Wireless channel modeling in the TVWS band based on measurements

Abstract

In this thesis, we study TV white space (TVWS) bands, which can be used in next generation networks, in indoor-indoor and indoor-outdoor environments. Path loss measurements are taken at the beginning, middle, and at the end of TVWS band. In addition, ray tracing simulation results are obtained in air-ground TVWS channel environment. Indoor-indoor measurement results are compared with different indoor propagation models in the literature and a new indoor propagation model for TVWS frequencies is proposed, which concatenates the effects of frequency dependent path loss with penetration losses due to floors, walls, and windows. Performance comparison with existing models show that the proposed model achieves superior performance in terms of standard deviation of estimation error (STD). Similarly, for indoor-outdoor environment, measurements results are fitted to log normal shadowing model. An important observation is that the standard deviation of the shadowing coefficient varies greatly at short and long distances. A distance threshold is determined to differentiate between different short distance and long distance shadowing zones. The results indicate that the shadowing standard deviation is reduced at all transmission frequencies distance zones. For air-ground channels, ray tracing simulations are performed. Channel parameters are calculated using log normal shadowing model in two different types of scenarios (high rise buildings and sub-urban). It is found that high rise buildings scenario has high shadowing and high path loss coefficient compared to sub-urban which has low shadowing and low path loss coefficient.

Bu tezde, Televizyon beyaz bandlarında binaiçi ve binaiçinden binadışına yapılan kanal ölçüm sonuçları sunulmuştur. Ölçümler TV bandının başında, ortasında ve sonunda bulunan frekanslarda yapılmıştır. Ayrıca hava yer kanalları için ışın takip yöntemi kullanılarak benzetim sonuçları elde edilmiştir. Binaiçi ölçüm sonuçları literatürde bulunan diğer yol kaybı modelleri ile karşılaştırılmış ve TVWS frekansları için yeni bir model önerilmiştir. Yeni model frekansa bağlı olan yol kaybı değerine ek olarak kapı, pencere ve katlar arasında bulunan kayıpları göz önüne almaktadır. Diğer modellerle karşılaştırıldağında yeni önerdiğimiz modelin daha iyi STD performansına sahip olduğu gözlşenmiştir. Benzer olarak bina içinden bina dışına olan yol kaybı modeli için log normal gölgeleme modeli seçilmiştir. Kısa ve uzun mesafelerde yapılan ölçümlerde gölgeleme standart sapma değerleri arasında fark olduğu gözlemlenmiştir. Kısa ve uzun mesafe ayrımı için bir eşik değer tanımlanmıştır. Alınan sonuçlar her frekans bandından hata oranının azaldığını göstermiştir. Hava-yer kanallarında, ışın izleme yöntemi kullanılarak benzetim sonuçları elde edilmiştir. Yüksek katlı binalar ve banliyöler için yapılan çalışmalarda yüksek katlı binalarda hem yol kaybı hem de gölgeleme paramatrelerinin daha yüksek olduğu belirlenmiştir.