Deterministik ve stokastik yaklaşımlarla iç mekan Terahertz kanal karakteristiği incelemesi

Didem Boran; Selva Muratoğlu Çürük

doi:10.17341/gazimmfd.1373204

Deterministik ve stokastik yaklaşımlarla iç mekan Terahertz kanal karakteristiği incelemesi

Öz

Günümüz kablosuz haberleşmesinde kullanılan radyo frekansları bandı, hızla artan büyük miktarda veri transferi ihtiyacını karşılamakta zorlanmaktadır. Bu nedenle bilim dünyası elektromanyetik spektrumda Terahertz (THz) boşluğu olarak adlandırılan frekans bandını kullanarak yüksek veri hızına ulaşmayı amaçlamaktadır. Farklı ortamlarda kullanılması amaçlanan kablosuz THz sistemlerinin karşılaştığı kanal, performans açısından incelenmesi gereken öncelikli konulardan birisidir. Özellikle iç mekânlarda kanal çokyollu yapısı nedeniyle karmaşıktır ve literatürdeki çalışmalar sınırlıdır. Bu çalışmada öncelikle 0,1 - 10 THz bandında yol kaybının sebep olduğu frekans seçici kanal yapısı incelenmiştir. Yüksek frekans bandında bu durum daha kritiktir ve ani zayıflamalar mesafe, ısı ve nemle ilişkili olarak ciddi artış göstermektedir. Verimli bir haberleşme için bu zayıflamaların olmadığı bant aralıkları belirlenmiştir. Ardından, iç mekân çokyollu kanalın modellenmesi için kullanılan ışın izleme tekniği THz kanallarına uyarlanmış, kanal yapısı incelenmiştir. Simülasyonlar güçlü zayıflama nedeniyle yansımaların görüş hattına göre zayıf kaldığını göstermiştir, ancak çokyollu kanal yapısı yine de frekans seçici bir kanala neden olmaktadır. Oda boyutunun artması ve vericinin tavanda konumlanması frekans seçiciliği azaltsa da düz sönümlemeli bir kanal için yansımaların azaltılması gerekmektedir. Son olarak, ışın izleme modeli ile literatürde bulunan üstel kanal modeli kıyaslanmıştır. Kıyaslama sonucunda nispeten basit sayılan üstel model ile THz kanalın kolayca modellenebileceği sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

Kaynakça

1. Akyildiz I. F., Han C., Hu Z. F., Nie S. and Jornet J. M., Terahertz Band Communication: An Old Problem Revisited and Research Directions for the Next Decade, IEEE Transactions on Communications, 70 (6), 4250-4285, 2022.
2. Shafie A., Yang N., Han C., Jornet J. M., Juntti M. and Kuerner T., Terahertz Communications for 6G and Beyond Wireless Networks: Challenges, Key Advancements, and Opportunities, IEEE Network Magazine, 37 (3), 162-169, 2023.
3. Chen Z., Han C., Wu Y., Li L., Huang C., Zhang Z., Wang G., and Tong, W., Terahertz Wireless Communications for 2030 and Beyond: A Cutting-Edge Frontier, IEEE Communications Magazine, 59 (11), 66-72, 2021.
4. Ekşim A., Demirci T., Ultimate secrecy in millimeter wave and terahertz communications, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University 36 (3), 1733-1745, 2021.
5. Han C., Gao W. J., Yang N., Jornet J. M., Molecular Absorption Effect: A Double-edged Sword of Terahertz Communications, IEEE Wireless Communications, 30 (4), 140-146, 2023.
6. Liu S., Yu X., Guo R., Tang Y., and Zhao Z., THz Channel Modeling: Consolidating the Road to THz Communications, China Communications, 18 (5), 33-49, 2021.
7. Seyyarer E., Karcı A., Ateş A., Effects of the stochastic and deterministic movements in the optimization processes, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University 37 (2), 949-965, 2022.
8. Han C., Wang Y., Li Y., Chen Y., Abbasi N., Kurner T., and Molisch A., Terahertz Wireless Channels: A Holistic Survey on Measurement, Modeling, and Analysis, IEEE Communications Surveys and Tutorials, 24 (3), 1670-1707, 2022.

