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Advisor(s)
Abstract(s)
O 5G é conhecido por ser uma tecnologia que pretende agregar conceitos e tecnologias para alavancar a capacidade e cobertura de uma rede móvel. Um dos aspectos mais revolucionários do 5G é a utilização de frequências mais elevadas, para colmatar a pouca largura de banda disponível na banda sub-6 GHz. O 5G
fará assim uso de frequências acima dos 6 GHz, nomeadamente entre os 30 e os 300 GHz (ondas milimétricas) que permitem alocar larguras de banda superiores.
Esta dissertação apresenta os principais desafios que a banda de ondas milimétricas introduz na propagação. São estudados os diversos mecanismos que provocam atenuação e os modelos de propagação existentes para a quantificação dessas perdas. São apresentados os link budgets para diferentes ambientes que
visam avaliar de que forma é que o débito binário é modificado em função das características do canal rádio. Por fim, com base no dimensionamento dos link budgets e na variação do débito binário, foi possível calcular o número de elementos de um agregado de antenas necessário para assegurar esse débito binário.
Concluiu-se que para assegurar um débito binário de 2 Gbps, utilizando uma frequência de 28 GHz e uma largura de banda de 0.5 GHz, é necessário um agregado com cerca de 32 elementos. Para atingir 10 Gbps o agregado de antenas teria de ser constituído por cerca de 1.5 milhões de elementos, não sendo uma solução
viável. Uma das formas de viabilizar a solução será utilizar 1.5 GHz de largura de banda, traduzindo-se num agregado com cerca de 415 elementos, bem mais realista.
The 5G is known for being a technology that aims to agregate concepts and technologies to leverage the capacity and coverage of a mobile network. One of the most revolutionary aspects of 5G is the use of higher frequencies to overcome the few available bandwidth on the sub-6 GHz band. Hence, 5G will be making use of frequencies above the 6 GHz, namely the band between 30 and 300 GHz, the millimeter waves, which allow to allocate larger bandwidths. This dissertation presents the main challenges that millimeter waves induce on propagation. The diverse loss mechanisms are analyzed and the propagation models, that enables the quantification of those losses, are also studied. It is also presented link budgets for different environments, which aim to evaluate the variation of throughput regarding the radio channel characteristics. Finally, the link budgets results and the verified changes on the capacity contribute to calculate the elements number of an antenna array necessary to ensure that capacity. Concluding that to achieve a 2 Gbps capacity, using a 28 GHz frequency and 0.5 GHz of bandwidth, a 32 element array is needed. In order to achieve a capacity of 10 Gbps the array would need to be compound of 1.5 million elements, which is no a viable solution. One way to overcome this constraint is to extend the bandwidth to 1.5 GHz simplifying the antenna into a 415 element array.
The 5G is known for being a technology that aims to agregate concepts and technologies to leverage the capacity and coverage of a mobile network. One of the most revolutionary aspects of 5G is the use of higher frequencies to overcome the few available bandwidth on the sub-6 GHz band. Hence, 5G will be making use of frequencies above the 6 GHz, namely the band between 30 and 300 GHz, the millimeter waves, which allow to allocate larger bandwidths. This dissertation presents the main challenges that millimeter waves induce on propagation. The diverse loss mechanisms are analyzed and the propagation models, that enables the quantification of those losses, are also studied. It is also presented link budgets for different environments, which aim to evaluate the variation of throughput regarding the radio channel characteristics. Finally, the link budgets results and the verified changes on the capacity contribute to calculate the elements number of an antenna array necessary to ensure that capacity. Concluding that to achieve a 2 Gbps capacity, using a 28 GHz frequency and 0.5 GHz of bandwidth, a 32 element array is needed. In order to achieve a capacity of 10 Gbps the array would need to be compound of 1.5 million elements, which is no a viable solution. One way to overcome this constraint is to extend the bandwidth to 1.5 GHz simplifying the antenna into a 415 element array.
Description
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Eletrónica e de Telecomunicações
Keywords
5G Millimeter waves Frequency Bandwidth Beamforming Attenuation Ondas milimétricas Frequência Largura de banda Atenuação
Citation
FERREIRA, Mariana Teresa Amaro Daniel - Millimeter Waves propagation challenges on 5G. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, 2021. Dissertação de Mestrado
Publisher
Instituto Superior de Engenharia de Lisboa