وثيقة
AI-Based path loss characterization for future mobile network links.
المصدر
Master's thesis
الدولة
Oman
مكان النشر
Muscat
الناشر
Sultan Qaboos University
ميلادي
2023
اللغة
الأنجليزية
نوع الرسالة الجامعية
Master's thesis
الملخص الإنجليزي
This research delves into an AI-based approach to enhance path loss (PL) modeling in
wireless communication systems, particularly vital for advanced technologies like 4G/5G
and TETRA (Terrestrial Trunked Radio). Path loss is the reduction in power density
(attenuation) of a wireless transmission and wave as it propagates through a medium over
a long distance. Conventional methods, such as the Okumura-Hata, Extended Sakagami,
Egli, and Free Space models, face limitations, necessitating the exploration of accurate
models. Through deep learning and regression analysis, the study aims to develop a
comprehensive PL model, considering factors like frequency, antenna height, and terrain.
The research addresses the fundamental challenge of characterizing PL in 4G/5G and
TETRA systems, highlighting the need for AI strategies to enhance precision in modeling
signal attenuation.
Overall, this thesis makes significant contributions by developing AI-Based Pathloss
Characterization Models, providing a historical overview of Artificial Neural Networks
(ANN) and Support Vector Regression (SVR). The study explores typical structures and
applications of both ANN and SVR, utilizing custom-created MATLAB codes for accurate
pathloss characterization in future mobile network links. Integration of machine learning
algorithms, particularly using MATLAB's learner regression application, enhances
prediction accuracy for robust and efficient characterization in diverse scenarios.
Additionally, empirical path loss models are implemented using MATLAB code, offering
a comprehensive understanding of path loss behavior in varying environments. Result
visualization and comparative analysis in Excel improve the interpretability of path loss
predictions. The research contributes to future mobile network planning, offering insights
for optimizing signal propagation estimations, aiding in efficient network design and
performance across diverse operational scenarios. This work recognizes the pivotal role of
accurate path loss models in shaping the performance, capacity, and efficiency of wireless
communication systems, aligning with the evolving demands of present and future wireless
communication technologies.
This thesis accentuates the significance of fine-tuning path loss prediction models for
TETRA and GSM systems, recognizing their sensitivity to dataset variations. TETRA's AI
model demonstrates commendable performance (RMSE: 0.00 to 10.898 dB), alongside
both AI and modified empirical models (RMSE: 7.386 to 16.120). GSM exhibits superior
predictive ability in all models, leveraging AI (RMSE: 0.004 to 2.572 dB) and modified
empirical models (RMSE: 2.544 to 19.799 dB). The study underscores the location-specific
nature of real-world data models, showcasing TETRA's need for adaptations and GSM's
requirement for adjustments in diverse scenarios. Emphasizing the critical role of model fine-tuning in wireless communication systems, the results provide a comprehensive
understanding utilizing RMSE, MAE, and MSE metrics.
الملخص العربي
یتعمق ھذا البحث في نھج قائم على الذكاء الاصطناعي لتعزیز نمذجة فقدان المسار (PL (في أنظمة الاتصالات
اللاسلكیة، وھو أمر حیوي بشكل خاص للتقنیات المتقدمة مثل G/4G5 و TETRA) الرادیو الأرضي الجذعي). فقدان
المسار ھو انخفاض كثافة الطاقة (التوھین) للإرسال اللاسلكي والموجة أثناء انتشارھا عبر وسیط على مسافة طویلة.
تواجھ الطرق التقلیدیة، مثل نماذج Hata-Okumura و Sakagami Extended و Egli و Space Free
، قیودا ، مما یستلزم استكشاف نماذج دقیقة. من خلال التعلم العمیق وتحلیل الانحدار، تھدف الدراسة إلى تطویر
نموذج PL شامل، مع مراعاة عوامل مثل التردد وارتفاع الھوائي والتضاریس. یتناول البحث التحدي الأساسي المتمثل
في توصیف PL في أنظمة G/4G5 وTETRA، مع تسلیط الضوء على الحاجة إلى استراتیجیات الذكاء الاصطناعي
لتعزیز الدقة في نمذجة توھین الإشارة.
