Milimetre dalga haberleşme sistemleri için MIMO kanal kapasitesi analizleri
MIMO channel capacity analyzes for millimeter wave communication systems
Yazar: AHMET FURKAN KOLA
Danışman: DOÇ. DR. ÇETİN KURNAZ
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: 5G = Five-Generation Wireless Telephone Technology ; Atmosferik sönümleme = Atmospheric extinction ; Kanal modelleri = Channel models ; Radar sistemleri = Radar systems

Özet:
Gelişen teknoloji ile veri hızına duyulan ihtiyaç 5G teknolojisi ile karşılanması planlanmıştır. 5G ile dar bant genişliklerinden kaçınmak için milimetre dalga bantlarının kullanımına başlanmıştır. Bu yeni teknolojiyle yeni kanal modelleri ve kanal benzetimcileri oluşturulmaya başlanmıştır. NYUSIM kanal benzetimcisi bu tez çalışmasında kullanılmıştır.
MIMO kanal kapasitesine; anten sayısı, LOS/NLOS durumu, frekansın yanı sıra, nem, sıcaklık, yağış ve basınç gibi çevresel faktörlerin etkisi NYUSIM programı kullanılarak incelenmiştir. Analizlerde  NYUSIM ile 28 ve 39 GHz frekanslarında oluşturulan kanalların kapasiteleri tüm durumlar için 2000 kere tekrar edilmiş ve ortalamaları alınmıştır. Analizler sonucunda kanal kapasitesini en çok etkileyen parameterin yağış oranı, en az etkileyen parametrenin ise  nem yüzdesi olduğu görülmüştür. Belirlelenen dört ayrı  parametreden de 39 GHz daha fazla etkilenen olmuştur. Anten sayısında, 28 GHz için 2x2'den 64x64'lük anten yapısına geçildiğinde kapasite artışı LOS için 26.99 kat iken NLOS için bu değerin 29.59 kat olduğu görülmüştür. 39 GHz için ise bu değerler sırasıyla 28.58 ve 29.88 kattır. 4x4 dizlimi ile, 28 GHz ve LOS için kanal kapasitesi 39 GHz'den 1.77 kat NLOS için 1.84 kat fazladır. 28 GHz, 4x4 yapısı ve LOS durumu için kanal kapasitesi NLOS durumuna göre 194.14 kat daha fazla iken bu değer 39 GHz için 202.16 kattır.
Çalışmanın diğer aşamasında Samsun Şehrinin üç ayrı merkezi, NYUSIM benzetimcisi ile modellenmiştir. Analizler sonucunda LOS durumu için 28 ve 39 GHz frekanslarında Samsun Bölge ve Bafra arasında çok küçük kapasite farkı bulunurken Ondokuzmayıs için kanal kapasitesi yaklaşık 8 kat küçüktür. NLOS durumu için ise Ondokuzmayıs kanal kapasitesi Samsun Bölge'den az bir farkla daha büyük iken Bafra diğer iki bölgeden de çok daha büyüktür. Kanal kapasitelerinin aylık değişimleri meteorolojiden alınan veriler ile birlikte incelendiğinde ise, kanal kapasitesine direkt etkinin yağış oranı olduğu görülmektedir. Diğer parametreler de beraber incelendiğinde sıcaklığın arttığı, nemin ve basıncın azaldığı yaz aylarında kanal kapasitelerinin artışı görülmüştür.

Abstract:
The need for data speed is expected to be met with 5G technology as technology develops. To avoid narrow bandwidths with 5G, the use of millimeter wave bands has begun. With this new technology, new channel models and channel simulators are being developed. NYUSIM channel simulator was used in this thesis.
MIMO channel capacity; In addition to the number of antennas, LOS/NLOS status, frequency, the effect of environmental factors such as humidity, temperature, precipitation and pressure were examined using the NYUSIM. The capacities of the channels created with NYUSIM at 28 and 39 GHz frequencies were averaged and repeated 2000 times in the analysis. The analysis revealed that the rain rate has the greatest influence on channel capacity, while the humidity percentage has the least. 39 GHz was affected more by the four separate parameters determined. When switching from a 2x2 to a 64x64 antenna structure at 28 GHz, the capacity increased 26.99 times for LOS and 29.59 times for NLOS. For 39 GHz, these values are 28.58 and 29.88 times, respectively. With the 4x4 array, the channel capacity for 28 GHz and LOS is 1.77 times higher than 39 GHz and 1.84 times for NLOS. The channel capacity is 194.14 times greater than the NLOS condition at 28 GHz, 4x4 structure, and LOS condition, and 202.16 times greater at 39 GHz.
The NYUSIM simulator was used to model three different Samsun city centers in the study's second phase. According to the analysis, the capacity difference between Samsun Bölge and Bafra at 28 and 39 GHz frequencies for the LOS situation is very small, while the channel capacity for Ondokuzmays is approximately 8 times smaller. In terms of NLOS channel capacity, Ondokuzmay is slightly larger than Samsun Bölge, while Bafra is much larger than the other two regions. When the monthly changes in channel capacity are analyzed alongside meteorological data, it is clear that the rain rate has a direct effect on channel capacity. When the other parameters are considered together, it is seen that channel capacities increase in the summer months as temperature, humidity, and pressure rise.