5G城市宏单元测试环境的SINR图

这个例子使用了:

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本示例展示了如何构建5G城市宏单元测试环境，并在地图上可视化信干扰加噪声比(SINR)。测试环境基于ITU-R M.[IMT-2020.]报告中定义的准则。EVAL] [1用于评估5G无线电技术。本报告在第8.2节中定义了几个测试环境和使用场景。本例中的测试环境基于具有高用户密度的城市环境，并且交通负载主要集中在行人和车辆用户(Dense urban - embb)。测试环境包括一个六角形蜂窝网络以及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技术测试环境指南重复使用ITU-R M.2135-1报告第8.3节中定义的4G技术测试网络布局[2]，如下图所示。布局包括19个六角形布局的站点，每个站点有3个单元格。相邻站点之间的距离称为站点间距离(ISD)，它取决于测试使用场景。对于密集的Urban-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格站点对应的位置。

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位置的距离和角度数组，其中%每个站点有3个单元格numCellSites = 19;sitedistance = 0 (1,numCellSites);siteAngles = 0 (1,numCellSites);%定义6个点内环的距离和角度(单元格4-21)Isd = 200;%站间距离sitedistance (2:7) = isd;siteAngles(2:7) = 30:60:360;%定义6个位点中间环的距离和角度(单元格22-39)sitedistance (8:13) = 2*isd*cosd(30);siteAngles(8:13) = 0:60:300;%定义6个位点的外环距离和角度(单元格40-57)sitedistance (14:19) = 2*isd;siteAngles(14:19) = 30:60:360;

定义单元格参数

每个小区有三个发射机对应于每个小区。创建数组来定义每个蜂窝发射机的名称、纬度、经度和天线角度。

初始化单元发射机参数数组numCells = numCellSites*3;cellLats = 0 (1,numCells);cellLons = 0 (1,numCells);cellNames = strings(1,numCells);cellAngles = 0 (1,numCells);定义单元格扇形角度cellSectorAngles = [30 150 270];对于每个小区站点位置，填充每个小区发射机的数据cellInd = 1;为siteInd = 1:numCellSites使用距离中心站点的距离和角度计算站点位置[cellLat,cellLon] = location(centerSite, sitedistance (siteInd)， siteAngles(siteInd));为每个单元格赋值为cellSectorAngle = cellSectorAngles cellNames(cellInd) =“细胞”+ cellInd;cellLats(cellInd) = cellLat;cellLons(cellInd) = cellLon;cellAngles(cellInd) = cellSectorAngle;cellInd = cellInd + 1;结束结束

创建发射站

使用上面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。发射站点查看器和设置地图图像使用基础图财产。或者，通过单击右边的第二个按钮，在站点查看器中打开基准地图选择器。选择“地形”以选择带有地形、街道和标签的底图。

使用ITU-R M.报告中的表8-2 (b)定义发射机参数[IMT-2020.EVAL]Fq = 4e9;密集城市embb的%载频(4 GHz)antHeight = 25;% mtxPowerDBm = 44;%总发射功率(dBm)txPower = 10.^((txPowerDBm-30)/10);将dBm转换为W创建小区发射机站点TXS = txsite(“名字”cellname,.．.“纬度”cellLats,.．.“经”cellLons,.．.“AntennaAngle”cellAngles,.．.“AntennaHeight”antHeight,.．.“TransmitterFrequency”fq,.．.“TransmitterPower”, txPower);%发射场查看器查看器= siteviewer;在地图上显示站点显示(tx);查看器。基础图=“地形”；

创建天线元素

ITU-R报告第8.5节[1定义基站天线的天线特性。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模式。

定义模式参数Azvec = -180:180;Elvec = -90:90;Am = 30;最大衰减(dB)倾斜= 0;%倾斜角az3dB = 65;方位角带宽% 3 dBel3dB = 65;% 3db高度带宽定义天线图案[az,el] = meshgrid(azvec,elvec);azMagPattern = -12*(az/az3dB).^2;elMagPattern = -12*((el-tilt)/el3dB).^2;combinedMagPattern = azMagPattern + elMagPattern;combinedMagPattern(combinedMagPattern<-Am) = -Am;在最大衰减时饱和相位模式=零(大小(组合的magpattern));%创建天线元素antennaElement =相控的。CustomAntennaElement (.．.“AzimuthAngles”azvec,.．.“ElevationAngles”elvec,.．.“MagnitudePattern”combinedMagPattern,.．.“PhasePattern”, phasepattern);显示辐射图F =数字;模式(antennaElement fq);

