MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH...................................................................................5
DANH MỤC BẢNG BIỂU.................................................................................6
LỜI NÓI ĐẦU.....................................................................................................7
A. Cơ sở lý thuyết................................................................................................8
Chương 1: Giới thiệu về truyền sóng trong thông tin di động 5G..........................8
1.1 Định nghĩa...................................................................................................8
1.2 Phát triển mạng 5G hiện nay........................................................................8
1.3 Ưu điểm của mạng 5G so với các thế hệ mạng trước (2G, 3G, 4G)............9
Chương 2: Nghiên cứu về suy hao truyền sóng trong thông tin di động 5G........10
2.1 Mục tiêu.....................................................................................................10
2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến suy hao............................................................10
2.3 Các mô hình suy hao truyền sóng trong thông tin di động 5G...................10
Chương 3: Các mô hình suy hao..........................................................................11
3.1 Mô hình 3GPP...........................................................................................11
3.1.1 Giới thiệu về 3GPP.............................................................................11
3.1.2 Mô hình Large-Scale Path Loss của 3GPP..........................................11
3.1.2.1 Mô hình UMi Large-Scale Path Loss...........................................11
3.1.2.2 Mô hình UMa Large-Scale Path Loss..........................................13
3.1.3 Mô hình Indoor Office Path Loss........................................................14
3.1.3.1 Mô hình Indoor Office Path Loss LOS........................................14
3.1.3.2 Mô hình 3GPP Indoor Office Path Loss NLOS...........................14
3.2 Mô hình SUI..............................................................................................15


Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

3.2.1 Giới thiệu............................................................................................15

3.2.2 Các loại mô hình SUI..........................................................................15
3.2.2.1 Mô hình SUI cơ bản (hoặc mô hình Erceg).................................15
3.2.2.2 Mô hình SUI với các yếu tố hiệu chỉnh........................................16
3.2.2.3 Mô hình SUI mở rộng..................................................................17
3.3 Mô hình suy hao CI...................................................................................17
3.3.1 Giới thiệu............................................................................................17
3.3.2 Các loại mô hình suy hao CI...............................................................18
3.3.2.1 Mô hình suy hao CI.....................................................................18
3.3.2.2 Mô hình suy hao CIF...................................................................19
3.3.2.3 Mô hình suy hao CIH...................................................................19
B. Mô phỏng trên Matlab...................................................................................22
Chương 4: Mô phỏng mô hình suy hao 3GPP.....................................................22
4.1 Mô phỏng Umi Large Scale Path Loss......................................................22
4.1.1 Code MATLAB..................................................................................22
4.1.2 Kết quả mô phỏng...............................................................................23
4.2 Mô hình UMa large-scale Path Loss..........................................................24
4.2.1 Code MATLAB..................................................................................24
4.2.2 Kết quả mô phỏng...............................................................................25
4.3 Mô hình Indoor Office Path Loss..............................................................26
4.3.1 Code MATLAB..................................................................................26
4.3.2 Kết quả mô phỏng...............................................................................27
Chương 5: Mô phỏng mô hình suy hao SUI........................................................28
5.1 Code mô phỏng MATLAB........................................................................28
5.2 Kết quả mô phỏng......................................................................................29
2


Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm


Chương 6: Mô phỏng mô hình suy hao CI..........................................................30
6.1 Code MATLAB.........................................................................................30
6.2 Kết quả mô phỏng......................................................................................31
C. KẾT LUẬN...................................................................................................33
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................34

3


Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 3.1 Mối quan hệ giữa chiều cao trạm gốc TX và sự giảm suy hao trong
NLOS với khoảng cách tách T-R từ 150m đến 5km và trung bình trên tất cả các
khoảng cách T-R, cho mô hình suy hao 3GPP RMa NLOS. Chiều cao trạm di
động (hUT) là 1.5m [1]........................................................................................20
Hình 4.1 Mô hình UMi Large-Scale Path Loss..................................................23
Hình 4.2 Mô hình UMa Large-Scale Path Loss.................................................26
Hình 4.3 Mô hình Indoor Office Path Loss LOS và NLOS................................27
Hình 5.1 Mô hình suy hao mở rộng cua Stanford (SUI mở rộng)......................29
Hình 6.1 Kết quả khi mô phỏng PLCIH [dB] theo khoảng cách 3D T-R (d3D
[m]) và chiều cao trạm gốc hBS [m] ở 30GHz...................................................31
Hình 6.2 Hình ảnh phóng đại tại một khoảng của đồ thị trên hình 6.1...............31

4



Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Hằng số phụ thuộc vào loại địa hình [2].............................................16
Bảng 6.1 Các tham số của mô hình CIH ở 30 GHz............................................30

