使用射线追踪城市链接和覆盖率分析
这个例子展示了如何使用光线追踪分析通信链接和覆盖区域在城市环境中。在示例:
和可视化三维建筑物数据导入到网站查看器
定义一个发射机网站和射线跟踪传播模型对应一个5 g城市场景
在视线范围条件下分析一个链接
可视化报道使用射击和弹跳射线(SBR)射线追踪方法和不同数量的反射和发射射线
优化一个视线外链接使用光束控制和相控阵系统工具箱™
导入和数据可视化建筑
导入一个OpenStreetMap (.osm)文件对应于在伦敦金丝雀码头,英国。是下载的文件https://www.openstreetmap.org,它提供了访问世界各地的众包地图数据。数据开放数据共享开放数据库许可下的(ODbL),https://opendatacommons.org/licenses/odbl/。建筑信息包含在公开文件导入和可视化网站查看器。
观众= siteviewer (“建筑”,“canarywharf.osm”,“技术”,“地形”);
定义发射机网站
定义一个发射机网站模型小细胞的情况下在一个密集的城市环境。发射机网站代表了基站放在极服务周边地区包括邻近的公园。发射器使用默认的各向同性天线,在载波频率的28个GHz 5 W的功率。
tx = txsite (“名称”,“小细胞发射机”,…“人肉搜索”,51.50375,…“经”,-0.01843,…“AntennaHeight”10…“TransmitterPower”5,…“TransmitterFrequency”,28日e9);显示(tx)
查看覆盖率地图视距传播
创建一个传播射线跟踪模型使用射击和弹跳射线法(SBR)。SBR传播模型使用射线追踪分析来计算传播路径和相应的路径损失。路径损耗计算损失,从空间反射损失由于材料,天线极化损失。
反射的最大数量设置为0,以限制视距传播路径只作了初步的分析。设置建筑和地形模型完美反射材料类型。
rtpm = propagationModel (“射线”,…“方法”,“sbr”,…“MaxNumReflections”0,…“BuildingsMaterial”,“perfect-reflector”,…“TerrainMaterial”,“perfect-reflector”);
查看相应的覆盖率地图的最大射程250米从基站。覆盖地图显示了在每个地面接收机接收功率的位置但不计算建筑顶部或两侧。
覆盖(tx rtpm,…“SignalStrengths”-120:5日,…“MaxRange”,250,…“决议”3,…“透明”,0.6)
定义接收网站公布的位置
视距传播的覆盖率地图显示跟踪由于障碍物。定义一个接收器网站模型移动接收机阻塞的位置。情节的视距路径显示从发射机到接收机阻塞道路。
rx = rxsite (“名称”,“小细胞接收器”,…“人肉搜索”,51.50216,…“经”,-0.01769,…“AntennaHeight”1);洛杉矶(tx, rx)
使用射线追踪情节传播路径
调整传播射线跟踪模型包括单个反射路径,和情节的射线。结果表明沿单个反射信号传播路径。绘制路径视图选择相应的传播特征,包括接收功率、相位变化,距离和角度的出发和到达。
rtpm。MaxNumReflections = 1;clearMap(观众)光线跟踪(tx, rx rtpm)
分析信号强度和效果的材料
计算之前的接收功率使用传播模型配置为完美的反射模型。然后分配一个更现实的材料类型和重新计算接收功率。更新网站查看器中显示的光线。使用真实材料反射的结果在大约8分贝的功率损耗而完美的反射。
党卫军= sigstrength (rx, tx rtpm);disp (“使用完美的反射:接收功率”+ ss +“dBm”)
接收功率利用全反射:-70.392 dBm
rtpm。BuildingsMaterial =“具体”;rtpm。TerrainMaterial =“具体”;光线跟踪(tx, rx rtpm)党卫军= sigstrength (rx, tx rtpm);disp (“使用混凝土材料:接收功率”+ ss +“dBm”)
接收功率使用混凝土材料:-78.4999 dBm
包括天气损失
添加天气障碍传播模型,重新计算接收功率导致的另一个1.5 dB的损失。
rtPlusWeather =…rtpm + propagationModel (“气”)+ propagationModel (“雨”);光线跟踪(tx, rx rtPlusWeather)党卫军= sigstrength (rx, tx rtPlusWeather);disp (“接收功率包括天气损失:“+ ss +“dBm”)
接收功率包括天气损失:-80.0172 dBm
包括两个反射情节传播路径
点对点的分析扩展到包括two-reflection路径和选择一个小角分离发射射线的SBR法。传播路径的可视化显示了两个集群。的总接收功率two-reflection路径类似于单个反射路径的总接收功率。
rtPlusWeather.PropagationModels (1)。MaxNumReflections = 2;rtPlusWeather.PropagationModels (1)。AngularSeparation =“低”;党卫军= sigstrength (rx, tx rtPlusWeather);disp (“接收功率与two-reflection路径:“+ ss +“dBm”)
接收功率与two-reflection路径:-79.6847 dBm
clearMap(观众)光线跟踪(tx, rx rtPlusWeather)
视图与单个反射路径覆盖率地图
