5G城市宏单元测试环境的SINR地图

这个示例使用:

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此示例显示了如何构建5G城市宏观小区测试环境，并在地图上可视化信号到干扰加噪声比（SINR）。测试环境基于报告ITU-R M. [IMT-2020.eval] [1]中定义的指导方针，用于评估5G无线电技术。此报告在第8.2节中定义了几个测试环境和使用情况。该示例中的测试环境基于具有高用户密度和交通负荷的城市环境，专注于行人和车辆用户（密集的城市嵌入式）。测试环境包括六边形单元网络以及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技术测试环境指南重用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。该布局由19个场地组成，每个场地有3个单元格。相邻站点之间的距离是站点间距离(ISD)，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(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格站点的距离和角度数组，其中%每个站点有3个单元格numcellsites = 19;SitiTistans = Zeros（1，Numcellsites）;SiteAngles = Zeros（1，Numcellsites）;%定义6个位置内环的距离和角度(单元格4-21)isd = 200;%互动网站的距离siteDistances (7) = isd;siteAngles (7) = 30:60:360;百分比定义6位点的中环的距离和角度（电池22-39）SitiTistans（8:13）= 2 * ISD * COSD（30）;SiteAngles（8:13）= 0：60：300;％定义6个位置的外环的距离和角度（电池40-57）siteDistances(十四19)= 2 * isd;siteAngles(十四19)= 30:60:360;

定义单元参数

每个细胞位点具有对应于每个单元的三个发射器。创建阵列以定义每个单元变送器的名称，纬度，纵向和天线角。

％初始化单元格变送器参数阵列numcells = numcellsites * 3;Celllats = Zeros（1，Numcells）;Celllons = Zeros（1，Numcells）;Cellnames = strings（1，Numcells）;Cellangles = Zeros（1，Numcell）;%定义细胞扇区角度细胞阵容= [30 150 270];%对于每个小区站点位置，填充每个小区发送器的数据cellInd = 1;为siteInd = 1: numCellSites%使用距离中心位置和角度计算站点位置[Celllat，Celllon] =位置（Centersite，SiteItnAnts（Siteind），SiteAngles（Siteind））;％分配每个单元格的值为cellNames(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为密集城市- embb定义的配置参数创建发射机站点。发射网站查看器（天线工具箱）并设置地图图像使用底图财产。或者，通过单击右边第二个按钮，在Site Viewer中打开基础地图选择器。选择“地形图”以选择带有地形图、街道和标签的底图。

%使用ITU-R m报告表8-2 (b)定义发射机参数[IMT-2020.EVAL]fq = 4 e9;%载波频率(4ghz)密集城市- embbantHeight = 25;% mtxPowerDBm = 44;%以dBm为单位的总发射功率txPower = 10 ^ ((txPowerDBm-30) / 10);% dBm转换为W%创建细胞发送站点tx = txsite (“名字”cellname,．．．“纬度”，celllats，．．．“经”cellLons,．．．“AntennaAngle”cellAngles,．．．“AntennaHeight”antHeight,．．．“TransmitterFrequency”fq,．．．“TransmitterPower”, txPower);%启动站点查看器观众= siteviewer;％在地图上显示网站显示（TXS）;查看器.Basemap =.“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。天线被建模为有一个或多个天线面板，其中每个面板有一个或多个天线元件。使用相控阵系统工具箱来实现报告中定义的天线单元图。

%定义模式参数azvec = -180：180;elvec = -90：90;am = 30;最大衰减(dB)倾斜= 0;%倾角AZ3DB = 65;% 3 dB方位角带宽el3dB = 65;提升中的% 3 dB带宽定义天线方向图(阿兹,el) = meshgrid (azvec elvec);azMagPattern = -12 * (az / az3dB) ^ 2;elMagPattern = -12 * ((el-tilt) / el3dB)。^ 2;combinedMagPattern = azMagPattern + elMagPattern;combinedMagPattern (combinedMagPattern <我)=我;在最大衰减时饱和phasepattern = 0(大小(combinedMagPattern));创建天线元件andennaelement = phased.cantomantennaeLement（．．．“AzimuthAngles”，azvec，．．．'升级'，elvec，．．．'magnitudepattern'combinedMagPattern,．．．“PhasePattern”, phasepattern);%显示辐射图形f =图;模式(antennaElement fq);

