主要内容

mimo - ofdm通信链路室内使用光线追踪

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这个例子展示了如何执行射线跟踪在一个室内环境和使用结果构建一个通道mimo - ofdm技术的链路级仿真模型。

介绍

射线跟踪[1]已经成为一种流行的射频(RF)技术分析、网站规划、渠道造型,和链接层次分析由于趋势对现代通信系统运行在数万GHz射频频率范围。与随机模型,三维射线追踪方法环境和收发器网站特定的和周围的环境中可以有高灵敏度。没有一个简单的公式来计算基于距离路径损失,射线追踪方法依赖于数值模拟,比实地测量,通常是低成本的。射线追踪的结果可以用来为通信系统构建多路信道模型。例如,基于射线跟踪信道模型已经在部分指定8 38.901 TR[2]5 g和IEEE 802.11 WLAN的啊[3]。

这个例子从一个发射机的网站和一个接收器之间的射线追踪分析网站3 d会议室。计算射线是用来构造一个确定性的通道模型是特定的两个网站。信道模型是用于mimo - ofdm通信链路的仿真。这个图描述的通信链接。

光线跟踪是一个室内环境中执行。相同的射线追踪方法可用于建立信道模型供室内或室外环境。射线跟踪分析在一个户外的城市设置,参考使用射线追踪城市链接和覆盖率分析的例子。

三维室内场景

指定室内3 d地图STL格式的一个小会议室里有一个桌子和四把椅子。STL格式是最常见的一种三维地图格式和通常可以从其他3 d地图格式转换的各种三维软件。

mapFileName =“conferenceroom.stl”;

定义载波频率为5.8 GHz和计算波长

fc = 5.8 e9;λ= physconst (“光速”)/ fc;

发射天线是第4单元均匀线性阵列(ULA)”的元素之间的波长的两倍。接收天线是一个4 x4均匀矩形数组(URA所言),有一个波长之间的元素。天线都是指定的arrayConfig对象。

txArray = arrayConfig (“大小”(4 - 1),“ElementSpacing”,2 *λ);rxArray = arrayConfig (“大小”(4 - 4),“ElementSpacing”λ);

使用helperViewArray函数可视化齿龈和URA所言的几何形状,天线元素屈指可数的输入/输出流。

helperViewArray (txArray);helperViewArray (rxArray);

指定一个发射机网站接近上层房间的角落,这可能是一个wi - fi接入点。指定一个接收站点略高于前面的桌子和一把椅子代表一个笔记本电脑或移动设备。

tx = txsite (“笛卡儿”,…“天线”txArray,…“AntennaPosition”,(-1.46;-1.42;2.1),…“TransmitterFrequency”,5.8 e9);rx = rxsite (“笛卡儿”,…“天线”rxArray,…“AntennaPosition”[。3;。3;.85),…“AntennaAngle”,0。90);

使用siteviewer函数的映射文件指定在网站查看器查看在3 d场景。使用显示函数可视化发射器和接收器。

siteviewer (“SceneModel”,mapFileName);

显示(tx,“ShowAntennaHeight”假)显示(rx,“ShowAntennaHeight”假)

盘通过左击,使用滚轮缩放或单击右键,点击中间的按钮和旋转可视化拖拽或按Ctrl和左击拖动。

射线跟踪

进行光线追迹分析发射机和接收机之间的网站并返回comm.Ray对象,使用射击和弹跳射线法(SBR)。指定场景的表面材料为木材和搜索与2反射光线。反射的SBR方法支持多达10个金宝app顺序。

点= propagationModel (“射线”,…“CoordinateSystem”,“笛卡儿”,…“方法”,“sbr”,…“AngularSeparation”,“低”,…“MaxNumReflections”2,…“SurfaceMaterial”,“木”);射线=光线跟踪(tx, rx点);

从细胞中提取计算射线数组返回。

光线= {1};

