Rain Attenuation Mitigation Techniques in Terahertz-Band Communication for Wireless Data Transmission

Abstract

The increasing demand for higher wireless data rates has directed attention towards terahertz-band (0.1 to 10THz) communication, which offers substantial transmission bandwidths capable of supporting terabit-per-second (Tbps) links. However, atmospheric conditions, particularly rain, significantly affect the higher frequencies in this band, causing substantial signal attenuation. This paper explores various rain attenuation mitigation techniques essential for maintaining the quality of THz-band communication. Techniques such as amplification, equalization, forward error correction, and diversity methods are analyzed for their effectiveness, advantages, and limitations. Additionally, adaptive coding and modulation, site diversity, power control, time diversity, and reconfigurable antenna patterns are evaluated to provide a comprehensive approach to mitigating rain-induced signal degradation. The paper also compares empirical and semi-empirical models, including ITU-R, Mie scattering, and Liebe’s models, which predict rain attenuation accurately. By deploying these mitigation strategies, it is possible to achieve reliable and high-quality THz-band communication even under adverse weather conditions.

La demande croissante en débits de données sans fil plus élevés a orienté l’attention vers les communications en bande térahertz (0,1 à 10 THz), offrant des largeurs de bande de transmission considérables capables de supporter des liaisons à plusieurs térabits par seconde (Tbps). Cependant, les conditions atmosphériques, en particulier la pluie, affectent significativement les fréquences élevées de cette bande, provoquant une atténuation importante du signal. Cet article explore diverses techniques d’atténuation des effets de la pluie, essentielles pour maintenir la qualité des communications en bande THz. Des techniques telles que l’amplification, l’égalisation, la correction d’erreur anticipée (FEC) et les méthodes de diversité sont analysées pour leur efficacité, leurs avantages et leurs limites. De plus, des approches telles que la modulation et codage adaptatifs, la diversité de site, le contrôle de puissance, la diversité temporelle et les motifs d’antenne reconfigurables sont évaluées afin de proposer une stratégie complète pour atténuer la dégradation du signal causée par la pluie. L’article compare également des modèles empiriques et semi-empiriques, notamment ceux de l’UIT-R, de la diffusion de Mie et de Liebe, qui prédisent avec précision l’atténuation due à la pluie. En déployant ces stratégies d’atténuation, il est possible d’assurer des communications fiables et de haute qualité en bande THz, même dans des conditions météorologiques défavorables.