lớn tuyệt ñối của tín hiệu k th

Trễ truyền dẫn hiệu dụng của kênh (Root mean square delay spread)
[10, P160]: :

()

σ 2 = τ2 − τ

2

PT (1.9)

Với

∑a τ

=
∑a

2 2
k κ

τ2

k

2
k

k

∑ P(τ )τ
=
∑ P(τ )
k

2
κ

PT (1.10)

k

k

k


22


∑a τ
τ=
∑a

2
k κ

k

2
k

k

1.4.1.2 Hàm công suất trễ của kênh
(Power Delay Profile)
[12, P17]
Power delay profile

τ
1
 exp( − ),
Ρe =  S
S
0


Với τ ≥ 0
Các trường hợp còn lại

PT (1.11)

S = σ2 : Trễ truyền dẫn hiệu dụng của kênh
Gaussian power delay profile
[12, P17]
 1
(τ − τ ) 2
exp(−
)

Ρ g (τ ) =  2π S
2S 2
0


Với τ ≥ 0
Các trường hợp còn lại

23

PT (1.12)


Hình 1.9: Power delay profile
( τ = 4S), [12, P20]

Hình 1.10: Gaussian power delay profile

( τ = 4S), [12, P20]

24