Дослідження та моделювання сегментів безпровідної інфраструктури мереж мобільного зв’язку 5G
Автор: Мураль Назар Вікторович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Телекомунікації та радіотехніка (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2021-2022 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: З появою кожного покоління мережі, починаючи від голосових систем і закінчуючи новими інтелектуальними комунікаційними системами, мобільні мережі запроваджують нові способи використання та послуги, щоб залучити більше людей до мобільної мережі. Однією з цілей мережі 5G для відкриття нових горизонтів, є її використання для додатків орієнтованих на людину. Мережа 5G з’єднає мільярди розумних пристроїв автономно, забезпечуючи конфіденційність та безпеку [1,2]. Вона дозволить створювати нові сервіси, які включають дистанційний 0моніторинг та керування різними розумними пристроями в режимі реального часу. Нові версії мережі 5G зможуть підтримувати послуги «машина-машина» (M2M) та інтернет речей (IoT), такі як: підключені автомобілі та будинки, рухомі роботи та датчики [3,4]. Еволюція мережі 5G йде повним ходом і вона прискорилася з моменту першого випуску 3GPP 5G NR (нового радіо) в середині 2018 року [5]. Оператори мобільних мереж в багатьох країнах світу із вже існуючих коміркових мереж 4G почали розгортати мережі 5G, при цьому використовуючи частоту 3-6 ГГц (тобто діапазон середніх частот). Вже існуючий спектр продуктивності мережі (50–100 МГц) можна сильно підвищити за рахунок частот середнього діапазону. Однак частоти від 24 ГГц до 100 ГГц можуть надати врази ширший спектр (400~800 МГц), який має задовільнити стрімко зростаючі вимоги пропускної здатності, забезпечити максимальну швидкість передавання даних (~ 20 Гбіт/с) та найменшу затримку. Перехід до вищих частотних діапазонів призводить до збільшення втрат у вільному просторі, що зменшить радіус окремої комірки до 100 м і це є значно менше у порівнянні з кількома кілометрами для 4G. З цього слідує, що операторам мобільних мереж потрібно буде встановити десятки, а то і сотні нових малих комірок, щоб забезпечити максимальне покриття для тієї ж області, що міг би покрити один великим вузлом стільникового зв’язку. Точне планування та придбання цієї величезної кількості нових місць для розміщення коміркових мереж, щоб забезпечити рівномірне, 100% покриття 5G буде складним, але необхідним завданням для операторів мобільного зв’язку. У цій роботі першим із етапів є загальне планування покриття мережі для 5G включаючи планування зони розгортання мережі, проектування місць розміщення передавачів та моделювання поширення сигналу. Перш за все, щоб цього досягти, було створено антенну решітку, яка собою являє набір з двох або більше з’єднаних антен, які працюють разом як одна антена для прийому або передавання радіохвиль. Також досягнено зменшення потужності бічних пелюстків для кожної окремої антени з ціллю підсилення основної пелюстки. Для пошуку більш оптимальних показників SINR для антенних решіток 8 на 8 та 16 на 16, було проведено ряд експериментів з кутом нахилу антени, висотою її розміщення та кількістю сайтів зв’язку. Наступним кроком була побудова віртуальної моделі середовища з врахуванням міської забудови та багатопроменевим поширенням хвиль. Моделювання відбувалося як і без втрат та поглинань сигналу навколишнім середовищем так і з ними, щоб відтворити максимально реальні умови. Також поведінка сигналу досліджувалася і на вищих частотах (100 ГГц), що будуть потребувати більш сучасні технології мобільного зв’язку, такі як 6G. Щоб задовольнити потреби мереж наступного покоління, 6G поєднає в собі багато деструктивних методів запроваджених в 5G. Помітно, що зусилля зі стандартизації 5G дали основу для створення гнучкої топології, що підірвало існуючу традиційну централізовану ієрархію. Архітектури на основі сервісів, насамперед із атомарними програмними компонентами, що використовуються в API, вже сьогодні дозволяють створювати більш відкриті інноваційні спільноти, які допомагають прискорити розгортання. Архітектури на основі сервісів, насамперед із атомарними програмними компонентами, що використовуються в API, вже дозволяють створювати більш відкриті інноваційні спільноти, які допомагають прискорити розгортання. Проте 6G запровадить абсолютно нову парадигму. Це включатиме нові функції та можливості, нове уявлення про базову інфраструктуру транспортної архітектури та нове бачення всього процесу проектування, що ще більше прискорить розробку та встановлення. Об’єктом дослідження є процес передавання сигналів в мережах мобільного зв’язку 5G. Предметом дослідження є параметри та характеристики фізичного рівня мереж мобільного зв’язку. Метою роботи є дослідження способів підвищення ефективності функціонування мереж мобільного зв’язку 5G, шляхом вдосконалення їх конфігурації на фізичному рівні.. Ключові слова: мережа 5G, покриття 5G, моделювання, антенна решітка, SINR, трасування променів.