5


Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

LỜI NÓI ĐẦU

Với tốc độ phát triển ngày càng mạnh mẽ của các hệ thống thông tin, nguồn
tài nguyên tần số là hữu hạn, yêu cầu con người cần biết khai thác một cách triệt
để và ứng dụng trong các lĩnh vực khoa học công nghệ ngày nay. Theo xu hướng
phát triển của thế giới, mảng siêu cao tần được ứng dụng trong những công nghệ
cao nhằm nâng cao đời sống của con người và phục vụ nhu cầu về công nghệ
ngày càng tối tân trong xã hội.
Trong hệ thống thông tin di động của Việt Nam hiện nay, mạng di động thế
hệ thứ 4 (4G) đã được triển khai, giúp người dùng dễ dàng truy cập Internet với
tốc độ cao. Tuy nhiên, sự phát triển nhanh của công nghệ đòi hỏi chúng ta cần
phải có một mạng lưới internet với tốc độ cao hơn. Chính vì vậy, việc triển khai
mạng di động thế hệ thứ 5 (5G) vào thực tế là điều hoàn toàn cần thiết. 5G

mang đến cho người dùng rất nhiều tiện ích, bên cạnh đó chúng còn được kỳ
vọng sẽ cung cấp cho khách hàng những dịch vụ với chất lượng và tốc độ cao
nhất, vùng phủ sóng được mở rộng và bao quát một cách mạnh mẽ nhất.
Tuy nhiên, song song với các lợi ích mà nó mang lại, vấn đề suy hao trong
truyền dẫn thông tin là một điểm vô cùng quan trọng trong mỗi hệ thống thông
tin do nó chịu nhiều ảnh hưởng từ các yếu tố môi trường, gây nên truyền trễ.
Suy hao luôn tỉ lệ thuận với tần số truyền dẫn sóng, mà đặc biệt các bài toán giải
quyết suy hao truyền dẫn trong siêu cao tần lại càng đóng một vai trò quan
trọng.
Vì vậy, ở đề tài bài tập lớn này, được sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Vũ Văn
Yêm, chúng em sẽ tập trung tìm hiểu và mô phỏng về các mô hình suy hao
(pathloss model) trong thông tin di động 5G. Qua đây, chúng em xin gửi lời cảm
ơn chân thành đến thầy PGS.TS Vũ Văn Yêm đã tạo điều kiện và giúp đỡ chúng
em hoàn thành đề tài và có được những kiến thức bổ ích.

6


Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

A. Cơ sở lý thuyết

Chương 1: Giới thiệu về truyền sóng trong thông tin di động 5G
Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu khái niệm mạng 5G, sự phát triển
cũng như ưu, nhược điểm trong thực tế.

1.1 Định nghĩa
Thế hệ mạng di động thứ 5 (hoặc hệ thống không dây thứ 5 - 5G) là thế hệ

tiếp theo của công nghệ truyền thông di động sau thế hệ 4G, hoạt động ở các dải
tần số như 28 GHz, 38 GHz, 60 GHz… Mạng 5G có tốc độ nhanh hơn khoảng
100 lần so với mạng 4G hiện nay. Mạng 5G đã đạt một bước tiến vượt bậc từ
tầm nhìn công nghệ trở thành một yếu tố quan trọng trong chiến lược phát triển
mạng lưới và kinh doanh của các nhà khai thác viễn thông.

1.2 Phát triển mạng 5G hiện nay
Do mạng 5G sử dụng tần số cỡ GHz nên dải sóng được sử dụng là sóng
milimét (Millimetre wave). Bước sóng của 5G có xu hướng sử dụng ở tầm gần,
hoạt động với khoảng cách ngắn hơn. Thay vì những trạm cơ sở trên mặt đất
(2G, 3G, 4G) 5G sẽ sử dụng các trạm HAPS (High Altitude Stratospheric
Platform Stations).
Trạm HAPS là những chiếc máy bay treo lơ lửng ở một vị trí cố định trong
khoảng cách từ 17km ~ 22km so với mặt đất và hoạt động như một vệ tinh.
Cách này sẽ giúp đường tín hiệu được thẳng hơn và giảm tình trạng bị cản
trở bởi những kiến trúc cao tầng.
Hiện tại do sử dụng tần số cao (cỡ GHz) nên mạng 5G chưa được cục tần số
cấp phép cho sử dụng dải tần này, vì vậy nó vẫn đang được thử nghiệm ở quy
mô nhỏ, trong phòng thí nghiệm. Để đưa hệ thống 5G vào sử dụng người ta sẽ
xây dựng các trạm cơ sở có khả năng bao phủ diện tích lớn, giảm thiểu những

7


Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

vấn đề về diện tích ngoài vùng phủ sóng hay trên biển, ảnh hưởng bởi tòa nhà
cao tầng trong đô thị…

Khó khăn: Tuy lợi ích là vậy, nhưng để cung cấp 5G, các nhà mạng phải cải
tiến, nâng cao chất lượng trạm gốc. Khi đó họ có thể khai thác dải phổ hiện còn
trống (sóng từ MHz lên được GHz hay thậm chí nhanh hơn).

