Підходи до моделювання каналів в міліметровому діапазоні для систем мобільного зв'язку

DOI: 10.31673/2412-9070.2019.062428

Анотація

Розглянуто основні підходи до моделювання радіоканалів у міліметровому діапазоні. Ширина смуги в міліметровому діапазоні довжин хвиль становить значну частину невикористаного частотного спектра від 30 до 300 ГГц, який є важливим ресурсом для майбутніх систем безпроводового зв'язку. Розвиток технологій у міліметровому діапазоні довжин хвиль є важливою ланкою впровадження 5G (і наступних поколінь) у мобільний стільниковий зв'язок, в «Інтернет речей» та інші технології.
Розробка математичних моделей радіосистем у діапазоні міліметрових хвиль являє собою тривале дослідження і ґрунтується на принципах, що відрізняються від підходів моделювання в інших діапазонах довжин хвиль. Показано, що для вдосконалення моделей у довгостроковому розвитку майбутніх безпроводових систем у міліметровому діапазоні, особливо для мобільної індустрії необхідні нові концепції розробки моделей, засновані на фундаментальних фізичних підходах. Проведено аналіз складових енергетичного бюджету радіолінії в міліметровому діапазоні. Показано, що для систем у діапазоні міліметрових хвиль характерні ефекти розсіювання, відображень, імовірності блокування високі (низька дифракція), поглинання середовища, залежність поглинання від погодних умов і носійної частоти в міліметровому діапазоні (наявність вікон прозорості і піків поглинання), шум молекулярного поглинання. Запропоновано багатопроменеву модель радіоканалу в міліметровому діапазоні, яка враховує вплив молекулярного поглинання (перевипромінювання) в атмосфері та ефекти відображення сигналу в міських умовах. Показано, що вирішення, засновані на підсиленні за рахунок дифракції та відображень, можуть бути використані у процесі розробки мобільних систем міліметрового діапазону для міського сценарію, що значно підвищить енергоефективність.

Ключові слова: міліметровий діапазон; мобільний зв'язок; втрати в каналі; модель радіоканалу.

Список використаної літератури
1. Yu J., Li X., Chi N. Faster than fiber: Over 100-Gb/s signal delivery in fiber wireless integration system // Opt. Express. 2013. №19. P. 22885–22904.
2. Small-Scale, Local Area, and Transitional Millimeter Wave Propagation for 5G Cellular Communications / T. S. Rappaport [et al.] // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2017. №12 (65). P. 6474–6490.
3. Samimi M. K., Rappaport T. S., MacCartney G. R. Probabilistic omnidirectional path loss models for millimeter-wave outdoor communications // IEEE Wireless Communications Letters. 2015. №4 (4). P. 357–360.
4. 5GCM Channel Model for bands up to 100 GHz,5GCM: tech. Rep. Oct. [Online]. Available: http://www.5gworkshops.com/5GCM.html
5. Indoor office wideband millimeter-wave propagation measurements and channel models at 28 and 73 GHz for ultra-dense 5G wireless networks / G. R. Maccartney, T. S. Rappaport, S. Sun, S. Den // IEEE Access. 2015. (3). P. 2388–2424.
6. Millimeter waves channel measurements and path loss models / S. Piersanti, L. A. Annoni, D. Cassioli Piersanti S. // IEEE International Conference on Communications (ICC). Canada. 2012. P. 4552–4556.
7. Overview of millimeter wave communications for fifth-generation (5G) wireless networks / T. S. Rappaport, Y. Xing, G. R. MacCartney [et al.] // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2017. Vol. 65. P. 6213–6230.
8. MacCartney G. R., Rappaport T. S. Rural macrocell path loss models for millimeter wave wireless communications // IEEE Journal on Selected I. Toyoda, and K. Takahashi. RF impairment models for 60 GHzband SYS/PHY simulation: tech. Rep., IEEE 802.15-06-0477-01-003c. Nov.2006.
9. What will 5G be? / J. G. Andrews [et al.] // IEEE J. Sel. Areas Commun. 2014. №6 (32). P. 1065–1082.
10. Millimeter wave mobile communications for 5G cellular: It will work! / T. S. Rappaport [et al.] // IEEE Access. 2013. (1). P. 335–349.
11. Kokkoniemi J., Lehtomаki J., Juntti M. A discussion on molecular absorption noise in the terahertz band // Juornal of Nano Communication Networks. 2010. Vol. 8. P. 35–45.
12. Jornet J. M., Akyildiz I. F. Low-weight channel coding for interference mitigation in electromagnetic nanonetworks in the terahertz band: Proc. IEEE International Conference on Communications. Kyoto, Japan, 2011. P. 1–6.