بشكل عام، تقدم ھذه الأطروحة مساھمات كبیرة من خلال تطویر نماذج توصیف المسار القائمة على الذكاء
الاصطناعي، مما یوفر نظرة عامة تاریخیة على الشبكات العصبیة الاصطناعیة (ANN (وانحدار متجھ الدعم
(SVR(. تستكشف الدراسة الھیاكل والتطبیقات النموذجیة لكل من ANN وSVR، باستخدام رموز MATLAB التي
تم إنشاؤھا خصیصا لتوصیف دقیق لفقدان المسار في روابط شبكة الھاتف المحمول المستقبلیة. یعزز تكامل
خوارزمیات التعلم الآلي، لا سیما باستخدام تطبیق انحدار المتعلم في MATLAB، دقة التنبؤ من أجل توصیف قوي
وفعال في سیناریوھات متنوعة. بالإضافة إلى ذلك، یتم تنفیذ نماذج فقدان المسار التجریبیة باستخدام كود MATLAB،
مما یوفر فھما شاملا لسلوك فقدان المسار في بیئات مختلفة. یعمل تصور النتائج والتحلیل المقارن في Excel على
تحسین إمكانیة تفسیر تنبؤات فقدان المسار. ویساھم البحث في التخطیط المستقبلي لشبكات الھاتف المحمول، ویقدم
رؤى لتحسین تقدیرات انتشار الإشارة، والمساعدة في تصمیم الشبكة وأدائھا بكفاءة عبر سیناریوھات تشغیلیة متنوعة.
یعترف ھذا العمل بالدور المحوري لنماذج فقدان المسار الدقیقة في تشكیل أداء وسعة وكفاءة أنظمة الاتصالات
اللاسلكیة، بما یتماشى مع المتطلبات المتطورة لتقنیات الاتصالات اللاسلكیة الحالیة والمستقبلیة.
تبرز ھذه الأطروحة أھمیة الضبط الدقیق لنماذج التنبؤ بفقدان المسار لأنظمة TETRA وGSM، مع الاعتراف
بحساسیتھا لتغیرات مجموعة البیانات. یوضح نموذج TETRA الذكاء الاصطناعي أداء جدیرا بالثناء ( RMSE:
0.00 إلى 10.898)، إلى جانب كل من النماذج التجریبیة الذكاء الاصطناعي والمعدلة (7.386 :RMSE إلى
16.120). یظھر GSM قدرة تنبؤیة فائقة في جمیع النماذج، مستفیدا من الذكاء الاصطناعي ( 0.004 :RMSE
إلى 2.572) والنماذج التجریبیة المعدلة (2.544 :RMSE إلى 19.799). وتؤكد الدراسة على الطبیعة الخاصة
بالموقع لنماذج البیانات في العالم الحقیقي، وتعرض حاجة تیترا إلى التعدیلات ومتطلبات النظام العالمي للاتصالات المتنقلة لإجراء تعدیلات في سیناریوھات متنوعة. مع التأكید على الدور الحاسم للضبط الدقیق للنموذج في أنظمة الاتصالات اللاسلكیة، توفر النتائج فھما شاملا باستخدام مقاییس RMSE وMAE وMSE.
اللاسلكیة، وھو أمر حیوي بشكل خاص للتقنیات المتقدمة مثل G/4G5 و TETRA) الرادیو الأرضي الجذعي). فقدان
المسار ھو انخفاض كثافة الطاقة (التوھین) للإرسال اللاسلكي والموجة أثناء انتشارھا عبر وسیط على مسافة طویلة.
