一个5G城市大细胞测试环境的SINR地图
这个例子展示了如何构建一个5G城市宏单元测试环境，并在地图上可视化信号-干扰-噪声比(SINR)。测试环境基于ITU-R M.[IMT-2020]报告中定义的指南。用于评估5G无线电技术。本报告在8.2节中定义了几个测试环境和使用场景。本例中的测试环境是基于高用户密度的城市环境和以行人和车辆用户为重点的交通负荷(密集的urban - embb)。测试环境包括一个六边形单元网络和一个使用相控阵系统工具箱™实现的自定义天线阵列。
定义网络布局
5G技术的测试环境指南重用了ITU-R M.2135-1[2]报告8.3节中定义的4G技术测试网络布局，如下所示。布局由19个地点组成，呈六边形布局，每个地点有3个单元格。相邻站点之间的距离是站点间距离(ISD)，这取决于测试使用场景。对于密集的城市- embb测试环境，ISD为200米。
使用MathWorks Glasgow作为中心位置，在网络布局中创建与单元站点对应的位置。
定义中心位置位置(单元格1-3)centerSite = txsite (“名字”,“格拉斯哥MathWorks”,...“纬度”,55.862787,...“经”,-4.258523);初始化从中心位置到每个单元位置的距离和角度数组，其中每个站点有3个单元格numCellSites = 19;numCellSites siteDistances = 0 (1);numCellSites siteAngles = 0 (1);%定义6个位置内环的距离和角度(单元4-21)isd = 200;%互动网站的距离siteDistances (7) = isd;siteAngles (7) = 30:60:360;%定义6个位置的中间环的距离和角度(单元22-39)siteDistances (8:13) = 2 * * cosd isd (30);siteAngles (8:13) = 0:60:300;%定义6个位置外环的距离和角度(单元40-57)siteDistances(十四19)= 2 * isd;siteAngles(十四19)= 30:60:360;
定义单元参数
每个细胞位点有三个对应于每个细胞的发射器。创建阵列来定义每个单元发射机的名称、纬度、经度和天线角。
初始化单元发射机参数的数组numCells = numCellSites * 3;numCells cellLats = 0 (1);numCells cellLons = 0 (1);cellname =字符串(1、numCells);numCells cellAngles = 0 (1);定义电池扇区角度cellSectorAngles = [30 150 270];对于每个单元位置，填充每个单元发射器的数据cellInd = 1;为siteInd = 1: numCellSites使用距离中心位置的距离和角度来计算位置[cellLat,cellLon] =位置(中心位置，场址距离(场址)，场址角度(场址));为每个单元分配值为cellSectorAngle = cellSectorAngles (cellInd) =“细胞”+ cellInd;cellLats (cellInd) = cellLat;cellLons (cellInd) = cellLon;cellAngles (cellInd) = cellSectorAngle;cellInd = cellInd + 1;结束结束
创建发射器站点
使用上述定义的参数以及密集的城市- embb定义的配置参数创建发射站点。发射现场观众(天线工具箱)，并使用基础图财产。或者，单击右侧的第二个按钮，打开Site Viewer中的basemap选择器。选择“地形”来选择带有地形、街道和标签的基本地图。
%使用ITU-R m报告表8-2 (b)定义发送器参数。[IMT-2020.EVAL]fq = 4 e9;%载波频率(4ghz)，适用于密集的城市embbantHeight = 25;% mtxPowerDBm = 44;%总发射功率在dBmtxPower = 10 ^ ((txPowerDBm-30) / 10);%将dBm转换为W创建细胞发射站点tx = txsite (“名字”cellname,...“纬度”cellLats,...“经”cellLons,...“AntennaAngle”cellAngles,...“AntennaHeight”antHeight,...“TransmitterFrequency”fq,...“TransmitterPower”,txPower);%发射站点查看器观众= siteviewer;在地图上显示地点显示(tx);查看器。基础图=“地形”;
创建天线元素
ITU-R报告[1]第8.5节定义了基站天线的天线特性。该天线被建模为具有一个或多个天线面板，其中每个面板具有一个或多个天线单元。使用相控阵系统工具箱实现报告中定义的天线单元模式。
%定义模式参数azvec = 180:180;elvec = 90:90;我= 30;最大衰减(dB)倾斜= 0;%倾角az3dB = 65;方位角% 3db带宽el3dB = 65;% 3db的仰角带宽%定义天线模式(阿兹,el) = meshgrid (azvec elvec);azMagPattern = -12 * (az / az3dB) ^ 2;elMagPattern = -12 * ((el-tilt) / el3dB)。^ 2;combinedMagPattern = azMagPattern + elMagPattern;combinedMagPattern (combinedMagPattern <我)=我;%饱和在最大衰减phasepattern = 0(大小(combinedMagPattern));%创建天线元件antennaElement = phased.CustomAntennaElement (...“AzimuthAngles”azvec,...“ElevationAngles”elvec,...“MagnitudePattern”combinedMagPattern,...“PhasePattern”,phasepattern);显示辐射图f =图;模式(antennaElement fq);
显示单天线元件的信噪比图
使用单个天线单元和自由空间传播模型可视化测试场景中的SINR。在发射点范围内，地图上的每个位置，信号源都是信号强度最大的单元，其他所有单元都是干扰源。网络中没有颜色的区域表示SINR低于默认阈值-5 dB的区域。
分配每个单元发射机的天线单元为tx = txs txs .天哪=天线单元;结束%使用ITU-R m报告的表8-2 (b)定义接收器参数。[IMT-2020.EVAL]bw = 20 e6;% 20 MHz带宽rxNoiseFigure = 7;% dBrxnoise epower = -174 + 10*log10(bw) + rxnoise efigure;rxGain = 0;% dBirxAntennaHeight = 1.5;% m显示SINR地图如果isvalid (f)关闭(f)结束sinr (tx,“freespace”,...“ReceiverGain”rxGain,...“ReceiverAntennaHeight”rxAntennaHeight,...“ReceiverNoisePower”rxNoisePower,...“MaxRange”isd,...“决议”isd / 20)
创建8×8的矩形天线阵列
定义一个天线阵列来增加方向增益和增加峰值信噪比值。使用相控阵系统工具箱创建一个8×8的均匀矩形阵列。
定义数组大小nrow = 8;ncol = 8;定义元素间距λ= physconst (“光速”)/ fq;卓尔精灵=λ/ 2;dcol =λ/ 2;定义缩减以减少边缘dBdown = 30;taperz = chebwin (nrow dBdown);tapery = chebwin (ncol dBdown);利用= taperz * tapery。';向量乘起来等于8×8的锥度值创建8×8的天线阵列cellAntenna = phased.URA (“大小”,(nrow ncol),...“元素”antennaElement,...“ElementSpacing”,卓尔dcol),...“锥”水龙头,...“ArrayNormal”,“x”);显示辐射图f =图;模式(cellAntenna fq);
显示SINR映射为8×8天线阵列
使用均匀矩形天线阵和自由空间传播模型来可视化测试场景中的SINR。使用机械向下倾斜，照亮每个发射器周围的预定地面区域。
为每个单元发射机分配天线阵列，并应用向下倾斜。如果不向下倾斜，模式对于发射机附近来说太窄。天线下倾角= 15;为txx = txs txs . antenna = cellAntenna;tx.AntennaAngle = [tx.AntennaAngle;天线下倾角);结束显示SINR地图如果isvalid (f)关闭(f)结束sinr (tx,“freespace”,...“ReceiverGain”rxGain,...“ReceiverAntennaHeight”rxAntennaHeight,...“ReceiverNoisePower”rxNoisePower,...“MaxRange”isd,...“决议”isd / 20)
使用近距离传播模型显示SINR映射
使用近距离传播模型[3]对测试场景中的SINR进行可视化，该模型对5G城市微蜂窝和宏蜂窝场景中的路径损耗进行建模。与自由空间传播模型相比，该模型生成的SINR图显示了较少的干涉效应。
sinr (tx,“近战的”,...“ReceiverGain”rxGain,...“ReceiverAntennaHeight”rxAntennaHeight,...“ReceiverNoisePower”rxNoisePower,...“MaxRange”isd,...“决议”isd / 20)
采用矩形贴片天线作为阵列元件
上面的分析使用了一个天线单元，该单元是使用ITU-R报告[1]中指定的公式定义的。天线元件需要提供9.5 dBi的最大增益和大约30 dB的前后比。现在使用标准的半波长矩形微带贴片天线将基于等式的天线单元定义替换为真实的天线模型。天线单元提供大约9 dBi的增益，尽管具有较低的前后比。
%设计半波长矩形微带贴片天线patchElement =设计(patchMicrostrip fq);patchElement。宽度= patchElement.Length;patchElement。倾斜= 90;patchElement。倾斜度= [0 1 0];显示辐射图f =图;模式(patchElement fq)
显示SINR地图使用贴片天线元素在8×8阵列
使用贴片天线作为阵列元素更新近距离传播模型[3]的SINR映射。根据ITU-R报告[1]，此分析应捕获偏离基于等式的天线规范的影响，包括:
峰值增益变化
图案对称性随空间角度的变化
前后比例的变化
将贴片天线指定为阵列元素cellAntenna。元素= patchElement;显示SINR地图如果isvalid (f)关闭(f)结束sinr (tx,“近战的”,...“ReceiverGain”rxGain,...“ReceiverAntennaHeight”rxAntennaHeight,...“ReceiverNoisePower”rxNoisePower,...“MaxRange”isd,...“决议”isd / 20)
总结
这个例子展示了如何构建一个由19个单元点组成的六边形网络组成的5G城市宏观单元测试环境，每个单元点包含3个分段单元。针对不同的天线，将信噪比(SINR)图像化。现提出以下意见:
一个矩形天线阵列可以提供更大的方向性，因此峰值信噪比值比使用单一天线元件。
SINR图周边向外的叶状区域表示干扰较少的区域。一个更现实的建模技术将是复制，或环绕，细胞基地，以扩大几何形状，使周边地区经历类似的干扰作为内部地区。
使用矩形天线阵，估计增加的路径损耗的传播模型也由于较少的干扰导致较高的信噪比值。
在天线阵列中尝试了两个天线单元:基于等式的相控阵系统工具箱和基于天线工具箱的贴片天线单元。这些生成了类似的SINR图。
参考文献
[1]报告ITU-R M.[IMT-2020]EVAL]，“IMT-2020无线电接口技术评估指南”，2017年。https://www.itu.int/md/R15-SG05-C-0057
[2]报告ITU-R M.2135-1，“IMT-Advanced无线电接口技术评估指南”，2009年。https://www.itu.int/dms_pub/itu-r/opb/rep/R-REP-M.2135-1-2009-PDF-E.pdf
[3]太阳,S。,Rapport, T.S., Thomas, T., Ghosh, A., Nguyen, H., Kovacs, I., Rodriguez, I., Koymen, O.,and Prartyka, A. "Investigation of prediction accuracy, sensitivity, and parameter stability of large-scale propagation path loss models for 5G wireless communications."IEEE车辆技术会刊，第65卷第5期，第2843-2860页，2016年5月。
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