Directional Channel Characterization for Industrial Robots at mmWave Frequencies.
Author
Yadav, Arun
Term
4. Semester
Education
Publication year
2022
Submitted on
2022-06-01
Pages
107
Abstract
Industry 4.0 depends on reliable device-to-device (D2D) wireless links. To design them well, it is important to understand why signal amplitude varies over time and frequency, especially at millimeter-wave (mmWave) frequencies. Many mmWave channel measurements struggle to separate variations caused by fast fading (rapid changes from multipath interference) from those caused by transitions between non-line-of-sight (NLOS) and line-of-sight (LOS). This project uses a directional radio-frequency (RF) channel sounding approach with multiple separated RF tones so that fading across tones is uncorrelated; this helps categorize the sources of amplitude variation. We performed a series of measurements and processed the data to estimate frequency correlation, the K-factor (ratio of direct-path to scattered power), and multipath spread. Based on these, we defined the coherence bandwidth, the range of frequencies over which the channel response remains similar. The results show that coherence bandwidth is larger when both the directional transmitter and receiver have a clear LOS path. In rich fading environments, coherence bandwidth decreases as the distance between transmitter and receiver increases. It also decreases as the spacing between RF test tones increases. These measurements quantify how channel conditions affect coherence bandwidth in practical mmWave D2D scenarios.
Industri 4.0 bygger på pålidelige trådløse D2D-forbindelser. For at designe dem rigtigt er det vigtigt at forstå, hvorfor signalamplituden varierer over tid og frekvens, især ved millimeterbølge (mmWave) frekvenser. Mange kanalmålinger ved mmWave kan ikke tydeligt skelne mellem variationer forårsaget af hurtig fadning (hurtige ændringer pga. flervejsinterferens) og variationer, der skyldes skift mellem non-line-of-sight (NLOS) og line-of-sight (LOS). I dette projekt anvendes en retningsbestemt RF-kanalopmåling med flere adskilte RF-toner, så fadningen mellem tonerne er ukorreleret; dette gør det muligt at kategorisere kilderne til amplitudevariation. Vi gennemførte en række målinger og behandlede data for at bestemme frekvenskorrelation, K-faktor (forholdet mellem direkte sti og spredt effekt) og multipath-spredning. På den baggrund definerede vi kohærensbåndbredden, dvs. det frekvensområde hvor kanalens respons er stort set ens. Resultaterne viser, at kohærensbåndbredden er større, når både den retningsbestemte sender og modtager har fri sigtelinje (LOS). I kanaler med rig fadning falder kohærensbåndbredden, jo større afstanden mellem sender og modtager er. Kohærensbåndbredden falder også, når afstanden mellem RF-toner øges. Disse målinger kvantificerer, hvordan kanalkonditioner påvirker kohærensbåndbredde i praktiske D2D-scenarier ved mmWave.
[This apstract has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]