Tłumienia łącza kierunkowego w zakresie fal milimetrowych na bazie modyfikacji modelu empirycznego

• Autorzy: Pawlak Dawid , Kelner Jan M.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0053.6745

Warianty tytułu

EN

Directional link attenuation in millimeter-wave range based on empirical model modification

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Systemy telefonii komórkowej piątej i następnych generacji będą wykorzystywały nie tylko zakresy częstotliwości poniżej 6 GHz, lecz także pasma w zakresie fal milimetrowych oraz terahercowych. Z praktycznego punktu widzenia podejście to wymaga stosowania anten kierunkowych lub systemów z formowaniem wiązki. w celu zapewnienia większej efektywności energetycznej łącza bezprzewodowego istotne jest, aby wiązki radiowe po stronie nadawczej i odbiorczej były współosiowe. Modele tłumienia są powszechnie wykorzystywane przy projektowaniu systemów i sieci łączności radiowej. należy jednak podkreślić, że w literaturze nie ma dostępnych odpowiednich metod modelowania tłumienia dla przypadków braku współosiowości wiązek antenowych. w artykule zaproponowano sposób modyfikacji modelu tłumienia bazujący na wieloeliptycznym modelu propagacyjnym. w tym celu opracowano specjalne oprogramowanie w środowisku MATLAB, które posłużyło do przeprowadzenia badań symulacyjnych. w dalszej części przedstawiono przykładowe wyniki adaptacji empirycznych modeli tłumienia w zakresie fal milimetrowych, które otrzymano, wykorzystując opracowany program.

EN

The upcoming fifth and next generation mobile phone systems will use not only the frequency bands of sub-6 GHz but also the millimeter-wave and terahertz bands. From a practical viewpoint, this approach requires the use of directional antennas or beamforming systems. To ensure greater energy efficiency of the wireless link, the radio beams on the transmitting and receiving sides should be aligned ones. Path loss models are commonly used for designing the radio communication systems and networks. However, in the literature, there are no adequate methods of attenuation modelling available for the cases of misalignment of antenna beams. in this paper, a method of modifying the path loss model, based on a multi-elliptical propagation model, is proposed. For this purpose, dedicated software was developed in the MATLAB environment, which was used to conduct simulation tests. In the remainder of the paper, exemplary results of the adaptation of empirical path loss models in the range of millimeter-waves are presented, which were obtained using the developed program.

Słowa kluczowe

PL

łączność bezprzewodowa; propagacja fal radiowych; modele tłumienia; wielo-eliptyczny model propagacyjny; anteny kierunkowe; kierunkowe łącze radiowe; fale milimetrowe; systemy 5G; badania symulacyjne

EN

wireless communication; radio wave propagation; path loss model; multi-elliptical propagation model; directional antennas; directional radio link; millimeter waves; 5G systems; simulation studies

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 71, nr 3
• Strony: 69--92
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Pawlak Dawid

• student, Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Elektroniki, Instytut Systemów Łączności, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

• https://orcid.org/0000-0001-9703-5055

autor

Kelner Jan M.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Elektroniki, Instytut Systemów Łączności, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