显示单天线元件的SINR图

使用单个天线单元和自由空间传播模型来可视化测试场景的SINR。对于地图上发射点范围内的每个位置，信号源是信号强度最大的小区，其他所有小区都是干扰源。网络中没有颜色的区域表示SINR低于默认阈值-5 dB的区域。

%为每个小区发射机分配天线元件为tx = txs tx. antenna =天线元件;结束%使用ITU-R m报告表8-2 (b)定义接收参数[IMT-2020.EVAL]bw = 20 e6;% 20mhz带宽rxnoisefigure = 7;% dBrxNoisePower = -174 + 10*log10(bw) + rxNoiseFigure;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”，rxnoisopower，．．．'maxrange'，ISD，．．．“决议”isd / 20)

创建8×8矩形天线阵列

定义天线阵列以增加方向增益并增加峰值SINR值。使用相控阵系统工具箱创建8×8均匀的矩形数组。

%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;定义锥度以减少旁瓣dBdown = 30;taperz = chebwin (nrow dBdown);tapery = chebwin (ncol dBdown);利用= taperz * tapery。';%将矢量圆锥相乘得到8乘8的圆锥值％创建8×8天线阵列Cellantenna = Phased.ura（“大小”, (nrow ncol),．．．“元素”antennaElement,．．．'ElementsPacing',卓尔dcol),．．．“锥”，轻敲，．．．“ArrayNormal”，“x”)；%显示辐射图形f =图;图案（Cellantenna，FQ）;

显示8 × 8天线阵的SINR图

使用均匀矩形天线阵列和自由空间传播模型来可视化测试场景的SINR。应用机械向下倾斜，照亮每个发射机周围的预期地面区域。

%为每个小区发射器分配天线阵列，并向下倾斜。没有下坡，图案对发射机附近来说太窄。天线下倾角= 15;为tx = txs tx. 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”，rxnoisopower，．．．'maxrange'，ISD，．．．“决议”isd / 20)

使用近距离传播模型显示SINR地图

使用Close-In传播模型[3]可视化测试场景的SINR，该模型为5G城市微蜂窝和宏蜂窝场景建模路径损耗。与自由空间传播模型相比，该模型产生的SINR映射显示出减少的干扰效应。

sinr (tx,“近战的”，．．．“ReceiverGain”rxGain,．．．“ReceiverAntennaHeight”rxAntennaHeight,．．．“ReceiverNoisePower”，rxnoisopower，．．．'maxrange'，ISD，．．．“决议”isd / 20)

使用矩形贴片天线作为数组元素

上述分析使用了一个天线单元，该天线单元使用ITU-R报告[1]中指定的方程定义。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。现在用一个标准的半波长矩形微带贴片天线代替基于方程的天线单元定义。天线单元提供了约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。TiltAxis = [0 1 0];%显示辐射图形f =图;模式(patchElement fq)

使用8 × 8阵列的贴片天线元件显示SINR图

使用贴片天线作为数组元素更新闭合传播模型[3]的SINR地图。此分析应根据ITU-R报告捕获与基于方程的天线规范的偏差的效果[1]，包括：

峰值增益的变化
图案对称性随空间角度的变化
前后比的变化

%将贴片天线分配为阵列元素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”，rxnoisopower，．．．'maxrange'，ISD，．．．“决议”isd / 20)

概括

该示例显示了如何构建由19个细胞网站的六边形网络组成的5G城市宏观小区测试环境，每个都包含3个扇区细胞。信号到干扰加噪声比（SINR）在用于不同天线的地图上可视化。进行以下观察结果：

矩形天线阵列可以提供更大的方向性，因此峰值SINR值比使用一个单一的天线单元。
SINR图边缘向外的波瓣代表干扰较少的区域。一种更现实的建模技术将是复制，或环绕，细胞位置，以扩大几何，使周边区域经历类似的干涉内部区域。
使用矩形天线阵列，估计增加的路径损耗的传播模型也会由于较少的干扰而导致更高的SINR值。
在天线阵中尝试了两个天线单元:一个基于方程的单元使用相控阵系统工具箱和一个贴片天线单元使用天线工具箱。这些生成了类似的SINR映射。

参考

[1]报告ITU-R M. [IMT-2020.Eval]，“IMT-2020”的无线电接口技术评估指南，2017,307。https：//www.itu.int/md/r15-sg05-c-0057

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] Sun, 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车辆技术汇刊，第65卷，第5期，页2843-2860,2016年5月。