建物データのインポートと可視化

ロンドンにあるカナリー埠頭に対応するOpenStreetMap (.osm)ファイルをインポートします。このファイルは,クラウドソーシングによる世界中の地図データへのアクセスを提供するhttps://www.openstreetmap.orgからダウンロードされたものです。このデータは开放数据共享开放数据库许可(ODbL)https://opendatacommons.org/licenses/odbl/によりライセンスされています。サイトビューアーでOpenStreetMapファイルに含まれる建物の情報のインポートと可視化が行われます。

观众= siteviewer (“建筑”，“canarywharf.osm”，“技术”，“地形”）;

送信機サイトの定義

送信機サイトを定義して,込み合った都市環境の小さいセルシナリオをモデル化します。送信機サイトは,公園の領域にサービスを提供するために公園の近くにあるポールに配置された基地局を表します。送信機は5 Wの電力によって28 GHzの搬送周波数で動作し,既定の等方性アンテナを使用します。

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)

見通し内伝播のカバレッジマップの表示

イメージの手法を使用してレイトレーシング伝播モデルを作成します。この伝播モデルでは,レイトレーシング解析を使用して伝播パスと対応するパス損失を計算します。パス損失は自由空間損失,材料による反射損失,およびアンテナの偏波損失から計算されます。レイトレーシング解析では,地表反射は含まれますが,屈折,回折,散乱,建物を通過する伝送の効果は含まれない,イメージの手法が使用されます。

MaxNumReflectionsプロパティを0に設定して,初期解析を見通し内伝播パスのみに限定し,材料のタイプを完全な反射をモデル化するように設定します。

rtpm = propagationModel (“raytracing-image-method”，.．.“MaxNumReflections”0,.．.“BuildingsMaterial”，“perfect-reflector”，.．.“TerrainMaterial”，“perfect-reflector”）;

250年基地局から最大メートルの範囲の対応するカバレッジマップを表示します。カバレッジマップには,それぞれの地上の位置での受信機の受信パワーが示されますが,建物の屋上や側面についての計算は行われません。

覆盖(tx rtpm,.．.“SignalStrengths”-120: 5日,.．.“MaxRange”, 250,.．.“决议”，3，.．.“透明”, 0.6)

見通し外の位置の受信機サイトの定義

見通し内伝播のカバレッジマップには,障害物に起因する陰が表示されます。受信機サイトを定義して,そのような位置にあるモバイル受信機をモデル化します。見通し内パスをプロットします。これには妨害物が表示されます。

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)

レイトレーシングを使用した伝播パスのプロット

単一反射のパスを含めるようにレイトレーシング伝播モデルを調整して,レイをプロットします。結果には単一反射のパスに沿った信号の伝播が示されます。プロットされたパスを選択すると,受信パワー,位相の変化,距離,発射角と到来角など,対応する伝播特性を表示できます。

rtpm。MaxNumReflections = 1;clearMap(观众)光线跟踪(tx, rx rtpm)

信号の強度と材料の影響の解析

以前に完全な反射をモデル化するよう構成された伝播モデルを使用して,受信パワーを計算します。次に,より現実的な材料タイプを割り当てて,受信パワーを再計算します。サイトビューアーに表示されているレイを更新します。現実的な材料の反射を使用すると,結果として,完全な反射と比較して約8分贝のパワーの損失になります。

党卫军= sigstrength (rx, tx rtpm);disp (“使用完美反射接收能量:”+ ss +“dBm”）

接收功率使用完美反射:-70.3925 dBm

rtpm。BuildingsMaterial =“具体”；rtpm。TerrainMaterial =“具体”；ss = 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:-78.9451 dBm

気象損失を含める

伝播モデルに気象による損失を追加し,受信パワーを再計算します。結果として,さらに1.5 dBの損失が生じます。

rtPlusWeather = rtpm + propagationModel(“气”) + propagationModel (“雨”）;raytrace(tx,rx,rtpm) ss = 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:-80.4625 dBm