1.3 Ưu điểm của mạng 5G so với các thế hệ mạng trước (2G, 3G, 4G)
Tốc độ của 5G là vượt trội hơn cả (10Gbps), băng thông cao, giúp chúng ta
có thể tải một bộ phim chỉ trong vài giây, giao tiếp tốt với các thiết bị (nhà thông
minh…), áp dụng vào trí tuệ nhân tạo…
Với độ trễ thấp và hiệu suất hoạt động cao hơn ở các khu vực đông dân cư,
5G đem đến rất nhiều ứng dụng: xe tự lái, tính năng chat video sẽ có hình ảnh
mượt và trôi chảy hơn – là chìa khóa để chúng ta đi vào thế giới “Mạng lưới vạn
vật kết nối Internet” (IoT).

Qua chương I, chúng ta đã thấy được các ưu, nhược điểm của mạng 5G, từ
đó việc nghiên cứu, tính toán suy hao truyền sóng 5G là nhiệm vụ hết sức cần
thiết.

8


Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

Chương 2: Nghiên cứu về suy hao truyền sóng trong thông tin
di động 5G
Như đã đề cập ở trên, sự suy hao truyền sóng 5G phụ thuộc rất nhiều vào yếu
tố. Vì vậy trong chương 2, chúng ta sẽ tìm hiểu về các yếu tố ảnh hưởng đến
truyền sóng 5G và đưa ra một số mô hình suy hao tiêu biểu.


2.1 Mục tiêu
Việc nghiên cứu mô hình suy hao qua các mô hình toàn học giúp các nhà
mạng biết được ảnh hưởng của môi trường xung quanh đến việc truyền thông tin
từ trạm phát đến nơi thu. Đặc biệt, với thế hệ mạng 5G vẫn chưa được triển khai,
việc nghiên cứu mô hình suy hao càng quan trọng hơn vì nó là cơ sở để xây
dựng hạ tầng mạng. Từ đó bố trí các trạm phát như thế nào, hệ thống anten
truyền phải có kích cỡ bao nhiêu để đảm bảo độ nhạy đối với tín hiệu, phương
thức truyền sóng (CDMA, BDMA,…) để yếu tố ảnh hưởng của môi trường là
nhỏ nhất, đảm bảo tốc độ cũng như chất lượng đường truyền.

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến suy hao
-

Môi trường truyền dẫn: thời tiết, khí hậu, địa hình
Khoảng cách truyền sóng (tư máy thu đến nguồn phát)
Tần số sóng mang

2.3 Các mô hình suy hao truyền sóng trong thông tin di động 5G
 Ở đây, chúng ta tập trung tìm hiểu với tần số 30GHz.
 Đối với một tần số cao như 30 GHz thì các mô hình suy hao được coi là rất
phức tạp, ở đây chúng ta chỉ trình bày 3 mô hình sau:
o Môi hình suy hao 3GPP
o Mô hình suy hao của Stanford (SUI)
o Mô hình suy hao CI

9


Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến


GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

Chương 3: Các mô hình suy hao
Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu về 3 mô hình đã được liệt kê ở trên,
từ đó đưa ra được công thức tính suy hao truyền sóng với các tham số tương ứng
với mỗi mô hình.

3.1 Mô hình 3GPP
3.1.1 Giới thiệu về 3GPP
3GPP: (3rd Generation Partnership Project) là sự hợp tác giữa các nhóm hiệp
hội chuẩn viễn thông (được gọi là Organizations Partners). Ban đầu 3GPP được
lập ra để nghiên cứu đặc điểm hệ thống di động 3G để áp dụng trên phạm vi
toàn cầu dựa theo các thông số kỹ thuật hệ thống di động GSM. Phạm vi này sau
đó được mở rộng ra cho các mô hình truyền sóng khác, bao gồm cả việc phát
triển, nghiên cứu tổn hao, bảo trì hệ thống…
Với mạng 5G hiện nay người ta áp dụng mô hình truyền sóng 3GPP 38.901
hoạt động trong dải tần từ 0.5 GHz – 100 GHz, đáp ứng chuẩn quốc tế cho mạng
tế bào 5G.
3.1.2 Mô hình Large-Scale Path Loss của 3GPP
Mô hình Large-scale path loss gồm 2 mô hình con:
 UMi Large-Scale Path Loss (Urban Micro Large-Scale Path
Loss): Mô hình suy hao vi mô
 UMa Large-Scale Path Loss (Urban Macro Large-Scale Path
Loss): Mô hình suy hao vĩ mô
3.1.2.1 Mô hình UMi Large-Scale Path Loss
Mô hình UMi Large-Scale Path Loss: Nghiên cứu sự suy hao của việc
truyền sóng 5G trong tầm nhìn thẳng (LOS) hoặc không phải tầm nhìn thẳng
(NLOS). Môi trường được xét ở đây là nơi có mật độ dân cư mở (hẻm núi,
đường phố…) với giả thiết chiều cao các trạm gốc không cao hơn các mái nhà
(chiều cao từ 3m - 20m), khoảng cách trung bình giữa các thiết bị thu phát của

người sử dụng với mặt đất là 1.5m.
Xây dựng công thức tính trong mô hình UMi Large-Scale Path Loss:
10


Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

 Ta gọi d’BP là khoảng cách điểm dừng (breakpoint model distance) được
tính theo công thức:
(3.1)
Chú thích:
 h’BS: chiều cao có ích của trạm gốc (m) (h’BS = hBS - 1(m))
 h’UE: chiều cao có ích của thiết bị sử dụng (m) (h’UE = hUE - 1(m))
 fc: tần số sóng mang (GHz)
 c: tốc độ truyền sóng trong chân không: c = 3.108 (m/s)
 Mô hình suy hao truyền sóng của 3GPP dựa vào các thông số về khoảng
cách giữa trạm gốc và máy thu trong không gian 3 chiều (d3D), chiều cao
của trạm gốc (hBS) và khoảng cách từ thiết bị người sử dụng đến mặt đất
(hUE). Độ lệch chuẩn của mô hình này trong truyền sóng thẳng (LOS) là
=4.0 dB (với mô hình NLOS thì SF = 7.82 dB).
 Công thức tính trong mô hình UMi Large-Scale Path Loss LOS:
SF

(3.2)
, với:
Chú thích:
 d2D (m): Khoảng cách giữa nơi phát và nơi thu trong không gian 2






chiều
d’BP (m): khoảng cách điểm dừng (breakpoint model)
0.5 GHz < fc < 100 GHz
1.5m hUE22.5m
hBS = 10m

 Công thức tính trong mô hình UMi Large-Scale Path Loss NLOS:
PLUMi-NLOS = 35.3 log(d3D) + 22.4 + 21.3log(fc) - 0.3(hUE - 1.5)
(3.3)
Chú thích:





0.5 GHz < fc < 100 GHz
10m < d2D < 5000m
1.5m hUE22.5m
hBS = 10m

3.1.2.2 Mô hình UMa Large-Scale Path Loss
Mô hình UMa Large-Scale Path Loss: Nghiên cứu sự suy hao của việc
truyền sóng 5G trong tầm nhìn thẳng (LOS) hoặc không phải tầm nhìn thẳng
11



Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

(NLOS). Môi trường được xét ở đây là nơi có mật độ dân cư mở (hẻm núi,
đường phố…) với giả thiết chiều cao các trạm gốc cao hơn các mái nhà (chiều
cao từ 25 - 30m), khoảng cách trung bình giữa các thiết bị thu phát của người sử
dụng với mặt đất là 1.5m.
Xây dựng công thức tính UMa Large-Scale Path Loss:
 Mô hình suy hao truyền sóng của 3GPP dựa vào các thông số về khoảng
cách giữa trạm gốc và máy thu trong không gian 3 chiều (d3D), chiều cao
của trạm gốc (hBS) và khoảng cách từ thiết bị người sử dụng đến mặt đất
(hUE), độ lệch chuẩn của mô hình này trong truyền sóng thẳng (LOS) là
σSF = 4.0 dB (với mô hình NLOS thì σSF = 6.0dB)
 Công thức tính suy hao UMa Large-Scale Path Loss:
(3.4)
, với:
PL1 = 28.0 + 22log(d3D) + 20log(fc)
PL2 = 28.0 + 40log(d3D) + 20log(fc) - 9log[(d’BP)2 + (hBS - hUE)2]
Chú thích:
 d2D (m): Khoảng cách giữa nơi phát và nơi thu trong không gian 2
chiều
 d’BP (m): khoảng cách điểm dừng (breakpoint model)
 0.5 GHz < fc < 100 GHz
 1.5m hUE22.5m
 hBS = 25m
 Công thức tính trong mô hình UMi Large-Scale Path Loss NLOS:
PLUMa-NLOS = 13.54 + 39.08log(d3D) + 22.4 + 20log (fc) - 0.6(hUE - 1.5)
(3.5)
Chú thích:






0.5 < fc < 100 GHz
10m d2D5000m
1.5m hUE22.5m
hBS = 25m

3.1.3 Mô hình Indoor Office Path Loss
 Với môi trường văn phòng trong nhà, yếu tố vật cản ảnh hưởng đến chất
lượng truyền sóng (indoor office environment), ta phân ra làm 2 loại môi
trường chính:
12


Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

 Indoor Hotspot (InH) mixed office: môi trường văn phòng có yếu tố
vật cản.
 Indoor Hotspot open office: môi trường văn phòng với mật độ vật cản
lớn hơn so với InH.
 Ta chỉ nghiên cứu mô hình suy hao InH trong truyền sóng thẳng
(LOS) và không thẳng (NLOS).
3.1.3.1 Mô hình Indoor Office Path Loss LOS
PLInH-LOS = 32.4 + 17.3log (d3D) +20log (fc)


(3.6)

Chú thích:
 Độ lệch chuẩn SF = 3.0
 Tần số sóng mang 0.5 GHz < fc < 100 GHz
 Khoảng cách TX trong không gian 3 chiều 1d3D100m
3.1.3.2 Mô hình 3GPP Indoor Office Path Loss NLOS
PLInH-NLOS = 17.3 + 38.3log10(d3D) +24.9log10(fc)

(3.7)

Chú thích:
 Độ lệch chuẩn SF = 8.03
 Tần số sóng mang 0.5 GHz < fc < 100 GHz
 Khoảng cách TX trong không gian 3 chiều 1d3D86m