检查射线追踪结果通过观察反射的数量,每个射线的传播距离和路径损耗值。有25个射线发现(一个视线射线,6光线反射,和18射线和两个反射)。

(rays.NumInteractions)
ans =1×250 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
(rays.PropagationDistance)
ans =1×252.7602 2.8118 2.8487 2.8626 3.2029 4.6513 4.6719 2.8988 2.9125 2.9481 3.2475 3.2916 3.3243 4.6821 4.7247 4.7331 4.7433 4.7936 4.9269 4.9464 5.9868 5.9868 6.7170 8.0161 8.0460
(rays.PathLoss)
ans =1×2556.5350 72.1633 70.0647 72.3180 73.3102 76.4133 76.4508 81.5418 83.8254 81.5531 83.6891 83.7784 85.7801 85.8271 83.7662 86.0508 91.6822 91.7764 86.5438 86.5283 91.2897 91.2969 94.8444 96.4459 96.4796

使用情节函数绘制三维场景中的光线网站查看器。每个光彩色根据路径损耗值。点击一条射线射线的查看信息。

情节(射线,“Colormap”飞机,“ColorLimits”[95])

确定性的通道模型射线追踪

使用上面创建一个确定性多路径通道模型射线追踪的结果。指定接收者的瞬时速度,以反映典型的低流动性的设备在一个室内环境。

rtChan = comm.RayTracingChannel(射线、tx rx);rtChan。SampleRate = 300 e6;rtChan。ReceiverVirtualVelocity = (0.1;0.1;0]
rtChan = comm.RayTracingChannel属性:SampleRate: 300000000 PropagationRays: [1×25 comm.Ray] MinimizePropagationDelay:真正的TransmitArray: [1×1 arrayConfig] TransmitArrayOrientationAxes:[3×3双]ReceiveArray: [1×1 arrayConfig] ReceiveArrayOrientationAxes:[3×3双]ReceiverVirtualVelocity:[3×1双]NormalizeImpulseResponses:真正的NormalizeChannelOutputs:真的ChannelFiltering:真的

使用showProfile目标函数可视化能力延迟(PDP),离去角(AoD)和到达角(AoA)射线的通道。在可视化,PDP考虑传输和接收阵列模式收益除了为每个射线路径损耗。

showProfile (rtChan);

使用信息目标函数来获取传输和接收元素的数量。

rtChanInfo = info (rtChan)
rtChanInfo =结构体字段:CarrierFrequency: 5.8000 e + 09 CoordinateSystem:“笛卡儿”TransmitArrayLocation:[3×1双]ReceiveArrayLocation:[3×1双]NumTransmitElements: 4 NumReceiveElements: 16 ChannelFilterDelay: 7 ChannelFilterCoefficients:[25×21双]NumSamplesProcessed: 0 LastFrameTime: 0
numTx = rtChanInfo.NumTransmitElements;numRx = rtChanInfo.NumReceiveElements;

系统参数

配置一个通信链路,利用LDPC编码,与256年64 - qam和OFDM副载波。每帧指定4 LDPC码字,结果在50个OFDM符号每帧。

%创建LDPC编码器和解码器配置对象cfgLDPCEnc = ldpcEncoderConfig (dvbs2ldpc (1/2));cfgLDPCDec = ldpcDecoderConfig (cfgLDPCEnc);numCodewordsPerFrame = 4;codewordLen = cfgLDPCEnc.BlockLength;每副载波% QAM调制参数bitsPerCarrier = 6;modOrder = 2 ^ bitsPerCarrier;codeRate = cfgLDPCEnc.CodeRate;%创建OFDM调制器和解调器对象fftLen = 256;cpLen = fftLen / 4;numGuardBandCarriers = [9;8);pilotCarrierIdx = [19:10:119 139:10:239] ';numDataCarriers =…fftLen - sum (numGuardBandCarriers)长度(pilotCarrierIdx) - 1;numOFDMSymbols =…numCodewordsPerFrame * codewordLen /…bitsPerCarrier / numDataCarriers / numTx;ofdmMod = comm.OFDMModulator (…“FFTLength”fftLen,…。“NumGuardBandCarriers”numGuardBandCarriers,…“InsertDCNull”,真的,…“PilotInputPort”,真的,…“PilotCarrierIndices”pilotCarrierIdx,…“CyclicPrefixLength”cpLen,…“NumSymbols”numOFDMSymbols,…“NumTransmitAntennas”,numTx);ofdmDemod = comm.OFDMDemodulator (ofdmMod);ofdmDemod。NumReceiveAntennas = numRx;cd = comm.ConstellationDiagram (…“ReferenceConstellation”qammod (0: modOrder-1 modOrder,“UnitAveragePower”,真正的),…“XLimits”(2 - 2),…“YLimits”(2 - 2));