使用配置的传播模型,并重新生成覆盖地图包括单个反射路径和天气障碍。重新生成的代码覆盖率结果包括但注释掉了。结果,可通过运行代码,从文件加载到节省几分钟计算的时间在示例中演示。结果覆盖地图显示接收功率区域周围non-line-of-site接收器分析上面。
rtPlusWeather.PropagationModels (1)。MaxNumReflections = 1;clearMap(观众)
负载覆盖率结果和阴谋。报道使用下面的评论报道称生成结果,需要几分钟才能完成。
显示(tx) coverageResults =负载(“coverageResults.mat”);轮廓(coverageResults.propDataSingleRef…“类型”,“权力”,…“透明”,0.6)%覆盖率(tx, rtPlusWeather,…%”SignalStrengths ", -120: 5,……%”MaxRange ", 250年,…%“决议”,2,……%“透明度”,0.6)
视图与Four-Reflection覆盖率地图
占更多的传播路径和生成一个更准确的报道地图通过增加反射光线追踪分析的最大数量为4。想象的预先计算覆盖率地图再次显示了周边地区几乎完全覆盖发射机站点。
rtPlusWeather.PropagationModels (1)。MaxNumReflections = 4;clearMap(观众)
使用预装的覆盖率结果情节。报道结果生成使用下面评论报道称,这可能需要几个小时才能完成取决于计算机硬件。
显示(tx)轮廓(coverageResults.propDataFourRef,…“类型”,“权力”,…“透明”,0.6)%覆盖率(tx, rtPlusWeather,…%”SignalStrengths ", -120: 5,……%”MaxRange ", 250年,…%“决议”,2,……%“透明度”,0.6)
使用光束控制来增强接收功率
许多现代通信系统使用技术来引导发射机天线来实现最佳的链接质量。本节使用相控阵系统工具箱™最佳引导光束接收功率最大化的视线外链接。
定义一个自定义天线从报告ITU-R M.2412[1]评估5 g无线技术。创建一个8-by-8均匀矩形数组元素模式在8.5节中定义的报告,点它,并查看辐射模式。
tx.Antenna = helperM2412PhasedArray (tx.TransmitterFrequency);tx.AntennaAngle = -90;clearMap(观众)显示(rx)模式(tx,“透明”0.6)隐藏(tx)
调用光线跟踪与一个输出访问计算射线。返回的comm.Ray对象包括几何和propagation-related每个射线的特征。
rtPlusWeather.PropagationModels (1)。MaxNumReflections = 1;雷=光线跟踪(tx, rx rtPlusWeather);disp (ray {1})
雷属性:PathSpecification:“位置”CoordinateSystem:“地理”TransmitterLocation:[3×1双]ReceiverLocation:[3×1双]LineOfSight: 0交互:[1×1 struct]频率:2.8000 e + 10 PathLossSource:“定制”PathLoss: 117.0069移相:4.0976只读属性:PropagationDelay: 6.6488 e-07 PropagationDistance: 199.3261 AngleOfDeparture:[2×1双]AngleOfArrival:[2×1双]NumInteractions: 1
得到单个反射路径的离去角和应用这个角度引导最优方向的天线来实现更高的接收功率。离去角方位是抵消物理天线角方位转换成指导向量方位在局部坐标系中定义的相控阵天线。
大气气溶胶雷= {1}.AngleOfDeparture;steeringaz = wrapTo180(大气气溶胶(1)-tx.AntennaAngle (1));steeringVector = phased.SteeringVector (“SensorArray”,tx.Antenna);sv = steeringVector (tx.TransmitterFrequency [steeringaz; aod (2)]);tx.Antenna。锥形=连词(sv);
情节的辐射模式显示天线能量沿传播路径。新接收功率增加超过20分贝。接收功率的增加对应的峰值增益天线。
模式(tx,“透明”0.6)光线跟踪(tx, rx rtPlusWeather);隐藏(tx)党卫军= sigstrength (rx, tx rtPlusWeather);disp (“接收功率和光束控制:“+ ss +“dBm”)
接收功率和光束控制:-57.0575 dBm
结论
这个例子使用光线追踪链接和覆盖分析在城市环境中。分析显示:
如何使用射线追踪分析预测信号强度视线外链接反映了传播路径存在哪里
分析现实的材料有重大影响的路径损耗和接收功率计算
分析高反射的结果增加了计算时间,但显示额外的信号传播领域
使用定向天线的波束控制显著增加接收器的接收功率,即使他们是在视线外的位置
这个例子分析了接收功率和路径损耗链接和覆盖率。看到如何使用射线跟踪配置链路级别的通道模型模拟,看到mimo - ofdm通信链路室内使用光线追踪的例子。
引用
[1]报告ITU-R M.2412”指南评估无线电接口技术imt - 2020”, 2017。https://www.itu.int/pub/R-REP-M.2412