9. Wang Y. Q., Sun S., and Han C., Far- and Near-Field Channel Measurements and Characterization in the Terahertz Band Using a Virtual Antenna Array, IEEE Communications Letters, 28 (5), 1186-1190, 2024.
10. Li Y., Han C., Chen Y., Yu Z., and Yin X., DSS-o-SAGE: Direction-Scan Sounding-Oriented SAGE Algorithm for Channel Parameter Estimation in mmWave and THz Bands, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Early Access, 2024.
11. Chen Y. H., Li R., Han C., Sun S., and Tao M., Hybrid Spherical- and Planar-Wave Channel Modeling and Estimation for Terahertz Integrated UM-MIMO and IRS Systems, IEEE Transactions on Wireless Communications, 22 (12), 9746-9761, 2023.
12. Li Y. B., Wang Y. Q., Chen Y., Yu Z., and Han C., Channel Measurement and Coverage Analysis for NIRS-Aided THz Communications in Indoor Environments, IEEE Communications Letters, 27 (9), 2486-2490, 2023.
13. Salhi M. A., Kleine-Ostmann T., and Schrader T., Propagation Channel Measurements in the MM-and Sub-MM Wave Range for Different Indoor Communication Scenarios, Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 42 (4), 357-370, 2021.
14. Gougeon G., Corre Y., and Aslam M. Z., Ray-Based Deterministic Channel Modelling for Sub-THz Band, IEEE 30th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 1-6, 2019.
15. Tarboush S., Sarieddeen H., Chen H., Loukil M. H., Jemaa H., Alouini M. S., and Al-Naffouri T. Y., TeraMIMO: A Channel Simulator for Wideband Ultra-Massive MIMO Terahertz Communications, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 70 (12), 12325-12341, 2021.
16. Chen Y., Li Y., Han C., Yu Z., and Wang G., Channel Measurement and Ray-Tracing-Statistical Hybrid Modeling for Low-Terahertz Indoor Communications, IEEE Transactions on Wireless Communications, 20 (12), 8163-8176, 2021.
17. Li Y. B., Chen Y., Yan D., Guan K., and Han C., Channel Characterization and Ray-tracing Assisted Stochastic Modeling for Urban Vehicle-to-Infrastructure Terahertz Communications, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 72 (3), 2748-2763, 2023.
18. Sheikh F., Alissa M., Zahid A., Abbasi Q. H., and Kaiser T., Atmospheric Attenuation Analysis in Indoor THz Communication Channels, IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and USNC-URSI Radio Science Meeting, 2137-2138, 2019.
19. Xing Y., Kanhere O., Ju S., and Rappaport T. S., Indoor Wireless Channel Properties at Millimeter Wave and Sub-Terahertz Frequencies. IEEE Global Communications Conference, 1-6, 2019.
20. Shah S., Ashraf M., Saeed N., Jan T., Khalil R., Babar M. I., Ahmad G., and Shah S. W., Path Loss Model for Future Terahertz (THz) Wireless Communication Systems, Proceedings of the Pakistan Academy of Science: A Physical and Computional Sciences, 56 (2), 55-65, 2019.
21. Sheikh F., Lessy D., and Kaiser T., A Novel Ray-Tracing Algorithm for Non-Specular Diffuse Scattered Rays at Terahertz Frequencies, First International Workshop on Mobile Terahertz Systems, 1-6, 2018.
22. Sheikh F., Zantah Y., Mabrouk I. B., Alissa M., Barowski J., Rolfes I., and Kaiser T., Scattering and Roughness Analysis of Indoor Materials at Frequencies From 750 GHz to 1.1 THz, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 69 (11), 7820-7829, 2021.
23. Chen Y., Han C., Yu Z., and Wang G., Channel Measurement, Characterization and Modeling for Terahertz Indoor Communications Above 200 GHz, IEEE Transactions on Wireless Communications, Early Access, 2023.
24. Papasotiriou E. N., Boulogeorgos A. A. A., Haneda K., de Guzman M. F., and Alexiou A., An Experimentally Validated Fading Model for THz Wireless Systems, Scientific Reports, 11 (1), 1-14, 2021.
25. Yacoub M. D., The α-µ Distribution: A Physical Fading Model for the Stacy Distribution. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 56 (1), 27-34, 2007.
26. Papasotiriou E. N., Boulogeorgos A. A. A., and Alexiou A., Fading Modeling in Indoor THz Wireless Systems, IEEE International Balkan Conference on Communications and Networking, 161-165, 2021.