创建一个误码率计算对象来计算比特误码率(BER)。

errRate = comm.ErrorRate;

分配Eb /不价值和获得信噪比情况下的价值。

EbNo = 30;在dB %信噪比= convertSNR (EbNo,“ebno”,…“BitsPerSymbol”bitsPerCarrier,…“CodingRate”,codeRate);SNRLin = 10 ^(信噪比/ 10);%的线性

链路仿真

的helperIndoorRayTracingWaveformGen函数生成一帧组成的波形在发射机站点通过执行以下步骤:

  1. LDPC编码随机生成的位

  2. 64 - qam调制编码比特

  3. 应用OFDM调制信号频域转换到时间域

rng (100);%设置RNG可重复性[txWave, srcBits] =…helperIndoorRayTracingWaveformGen (…numCodewordsPerFrame、cfgLDPCEnc modOrder ofdmMod);

通过波形通过射线跟踪信道模型并添加白噪声。占通道滤波延迟,添加一个额外的空OFDM符号的波形。

chanIn = [txWave;0 (fftLen + cpLen numTx)];[chanOut CIR] = rtChan (chanIn);rxWave = awgn (chanOut、SNRLin numTx / numRx,“线性”);

的helperIndoorRayTracingRxProcessing函数在接收机解码channel-impaired波形网站通过执行以下步骤:

  1. 完美的信道估计使用信道冲激响应(CIR)输出和通道滤波器系数的通道对象的信息方法。

  2. OFDM解调恢复信号的频域

  3. 每个副载波上象征均衡

  4. 64 - qam解调得到LLR软

  5. LDPC译码

[decBits, eqSym] =…helperIndoorRayTracingRxProcessing (rxWave,圆形的,…rtChanInfo、cfgLDPCDec modOrder、ofdmDemod SNRLin);cd (eqSym (:));

计算数量:

数量= errRate (srcBits、双(decBits));disp (ber (1));
0.0138

对一系列情节的误码率曲线EbNo值,使用helperIndoorRayTracingSimulationLoop重复上面的单帧处理函数在每个EbNo价值300帧。

EbNoRange = 27:36;helperIndoorRayTracingSimulationLoop (…cfgLDPCEnc、cfgLDPCDec ofdmMod、ofdmDemod rtChan, errRate,…modOrder、numCodewordsPerFrame EbNoRange);

结论和进一步勘探

这个例子展示了如何构建一个确定性的通道模型在一个室内会议室使用射线追踪结果。mimo - ofdm技术进行链路级别模拟使用方法和结果绘制的通道模型和误码率。

进一步探索包括但不限制:

  • 不同的3 d地图和/或表面材料

  • 不同的发射机和/或接收站点的位置

  • 不同的传输和/或接收天线阵规范

  • 不同的传输和/或接收天线阵方向

  • 更多的反射SBR的射线追踪方法

  • 传输和/或接收波束形成

附录

这个示例使用以下辅助函数:

选定的参考书目

[1]z Yun, m·f·伊斯坎德尔”无线电传播建模:射线追踪原理及应用”,IEEE访问,3卷,第1100 - 1089页,2015年7月。

38.901 [2]3 gpp TR。研究从100年0.5 GHz频率通道模型。第三代合作伙伴项目;技术规范集团无线接入网络。

[3]Maltsev、。et al。信道模型802.11啊。IEEE 802.11 15/1150r9, 2017年3月。

另请参阅

功能

对象

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