تواجھ الطرق التقلیدیة، مثل نماذج Hata-Okumura و Sakagami Extended و Egli و Space Free
، قیودا ، مما یستلزم استكشاف نماذج دقیقة. من خلال التعلم العمیق وتحلیل الانحدار، تھدف الدراسة إلى تطویر
نموذج PL شامل، مع مراعاة عوامل مثل التردد وارتفاع الھوائي والتضاریس. یتناول البحث التحدي الأساسي المتمثل
في توصیف PL في أنظمة G/4G5 وTETRA، مع تسلیط الضوء على الحاجة إلى استراتیجیات الذكاء الاصطناعي
لتعزیز الدقة في نمذجة توھین الإشارة.
بشكل عام، تقدم ھذه الأطروحة مساھمات كبیرة من خلال تطویر نماذج توصیف المسار القائمة على الذكاء
الاصطناعي، مما یوفر نظرة عامة تاریخیة على الشبكات العصبیة الاصطناعیة (ANN (وانحدار متجھ الدعم
(SVR(. تستكشف الدراسة الھیاكل والتطبیقات النموذجیة لكل من ANN وSVR، باستخدام رموز MATLAB التي
تم إنشاؤھا خصیصا لتوصیف دقیق لفقدان المسار في روابط شبكة الھاتف المحمول المستقبلیة. یعزز تكامل
خوارزمیات التعلم الآلي، لا سیما باستخدام تطبیق انحدار المتعلم في MATLAB، دقة التنبؤ من أجل توصیف قوي
وفعال في سیناریوھات متنوعة. بالإضافة إلى ذلك، یتم تنفیذ نماذج فقدان المسار التجریبیة باستخدام كود MATLAB،
مما یوفر فھما شاملا لسلوك فقدان المسار في بیئات مختلفة. یعمل تصور النتائج والتحلیل المقارن في Excel على
تحسین إمكانیة تفسیر تنبؤات فقدان المسار. ویساھم البحث في التخطیط المستقبلي لشبكات الھاتف المحمول، ویقدم
رؤى لتحسین تقدیرات انتشار الإشارة، والمساعدة في تصمیم الشبكة وأدائھا بكفاءة عبر سیناریوھات تشغیلیة متنوعة.
یعترف ھذا العمل بالدور المحوري لنماذج فقدان المسار الدقیقة في تشكیل أداء وسعة وكفاءة أنظمة الاتصالات
اللاسلكیة، بما یتماشى مع المتطلبات المتطورة لتقنیات الاتصالات اللاسلكیة الحالیة والمستقبلیة.
تبرز ھذه الأطروحة أھمیة الضبط الدقیق لنماذج التنبؤ بفقدان المسار لأنظمة TETRA وGSM، مع الاعتراف
بحساسیتھا لتغیرات مجموعة البیانات. یوضح نموذج TETRA الذكاء الاصطناعي أداء جدیرا بالثناء ( RMSE:
0.00 إلى 10.898)، إلى جانب كل من النماذج التجریبیة الذكاء الاصطناعي والمعدلة (7.386 :RMSE إلى
16.120). یظھر GSM قدرة تنبؤیة فائقة في جمیع النماذج، مستفیدا من الذكاء الاصطناعي ( 0.004 :RMSE
إلى 2.572) والنماذج التجریبیة المعدلة (2.544 :RMSE إلى 19.799). وتؤكد الدراسة على الطبیعة الخاصة
بالموقع لنماذج البیانات في العالم الحقیقي، وتعرض حاجة تیترا إلى التعدیلات ومتطلبات النظام العالمي للاتصالات المتنقلة لإجراء تعدیلات في سیناریوھات متنوعة. مع التأكید على الدور الحاسم للضبط الدقیق للنموذج في أنظمة الاتصالات اللاسلكیة، توفر النتائج فھما شاملا باستخدام مقاییس RMSE وMAE وMSE.
قالب العنصر
الرسائل والأطروحات الجامعية