Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การวิเคราะห์และประเมินประสิทธิภาพของการสื่อสารไร้สายระหว่างเรือในทะเลกับสถานีฝั่งโดยใช้ระเบียบวิธีมอนติคาร์โลเชิงรังสี

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

Performance analysis and evaluation of wireless communication between ships at sea and shore station using Monte Carlo ray method

Year (A.D.)

2016

Document Type

Thesis

First Advisor

ภาณุวัฒน์ จันทร์ภักดี

Faculty/College

Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)

Degree Name

วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

วิศวกรรมไฟฟ้า

DOI

10.58837/CHULA.THE.2016.937

Abstract

ในปัจจุบันการสื่อสารไร้สายทางทะเลได้มีความสำคัญมากขึ้นเนื่องจากการใช้งานเครือข่ายแบบแอดฮอกไร้สายทางทะเลที่เพิ่มขึ้น แต่สิ่งหนึ่งที่มีผลกระทบต่อการเชื่อมโยงสัญญาณคือการโคลงของเรืออันเกิดจากคลื่นในทะเล โดยเฉพาะเรือที่ไม่มีระบบรักษาความเสถียรของเสาอากาศจะก่อให้เกิดความคลาดเคลื่อนขอแนวสายอากาศระหว่างเสารับกับเสาส่งไม่ตรงกันเป็นหลัก ซึ่งระดับผลกระทบนั้นขึ้นอยู่กับความกว้างของแถบสัญญาณของเสาอากาศที่เรือและของเสาอากาศบนฝั่ง นอกจากนั้นแล้วสาเหตุที่ทำให้สัญญาณมีคุณภาพด้อยลงยังมาจากสาเหตุการเกิดมัลติพาทธ์เฟสดิ้ง อันเนื่องจากคลื่นสะท้อนพื้นน้ำทะเล ดังนั้นถ้าจำเป็นต้องประเมินคุณภาพของการเชื่อมโยงสัญญาณต้องสามารถพยากรณ์ประสิทธิภาพของการสื่อสารได้อย่างถูกต้อง ในการวิจัยนี้ได้เสนอแนวทางการวิเคราะห์การสื่อสารระหว่างเรือในทะเลกับสถานีฝั่งโดยใช้ระเบียบวิธีมอนติคาร์โลเชิงรังสี สำหรับการจำลองรูปแบบคลื่นในทะเลนั้นใช้การจำลองจากสเปกตรัมแบบด้านเดียวของเพียร์สัน และมอสโควิทซ์ ซึ่งระเบียบวิธีมอนติคาร์โลที่ใช้นั้นอ้างอิงจากพื้นฐานระเบียบวิธีเรย์เทร์สซิ่งซึ่งถูกใช้ในการพยากรณ์สัญญาณที่กระทบพื้นทะเลที่ไม่เรียบและเคลื่อนไหวไปมาตลอดเวลาของทุกค่าเวลา สำหรับในการปฏิบัตินั้นการคำนวณด้วยระเบียบวิธีเรย์เทร์สซิ่งถูกจำกัดให้การสะท้อนสูงสุดที่จำนวนการกระทบ ๒ ครั้ง โดยความเข้มของสัญญาณทั้งหมดที่ได้นั้นมาจากผลรวมของสัญญาณที่รับได้โดยตรงกับสัญญาณที่รับได้จากการกระทบพื้นน้ำทะเล ซึ่งสุดท้ายแล้วค่าทางสถิติที่ได้นั้นเกิดจากการหาค่าเฉลี่ยของผลลัพธ์ที่เกิดขึ้นจากหลายชุดข้อมูล โดยผลลัพธ์เชิงสถิติที่ได้จากวิธีการที่นำเสนอนั้นจะถูกนำมาเปรียบเทียบกับค่าที่ได้จากกรณีของเรือที่อยู่กับที่บนพื้นท้องทะเลเรียบเพื่อใช้ในการประเมินประสิทธิภาพของการเชื่อมโยงสัญญาณ ซึ่งข้อมูลที่ได้เบื้องต้นชี้ให้เห็นว่าการคลาดเคลื่อนของเสาอากาศระหว่างเสาอากาศรับกับเสาอากาศส่งนั้นมีผลกระทบน้อยว่าเมื่อเทียบกับผลกระทบที่เกิดจากสัญญาณที่สะท้อนพื้นน้ำทะเลที่ไม่เรียบและมีการเคลื่อนที่ไปมาตลอดเวลา

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

Nowadays a maritime wireless communication has become important due to the increase of maritime mobile ad hoc networks. One of characteristics that affects the communication link performance is the rolling of ships due to the ocean wave. For a ship without antenna stabilization, this will essentially causes the misalignment of transmitting and receiving antennas. The level of impact depends on the beam widths of both ship-based and shore station antennas. Another source of signal degradation is a multipath fading due to the scattering by the sea surface. In order to evaluate the link quality, the accurate prediction of the communication link performance is needed. In this research, an analysis of a communication between a ship at sea and a shore station by a ray-based Monte Carlo method has been proposed. Specifically, a sea surface is modeled by the one-side Pierson-Moskowitz spectrum. A Monte Carlo method based on a ray tracing has been employed to predict the scattering from the temporally evolving rough sea surface for each time step. As for a practical purpose, the maximum of double reflections has been restricted in the ray tracing. The total signal is obtained by the superposition of the direct radiated wave and the scattered field. Finally, the statistical numerical result is obtained by averaging the results from many realizations. Numerical results obtained by the proposed method are compared with the base case of a stationary ship over a flat sea surface for the link performance evaluation. The preliminary results show that the misalignment of transmitting and receiving antennas due to the rolling ship has relatively less impact on the communication link performance than the multipath fading due to the scattering by the temporally evolving rough sea surface.

Link to Full Text

Share

COinS