dissertação
Análise de atenuação de sinais por fenômenos atmosféricos em sistemas de comunicações de redes 5G/6G
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Universidade Federal de Lavras
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Departamento de Engenharia
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-graduação em Engenharia de Sistemas e Automação
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Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
A sociedade moderna vem exigindo das redes móveis, uma taxa de transmissão de dados cada vez mais elevada, com latências baixas. Para atender tais expectativas, as tecnologias das redes de telecomunicação evoluíram até alcançarem a 5G, que está sendo implantada ao redor do mundo pelas operadoras de telefonias. Além dessa nova tecnologia, estudos já se direcionam para a padronização da 6G até o ano de 2030. Esses tipos de redes, possuem bandas de frequências com espectros de ondas milimétricas, que podem sofrer degradações do sinal causadas por fenômenos atmosféricos, tais como chuvas e gases atmosféricos. Os diâmetros do tamanho da gota de chuva variam, basicamente, com a taxa de precipitação; sendo que a atenuação do sinal de radiofrequência é crescente para a intensidade de chuvas maiores. Os gases atmosféricos também são propulsores da degradação do sinal, devido à presença do oxigênio e vapor de água. Para realização de estudos desses tipos de atenuação, alguns modelos são utilizados, como os da União Internacional de Telecomunicações—Setor de Radiocomunicações (ITU-R). Nesse contexto, é proposta uma metodologia de utilização das Recomendações da ITU-R P.530-18, ITU-R P.837-7, ITU-R P.838-3, ITU-R P.618-13, ITU-R P.839-4 e ITU-R P.1511-12 para atenuações do sinal causadas por chuvas; e ITU-R P.676-12, ITU-R P.836-6, ITU-R 1510-1 e P.835-6 para atenuação causada por gases atmosféricos. É apresentado um método para acesso aos mapas digitais da taxa de precipitação, proporcionando uso em qualquer linguagem de programação. Além disso, também é realizado um comparativo dos dados provenientes da taxa de precipitação, da cidade de Belo Horizonte-MG, usando os mapas digitais da ITU-R e de Estação Meteorológica Local, usando a distribuição de Gumbel. No caso da Rec. ITU-R P.618-13, é feita uma averiguação da influência do fator β, para porcentagens de taxas de precipitações excedidas, diferentes de 0,01\%, estudado no enlace Terra-Satélite em atenuações causadas por chuvas. Então, fluxogramas contendo o passo a passo dos usos das recomendações são realizados e verificado a atenuação do sinal para várias cidades ao redor do mundo, com coordenadas geográficas bem distintas.
Abstract
Modern society has been demanding from mobile networks an increasingly high data transmission rate, with low latencies. To meet such expectations, telecommunications network technologies have evolved to reach 5G, which is being implemented around the world by telephone operators. In addition to this new technology, studies are already geared towards the standardization of 6G by the year 2030. These types of networks have frequency bands with millimeter wave spectra, which can suffer signal degradation caused by atmospheric phenomena, such as rain and atmospheric gases. Raindrop size diameters vary primarily with the rate of precipitation; and the attenuation of the radiofrequency signal is increasing for the intensity of greater rainfall. Atmospheric gases are also drivers of signal degradation, due to the presence of oxygen and water vapour. To carry out studies of these types of attenuation, some models are used, such as those of the International Telecommunications Union—Radiocommunications Sector (ITU-R). In this context, a methodology is proposed for using the Recommendations of ITU-R P.530-18, ITU-R P.837-7, ITU-R P.838-3, ITU-R P.618-13, ITU- R P.839-4 and ITU-R P.1511-12 for signal attenuation caused by rain; and ITU-R P.676-12, ITU-R P.836-6, ITU-R 1510-1 and P.835-6 for attenuation caused by atmospheric gases. A method for accessing precipitation rate digital maps is presented, providing use in any programming language. In addition, a comparison of data from the precipitation rate, from the city of Belo Horizonte-MG, using the digital maps of the ITU-R and the Local Meteorological Station, using the Gumbel distribution, is also carried out. In the case of Rec. ITU-R P.618-13, an investigation is made of the influence of the factor β, for percentages of exceeded precipitation rates, different from 0.01\%, studied in the Earth- Satellite link in attenuations caused by rains. Then, flowcharts containing the step-by-step use of the recommendations are performed and the signal attenuation is verified for several cities around the world, with very different geographic coordinates.
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BATISTA, A. P. Análise de atenuação de sinais por fenômenos atmosféricos em sistemas de comunicações de redes 5G/6G. 2023. 88 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Sistemas e Automação)–Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2023.