Оптимизация модифицированной эмпирической модели для сети 2,3 ГГц стандарта LTE. Пример исследования в FUTO

Автор(и)

  • А. О. Аканде Федеральный технологический университет, Оверри, Nigeria
  • Ф. А. Семир Технологический университет Ладоке Акинтола, Огбомосо, Nigeria
  • З. К. Адеемо Технологический университет Ладоке Акинтола, Огбомосо, Nigeria
  • К. К. Агубор Федеральный технологический университет, Оверри, Nigeria

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347022010046

Ключові слова:

среднеквадратичная ошибка, RMSE, модель COST 231-Hata, модель Okumura-Hata, модель Egli, модель ECC-22, сеть 4G LTE

Анотація

Потери на трассе PL (Path Loss) — это фактор, который влияет на ухудшение сигнала в канале беспроводной связи, и может прогнозироваться с помощью эмпирических моделей, таких как Окумура-Хата (Okumura-Hata), Егли (Egli), COST, и ECC-33. Известно, что эти модели не являются точными при использовании в областях, отличных от тех, для которых они предназначены. В этой статье рассматривается модификация и оптимизация эмпирической модели, пригодной для прогнозирования затухания сигнала PL в сети 4G стандарта долгосрочного развития LTE (Long Term Evolution). Полученные измеренные значения PL сравниваются с результатами для существующих моделей для определения модели, обеспечивающей результаты, наиболее близкие к измеренным. Модель Okumura-Hata, дающая самые близкие результаты к измеренным значениям, модифицирована с помощью показателя функции потерь, полученного на территории нигерийского федерального технологического университета Оверри FUTO (Federal University of Technology, Owerri), и оптимизирована для достижения лучшей рабочей эффективности при использовании разработанной авторегрессионной AR (AutoRegressive) модели. Программное обеспечение MATLAB использовано для моделирования измеренных и существующих данных, модифицированной и оптимизированной opt(ARm) AR моделей. Рабочие характеристики существующих и opt(ARm) моделей оценивались с помощью среднеквадратичной ошибки RMSE (root mean square error). Полученные результаты показали, что предлагаемая opt(ARm) модель является наилучшей по сравнению с существующими моделями, благодаря присущему ей наименьшему значению RMSE, поэтому она может быть использована для оценивания PL мобильного радиосигнала в университете FUTO (Нигерия).

Посилання

A. L. Imoize, T. E. Ogunfuwa, “Propagation measurements of a 4G LTE network in Lagoon environment,” Niger. J. Technol. Dev., vol. 16, no. 1, p. 1, 2019, doi: https://doi.org/10.4314/njtd.v16i1.1.

T. S. Rappaport, Wireless Comunications - Principles and Practice, 2nd ed. New Jersey: Prentice Hall, 2002.

M. R. Alexander, “Understanding and predicting urban propagation losses,” Naval Postgraduate School, 2009.

M. Hata, “Empirical formula for propagation loss in land mobile radio services,” IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 29, no. 3, pp. 317–325, 1980, doi: https://doi.org/10.1109/T-VT.1980.23859.

A. Ekeocha, N. Onyebuchi, L. Uzoechi, G. Ononiwu, “Optimization of cost 231 model for 3G wireless communication signal in suburban area of Port Harcourt, Nigeria,” Int. J. Eng. Sci. Res. Technol., vol. 5, no. 5, pp. 83–88, 2016, doi: https://doi.org/10.5281/zenodo.50980.

C. Cox, An Introduction to LTE. Chichester, UK: Wiley, 2014.

D. S. Nyitamen, M. Ahmed, T. A. Danladi, “Path loss propagation model prediction for GSM mobile network planning in Kaduna Town,” Int. J. Eng. Sci. Res. Technol., vol. 4, no. 4, pp. 345–352, 2015, uri: https://www.academia.edu/12380445/PATH_LOSS_PROPAGATION_MODEL_PREDICTION_FOR_GSM_MOBILE_NETWORK_PLANNING_IN_KADUNA_TOWN.

K. M. Aied, A. J. Ahmed, “Performance evaluation of path loss in mobile channel for Karada District in Baghdad City,” Eng. Technol. J., vol. 30, no. 17, pp. 3023–3038, 2012, uri: https://www.iasj.net/iasj/article/66070.

V. S. Abhayawardhana, I. J. Wassell, D. Crosby, M. P. Sellars, M. G. Brown, “Comparison of empirical propagation path loss models for fixed wireless access systems,” in IEEE 61st Vehicular Technology Conference, 2005, pp. 73–77.

C. I. Abiodun, J. S. Ojo, “Determination of probability distribution function for modelling path loss for wireless channels applications over micro-cellular environments of Ondo State, Southwestern Nigeria,” World Sci. News, vol. 118, pp. 74–88, 2019, uri: https://bibliotekanauki.pl/articles/1075736.

J. O. Eichie, O. D. Oyedum, M. O. Ajewole, A. M. Aibinu, “Comparative analysis of basic models and artificial neural network based model for path loss prediction,” Prog. Electromagn. Res. M, vol. 61, pp. 133–146, 2017, doi: https://doi.org/10.2528/PIERM17060601.

S. A. Mawjoud, “Comparison of propagation model accuracy for long term evolution (LTE) cellular network,” Int. J. Comput. Appl., vol. 79, no. 11, pp. 41–45, 2013, doi: https://doi.org/10.5120/13789-1931.

E. T. Tchao, J. D. Gadze, J. Obeng, “Performance evaluation of a deployed 4G LTE network,” Int. J. Adv. Comput. Sci. Appl., vol. 9, no. 3, 2018, doi: https://doi.org/10.14569/IJACSA.2018.090325.