27. Boulogeorgos A. A. A., Papasotiriou E. N., and Alexiou A., Analytical Performance Evaluation of THz Wireless Fiber Extenders, IEEE 30th Annual International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 1-6, 2019.
28. Wu Y., Kokkoniemi J., Han C., and Juntti M., Interference and Coverage Analysis for Terahertz Networks with Indoor Blockage Effects and Line-of-Sight Access Point Association, IEEE Transactions on Wireless Communications, 20 (3), 1472-1486, 2020.
29. Aghoutane B., El Ghzaoui M., and El Faylali H., Spatial Characterization of Propagation Channels for Terahertz Band, SN Applied Sciences, 3 (2), 1-8, 2021.
30. Ju S., Xing Y., Kanhere O., and Rappaport T. S., Millimeter Wave and Sub-Terahertz Spatial Statistical Channel Model for an Indoor Office Building, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 39 (6), 1561-1575, 2021.
31. Xing Y., Rappaport T. S., and Ghosh A., Millimeter Wave and Sub-THz Indoor Radio Propagation Channel Measurements, Models, and Comparisons in an Office Environment, IEEE Communications Letters, 25 (10), 3151-3155, 2021.
32. Cheng C. L., Sangodoyin S., and Zajić A., THz Cluster-Based Modeling and Propagation Characterization in a Data Center Environment, IEEE Access, 8, 56544-56558, 2020.
33. Kouzayha N., Kishk M. A., Sarieddeen H., Al-Naffouri T. Y., and Alouini M. S., Coverage and Rate Analysis in Coexisting Terahertz and RF Finite Wireless Networks, Cornell University arXiv: 2109.00646, 1-30, 2021.
34. Yuanbo L., Yiqin W., Yi C., Ziming Y., and Chong H., Channel Measurement and Characterization with Modified SAGE Algorithm in an Indoor Corridor at 300 GHz, Cornell University arXiv: 2203.16745, 1-12, 2022.
35. Jeyakumar P., Ramesh A., Srinitha S., Vishnu V., and Muthuchidambaranathan P., Wideband Hybrid Precoding Techniques for THz Massive MIMO in 6G Indoor Network Deployment, Telecommunication Systems, 79 (1), 71-82, 2022.
36. Ghasempour Y., Amarasinghe Y., Yeh C. Y., Knightly E., and Mittleman D. M., Line-of-Sight and Non-Line-of-Sight Links For Dispersive Terahertz Wireless Networks, APL Photonics, 6 (4), 041304, 2021.
37. Boulogeorgos A. A. A., Papasotiriou E. N., and Alexiou A., Analytical Performance Assessment of THz Wireless Systems, IEEE Access, 7, 11436-11453, 2019.
38. Tang P., Zhang J., Tian H., Chang Z., Men J., Zhang Y., Tian L., Xia L., Wang Q., and He J., Channel Measurement and Path Loss Modeling From 220 GHz to 330 GHz for 6G Wireless Communications, China Communications, 18 (5), 19-32, 2021.
39. Akkaş M. A., Terahertz Teknolojisi Uygulamaları ve Terahertz Dalgalarının Kablosuz Haberleşme için Elektromanyetik Modellemesi, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 18, 190-200, 2018.
40. Kokkoniemi J., Lehtomäki J., and Juntti M., A Line-of-sight Channel Model for the 100–450 Gigahertz Frequency Band, EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, 1, 1-15, 2021.
41. Maccartney G. R., Rappaport T. S., Sun S., and Deng S., Indoor Office Wideband Millimeter-Wave Propagation Measurements and Channel Models at 28 and 73 GHz for Ultra-Dense 5G Wireless Networks, IEEE Access, 3, 2388-2424, 2015.
42. Lopez-Hernandez F.J., Perez-Jimenez R. and Santamaria A., Modified Monte Carlo Scheme for High-Efficiency Simulation of The Impulse Response on Diffuse IR Wireless Indoor Channels, Electronics Letters, 34 (19), 1819–1820, 1998.
43. Chowdhury M.I.S., Zhang W., and Kavehrad M., Combined Deterministic and Modified Monte Carlo Method for Calculating Impulse Responses of Indoor Optical Wireless Channels, Journal of Lightwave Technology, 32 (18), 3132-3148, 2014.
44. Chvojka P., Zvanovec S., Haigh P.A., and Ghassemlooy Z., Channel Characteristics of Visible Light Communications Within Dynamic Indoor Environment, Journal of Lightwave Technology, 33 (9), 1719-1725, 2015. Çürük S.M., Alignment of Transmitters in Indoor Visible Light Communication for Flat Channel Characteristics, ETRI Journal, 44 (1), 125-134, 2022.

