Sateen aiheuttama vaimennus mobiiliverkkojen radiolinkeissä

Thumbnail Image

Files

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Electrical Engineering | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2025-12-04

Department

Major/Subject

Information Technology

Mcode

Degree programme

Bachelor's Programme in Electrical Engineering
Sähkötekniikan kandidaattiohjelma
Kandidatprogrammet i elektroteknik

Language

fi

Pages

29

Series

Abstract

This bachelor’s thesis discusses rain attenuation in mobile network radio links. Wireless data transmission in such links is always subject to various disturbances as radio waves propagate through the atmosphere, and rain is one of the weather-related factors that causes attenuation in radio links worldwide. This study was conducted as a literature review, complemented by a short Matlab simulation. The aim of this study was to examine the physical and meteorological phenomena related to rain and radio waves that contribute to rain attenuation. In addition, the study sought to evaluate and illustrate the magnitude of rain attenuation through a computationally implemented simulation. The thesis found that two physical phenomena—absorption and scattering—play a key role in determining the magnitude of rain attenuation. The analysis showed that as the operating frequency increases, these effects intensify significantly, particularly at the frequencies used in 5G mobile networks. For the modelling and numerical evaluation of rain attenuation, the ITU-R P.838-3 recommendation was introduced, forming the basis for the Matlab simulation. The simulation demonstrated that the magnitude of rain attenuation clearly depends on both the operating frequency and the rain intensity. Based on the literature review and the simulation, it can be concluded that rain attenuation must be taken into account in the design of mobile network radio links. The results showed that attenuation becomes significantly more pronounced when using millimetre-wave frequencies, where, according to the simulation, attenuation may reach several tens of decibels in heavy rain. Under typical rain intensities in Finland, however, the attenuation was found to be considerably lower, usually at most a few decibels. Furthermore, in shorter high-frequency radio links, the attenuation typically remains below one decibel.

Mobiiliverkkojen radiolinkeissä tapahtuvaan langattomaan tiedonsiirtoon liittyy aina erilaisia häiriötekijöitä, kun radioaallot etenevät ilmakehässä. Sade on yksi sääolosuhteisiin liittyvä häiriötekijä, joka aiheuttaa vaimennusta radiolinkeissä maailmanlaajuisesti. Tässä kandidaatintyössä tutkittiin sateen aiheuttamaa vaimennusta mobiiliverkkojen radiolinkeissä. Työ toteutettiin kirjallisuustutkimuksena, jonka lopussa tehtiin lyhyt Matlab-simulaatio. Kandidaatintyön tavoitteena oli tarkastella vaimennusta aiheuttavia sateeseen sekä radioaaltoihin liittyviä fysikaalisia ja meteorologisia ilmiöitä. Lisäksi työssä pyrittiin arvioimaan sekä havainnollistamaan sateen aiheuttaman vaimennuksen suuruutta laskennallisesti toteutetun simulaation avulla. Työssä todettiin, että sateen aiheuttaman vaimennuksen suuruuteen vaikuttavat olennaisesti kaksi fysikaalista ilmiötä: absorptio sekä sironta. Näiden ilmiöiden tutkiminen osoitti, kuinka taajuuden kasvaessa ne voimistuvat merkittävästi, erityisesti 5G-mobiiliverkoissa käytetyillä taajuuksilla. Sateen vaimennuksen mallinnusta ja numeerista evaluointia varten työssä esiteltiin ITU-R P.838-3 -suositus, jonka pohjalta toteutettiin lyhyt Matlab-simulaatio. Simulaatio osoitti, kuinka sateen aiheuttaman vaimennuksen suuruus riippuu selvästi sekä käytetystä taajuudesta että sateen intensiteetistä. Kirjallisuustutkimuksen ja toteutetun simulaation perusteella havaittiin, että sateen aiheuttama vaimennus mobiiliverkkojen radiolinkeissä korostuu erityisesti korkeilla taajuuksilla. Millimetriaaltoja käytettäessä simulaation tulosten perusteella vaimennus voi olla jopa usean kymmenen desibelin suuruista. Suomessa esiintyvillä sateen intensiteeteillä vaimennuksen todettiin kuitenkin olevan huomattavasti pienempää, yleensä korkeintaan muutaman desibelin suuruista. Lisäksi korkeataajuusalueen lyhyemmillä radiolinkeillä vaimennus jää tyypillisesti alle yhden desibelin.

Description

Supervisor

Lassila, Pasi

Thesis advisor

Ruttik, Kalle

Keywords

langaton tiedonsiirto, mobiiliverkot, radiolinkki, sateen aiheuttama vaimennus, ITU-R P.838-3

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202512129080

Collections

[kand] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC