5G frekansları için yağmur zayıflama modellerinin değerlendirilmesi
Evaluation of rain attenuation models for 5G frequencies
Yazar: BEYZA NUR ZEGEREK
Danışman: PROF. DR. BÜLENT ÇAVUŞOĞLU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: 5G = Five-Generation Wireless Telephone Technology

Özet:
Amaç: Bu çalışmada, 5G frekansları uydu haberleşme sistemlerinde meydana gelen yağmur zayıflamasını tahmin etmek için mevcut yağmur zayıflama tahmin modelleri kullanılarak belirli illerde gerçekleşen yağmur zayıflama miktarları belirlenmiş ve elde edilen verilere göre bu modeller değerlendirilmiştir.
Yöntem: Literatürde mevcut olan basit zayıflama modeli (simple rain attenuation), Singapur zayıflama modeli, Garcia-Lopez zayıflama modeli, ITU-R P.618-14 modeli ve Moupfouma zayıflama modeli kullanılmıştır. Bu modellerde elde edilen zayıflama değerleri Matlab programı kullanılarak farklı yükseklik açıları ve 5G frekans değerlerinde referans iller için hesaplanmış ve zayıflama grafikleri çizdirilmiştir.
Bulgular: Her bir model için 5G frekans bandında (470-790 MHz, 1427-1518 MHz, 2,3-2,4 GHz, 2,6 GHz, 3,6 GHz, 26 GHz, 40,5-43,5 GHz ve 66-71 GHz aralıklarında) θ=2,5°, θ=5°, θ=30°, θ=60°, θ=85° yükseklik açılarıyla meydana gelen zayıflama değerleri tablo halinde sunulmuştur. Farklı yükseklik açılarında zayıflamanın etkisi gözlemlenmiştir. Frekansın 40 GHz'yi geçtiği durumlarda zayıflama değerlerinde belirgin bir artış tespit edilmiştir. Türkiye'nin en yüksek yağış alan ili olan Rize, diğer illerle kıyaslandığında genel olarak daha yüksek zayıflama değerleri sergilemektedir. 40 GHz ve üzeri frekans bandında uydu iletişimi modellerini değerlendirirken, tüm modellerde yüksek zayıflama oranları gözlenmiştir. Farklı parametrelerle değerlendirilen yağmur modelleri arasında dikkate değer farklılıklar ortaya çıkmıştır. 470-780 MHz frekans bandında, 2,5° yükseklik açısında zayıflama miktarı en fazla 3,18x10-3 dB olarak gerçekleşirken, 40,5-43,5 GHz aralığında zayıflama 85,38 dB'ye kadar çıkmıştır. 43,5 GHz üzeri frekanslarda ise zayıflama miktarının daha da arttığı gözlemlenmiştir.
Sonuçlar: 5G frekanslarında yağmur sırasında uydu iletişiminde önemli bir zayıflama meydana gelmektedir. Frekansa göre farklılaşan bu zayıflamanın 5G ve sonrası haberleşme için kullanılan uydu iletişim sistemlerinde dikkate alınması gereken önemli bir parametre olduğu anlaşılmıştır. Çalışılacak frekanslar kadar yağmur modellerindeki kayıpların da göz önünde bulundurulması gerekmektedir.

Anahtar Kelimeler: 5G haberleşme, yağmur zayıflama modelleri, uydu haberleşmesi

Abstract:
Purpose: In this study, existing rain attenuation prediction models were used to estimate rain attenuation occurring in satellite communication systems at 5G frequencies in specific regions, and the attenuation amounts were determined based on the obtained data to evaluate these models.
Method: The simple rain attenuation model, Singapore attenuation model, Garcia-Lopez attenuation model, ITU-R P.618-14 model, and Moupfouma attenuation model available in the literature have been employed. Attenuation values obtained from these models were calculated using Matlab program for various elevation angles and 5G frequency values in reference cities, and attenuation graphs were plotted.
Findings: Attenuation values at elevation angles of θ=2.5°, θ=5°, θ=30°, θ=60°, and θ=85° for each model in the 5G frequency bands (470-790 MHz, 1.427-1.518 GHz, 2.3-2.4 GHz, 2.6 GHz, 3.6 GHz, 26 GHz, 40.5-43.5 GHz, and 66-71 GHz) have been presented in tabular form. The effect of attenuation at different elevation angles has been observed. A significant increase in attenuation values has been noted when the frequency exceeds 40 GHz. Rize, which is the province in Turkey with the highest rainfall, generally exhibits higher attenuation values compared to other cities. When evaluating satellite communication models in the frequency band of 40 GHz and above, high attenuation rates were observed across all models. Significant differences among rain models evaluated with different parameters have emerged. In the frequency band 470-780 MHz, the attenuation amount at an elevation angle of 2.5° reaches a maximum of 3.18x10-3 dB, whereas attenuation reached up to 85.38 dB in the 40.5-43.5 GHz range. It was observed that attenuation increases further beyond 43.5 GHz frequencies.
Conclusions: In 5G frequency bands, significant attenuation in satellite communication occurs during rainfall. Consequently, it is concluded that rain attenuation is a critical parameter that must be addressed in satellite communication systems, especially for 5G and future technologies. It is essential to consider not only the frequencies under investigation but also the losses associated with various rain models.

Keywords: 5G communication, rain attenuation models, satellite communication