3.2 Mô hình SUI
3.2.1 Giới thiệu
Nhóm 802.16 IEEE đã hợp tác cùng Trường Đại học Stanford để thực hiện
nghiên cứu nhằm phát triển một mô hình kênh cho các ứng dụng WiMAX ở môi
trường khu vực ngoại ô. Và một trong những kết quả quan trọng họ đạt được là
mô hình suy hao lan truyền SUI (Stanford University Interim). Đây là một dự án
mở rộng sẽ sớm được AT&T Wireless thực hiện và được Erceg et al phân tích
sâu hơn.
Để tính toán suy hao trung bình bằng mô hình SUI, địa hình được chia làm 3
loại với từng đặc điểm riêng biệt:
 Địa hình A: địa hình đồi núi có mật độ cây trung bình đến dày, dẫn đến
suy hao là tối đa.
13



Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

 Địa hình B: địa hình đồi núi với ít cây cối, hoặc địa hình bằng phẳng
nhưng nhiều cây cối. Cho nên suy hao thường ở mức trung bình.
 Địa hình C: chủ yếu là địa hình bằng phẳng với mật độ cây cối mỏng.
Như vậy suy hao ở địa hình này là ở mức thấp nhất.
Theo tài liệu của 802.16 IEEE, mô hình SUI là phù hợp với các triển khai của
WiMAX và BFWA (Các ứng dụng không dây cố định băng thông rộng).
3.2.2 Các loại mô hình SUI
Tùy vào các điều kiện khác nhau, ta có các mô hình suy hao SUI khác nhau:
 Mô hình SUI cơ bản
 Mô hình SUI với các yếu tố hiệu chỉnh
 Mô hình SUI mở rộng
3.2.2.1 Mô hình SUI cơ bản (hoặc mô hình Erceg)
Mô hình SUI cơ bản được IEEE đề xuất và dựa trên mô hình của Erceg, với
tần số khoảng 2 GHz, anten dưới 2m, phù hợp với môi trường ngoại ô.
Suy hao trung bình được xác định theo công thức:
(3.8)
Trong đó:

d:

khoảng cách từ trạm gốc đến máy thu, tính bằng m.

λ:

bước sóng, tính bằng m;


γ:

số mũ suy hao

hTX:

chiều cao trạm gốc, tính bằng m.

σ:

hiệu ứng shadowing.

a, b, c: hằng số phụ thuộc vào loại địa hình (xem Bảng dưới)
Bảng 3.1 Hằng số phụ thuộc vào loại địa hình [2]
Địa hình A

Địa hình

Địa hình
14


Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

a
b
c

4,6

0,0075
12,6

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm
B
4
0,0065
17,1

C
3,6
0,005
20

3.2.2.2 Mô hình SUI với các yếu tố hiệu chỉnh
Đối với tần số trên 2 GHz và chiều cao anten thu hRX từ 2m đến 10m, một số
yếu tố hiệu chỉnh được thể hiện dưới công thức:
(3.9)
Trong đó:
∆Lbf: hệ số hiệu chỉnh tần số:
∆LRX: hệ số hiệu chỉnh độ cao anten thu:
3.2.2.3 Mô hình SUI mở rộng
Mô hình SUI mở rộng do IEEE 802.16 đề xuất sửa đổi hệ số hiệu chỉnh
∆LRX, theo đề xuất của Okumura. Sửa đổi này giới thiệu một quy trình tính toán
mới của khoảng cách tham chiếu d0. Do đó, khoảng cách mới là d’0 và các công
thức cũng được thay đổi nhau sau:
(3.10)
Trong đó:

∆Lbf: hệ số hiệu chỉnh tần số:

∆LRX: hệ số hiệu chỉnh độ cao anten thu:

3.3 Mô hình suy hao CI
3.3.1 Giới thiệu
Hai lựa chọn được đề xuất thay thế cho mô hình suy hao 3GPP RMa hiện có,
dựa trên suy hao trong tùy chọn các mô hình 3GPP. Một mô hình suy hao CI CIa
15


Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

được đề xuất, sử dụng khoảng cách tham chiếu 1m. Một mô hình mới với PLE
phụ thuộc chiều cao TX và khoảng cách tham chiếu 1m (mô hình CIH) cũng
được trình bày. Cả hai mô hình CI và CIH được chứng minh là có cơ sở vật lý
vững chắc, được chứng minh là chính xác và đáng tin cậy, dễ hiểu và dễ áp
dụng, đặc biệt là trong các dải mmWave. Các mô hình CI trong các công trình
trước đó cũng đã được chứng minh là ổn định và chính xác khi dự đoán suy hao
cho các kịch bản và khoảng cách bên ngoài phạm vi của các phép đo ban đầu.
Những mô hình như vậy cho ta một phương trình đơn giản và một vài tham số
khi dự đoán suy hao trên một dải tần số rộng, từ microWave đến mmWave.
3.3.2 Các loại mô hình suy hao CI
3.3.2.1 Mô hình suy hao CI
Hình thức đơn giản nhất của mô hình CI, với khoảng cách tham chiếu (d0)
bằng 1m trong không gian tự do, được sử dụng làm tùy chọn mô hình cho các
kịch bản UMa, UMi và InH trong 3GPP, dựa trên nhiều thí nghiệm ở mmWaves.
Như vậy nó cũng có vẻ hợp lý để xem xét một tùy chọn CI cho kịch bản RMa
trong 3GPP và ITU-R. Chúng ta thấy từ dữ liệu đo được thực sự là mô hình CI
phù hợp với dự đoán suy hao RMa.