• https://orcid.org/0000-0002-3902-0784

Bibliografia

• [1] Busari S. A., Huq K. M. S., Mumtaz S., Dai L., and Rodriguez J., Millimeter-wave Massive MIMO Communication for Future Wireless Systems: A Survey, IEEE Communications Surveys & Tutorials, 20, 2, 2018, 836-869, DOI: 10.1109/COMST.2017.2787460.
• [2] Kutty S., Sen D., Beamforming for Millimeter Wave Communications: An Inclusive Survey, IEEE Communications Surveys & Tutorials, 18, 2, 2016, 949-973, DOI: 10.1109/COMST.2015.2504600..
• [3] Kelner J. M., Ziółkowski C., Evaluation of Angle Spread and Power Balance for Design of Radio Links with Directional Antennas in Multipath Environment, Physical Communication, 32, Feb. 2019, 242-51, DOI: 10.1016/j.phycom.2018.12.005.
• [4] Kelner J. M., Ziółkowski C., Minimalizacja zjawiska dyspersji kątowej w sieciach komórkowych 5G, Elektronika - Konstrukcje, Technologie, Zastosowania, vol. 60, no. 2, s. 13-20, Feb. 2019, DOI: 10.15199/13.2019.2.2.
• [5] Rappaport T. S., Xing Y., Maccartney G. R., Molisch A. F., Mellios E., and Zhang J., Overview of Millimeter Wave Communications for Fifth-generation (5G) Wireless Networks-With a Focus on Propagation Models, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 65, 12, Dec. 2017, 6213-6230, DOI: 10.1109/TaP.2017.2734243.
• [6] Sun S. et al., Investigation of Prediction Accuracy, Sensitivity, and Parameter Stability of Large-scale Propagation Path Loss Models for 5G Wireless Communications, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 65, 5, May 2016, 2843-2860, DOI: 10.1109/TVT.2016.2543139.
• [7] Kelner J.M., Ziółkowski C., Path Loss Model Modification for Various Gains and Directions of Antennas, [in:] 2018 12th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), London, UK, apr. 2018, 1-4, DOI: 10.1049/cp.2018.0387.
• [8] Kelner J. M., Ziółkowski C., Multi-elliptical Geometry of Scatterers in Modeling Propagation Effect at Receiver, [in:] Antennas and Wave Propagation, [ed.:] P. Pinho, London, UK, IntechOpen, 2018, 115-141, DOI: 10.5772/intechopen.75142.
• [9] Rappaport T. S., MacCartney G. R., Samimi M. K., Sun S., Wideband Millimeter-wave Propagation Measurements and Channel Models for Future Wireless Communication System Design, IEEE Transactions on Communications, 63, 9, Sep. 2015, 3029-3056, DOI: 10.1109/TCOMM.2015.2434384.4.
• [10] Parsons J.D., Bajwa A. S., Wideband Characterisation of Fading Mobile Radio Channels, IEE Proceedings F Communications, Radar and Signal Processing, 129, 2, apr. 1982, 95-101, DOI: 10.1049/ip-f-1:19820016.
• [11] Oestges C., Erceg V., and Paulraj A. J., A Physical Scattering Model for MIMO Macrocellular Broadband Wireless Channels, IEEE Journal on Selected areas in Communications, 21, 5, Jun. 2003, 721-729, DOI: 10.1109/JSaC.2003.810322.
• [12] Kelner J. M., Ziółkowski C., Interference in Multi-beam Antenna System of 5G Network, International Journal of Electronics and Telecommunications, 66, 1, Feb. 2020, 17-23, DOI: 10.24425/ijet.2019.130260.
• [13] Bechta K., Ziółkowski C., Kelner J. M., Nowosielski L., Modeling of Downlink Interference in Massive MIMO 5G Macrocell, Sensors, 21, 2, 2021, DOI: 10.3390/s21020597.
• [14] Bechta K., Kelner J. M., Ziółkowski C., Nowosielski L., Inter-beam Co-channel Downlink and Uplink Interference for 5G New Radio in mm-Wave Bands, Sensors, 21, 3, 2021, DOI: 10.3390/s21030793.
• [15] Ziółkowski C., Kelner J. M., Krygier J., Chandra A., Prokeš A., Radio Channel Capacity with Directivity Control of Antenna Beams in Multipath Propagation Environment, Sensors, 21, 24, 2021, DOI: 10.3390/s21248296.
• [16] Pawlak D., Tłumienie łącza radiowego w funkcji kierunku anteny odbiorczej dla wybranego zakresu częstotliwości systemu 5G, praca dyplomowa, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa 2022.
• [17] 3GPP, 5G. Study on Channel Model for Frequencies from 0.5 to 100 GHz (3GPP TR 38.901 version 16.0.0 Release 16), 3rd Generation Partnership Project (3GPP), Technical Specification Group Radio access network, Valbonne, France, Tech. Rep. 3GPP TR 38.901 V16.0.0 (2019-12), Re-lease 16, Dec. 2019.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).