単一反射パスを使用したカバレッジマップの表示

カバレッジマップを再生成しますが,上記で定義した伝播モデルを使用して,単一反射パスと気象による損失を含めます。以前に生成されたカバレッジの結果を読み込んで可視化します。そうしないと,カバレッジ解析が完了するまでに数分かかるためです。結果として得られるカバレッジマップは,上記の解析の見通し外受信機の周囲の領域での受信パワーを示していますが,信号が届いていないように見える領域がまだ残っています。

clearMap(观众)%负荷覆盖结果和图。覆盖率结果是使用%注释覆盖率调用，需要几分钟完成。show(tx) coveragerresults = load(“coverageSingleReflection.mat”）;轮廓(coverageResults.pd.．.“类型”，“权力”，.．.“透明”, 0.6)%覆盖率(tx, rtPlusWeather,…%”SignalStrengths ", -120: 5,……% "MaxRange"， 250，…%“决议”,2,……%“透明度”,0.6);

2つの反射を含む伝播パスのプロット

ポイントツーポイント解析を拡張して,2つの反射パスを含めます。可視化すると2つの伝播パスのクラスターが示され,合計の受信パワーが,単一反射パスのみを考慮した場合と比較して約3 dB強化されます。

rtTwoReflections = propagationModel (“raytracing-image-method”，.．.“MaxNumReflections”，2，.．.“BuildingsMaterial”，“具体”，.．.“TerrainMaterial”，“具体”）;rtTwoRefPlusWeather = rtTwoRefPlusWeather + rtworefplusweather (“气”) + propagationModel (“雨”）;ss = sigstrength(rx, tx, rtTwoRefPlusWeather);disp (“双反射路径接收功率:”+ ss +“dBm”）

双反射路径的接收功率:-77.1419 dBm

clearMap(观众)光线跟踪(tx, rx rtTwoRefPlusWeather)

2つの反射の解析を使用したルートに沿った受信パワーのプロット

単一反射パスを含む前述のカバレッジマップは,信号のカバレッジに残存する穴がいくつかあることを示しています。カバレッジマップで,それらの穴の2つを通過するルートに沿っていくつかの位置を定義します。それぞれの位置の座標は,マップで右クリックして[显示位置]を選択することで取得できました。2つの反射パスを含むレイトレーシング伝播モデルを使用して,それぞれの位置について受信パワーを計算します。このポイントツーポイント解析によって,これらの位置にいくらかの信号パワーが到達していることが分かります。

最大2つの反射をもつ伝播はポイントツーポイント解析に限定されており,カバレッジマップには使用できないことに注意してください。これは,結果を生成するのに時間を要することが理由です。

Latlons = [51.502366 -0.017633;.．.51.502571 - -0.017575;.．.51.502647 - -0.017659;.．.51.502674 - -0.017905;.．.51.502717 - -0.018229;.．.51.502753 - -0.018561;.．.51.502793 - -0.018935;.．.51.502825 - -0.019198;.．.51.502846 - -0.019464;.．.51.502865 - -0.019703;.．.51.502884 - -0.019902;.．.51.502953 - -0.020048;.．.51.503124 - -0.019983;.．.51.503288 - -0.019917;.．.51.503363 - -0.020103;.．.51.503570 - -0.020013;.．.51.503771 - -0.019941;.．.51.504001 - -0.019864;.．.51.504254 - -0.019769;.．.51.504535 - -0.019681);背阔肌= latlons (: 1);朗= latlons (:, 2);rx = rxsite (“名称”，“小细胞接收器”，.．.“人肉搜索”背阔肌,.．.“经”朗,.．.“AntennaHeight”1);党卫军= sigstrength (rx, tx rtTwoRefPlusWeather);