Biểu thức chung cho mô hình suy hao CI là:
PLCI(fc,d) [dB] = PLFS (fc,d0) [dB] + 10n.log() + χσ

(3.11)

, trong đó d (thường là khoảng cách 3D) là khoảng cách T-R tính bằng mét giữa
TX và RX (d ≥ d0), d0 là khoảng cách tham chiếu 1m trong không gian tự do, n
là tham số đại diện cho PLE (Pathloss Exponent) và fc là tần số tính bằng GHz.
SF được biểu thị bằng biến ngẫu nhiên phân phối chuẩn Gaussian có độ lệch
chuẩn σ với đơn vị đo dB. Đối với khoảng cách T-R lớn (cỡ km), giống trong
kịch bản RMa, khoảng cách d có thể được biểu thị bằng khoảng cách 2D hoặc
3D, vì sự khác biệt là rất nhỏ. Số hạng đầu tiên sau dấu bằng trong (3.11) là mô
hình suy hao phụ thuộc tần số và khoảng cách tham chiếu d0 = 1m và tương
đương với PLFS của Friis:
PLFS(fc,1[m]) [dB] = 32.4 + 20log(fc)

(3.12)

16


Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

, trong đó fc là tần số trung tâm tính bằng GHz, c là tốc độ ánh sáng trong không
gian tự do hoặc không khí (c = 3×108 m/s) và 32.4 dB là PLFS tại d = 1m và fc =
1 GHz, theo đó:
PLCI(fc,d) [dB] = 32.4 + 10n.log(d) + 20log(fc) + χσ


(3.13)

, với d 1m
Cho d0 = 1 m cung cấp một mô hình chuẩn và phổ quát cho cách tiếp cận để
so sánh suy hao bằng một tham số duy nhất, PLE. Mô hình CI cho RMa (3.13)
yêu cầu chỉ một tham số n - PLE - để mô tả giá trị trung bình suy hao trên
khoảng cách cho một dải rộng mmWave, như được thể hiện trong 3GPP. Việc sử
dụng d0=1m trong (3.13) có ý nghĩa vật lý vì rõ ràng không có vật cản trong mét
truyền đầu tiên từ một anten của trạm gốc và mô hình chính xác sự phụ thuộc
của tần số trong lan truyền trên các kênh ngoài trời trong một khoảng tần số
rộng.
3.3.2.2 Mô hình suy hao CIF
Mô hình thứ hai là mô hình đa tần số CI và có thời hạn của tần số phụ thuộc
(CIF) [5] nó được mô tả như sau:
(3.14)
Các thông số của CIF gần như tương tự với CI, chỉ khác một thông số đó là
b, nó đại diện cho sự phụ thuộc tần số tuyến tính của tổn hao đường truyền trên
trung bình tất cả các tần số và f0 được coi như một điểm tham chiếu. Điển hình
như trong các mô hình ta dùng 801 điểm quét và chiếu cho mô hình nên tham số
b sẽ được thể hiện theo số lượng ấy.
3.3.2.3 Mô hình suy hao CIH
Khi xem xét các mô hình suy hao RMa hiện có trong 3GPP và ITU-R, có các
tham số mô hình như chiều cao tòa nhà và chiều rộng đường phố không có ý
nghĩa vật lý. Tuy nhiên, chiều cao TX và RX trên mặt đất, dự kiến sẽ tác động
đến suy hao đường dẫn trong kịch bản nông thôn. Từ mô hình suy hao 3GPP
RMa hiện tại, với chiều cao TX từ 10m tới 150m, tham số này rõ ràng có phạm
vi và ý nghĩa vật lý lớn hơn, quan trọng hơn nhiều các tham số mô hình khác
17



Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

(một mô phỏng đơn giản dưới đây xác nhận điều này). Chiều cao của RX trong
kịch bản nông thôn, như được chỉ định trong 3GPP, phạm vi chỉ từ 1.5m đến
10m, có vẻ như không đáng kể khi xem xét khoảng cách tách T-R của nhiều km.
Do đó, chúng tôi đã chọn chiều cao TX là tham số môi trường đáng kể để đưa
vào mô hình suy hao đường dẫn RMa.

