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Modélisation stochastique et physique de la propagation 5G indoor en bandes millimétriques

Authors
  • Nassif, Georges
Publication Date
Dec 09, 2020
Source
HAL-INRIA
Keywords
Language
French
License
Unknown
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Abstract

La 5G introduit des nouvelles bandes de fréquences, les ondes millimétriques, qui est une solution prometteuse au problème de l'épuisement du spectre grâce à la disponibilité de larges bandes passantes. Cependant, en raison de leurs propriétés de propagation, notamment leur très courte longueur d'onde, cette bande de fréquences peut avoir un impact sévère sur la transmission, conduisant à un nouveau défi majeur : la couverture indoor. Cela nécessite de nouvelles études pour répondre à trois questions fondamentales : Quel est l'impact des diverses géométries d'environnement (appartement, usine, etc.) sur la propagation des ondes millimétriques en indoor ? Quel est l'impact des divers matériaux de l'environnement (béton, bois, etc.) sur la propagation des ondes millimétriques en indoor ? et quelles méthodes de planification doit-on utiliser pour les diverses applications 5G indoor (accès fixe, industrie 4.0, etc.). Dans ce manuscrit, nous abordons ce problème à travers un nouveau cadre théorique qui combine la modélisation stochastique de l'environnement indoor avec la simulation avancée de la propagation physique. Cette approche est particulièrement adaptée pour étudier la propagation des ondes millimétriques 5G dans le cas où l'émetteur et le récepteur sont tous les deux en indoor. L'implémentation informatique de cette approche, appelée iGeoStat, génère des environnements typiques paramétrés qui tiennent compte des variations spatiales en indoor, puis simule la propagation radio en fonction de l'interaction physique entre les ondes électromagnétiques et les propriétés des matériaux. Ce cadre n'est pas dédié à un environnement, un matériau, une fréquence ou un cas d'usage particulier et vise à comprendre statistiquement l'influence des paramètres de l'environnement indoor sur les propriétés de propagation des ondes millimétriques, en particulier la couverture, le SINR et le path loss.L'implémentation d'iGeoStat soulève de nombreux défis de calcul informatique que nous résolvons en formulant un bilan de liaison adapté et de nouveaux algorithmes d'optimisation de la mémoire. Les premiers résultats de simulation pour deux applications 5G majeures (accès fixe et industrie 4.0) sont comparés à des données de mesure et montrent l'efficacité d'iGeoStat pour simuler la diffusion multiple dans des environnements réalistes, dans un temps et des ressources mémoire raisonnables. iGeostat génère des cartes qui confirment que la diffusion a potentiellement un impact majeur sur la propagation des ondes millimétriques en indoor et qu'une modélisation physique appropriée est de la plus haute importance pour générer des modèles de propagation pertinents. En utilisant iGeoStat, les principaux paramètres de propagation sont étudiés dans divers scénarios, montrant que l'indice de réfraction complexe du matériau indoor a un impact modéré sur la puissance reçue, tandis que la rugosité de surface a un impact majeur, pouvant modifier profondément le profil de puissance mesurée dans l'environnement. Diverses techniques d'accélération sont également présentées dans ce travail où nous montrons à travers les résultats de simulations que les performances d'iGeoStat peuvent être améliorées davantage et qu'il est possible d'obtenir une réduction d'au moins 50% du temps de simulation et de l'utilisation de la mémoire sans impacter l'aspect physique de la propagation.

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