A. Obot, O. Simeon, J. Afolayan, “Comparative analysis of path loss prediction models for urban macrocellular environments,” Niger. J. Technol., vol. 30, no. 3, pp. 50–59, 2011, uri: https://www.ajol.info/index.php/njt/article/view/123543.

A. A. Nwaokoro, N. Chukwuchekwa, K. C. Emerole, “Evaluation of the strength of signal received by a GSM network (MTN) in Owerri Metropolis using drive test,” Int. J. Eng. Technol., vol. 6, no. 1, pp. 17–27, 2016, uri: https://www.researchgate.net/publication/322293853_Evaluation_of_the_Strength_of_Signal_Received_By_A_GSM_Network_MTN_In_Owerri_Metropolis_Using_Drive_Test.

A. N. Jadhav, S. S. Kale, “Suburban area path loss propagation prediction and optimization using Hata model at 2375 MHz,” Int. J. Adv. Res. Comput. Commun. Eng., vol. 3, no. 1, pp. 5004–5008, 2014, uri: https://www.ijarcce.com/upload/2014/january/IJARCCE3F__s_sachin_Suburban.pdf.

P. Kumar, B. Patil, S. Ram, “Selection of radio propagation model for long term evolution (LTE) network,” Int. J. Eng. Res. Gen. Sci., vol. 3, no. 1, pp. 373–379, 2015, uri: http://pnrsolution.org/Datacenter/Vol3/Issue1/48.pdf.

G. A. Abed, M. Ismail, K. Jumari, “Modeling and performance evaluation of LTE networks with different TCP variants,” Int. Sch. Sci. Res. Innov., vol. 5, no. 3, pp. 443–448, 2011, uri: https://www.researchgate.net/publication/292056029_Modeling_and_performance_evaluation_of_LTE_networks_with_different_TCP_variants.

J. Isabona, C. Konyeha, “Experimental study of UMTS radio signal propagation characteristics by field measurement,” Am. J. Eng. Res., vol. 2, no. 7, pp. 99–106, 2013, uri: https://www.researchgate.net/publication/275350751_Experimental_Study_of_Umts_Radio_Signal_Propagation_Characteristics_by_Field_Measurement.

N. S. Nkordeh, A. A. Atayero, F. E. Idachaba, O. O. Oni, “LTE network planning using the Hata-Okumura and the COST-231 Hata pathloss models,” in Proceedings of the World Congress on Engineering, 2014, uri: https://www.researchgate.net/publication/277015846_LTE_Network_Planning_using_the_Hata-Okumura_and_the_COST-231_Hata_Pathloss_Models.

B. O. Omijeh, I. C. Nnaemeka, “Determination of a path loss model for long term evolution (LTE) in FESTAC town Lagos,” Int. J. Sci. Eng. Res., vol. 9, no. 2, pp. 776–786, 2018, uri: https://www.ijser.org/researchpaper/DETERMINATION-OF-A-PATHLOSS-MODEL-FOR-LONG-TERM-EVOLUTION-LTE-IN-FESTAC-TOWN-LAGOS.pdf.

N. Shabbir, H. Kashif, “Radio resource management in WiMAX,” Blekinge Institute of Technology, 2009.

J. Milanovic, S. Rimac-Drlje, K. Bejuk, “Comparison of propagation models accuracy for WiMAX on 3.5 GHz,” in 2007 14th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems, 2007, pp. 111–114, doi: https://doi.org/10.1109/ICECS.2007.4510943.

J. Walfisch, H. L. Bertoni, “A theoretical model of UHF propagation in urban environments,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 36, no. 12, pp. 1788–1796, 1988, doi: https://doi.org/10.1109/8.14401.

J. Isabona, S. Azi, “Optimised Walfisch-Bertoni model for pathloss prediction in urban propagation environment,” Int. J. Eng. Innov. Technol., vol. 2, no. 5, pp. 14–20, 2012.

A. A. Nwaokoro, C. Nkwachukwu, O. C. Nosiri, “Signal strength evaluation of a 3G network in Owerri metropolis using path loss propagation model at 2.1GHz,” IOSR J. Electron. Commun. Eng., vol. 11, no. 6, pp. 44–53, 2016, doi: https://doi.org/10.9790/2834-1106044453.

A. Ekeocha, O. Nosiri, L. O. Uzoechi, “Path loss characterization of 3G wireless signal for urban and suburban environments in Port Harcourt City, Nigeria,” Int. Res. J. Eng. Technol., vol. 3, no. 3, pp. 16–23, 2016.

W. C. Y. Lee, “Estimate of local average power of a mobile radio signal,” IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 34, no. 1, pp. 22–27, 1985, doi: https://doi.org/10.1109/T-VT.1985.24030.

Z. K. Adeyemo, A. O. Akande, A. O. Fawole, “Investigation of some existing prediction models and development of a modified model for UMTS signal in Owerri, Nigeria,” Int. J. Commun. Antenna Propag., vol. 7, no. 4, p. 290, 2017, doi: https://doi.org/10.15866/irecap.v7i4.10057.

Маршрут драйв-теста с указанием интенсивности сигнала и местоположения антенн

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-01-20 — Оновлено 2022-01-20

Як цитувати

Аканде, А. О., Семир, Ф. А., Адеемо, З. К., & Агубор, К. К. (2022). Оптимизация модифицированной эмпирической модели для сети 2,3 ГГц стандарта LTE. Пример исследования в FUTO. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 65(1), 33–54. https://doi.org/10.20535/S0021347022010046

Номер

Том 65 № 1 (2022)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.