Hình 3.1 Mối quan hệ giữa chiều cao trạm gốc TX và sự giảm suy hao trong
NLOS với khoảng cách tách T-R từ 150m đến 5km và trung bình trên tất cả các
khoảng cách T-R, cho mô hình suy hao 3GPP RMa NLOS. Chiều cao trạm di
động (hUT) là 1.5m [1]
Hình 3.1 cho thấy ảnh hưởng của chiều cao trạm gốc (hBS) trên suy hao
NLOS cho một loạt các khoảng cách T-R 3D (150m, 500m, 1km, 2.5km và
5km) và kết quả trung bình trên tất cả các khoảng cách. Việc giảm suy hao
đường dẫn được biểu thị trong Hình 3.1 cho mô hình 3GPP NLOS RMa không
phụ thuộc vào tần số và chỉ ra rằng bằng cách tăng chiều cao TX từ 10m lên
150m, suy hao giảm xuống tương ứng khoảng 26 dB và 32 dB, cho khoảng cách
tách T-R là 150m và 5km. Sự khác biệt trong suy hao này cho thấy một tiềm
năng cải thiện hàng ngàn lần năng lượng nhận được ở bất kỳ tần số nào tại RX
khi tăng chiều cao anten TX từ 10m lên 150m. Do đó, chiều cao TX được coi là
một tham số quan trọng cho ước tính mô hình suy hao đường dẫn RMa. Ở đây
chúng tôi mở rộng mô hình CI để bao gồm các trạm cơ sở có chiều cao khác
18


Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến


GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

nhau (mô hình CIH), sao cho mô hình vẫn duy trì căn cứ vào PLFS ở khoảng
cách tham chiếu gần, nhưng độ tin cậy mô hình PLE phụ thuộc vào chiều cao
trạm gốc. Các mô hình CIH được lấy cảm hứng từ mô hình CIF, được chứng
minh là mô hình hóa sự phụ thuộc tần số đơn điệu của suy hao cho các kênh
trong nhà khác nhau lặp đi lặp lại biểu hiện suy hao tăng khi tần số tăng. Mô
hình CIF kết hợp PLE là một hàm của tần số tính đến sự phụ thuộc tần số trong
thực tế, trong khi vẫn giữ lại cơ sở vật lý cơ bản của sự phụ thuộc tần số do
phương trình Friis ở khoảng cách gần.
Bằng cách kết hợp chiều cao TX như một điều chỉnh cho PLE, chúng ta có
thể mô hình hóa hiệu ứng suy hao thứ cấp do chiều cao anten. Giống như mô
hình CIF thu được các hiệu ứng phụ thuộc tần số thứ cấp, trong khi vẫn giữ lại
sự phụ thuộc tần số chính của PLFS tại khoảng cách gần.
Mô hình CIH có dạng tương tự như mô hình CIF và được đưa ra cho d 0 =
1m:
PLCIH(fc,d,hBS) [dB] = 32.4 + 20log(fc) + 10nlog(d) + χσ(3.14)

, trong đó hBS là chiều cao trạm gốc của RMa tính bằng mét và hB0 là chiều cao
trạm gốc mặc định hoặc trung bình chiều cao của trạm phát từ một tập đo lường.
Sự phụ thuộc khoảng cách của suy hao dẫn được ký hiệu là n (tương tự như PLE
trong mô hình CI) và btx là một tham số mô hình có trọng số được dùng để biểu
diễn sự phụ thuộc của tham số n với chiều cao trạm gốc so với chiều cao trạm
gốc trung bình (hay mặc định) hB0.
Tương tự như mô hình CIF, mô hình CIH sẽ trở thành mô hình CI khi b tx = 0
(không phụ thuộc vào chiều cao trạm gốc vượt quá mét đầu tiên của sự lan
truyền trong không gian tự do), hoặc khi hBS = hB0. PLE hiệu dụng (PLEeff) là
PLE có kết quả khi n được biểu thị qua btx và chiều cao của trạm gốc trong
(3.14), sao cho:
PLEeff = n


(3.15)

19


Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

B. Mô phỏng trên Matlab
Trong phần này, chúng ta sẽ mô phỏng một số mô hình suy hao 5G bằng
công cụ MATLAB. Việc biểu diễn các mô hình suy hao của 5G bằng đồ thị giúp
ta có cái nhìn trực quan từ đó xác định vị trí đặt các trạm gốc, trạm phát để suy
hao khi truyền sóng là nhỏ nhất, giảm được trễ đường truyền.

Chương 4: Mô phỏng mô hình suy hao 3GPP
Với mô hình suy hao 3GPP, ta cần phải mô phỏng suy hao truyền sóng trong
phạm vi nhỏ (UMi) và phạm vi lớn (UMa). Một yếu tố không thể không nhắc
đến là suy hao do các tòa nhà, công trình hấp thụ sóng gây suy hao, từ đó tạo
nên trễ truyền dẫn.

