вкр Использование датчиков смартфона для борьбы с эффектами микромобильности в терагерцовом диапазоне частот

Оригинальность по АП.Вуз на 27 февраля 2023 года более 70%.

Оригинал документа в pdf, конвертация в Word автоматическая (в word могут быть недочеты форматирования, которые вы легко исправите самостоятельно).

Актуальность данной работы обусловлена быстрым развитием и

созданием новых технологий, которые с каждым годом требуют все более

высокие скорости передачи данных. Активная разработка сетей 6-го поколения

началась уже несколько лет назад. В прошлом году этим озаботились крупные

компании, например, Apple, Intel и т.д.

По оценкам экспертов Терагерцовый диапазон частот(0,3ТГц-300ТГц)

будет использоваться в сетях следующего поколения, а именно 6G. В связи с

уменьшением длины волны станет возможным передавать большие объемы

информации за единицу времени, но с другой стороны это приведет к

появлению определенных проблем. Разработчики уже сталкивались с

данными особенностями при создании сетей пятого поколения, но при

использовании терагерцового диапазона частот эти эффекты будут

усиливаться. Существует целый ряд задач, которые необходимо решить перед

запуском сети шестого поколения в массовое использование:

– Сверхвысокие потери распространения сигнала, которые придется

компенсировать сверхнаправленными антенными решетками.

– Атмосферная абсорбция молекулами воды, на некоторых частотах

потери достигают более 100Дб, эти значения являются критическими для

нормальной передачи данных.

– При создании миниатюрных антенных решеток может возникнуть

проблема перегрева, так как расстояние между антенными элементами будет

порядка 0,5мкм.

– Блокировка прямой видимости, сигнал все еще имеет не нулевое

значение отражения, препятствием для передачи может стать тело человека,

стена и т.д.

Наравне с уже существующими проблемами в сетях шестого поколения

возникает новая, еще не изученная – микромобильность. В процессе использования мобильного устройства пользователь неизбежно вращает его

или смещает по осям, что приводит к периодической потере связи.

Подводя итог, изучение микромобильности абонентских устройств

является одной из самых главных задач в обеспечении качественной

беспроводной связи.

Целью работы является моделирование эффектов микромобильности,

вычисление показателей качества связи и анализ эффективности

использования датчиков смартфона для борьбы с негативными последствиями

данного эффекта.

Список используемых сокращений ................................................................... 4

Введение .................................................................................................................. 5

Глава 1. Эффекты микромобильности в терагерцовом диапазоне частот. 8

1.1. Основные свойства микромобильности ....................................................................... 9

1.2. Эффекты микромобильности при различных сценариях применения

пользовательского устройства ................................................................................................ 13

1.3. Постановка задачи исследования ................................................................................ 17

Глава 2. Алгоритмы моделирования эффектов микромобильности с

поиском луча ........................................................................................................ 19

2.1. Теоретические основы для разработки алгоритма ....................................................... 19

2.2. Алгоритмы движения пользовательского устройства .................................................. 26

2.3. Методы расчета вероятностно-временных характеристик .......................................... 29

Глава 3. Анализ показателей качества ............................................................ 31

3.1. Система без внешней помощи в поиске луча ................................................................ 31

3.2. Система с внешней помощью в поиске луча ................................................................. 35

Заключение ........................................................................................................... 40

Литература ............................................................................................................ 42

Приложение. Листинг программы .................................................................. 45

1. Moltchanov D. et al. Uninterrupted Connectivity Time in THz Systems

Under User Micromobility and Blockage //2021 IEEE Global

Communications Conference (GLOBECOM). – IEEE, 2021. – С. 01-06.

2. Gerasimenko M. et al. Capacity of multiconnectivity mmWave systems with

dynamic blockage and directional antennas //IEEE Transactions on

Vehicular Technology. – 2019. – Т. 68. – №. 4. – С. 3534-3549.

3. Jornet J. M., Akyildiz I. F. Channel modeling and capacity analysis for

electromagnetic wireless nanonetworks in the terahertz band //IEEE

Transactions on Wireless Communications. – 2011. – Т. 10. – №. 10. – С.

3211-3221. 

4. Boronin P. et al. Capacity and throughput analysis of nanoscale machine

communication through transparency windows in the terahertz band //Nano

Communication Networks. – 2014. – Т. 5. – №. 3. – С. 72-82.

5. Moltchanov D. et al. Ergodic Outage and Capacity of Terahertz Systems

Under Micromobility and Blockage Impairments //IEEE Transactions on

Wireless Communications. – 2021.

6. Petrov V. et al. The effect of small-scale mobility on terahertz band

communications //Proceedings of the 5th ACM International Conference on

Nanoscale Computing and Communication. – 2018. – С. 1-2.

7. Stepanov N. V. et al. Statistical Analysis and Modeling of User

Micromobility for THz Cellular Communications //IEEE Transactions on

Vehicular Technology. – 2021. 

8. Petrov V. et al. Capacity and outage of terahertz communications with user

micro-mobility and beam misalignment //IEEE Transactions on Vehicular

Technology. – 2020. – Т. 69. – №. 6. – С. 6822-6827.

9. Free-space path loss [Электронный ресурс]: Wikipedia. -URL:

https://en.wikipedia.org/wiki/Free-space_path_loss // (дата обращения:

10.03.2022)

10. Rappaport T. S. et al. Wireless communications: principles and practice. –

New Jersey : prentice hall PTR, 1996. – Т. 2. 

11. Stepanov N. et al. Accuracy assessment of user micromobility models for

THz cellular systems //Proceedings of the 5th ACM Workshop on

Millimeter-Wave and Terahertz Networks and Sensing Systems. – 2021. – С.

37-42.

12. Nain P. et al. Properties of random direction models //Proceedings IEEE 24th

Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications

Societies. – IEEE, 2005. – Т. 3. – С. 1897-1907. 

13. Elarabi T., Suprem A. Orientation and displacement detection for

smartphone device based inertial measurement units //2015 IEEE

International Symposium on Signal Processing and Information Technology

(ISSPIT). – IEEE, 2015. – С. 122-126.

14. Elias M., Maas H. G. Investigation on multi-sensor fusion strategies for

improved orientation determination in mobile phone imaging applications

//ISPRS Annals of Photogrammetry, Remote Sensing & Spatial Information

Sciences. – 2020. – Т. 5. – №. 1. 

15. Kuhlmann T., Garaizar P., Reips U. D. Smartphone sensor accuracy varies

from device to device in mobile research: The case of spatial orientation

//Behavior research methods. – 2021. – Т. 53. – №. 1. – С. 22-33.

16. Дугаева С.А., Молчанов Д.А., Бегишев В.О. // Имитационная модель

поиска луча в системах связи терагерцового диапазона частот в

условиях микромобильности абонентских терминалов//

Информационно-телекоммуникационные технологии и

математическое моделирование высокотехнологичных систем:

материалы Всероссийской конференции с международным участием.

Москва, РУДН, 18–22 апреля 2022 г., стр.102-104. — Москва: РУДН,

2022. — 453 с. : ил.