[pt] A óptica de espaço livre (FSO), inicialmente estudada na década de 60,
está atraindo atenção no contexto dos sistemas 5G+, que exige tecnologias de
back-hauling sem fio com taxas de dados extremamente altas em distâncias de
poucos quilômetros. A atual falta de um modelo global de perda de percurso
para FSO motiva o estudo do comportamento do enlace óptico sob diferentes
condições atmosféricas. Esta tese trata do desenvolvimento de modelos para
prever a atenuação devido a neblina e chuva para projetar enlaces FSO em
tecnologias 5G e além. Estudamos os bancos de dados de medições de superfície
disponíveis em todo o mundo como referência para analisar as respostas do
FSO considerando os dados disponíveis de longo prazo e descobrimos que o
maior impacto na visibilidade em todo o mundo é causado por neblina, neve e
chuva. Assim, selecionamos neblina e chuva como o foco deste estudo. Vários
modelos de perda de percurso, baseados na visibilidade, são avaliados através
de uma abordagem analítica. Propomos modelos de limite inferior e superior
para estimar a atenuação específica devido ao nevoeiro considerando incertezas
quanto à sensibilidade da atenuação específica, gama, em função da visibilidade em
1.550 micrômetros e o melhor ajuste aos resultados do modelo microfísico. Com relação
à atenuação causada pela chuva, estudamos modelos disponíveis na literatura
para enlaces de micro-ondas e os modificamos para aplicação em enlaces FSO.
Quando os efeitos de espalhamento múltiplo são considerados, foi encontrada
uma redução significativa na atenuação da chuva. Construímos a partir dos
modelos, um método para combinar estatisticamente a atenuação em enlaces
FSO causada por diferentes condições climáticas. O desempenho dos enlaces
ópticos é avaliado em termos do máximo comprimento do enlace em relação à
disponibilidade sob quatro condições climáticas: (i) somente chuva, (ii) somente
neblina, (iii) chuva e neblina, e (iv) e todas as condições. Finalmente, eventos
experimentais para os enlaces FSO e mmWave implementados no campus
Leonardo do Politecnico di Milano são classificados e analisados dependendo
do efeito atmosférico estudado: chuva estratiforme, chuva convectiva, chuva
leve, vento, neblina pesada, neve e outros. / [en] Free-space optics (FSO), initially studied in the 60s, is attracting attention in the frame of 5G+ systems, which demands wireless back-hauling
technologies with extremely high data rates over distances up to a few kilometers. The current lack of a global path loss model for FSO motivates studying
the optical link s behavior under different atmospheric conditions. This thesis deals with the development of models for predicting the attenuation due
to fog and rain for designing FSO links in 5G and beyond technologies. We
study extensive surface measurement databases worldwide as a benchmark for
analyzing FSO responses considering available long-term data. We find that
the highest impact on visibility worldwide is caused by fog, snow, and rain.
Thus, we select fog and rain as the focus of this study. Several path loss models
based on visibility are assessed. We propose lower and upper-bound models to
estimate the specific attenuation, gamma, due to fog which considers uncertainties
as the sensitivity of gamma to the visibility at 1.550 µm and a micro-physical model
of fog. Regarding attenuation caused by rain, we study models available in the
literature for microwave links and modify them for application to FSO. When
the multiple scattering effects are considered, a significant reduction in the
rain attenuation has been found. From the findings, we build a method to statistically combine the attenuation effects on FSO caused by different weather
conditions. The performance of FSO links is assessed in terms of the maximum
link range against availability under four weather conditions: (i) rain only, (ii)
fog only, (iii) rain and fog, and (iv) all conditions. Finally, experimental events
for FSO and mmWave links implemented at Leonardo Campus of Politecnico
di Milano are classified and analyzed depending on the studied atmospheric
effects: stratiform rain, convective rain, light rain, wind, heavy fog, snow, and
others.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:60297 |
| Date | 22 August 2022 |
| Creators | CLARA ELIZABETH VERDUGO MUNOZ |
| Contributors | LUIZ ALENCAR REIS DA SILVA MELLO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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