Beyond-line-of-sight communications and networks with troposcatter and atmospheric ducts
Atmosfer olukları ve troposferik saçılım ile ufuk ötesi haberleşme kanalları ve ağları
- Tez No: 435865
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖZGÜR BARIŞ AKAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 232
Özet
Ağ merkezli harp uygulamaları bilgi üstünlüğü ile avantaj sağlamayı amaçlanmaktadır. Bundan dolayı, modern askeri haberleşme sistemleri özellikle ufuk ötesi mesafelerde düşük gecikme ve yüksek veri hızları sağlayabilen haberleşme kanallarına ihtiyaç duymaktadır. Klasik kablosuz haberleşme sistemleri ufuk-ötesi mesafelerde yetersiz olmaktadır. Bu kapsamda, önerilen tezin temel amacı; troposferik saçılım ve atmosferik oluklarının ufuk ötesi mesafelerde haberleşme kanalı olarak kullanımının incelenmesidir. Troposferik saçılım atmosferdeki düzensizlikler nedeniyle gönderilen sinyallerin troposfer katmanında saçılıma uğramasından kaynaklanır ve sinyal enerjisinin saçılmasına neden olur. Saçılımın tüm yönlere olmasına rağmen alıcı tarafında saçılan sinyalleri almak mümkündür. Böylece, aralarında açık görüş bulunmayan alıcı-verici arasında haberleşme sağlanabilir. önerilen tez kapsamında, troposferik saçılım kanal modeli geliştirilerek haberleşme kanalı olarak kullanımının fizibilite analizleri yapıldı. Elde edilen kanal modeli geliştirilerek, troposferik saçılım kanalının fiziksel katman parametreleri ve yağmurun haberleşmeye etkileri incelendi. Ayrıca, çeşitlilik tekniklerinin incelenmesi amacıyla sönümleme korelasyonunun incelenmesi için analitik bir model önerildi. Çalışmalarımız sonucunda, troposferik saçılım kanalının özellikle sabit haberleşme uygulamalarında yüksek güvenlik, düşük gecikme ve yüksek veri hızı sağlayabileceği gösterildi. Havanın kırıcılık indisindeki ani değişimler nedeni ile oluşan atmosfer olukları, yakın yüzey elektromanyetik sinyalleri yeryüzüne geri yansıtarak sinyallerin atmosfer olukları ile yeryüzü arasında hapsolmasına neden olur. Atmosfer oluklarında hapsolan sinyaller normal atmosfer koşullarına göre daha az dağılma göstererek daha düşük sinyal gücü kayıplarına uğramaktadır. Bu durum sinyallerin ufuk ötesi mesafelere ulaşmasını sağlar ve atmosfer olukları ufuk ötesi iletişim için haberleşme kanalı olarak kullanılabilir. Bu nedenle, atmosfer olukları özellikle deniz, okyanus ve kıyılarda ufuk ötesi haberleşme kanalı olarak kullanılabilir, çünkü bu bölgelerdeki yüksek nem oranları sayesinde atmosfer olukları hemen hemen her zaman oluşmaktadır. Atmosfer olukları içinde dalga yayılması ile ilgili çalışmalar olmasına rağmen; atmosfer oluklarının yüksek veri hızı sağlayan bir kanal olarak kullanılmasını amaçlayan sadece birkaç çalışma bulunmaktadır. Bu nedenle, atmosfer oluklarının haberleşme yönünden incelenmesi konusunda pek çok sayıda açık problem bulunmaktadır. Bun- dan dolayı, önerilen tez kapsamında atmosfer olukları için parabolik denklem ve ışın izleme metotları kullanılarak bir kanal modeli geliştirildi. Bu kanal modeli kullanılarak, atmosfer olukları için çeşitlilik metotlarının fizibilite analizi ve fiziksel katman parametreleri incelenmiştir. Ayrıca, atmosfer oluklarına yönelik hüzmeleme teknikleri ile tasarsız ağlar için çözümler sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
Network centric operations (NCO) aim to provide a competitive advantage through information superiority. Modern military communication systems require communication links having low transmission delays and high data rates in order to provide effective command and control in challenging warfare areas. Available wireless communication systems are inefficient at b-LoS ranges. For this reason, new b-LoS communication techniques are required to provide high data rates, reliability and security. The main motivation of the proposed thesis is to analyze b-LoS wireless communications and networks with troposcatter and atmospheric ducts in order to tackle these problems. Tropospheric scatter that is widely known as troposcatter, is the scattering of the propagating signals in all directions due to the irregularities in the troposphere. The scattered signals are directed especially in the forward direction, but some of the signal power is directed to the receiver. As a result, the effects of troposcatter can be utilized as a b-LoS communication medium. To this end, we investigate the viability of troposcatter channel as a b-LoS communication medium through physical layer channel modeling studies. In addition, we propose models for the fading correlation and rain attenuation in troposcatter links. At the end, our models show that troposcatter communication is especially promising for fixed links with low probability of detect/intercept, low transmission delays and high data rates. Near-surface wave propagation at microwave frequencies especially 2 GHz and above shows significant dependence on atmospheric ducts that are the layer in which rapid decrease in the refractive index occurs. The propagating signals in the atmospheric ducts are trapped between the ducting layer and the sea surface, so that the power of the propagating signals do not spread isotropically through the atmosphere. As a result, these signals have low path-loss and can travel over-the-horizon. Since atmospheric ducts are nearly permanent at maritime and coastal environments, ducting layer communication is a promising method for beyond-Line-of-Sight (b-LoS) communications especially in naval communications. Although the wave propagation in atmospheric ducts has been studied, there are only a few papers which consider the ducting channel as a high data rate communication medium. Therefore, the communication aspects of this channel is mostly missing. To this end, we assess the viability of ducting communications for modern naval communications. Our results show that ducting communication can be utilized in challenging naval warfare conditions with secure and high data rate communications. To this end, we develop a channel modeling approach based on parabolic equation and ray-tracing methods. We analyze the viability of diversity techniques and investigate physical layer parameters of the ducting channels. At the end, we introduced a beam-forming method for ducting channels and investigate the feasibility of ducting ad hoc networks.
Benzer Tezler
- Gelecek nesil haberleşme sistemlerinde insansız hava araçları için kaynak yönetim teknikleri
Resource management techniques for unmanned aerial vehicles in next generation communication systems
UYGAR DEMİR
Doktora
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENK TOKER
- Joint transmission coordinated multipoint technique in multi drone cells
Ortak iletim eşgüdümlü çoklu nokta tekniğinin çoklu dron hücrelerinde kullanımı
SERDAR TORUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFİYE DURAK ATA
- Uzaysal modülasyonda enerji hasatlama
Energy harvesting in spatial modulation
SAFA ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN ÜMİT AYGÖLÜ
- Vehicular visible light communication channel modeling and performance analysis
Araç görünür ışık haberleşmesi kanal modellemesi ve performans analizleri
BUĞRA TURAN
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNEM ÇÖLERİ
- Kablosuz 5G ötesi ağlarda görme destekli ışın izleme problemine yumuşak dikkat mekanizması kullanarak uzun kısa süreli bellek uygulanması
On the vision-beam aided tracking for wireless 5G-beyond networks using long short-term memory with soft attention mechanism
NASIR SINANI
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolYıldız Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FERKAN YILMAZ