4.1 Mô phỏng Umi Large Scale Path Loss
Ta giả thiết truyền sóng 5G với dải tần 30GHz (fc = 30GHz). Chiều cao của
các thiết bị sử dụng hUE = 5m, chiều cao trạm gốc hBS = 10m, vận tốc sóng
truyền trong chân không c = 3x108 m/s. Sự suy hao truyền sóng 5G phụ thuộc
vào khoảng cách T-R được trong không gian 3 chiều (d3D) (ở đây ta xét d3D trong
khoảng từ 1000m đến 30000m).

 d’BP= 4.(10-1).(5-1).30.109/(3.108) = 14400(m) (theo (3.1))

4.1.1 Code MATLAB
d3D = 1000:1:30000;
PL1 = 32.4+21*log10(d3D)+209.54;
PL2 = 32.4+40*log10(d3D)+209.54-9.5*log10((14400)^2+(10-5)^2);
PL3 = 35.3*log10(d3D)+22.4+21.3*log10(30*10^9)-0.3*3.5;
plot(d3D,PL1,'r',d3D,PL2,'--b',d3D,PL3,'b');
xlabel('d3D [m]');
ylabel('PL [dB]');
title('Mo hinh UMi Large-Scale Path Loss');
20


Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

legend('UMi-LOS 10m<=d2D<=d`BP','UMi-LOS
d`BP<=d2D<=10km','UMi-NLOS 10m4.1.2 Kết quả mô phỏng

Hình 4.2 Mô hình UMi Large-Scale Path Loss
Từ kết quả trên ta thấy suy hao truyền sóng trong mô hình UMi Large-Scale
Path Loss tỉ lệ thuận với khoảng cách truyền d3D giữa trạm phát và trạm thu,
đặc biệt là truyền sóng có sự tác động của vật cản (NLOS) có mức suy hao lớn
hơn hẳn so với mô hình truyền thẳng (LOS) (mức suy hao thấp nhất là 360 dB).

21


Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

4.2 Mô hình UMa large-scale Path Loss
Ta giả thiết truyền sóng 5G với dải tần 30GHz (fc = 30GHz). Chiều cao của
các thiết bị sử dụng hUE = 5m, chiều cao trạm gốc hBS = 25m, vận tốc sóng
truyền trong chân không c = 3x108 m/s. Ta khảo sát suy hao truyền sóng 5G phụ
thuộc vào khoảng cách T-R được trong không gian 3 chiều (d3D) từ 1000m đến
30000m.

 d’BP= 4.(25-1).(5-1).(30.109)/(3.108) = 38400(m) (theo (3.1))
4.2.1 Code MATLAB
d3D = 1000:1:30000;
PL1 = 28.0+22*log10(d3D)+209.54;
PL2 = 28.0+40*log10(d3D)+209.54-9*log10((38400)^2+(25-5)^2);
PL3 = 13.54+39.08*log10(d3D)+22.4+209.54-0.6*3.5;
plot(d3D,PL1,'g',d3D,PL2,'--b',d3D,PL3,'k');
xlabel('d3D [m]');
ylabel('PL [dB]');
title('Mo hinh UMa Large-Scale Path Loss');
legend('UMa-LOS10m<=d2D<=d`BP','UMa-LOS
d`BP<=d2D<=5km','UMa-NLOS 10m
22


Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

4.2.2 Kết quả mô phỏng

Từ đồ thị trên ta thấy, mô hình suy hao UMa trong truyền sóng thẳng (LOS) và
không thẳng (NLOS) giống với đồ thị suy hao của UMi. Độ suy hao của mô
hình này cũng tỉ lệ thuận với khoảng cách giữa bên phát và bên thu trong không
gian 3 chiều (d3D). Đặc biệt là với truyền sóng có yếu tố vật cản (NLOS) thì
mức độ suy hao là lớn nhất (thấp nhất là 360dB)

23


Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

4.3 Mô hình Indoor Office Path Loss
Xét sự suy hao do yếu tố bên trong các tòa nhà, công trường đối vói sóng
truyền thẳng (LOS) và không truyền thẳng (NLOS).
Ta cùng xét khoảng cách giữa bên phát và bên thu trong không gian 3 chiều
d3D trong khoảng từ 1m đến 86m.
4.3.1 Code MATLAB
d3D = 1:1:86;
PL1 = 32.4+17.3*log10(d3D)+209.54;
PL2 = 17.3+38.3*log10(d3D)+260.88;
plot(d3D,PL1,'b',d3D,PL2,'r');
xlabel('d3D [m]');
ylabel('PL [dB]');
title('Mo hinh Indoor Office Path Loss LOS va NLOS');
legend('PL-InH LOS','PL-InH NLOS');
4.3 Mô hình UMa Large-Scale Path Loss

4.3.2 Kết quảHình
mô phỏng

24
Hình 4.4 Mô hình Indoor Office Path Loss LOS và NLOS


Báo cáo Bài tập lớn Thông tin vô tuyến

GVHD: PGS. TS. Vũ Văn Yêm

Từ việc mô phỏng mô hình suy hao Indoor Office Path Loss LOS và NLOS ta
thấy. Với cả 2 phương thức truyền sóng (LOS và NLOS), đô suy hao truyền
sóng tỉ lệ thuận với khoảng cách giữa bên phát và bên thu trong không gian 3
chiều (d3D). Ngoài ra suy hao truyền sóng cũng tỉ lệ thuận với tần số sóng
mang. Với khoảng cách giữa bên phát và bên thu cho trước (không đổi), do 5G
sử dụng dải sóng mmWave (tần số GHz) nên nếu ta chọn tần số của 5G càng lớn
thì suy hao tăng càng nhanh.

25