显示单个天线元件的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。对于发射机站点范围内地图上的每个位置，信号源为信号强度最大的小区，其他小区均为干扰源。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 = antenaelement;结束使用ITU-R M.报告中的表8-2 (b)定义接收机参数。[IMT-2020.EVAL]Bw = 20e6;% 20 MHz带宽rxNoiseFigure = 7;% dBrxNoisePower = -174 + 10*log10(bw) + rxNoiseFigure;rxGain = 0;% dBirxAntennaHeight = 1.5;% m显示SINR映射如果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矩形天线阵列

定义天线阵列以增加定向增益和增加峰值SINR值。使用相控阵系统工具箱创建一个8乘8的均匀矩形阵列。

定义数组大小Nrow = 8;Ncol = 8;定义元素间距Lambda = physconst(“光速”) / fq;Drow = lambda/2;Dcol = lambda/2;%定义锥度以减少旁瓣dBdown = 30;taperz = chebwin(nrow,dBdown);tapery = chebwin(ncol,dBdown);Tap = taperz*tapery.';将矢量锥度相乘得到8 × 8的锥度值创建8 × 8天线阵列cellAntenna =相控。(精“大小”, (nrow ncol),.．.“元素”antennaElement,.．.“ElementSpacing”,卓尔dcol),.．.“锥”水龙头,.．.“ArrayNormal”，“x”）;显示辐射图F =数字;模式(cellAntenna fq);

显示8 × 8天线阵列的SINR图

使用均匀矩形天线阵列和自由空间传播模型，可视化测试场景的SINR。应用机械向下倾斜来照亮每个发射机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。%没有向下倾斜，模式对于发射机附近太窄。向下倾斜= 15;为tx = txs tx. antenna = cellAntenna;tx.AntennaAngle = [tx.AntennaAngle;]天线下倾角);结束显示SINR映射如果isvalid (f)关闭(f)结束sinr (tx,“freespace”，.．.“ReceiverGain”rxGain,.．.“ReceiverAntennaHeight”rxAntennaHeight,.．.“ReceiverNoisePower”rxNoisePower,.．.“MaxRange”isd,.．.“决议”isd / 20)

用近距离传播模型显示SINR图

使用近距离传播模型可视化测试场景的SINR [3.]，该模型模拟了5G城市微蜂窝和宏蜂窝场景下的路径损失。与自由空间传播模型相比，该模型产生的SINR图显示了减少的干扰效应。

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

上述分析使用了根据ITU-R报告中规定的方程定义的天线元件[1］．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。现在将基于方程的天线单元定义替换为使用标准半波长矩形微带贴片天线的真实天线模型。天线元件提供约9 dBi的增益，尽管前后比较低。

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 10 0];显示辐射图F =数字;模式(patchElement fq)

在8 × 8阵列中使用贴片天线元件显示SINR图

更新近距离传播模型的SINR映射[3.]使用贴片天线作为阵列元素。根据ITU-R报告，该分析应捕捉到偏离基于方程的天线规范的影响[1),包括:

峰值增益的变化
图案对称随空间角度的变化
前后比例的变化

将贴片天线分配为数组元素cellAntenna。元素= patchElement;显示SINR映射如果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

本例展示了如何构建一个5G城市宏小区测试环境，该环境由19个小区站点组成的六边形网络组成，每个小区站点包含3个扇形小区。不同天线的信干扰加噪声比(SINR)在地图上可见。现提出以下意见:

矩形天线阵列可以提供更大的方向性，因此峰值SINR值比使用单个天线元件。
SINR图外围的向外叶表示干扰发生较少的区域。一种更现实的建模技术是复制或环绕细胞位置，以扩大几何形状，使外围区域与内部区域经历类似的干扰。
使用矩形天线阵列，估计路径损耗增加的传播模型也会由于较少的干扰而导致较高的SINR值。
在天线阵列中尝试了两个天线元件:使用相控阵系统工具箱的基于方程的元件和使用antenna Toolbox™的贴片天线元件。它们产生了相似的SINR图。

参考文献

[1]报告ITU-R M.[IMT-2020.]“IMT-2020无线电接口技术评估指南”，2017。https://www.itu.int/md/R15-SG05-C-0057

ITU-R M.2135-1报告，“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]孙，S,Rapport, t.s.， Thomas, T.，高希，A.， Nguyen, H.， Kovacs, I.， Rodriguez, I.， Koymen, O.和Prartyka, A.。“研究5G无线通信大规模传播路径损耗模型的预测精度、灵敏度和参数稳定性。”IEEE车辆技术汇刊， 2016年5月，第65卷第5期，第2843-2860页。