5g sistemlerinde açık alan yayılım kaybı modellemesi için web tabanlı bir yazılım aracının geliştirilmesi
Development of a web-based software tool for outdoor path loss modeling in 5g systems
Yazar: CİHAN BARIŞ FINDIK
Danışman: PROF. DR. ÖZLEM ÖZGÜN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Mevcut kablosuz haberleşme sistemlerinin global düzeyde artışı ile birlikte ihtiyaç
duyulan bant aralığının artması, 5G ile milimetrik dalga frekanslarının araştırma ve
endüstri topluluklarınca ele alınmasının en önemli sebebi olarak verilebilir. Erişilebilir
spektrum aralıklarının geniş olması ve bir kısmının lisanssız olması, artan frekansla
birlikte RF uygulamalarında küçük antenlerin kullanımı, girişim etkilerinden dolayı
kaynaklanan kayıpların şu an kullanılan frekans bantlarına oranla kullanım azlığı sebebi
ile az olması, milimetrik dalga frekanslarının 5G uygulamalarına sağlayacağı avantajlar
olarak ifade edilebilir. Ancak bu tercih ile birlikte mevcut kanal modellemelerinin
düzenlenmesine ve yeni kanal modellemelerinin oluşturulmasına ihtiyaç duyulmuştur.
Milimetrik dalga frekanslarında, dalganın davranışının değişiklik göstermesi, bunun en
önemli nedeni olarak gösterilebilir. Artan frekansın yayılım kaybına olan etkisi ve
kapsama alanının düşük frekanslara oranla dar olması, çözülmesi gereken sorunlar olarak
gösterilebilir. Bu kapsamda yapılan çalışmalar genel olarak bina içi (indoor) ve açık alan
(outdoor) yayılım kaybı hesaplamalarına dayanır. Bu tez kapsamında, açık alan sistemler
için yayılım kaybı hesabını yapacak web tabanlı bir yazılım aracı geliştirilmiştir. Web tabanlı harita servisi sağlayan uygulamalar ve dijital yükseklik verileri aracılığıyla
bölgeye ilişkin arazi profili ve ortam bilgileri elde edilmiştir. Elde edilen veri üzerinde
ışın izlemeye dayalı tekniklerin kullanılmasıyla yayılım kaybı hesapları yapılmıştır.
Kentsel ve kırsal arazi profiline göre iki farklı ışın izleme tekniği çalışılmıştır. Kentsel
ortamlar için OpenStreetMap ile alınan veri üzerinde, mikro hücresel profillere yönelik
yarı-3B ışın izleme teknikleri uygulanmıştır. Kırsal arazi profilleri dijital yükseklik
verileri ile elde edilmiş, seken ışın izleme yöntemi ile kayıp hesapları yapılmıştır. Kentsel
alan verileri literatürde bulunan ölçüm değerleriyle, kırsal alan verileri ise WinProp
sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Yarı-3B ışın izleme tekniği MATLAB SDK Compiler
derleyicisi aracılığıyla, Microsoft Visual Studio üzerinde ASP.NET web uygulaması
haline getirilmiştir.

Abstract:
The increase in the required bandwidth with the global growth of existing wireless
communication systems is one of the important reasons for the research and industry
communities to consider 5G and millimeter-wave frequencies. The wide range of
accessible and unlicensed spectrums, the use of small antennas in RF applications with
increasing frequency, the low losses due to the interference effects compared to the
currently used frequency bands are the advantages of millimeter-wave frequencies for 5G
applications. However, with this preference, it is necessary to organize existing channel
models or to create new ones. The change in wave behavior at millimeter-wave
frequencies is the main reason for this requirement. The effect of increasing frequency on
propagation loss and narrow coverage compared to low frequencies are the main
problems. Propagation modeling studies are generally based on indoor and outdoor
propagation loss calculations. Within the scope of this thesis, a web-based software tool
has been developed to calculate propagation loss for outdoor systems. Terrain profile and environmental information related to the region were obtained through applications that
provide web-based mapping services and digital elevation data. The propagation loss
calculations were made by using ray-tracing techniques on the obtained data.
Two different ray tracing techniques have been studied based on urban and rural land
profile. Quasi-3D ray tracing techniques were applied on the data received by
OpenStreetMap for urban microcellular environments. Rural terrain profiles were
obtained with digital elevation data and loss calculations were made using the shooting
and bouncing ray method. Urban area data were compared with measurement values in
the literature, whereas rural area data were compared with WinProp results. The quasi3D ray tracing technique has been turned into an ASP.NET web application on Microsoft
Visual Studio via the MATLAB SDK Compiler.