5G kablosuz haberleşme ağları için kanal modeli sonuçlarının ısparta-antalya bölgesi için karşılaştırılması
Comparasion of channel model results for 5G wireless communication networks for isparta-antalya region
Yazar: CARINE MAIAWE HOUMWA
Danışman: PROF. DR. SELÇUK ÇÖMLEKÇİ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
"Kanal" genellikle verici anten ile alıcı arasındaki ortam olarak adlandırılmaktadır. Kablosuz iletimde, vericiden alıcıya yayılırken sinyalin özellikleri değişmektedir. Kablosuz iletişim kullanımı, kablosuz ortam üzerinden yüksek veri hızlarına yönelik sürekli artan talebi karşılamak için son birkaç yılda önemli ölçüde artmıştır. Modern yaşam, mobil haldeyken bile artık çok yüksek hızlarda "upload/download" gerektirmektedir. Bu sorun bir bant genişliği sorunudur. Bu ise 5G olarak da bilinen IMT-2020 teknolojisini vazgeçilmez kılmaktadır.  5G, eski mobil iletişim nesillerine kıyasla çok daha gelişmiş yayılma ve kanal modellemesi gerektirmektedir. Çalışmanın odak noktası, alınan güç, taşıyıcı frekansı ve vericiyi alıcıdan ayıran mesafe arasındaki bağıntısının sunulduğu 5G kablosuz ağlar için kanal modelleme yaklaşımı üzerinedir. Bunu başarmak için, New York Üniversitesi tarafından NYUSIM açık kaynak kanal modelinin geliştirilmesi sırasında toplanan veriler kullanılmıştır. Sonuçlar, farklı barometrik basınç, nem ve sıcaklık verilerine sahip olan iki şehir arasında ve verici ile alıcı arasındaki 100 m mesafe için, alınan sinyal gücünün hemen hemen aynı olduğunu göstermektedir. Kırsal alanlar için alınan sinyal gücü (RMa) çok düşüktür, bu nedenle 4G frekansları için bile kullanılamaz; ancak frekans ne kadar düşükse, gerekli sinyal gücü o kadar yüksek olmaktadır. Anten polarizasyonu (X-Pol), alıcıdaki sinyal gücünü önemli ölçüde azaltmaktadır. Beklendiği gibi, LOS'taki sinyal gücü NLOS'dakinden daha yüksektir. Sonuçlar ayrıca 500 metrede sinyalin neredeyse saptanamaz olduğunu ve 15 GHz üzerindeki frekanslar için 100 metrede alınan sinyal gücünün zayıf olduğunu göstermektedir. Türkiye'nin batı Akdeniz bölgesinde yer alan, fiziki olan birbirlerine çok yakın olmasına rağmen coğrafi olarak çok farklı olan iki şehirde (Antalya-Isparta) senaryolar tasarlanmıştır. Bu senaryolarda, mesafe sabit tutulduğunda aynı frekansın bu iki şehirde kullanılamayacağı anlaşılmıştır. Frekansın sabit tutulduğu bir başka senaryoda kullanılabilir sinyal seviyesi baz alınarak mesafelere bakılmış deniz kenarında; barometrik basıncın yüksek, sıcaklığın yüksek, bağıl nemin yüksek olduğu durumda kullanılabilir mesafenin % 13.3 azalacağı bulunmuştur. Bu bölge için tahsis edilen UMa durumu için frekans 3.5 GHz seçilirse alt yapı maliyetleri %  13.3 artacaktır. Demek ki bu bölge için aynı işletme frekansları kullanılmamalıdır. En kötü durum senaryolarında, şebekede 190 metrede tekrarlayıcı kullanılması gerekecektir. Bu çalışmada görülmektedir ki; 5G sistemini kuracak ve işletecekler için ekonomik ve teknik analiz için NYUSIM aracı faydalı bir araç olacaktır.

Anahtar Kelimeler: IMT-2020, 5G, NYUSIM, Barometrik basınç, RMa, X-Pol, LOS, NLOS, UMa

Abstract:
"Channel" is generally termed as the medium between the transmitting antenna and the receiver. In wireless transmission, the characteristics of the signal changes as it travel from the transmitter to the receiver. Wireless communication usage has significantly evolved over the past several years to meet the ever-growing demand for high data rates over the wireless medium. Nowadays, modern life requires "upload / download" at very high speeds even while on the move. The problem is on the bandwidth which makes IMT-2020 also known as 5G technology indispensable. 5G requires considerably more advanced propagation and channel modeling as compared with legacy mobile communications generations. The focus of the work is on the channel modeling approach for 5G wireless networks where the correlation between the received power, the carrier frequency and the distance separating the transmitter from the receiver is presented. In order to achieve this, data collected by New York University during the development of their NYUSIM open source channel model have been used. The results show that the received signal strength for rural areas (RMa) is very low therefore unusable even for 4G frequencies; but the lower the frequency, the higher the signal strength. The antenna polarization (X-Pol) considerably decreases the signal strength at the receiver. As expected, the signal strength in LOS is greater than in NLOS. At 500 m, the signal is almost undetectable and at 100 m, for frequencies above 15 GHz, the received signal strength is weak. The scenarios of two cities Isparta and Antalya located in the Western Mediterranean region of Turkey, which are physically very close to each other, although geographically very different have been designed. These scenarios came to the conclusion that the same frequency cannot be used in these two cities when the distance is kept constant. when the frequency is kept constant, the distances are examined based on the available signal level by the sea; It has been founded that the usable distance will be reduced by 13.3% when the barometric pressure, the temperature and the relative humidity are high. If the frequency 3.5 GHz is selected and the UMa scenario is allocated for this region, the infrastructure costs will increase by 13.3%.This means that the same operating frequencies should not be used for this zone. In the worst case scenarios, a repeater will have to be used at 190 m in the network. It can be concluded from this study that the NYUSIM tool will be a useful tool for economic and technical analysis for those who install and operate with the 5G system.

Keywords: IMT-2020, 5G, NYUSIM, Barometric pressure, RMa, X-Pol, LOS, NLOS, UMa