データを強調表示するため“streets-darkベースマップを使用して,マップ上のそれぞれの位置でパワーをプロットします。データをプロットするためpropagationDataオブジェクトが使用されます。このオブジェクトは測定ファイルからインポートされたデータのプロットにも使用できるものです。結果として得られるプロットは,見通し内伝播も単一反射伝播もない位置では受信パワーが低いことを示しています。

clearMap(观众)显示(tx)查看器。基础图=“streets-dark”；朗pd = propagationData(背阔肌,“ReceivedPower”、ss);情节(pd,“类型”，“权力”）

ビームステアリングを使用した受信パワーの強化

最新の通信システムの多くが,送信アンテナのステアリングを行うことで最適なリンク品質を達成する技術を採用しています。この節では相控阵系统工具箱™を使用して,ビームを最適にステアリングして,見通し外のリンクに対して受信パワーを最大化します。

5 g無線通信技術の評価のため,报告ITU-R M.2412［1］からカスタムアンテナを定義します。8.5レポートの節で定義されている素子パターンから8×8の等間隔矩形アレイを作成し,南に向け,放射パターンを表示します。

tx.Antenna = helperM2412PhasedArray (tx.TransmitterFrequency);tx.AntennaAngle = -90;clearMap(观众)显示(rx)模式(tx,“透明”0.6)隐藏(tx)

1つの出力をもつ光线跟踪を呼び出して,計算されたレイにアクセスします。返されるcomm.Rayオブジェクトには,それぞれのレイの幾何学的特性と伝播関連の特性の両方が含まれています。

雷=光线跟踪(tx, rx rtPlusWeather);disp (ray {1})

射线属性:PathSpecification: 'Locations' CoordinateSystem: 'Geographic' TransmitterLocation: [3×1 double] ReceiverLocation: [3×1 double] LineOfSight: 0 ReflectionLocations: [3×1 double] Frequency: 2.8000e+10 pathlossource: 'Custom' PathLoss: 117.4522 phasesshift: 4.0952 Read-only properties: PropagationDelay:6.6488e-07传播距离:199.3261出发角度:[2×1 double]到达角度:[2×1 double] NumReflections: 1

単一反射パスの発射角を取得し,この角度を適用してアンテナを最適な方向にステアリングして,より高い受信パワーを達成します。発射方位角は物理的なアンテナの方位角の分だけオフセットされ,フェーズドアレイアンテナのローカル座標系で定義されているステアリングベクトル方位角に変換されます。

大气气溶胶雷= {1}.AngleOfDeparture;steeringaz = wrapTo180(大气气溶胶(1)-tx.AntennaAngle (1));steeringVector =分阶段。SteeringVector (“SensorArray”, tx.Antenna);sv = steeringVector (tx.TransmitterFrequency [steeringaz; aod (2)]);tx.Antenna.Taper =连词(sv);

放射パターンをプロットして,アンテナのエネルギーが伝播パスに沿ってどのように方向づけられているかを確認します。新しい受信パワーは,アンテナのピークのゲインに対応して約20 dB強化されています。

模式(tx,“透明”0.6)光线跟踪(tx, rx rtPlusWeather);隐藏(tx) ss = sigstrength(rx, tx, rtPlusWeather);disp (接收功率与波束控制:+ ss +“dBm”）

接收功率与波束转向:-57.5028 dBm

まとめ

この例では,レイトレーシングを使用して,都市環境でのリンクとカバレッジを解析しました。解析によって,次の結論が明らかになりました。

この例では,リンクとカバレッジについて受信パワーとパス損失を解析しました。リンクレベルのシミュレーションでチャネルモデルを構成するためのレイトレーシングの使用方法については,通信工具箱™で入手可能なレイトレーシングを使用した屋mimo - ofdm通内信リンクの例を参照してください。

参考文献

[1]报告ITU-R M.2412，“IMT-2020无线电接口技术评估指南”，2017。https://www.itu.int/pub/R-REP-M.2412