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Radyo Frekansı Mühendisliği

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yazarlar

Didem Boran ^*
0000-0002-4420-7308
Türkiye

Selva Muratoğlu Çürük
0000-0002-2195-7827
Türkiye

Erken Görünüm Tarihi

6 Kasım 2024

Yayımlanma Tarihi

3 Şubat 2025

Gönderilme Tarihi

9 Ekim 2023

Kabul Tarihi

23 Temmuz 2024

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2025 Cilt: 40 Sayı: 2

DOI

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1373204

IZ

https://izlik.org/JA48BE43FG

Kaynak Göster

RIS / Bibtex

APA

Boran, D., & Çürük, S. M. (2025). Deterministik ve stokastik yaklaşımlarla iç mekan Terahertz kanal karakteristiği incelemesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 40(2), 801-814. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1373204

AMA

1.Boran D, Çürük SM. Deterministik ve stokastik yaklaşımlarla iç mekan Terahertz kanal karakteristiği incelemesi. GUMMFD. 2025;40(2):801-814. doi:10.17341/gazimmfd.1373204

Chicago

Boran, Didem, ve Selva Muratoğlu Çürük. 2025. “Deterministik ve stokastik yaklaşımlarla iç mekan Terahertz kanal karakteristiği incelemesi”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 40 (2): 801-14. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1373204.

EndNote

Boran D, Çürük SM (01 Şubat 2025) Deterministik ve stokastik yaklaşımlarla iç mekan Terahertz kanal karakteristiği incelemesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 40 2 801–814.

IEEE

[1]D. Boran ve S. M. Çürük, “Deterministik ve stokastik yaklaşımlarla iç mekan Terahertz kanal karakteristiği incelemesi”, GUMMFD, c. 40, sy 2, ss. 801–814, Şub. 2025, doi: 10.17341/gazimmfd.1373204.

ISNAD

Boran, Didem - Çürük, Selva Muratoğlu. “Deterministik ve stokastik yaklaşımlarla iç mekan Terahertz kanal karakteristiği incelemesi”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 40/2 (01 Şubat 2025): 801-814. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1373204.

JAMA

1.Boran D, Çürük SM. Deterministik ve stokastik yaklaşımlarla iç mekan Terahertz kanal karakteristiği incelemesi. GUMMFD. 2025;40:801–814.

MLA

Boran, Didem, ve Selva Muratoğlu Çürük. “Deterministik ve stokastik yaklaşımlarla iç mekan Terahertz kanal karakteristiği incelemesi”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, c. 40, sy 2, Şubat 2025, ss. 801-14, doi:10.17341/gazimmfd.1373204.

Vancouver

1.Didem Boran, Selva Muratoğlu Çürük. Deterministik ve stokastik yaklaşımlarla iç mekan Terahertz kanal karakteristiği incelemesi. GUMMFD. 01 Şubat 2025;40(2):801-14. doi:10.17341/gazimmfd.1373204