Фізичні аспекти моделювання радіоканалу і шумів в міліметровому діапазоні
DOI №______
Анотація
У статті проаналізовано підходи до математичного моделювання мобільних систем в міліметровому діапазон хвиль. Для реалізації концепцій безпроводового зв'язку в міліметровому діапазоні розглядається використання фотонних методів формування та передачі сигналів через оптичні лінії з використанням технології Radio over Fiber (радіо по волокну). Розглянута архітектура мобільної мережі з використанням технології Radio over Fiber. Проаналізовано шуми оптичного гетеродинування, що використовується для формування радіосигналів. Проведено математичний аналіз складових енергетичного бюджету радіолінії в міліметровому діапазоні на основі дослідження фундаментальних фізичних аспектів, що впливають на значення шумів, втрат і підсилень сигналу. Проведено порівняння показників відношення сигнал/інтерференція (signal to interference ratio), відношення сигнал/шум (signal to noise ratio), ймовірності передачі інформаційних радіосигналів через відбиті шляхи. З проведеного аналізу складових енергетичного бюджету радіолінії в міліметровому діапазоні, слідує, що необхідно в моделях покриття враховувати як інтерференційні завади, так і шуми, пов'язані з методом генерації, випромінювання сигналів, наприклад, в фазованих антенних решітках, а також враховувати ефекти молекулярного поглинання (повторного випромінювання) в атмосфері і ефекти відбиття сигналів в міській забудові. Запропоновано квазіоптичну модель конусоподібного випромінювання антени, яка можливо, більш прийнятна для розрахунків шумових завад і втрат сигналу в багатопроменевих моделях поширення з урахуванням множинних відбивань та дифракцій, а також поглинання в різних середовищах.
Ключові слова: міліметровий діапазон, безпроводовий зв'язок, шуми, інтерференційні завади, енергетичний бюджет радіолінії, технологія RoF, відношення сигнал/інтерференція, відношення сигнал/шум.
Список використаної літератури
1. Rappaport T. S. Overview of millimeter wave communications for fifth-generation (5G) wireless networks / T. S. Rappaport, Y. Xing, G. R. MacCartney, Jr. Molisch, E. Mellios, J. Zhang. // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – Dec. 2017. ‒ Vol. 65. – Р. 6213-6230.
2. Bertoni H. L. Radio Propagation for Modern Wireless Systems / H. L. Bertoni. – New Jersey: Prentice Hall PTR, 2000. – 258 р.
3. Petrov V. Interference and SINR in Millimeter Wave and Terahertz Communication Systems with Blocking and Directional Antennas / V. Petrov, M. Komarov, D. Moltchanov, J. M. Jornet, Y. Koucheryavy // IEEE Trans. Wireless Commun. – 2017. – Vol. 16, – №3.– P. 1791-1808.
4. Jornet J. M. Channel modeling and capacity analysis for electromagnetic wireless nanonetworks in the terahertz band / J. M. Jornet, I. F. Akyildiz // IEEE Trans. Wireless Commun., – 2011. – Vol.10, – №10. – P. 3211-221.
5. Urick V. J. Fundamentals of Microwave Photonics / V. J. Urick, J. D. McKinney, K. J. Williams. – Hoboken, NJ: Wiley, 2015. – 488 р.
6. Кременецька Я. А. Особливості формування сигналів міліметрового та терагерцового діапазонів для радіофотонних систем зв’язку / Я. А. Кременецька, Г. С. Фелінський, Ю. В. Мельник, Є. О. Бондаренко // Наукові записки Українського науково-дослідного інституту зв’язку. – 2017. – №3(47). – С. 50-63.
7. Qi G. Phase-Noise Analysis of Optically Generated Millimeter-Wave Signals With External Optical Modulation Techniques / G. Qi, J. Yao, J. Seregelyi, S. Paquet, C. Bеlisle, X. Zhang, K. Wu, R. Kashyap // Juornal of Lightwave Technol. – 2006, – №24. ‒ Р. 4861-4875.
8. Narayanan A. Coverage Analysis in Millimeter Wave Cellular Networks with Reflections / A. Narayanan, T. V. Sreejith, R. K. Ganti // IEEE Global Communications Conference. – 2017. ‒ Р. 1-6.
9. Кременецька Я. А. Підвищення енергетичної ефективності систем міліметрового діапазону методом створення зон підсилення сигналу внаслідок дифракцій та відбивань / Я. А. Кременецька, Н. В. Градобоєва, С. В. Морозова // Телекомунікаційні та інформаційні технології. – 2017. – №3. – С. 21-25.
10. Hansen R. C. Phased Array Antennas. 2-nd edition / R. C. Hansen. – Hoboken, NJ: Wiley-Interscience, 2009. – 547 р.
11. Kremenetskaya Y. A. Quasi-optical approach to the analysis of the energy model of millimeter wave propagation and antenna characteristics / Y. A. Kremenetskaya, I. O. Liskovskiy, E. R. Zhukova // IEEE International Conference on Antenna Theory and Techniques. – Kyiv, – 24-27 May 2017. – P. 395-398.
12. Sklar B. Digital Communications: Fundamentals and Applications, 2-nd edition / B. Sklar. – Prentice Hall, 2001. – 1079 р.
13. Rothman L. S. Hitran: High-resolution transmission molecular absorption database / L. S. Rothman et al. Harvard-Smithson Center for Astrophysics. – 2014. – https://www.cfa.harvard.edu.
14. Kokkoniemi J. A discussion on molecular absorption noise in the terahertz band // J. Kokkoniemi, J. Lehtomäki, M. Juntti // Nano Communication Networks. Juornal of Nano Communication Networks. – 2010. – Vol.8. – P. 35-45.
15. Jornet J. M. Low-weight channel coding for interference mitigation in electromagnetic nanonetworks in the terahertz band // J. M. Jornet, I. F. Akyildiz // IEEE International Conference on Communications. ‒ 2011. – P. 1-6.
16. Haenggi M. Interference in Large Wireless Networks / M. Haenggi, Ganti R. Foundations and Trends® in Networking. – 2009. – Vol.3. – №2. – P. 127-248.
17. Pinto P. Communication in a Poisson field of interfererspart I: interference distribution and error probability / P. Pinto, M. Win // IEEE Trans. Wireless Commun. – 2010. – Vol. 9. – №7. – P. 2176-2186.
18. Zhao H. GHz millimeter wave cellular communication measurements for reflection and penetration loss in and around buildings in New York city / H. Zhao et al. // IEEE International Conference on Communications. – Budapest. – 9-13 June 2013. – P. 5163-5167.
19. Ebrahim A. Adaptive De-Coupling and Multi-BS Association in Femtocell Networks / A. Ebrahim, E. Alsusa // IEEE Access. – 2017. – Vol.5. – P. 18121-18131.
