Capacidad de análisis de rendimiento para canales terrestres de THz
Autores: Varotsos, George K.; Aidinis, Konstantinos; Katsis, Athanassios; Nistazakis, Hector E.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Capacidad de análisis de rendimiento para canales terrestres de THz
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Terrestre
Terahercios
Enlaces de comunicación
Canal atmosférico
Turbulencia atmosférica
Pérdida de trayectoria en espacio libre
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 26
Citaciones: Sin citaciones
Las comunicaciones terrestres terahertz (THz) al aire libre han atraído recientemente un gran interés de investigación y comercial en respuesta a las emergentes demandas de ancho de banda para transmisiones inalámbricas de datos de alta velocidad. Sin embargo, su desarrollo se ve obstaculizado por el comportamiento aleatorio del canal atmosférico debido a la atenuación molecular, efectos climáticos adversos y turbulencia atmosférica (junto con la pérdida de trayectoria en espacio libre (FSPL) y errores de apuntamiento) debido a los desalineamientos estocásticos entre el transmisor y el receptor. Por lo tanto, en este trabajo, investigamos la influencia conjunta de estos efectos perjudiciales en ambas capacidades, es decir, promedio (ergódico) y de interrupción, de una típica línea de vista (LOS) enlace de comunicación THz. Específicamente, las fluctuaciones de intensidad inducidas por la turbulencia atmosférica pueden ser modeladas utilizando la distribución gamma adecuada o la conocida distribución gamma-gamma para condiciones de turbulencia débil y moderada a fuerte, respectivamente. Además, las fluctuaciones de intensidad inducidas por desalineamientos estocásticos débiles a fuertes, debido a errores de apuntamiento generalizados con desviación no nula (NZB), son emuladas por la distribución Beckman apropiada. Teniendo en cuenta la presencia inevitable de FSPL y los diferentes pero realistas valores de concentración de vapor de agua junto con la influencia de las condiciones meteorológicas, se ha realizado un análisis del rendimiento de interrupción. Considerando los efectos significativos mencionados anteriormente, se han extraído expresiones matemáticas analíticas novedosas tanto para la capacidad promedio (ergódica) como para la de interrupción, que son métricas críticas que incorporan por primera vez la influencia total de todos los efectos significativos mencionados anteriormente en el rendimiento de los enlaces THz. A través de las expresiones derivadas, se presentan resultados analíticos adecuados verificados por simulaciones y se demuestra la validez de nuestro análisis. Es notable que las expresiones derivadas pueden acomodar valores de parámetros realistas involucrados en todos los efectos principales mencionados anteriormente y en las características del enlace. En este contexto, proporcionan resultados cuantitativos alentadores y resultados para ambas métricas de capacidad en investigación. Esto permite el diseño y el establecimiento de enlaces THz modernos y de alta velocidad futuros, que se espera que cubran distancias de propagación más largas y, por lo tanto, sean aún más vulnerables al efecto de la turbulencia atmosférica. Esto se modela e incorpora en nuestro análisis y expresiones, a diferencia de la mayoría de los trabajos anteriores en la literatura técnica abierta.
Descripción
Las comunicaciones terrestres terahertz (THz) al aire libre han atraído recientemente un gran interés de investigación y comercial en respuesta a las emergentes demandas de ancho de banda para transmisiones inalámbricas de datos de alta velocidad. Sin embargo, su desarrollo se ve obstaculizado por el comportamiento aleatorio del canal atmosférico debido a la atenuación molecular, efectos climáticos adversos y turbulencia atmosférica (junto con la pérdida de trayectoria en espacio libre (FSPL) y errores de apuntamiento) debido a los desalineamientos estocásticos entre el transmisor y el receptor. Por lo tanto, en este trabajo, investigamos la influencia conjunta de estos efectos perjudiciales en ambas capacidades, es decir, promedio (ergódico) y de interrupción, de una típica línea de vista (LOS) enlace de comunicación THz. Específicamente, las fluctuaciones de intensidad inducidas por la turbulencia atmosférica pueden ser modeladas utilizando la distribución gamma adecuada o la conocida distribución gamma-gamma para condiciones de turbulencia débil y moderada a fuerte, respectivamente. Además, las fluctuaciones de intensidad inducidas por desalineamientos estocásticos débiles a fuertes, debido a errores de apuntamiento generalizados con desviación no nula (NZB), son emuladas por la distribución Beckman apropiada. Teniendo en cuenta la presencia inevitable de FSPL y los diferentes pero realistas valores de concentración de vapor de agua junto con la influencia de las condiciones meteorológicas, se ha realizado un análisis del rendimiento de interrupción. Considerando los efectos significativos mencionados anteriormente, se han extraído expresiones matemáticas analíticas novedosas tanto para la capacidad promedio (ergódica) como para la de interrupción, que son métricas críticas que incorporan por primera vez la influencia total de todos los efectos significativos mencionados anteriormente en el rendimiento de los enlaces THz. A través de las expresiones derivadas, se presentan resultados analíticos adecuados verificados por simulaciones y se demuestra la validez de nuestro análisis. Es notable que las expresiones derivadas pueden acomodar valores de parámetros realistas involucrados en todos los efectos principales mencionados anteriormente y en las características del enlace. En este contexto, proporcionan resultados cuantitativos alentadores y resultados para ambas métricas de capacidad en investigación. Esto permite el diseño y el establecimiento de enlaces THz modernos y de alta velocidad futuros, que se espera que cubran distancias de propagación más largas y, por lo tanto, sean aún más vulnerables al efecto de la turbulencia atmosférica. Esto se modela e incorpora en nuestro análisis y expresiones, a diferencia de la mayoría de los trabajos anteriores en la literatura técnica abierta.