计划5 g在地形固定无线接入链路
这个例子展示了如何计划一个固定无线接入(澳洲公平工作委员会)链接在地形使用5 g技术。澳洲公平工作委员会是一个用例5 g使宽带服务家庭或企业有线服务不可用或表现不佳。澳洲公平工作委员会将一个基站连接到用户的固定无线终端(淡水舱)1]。所需的高频5克,地形和路径损耗缺陷如树叶和天气决定链接的成功起着重要的作用。
示例创建一个基站和多个接收机站点在郊区环境中,定位天线实现视线能见度在中间地带。多一个多用户多输出(MU-MIMO)系统使用天线与高增益天线设计工具箱™和相控阵系统工具箱™。信号强度两个频率接收机网站评估的路径损耗的存在障碍。
创建基站站点在28个GHz乐队
创建一个发射机网站在Goffstown Uncanoonuc山南部,新罕布什尔州,我们。山上有好几个传输设施服务区域。定义发射机网站代表一个基站传输28 GHz 1瓦特的电能。显示在网站查看器和旋转视图与周围地形可视化网站。
fq = 28 e9;% 28 GHztx = txsite (“名称”,“南Uncanoonuc (BS)”,…“人肉搜索”,42.983723,…“经”,-71.587173,…“TransmitterPower”,1…“TransmitterFrequency”fq);显示(tx)
创建接收站点
创建三个接收器网站在该地区和显示地图上的网站。每个接收机网站代表一个地方固定无线终端用户的位置。
rxBedford = rxsite (“名称”,“贝德福德镇中心”,…“人肉搜索”,42.946193,…“经”,-71.516234);rxStA = rxsite (“名称”,“圣安瑟伦大学”,…“人肉搜索”,42.987386,…“经”,-71.507475);rxGPD = rxsite (“名称”,“Goffstown警察部门”,…“人肉搜索”,43.009335,…“经”,-71.539083);rx = [rxBedford、rxStA rxGPD];显示(rx)
实现视线链接可见性
5 g通信面临的挑战是实现一个成功的链接的地形和其他障碍,因为在高频传播损失增加。可见视距路径最优传播所需的条件。郊区的环境考虑,实现视线可见的地形是主要障碍。情节视距基站之间的传播路径和接收方网站。视距的计算包括地形,但没有其他障碍和揭示阻碍视线的有两个三个接收器的网站。
洛杉矶(tx, rx)
调整天线高度以达到视线可见性。
%将天线放在结构接收地点。假设6米贝德福德的电线杆%和圣安瑟伦网站,和15米天线极Goffstown警察局。rxBedford。AntennaHeight = 6;rxStA。AntennaHeight = 6;rxGPD。AntennaHeight = 15;%增加基站天线的高度,直到视线与所有接收机实现网站tx.AntennaHeight = 10;而~所有(洛杉矶(tx, rx)) tx.AntennaHeight = tx.AntennaHeight + 5;结束%显示视线洛杉矶(tx, rx) disp (“天线高度所需的视线:“+ tx.AntennaHeight +“m”)
视线所需天线高度:70米
创建8 * 12基站天线阵
设计一个8 * 12交叉偶极子天线的天线阵列元素生成一束高度指令。该系统实现了5 g概念利用MU-MIMO [1]。剧情地图上的辐射模式,使用默认的天线方向,使天线阵是身体面向东的方向。
%设计reflector-backed交叉偶极子天线txElement = reflectorCrossedDipoleElement (fq);%定义数组大小ntxrow = 8;ntxcol = 12;%定义元素间距λ= physconst (“光速”)/ fq;卓尔精灵=λ/ 2;dcol =λ/ 2;%创建8 * 12天线阵列tx.Antenna = phased.URA (“大小”,(ntxrow ntxcol),…“元素”txElement,…“ElementSpacing”,卓尔dcol]);%的情节模式在地图上模式(tx)
创建网站3 x3的接收机天线阵
创建一个3×3矩形数组从reflector-backed垂直偶极子天线元素。在每个接收机的网站,该数组指向基站和地图上的辐射模式。
rxElement = reflectorDipoleElement (fq);%定义数组大小nrxrow = 3;nrxcol = 3;%定义元素间距λ= physconst (“光速”)/ fq;卓尔精灵=λ/ 2;dcol =λ/ 2;%建立天线阵rxarray = phased.URA (“大小”,(nrxrow nrxcol),…“元素”rxElement,…“ElementSpacing”,卓尔dcol]);%将数组分配给每个接收机站点和指向基站为rx = rx rx。天线= rxarray;rx。AntennaAngle =角(rx, tx);fq模式(rx)结束
预测信号强度与波束形成自由空间
使用自由空间传播模型来计算每个接收器收到的信号强度。对于每一个网站,引导基站梁优化方向性的链接。自由空间的有利条件假设产生强烈的信号接收地点,假设接收机灵敏度-84 dBm (2]。
steeringVector = phased.SteeringVector (“SensorArray”,tx.Antenna);为rx = rx%计算转向向量为接收机的网站[az, el] =角(tx, rx);sv = steeringVector (fq [az; el]);%更新基站辐射模式tx.Antenna。锥形=连词(sv);模式(tx)%计算信号强度(dBm)党卫军= sigstrength (rx, tx,“freespace”);disp (“信号强度”+ rx。名称+”:“)disp (ss +“dBm”)结束
信号强度在贝德福德镇中心:
-69.6743 dBm
信号强度:圣安塞姆学院
-68.0441 dBm
信号强度在Goffstown警察部门:
-66.3306 dBm
同时传输
而不是指导每个接收机的基站天线波束的网站,生成一个单波束,可以同时传送给所有接收者网站。单波束生成辐射叶三个接收器网站。每个接收机的信号强度下降网站同时传输,但仍然满足接收机灵敏度。
steeringVector = phased.SteeringVector (“SensorArray”,tx.Antenna);%计算转向向量为接收机的网站[az, el] =角(tx, rx);sv = steeringVector (fq, az el”);%更新基站辐射模式tx.Antenna。锥形=连词(sum (sv, 2));模式(tx)%计算信号强度(dBm)为rx = rx党卫军= sigstrength (rx, tx,“freespace”);disp (“信号强度”+ rx。名称+”:“)disp (ss +“dBm”)结束
信号强度在贝德福德镇中心:
-75.2896 dBm
信号强度:圣安塞姆学院
-72.2968 dBm
信号强度在Goffstown警察部门:
-72.0328 dBm
添加路径损耗障碍
附加衰减信号的发生由于树叶和天气。使用韦斯伯格的模式3)来估算路径损耗由于树叶,和使用天然气和雨传播模型来估计信号强度由于天气。在路径损耗的存在障碍,估计信号强度变弱,低于-84年的接收机灵敏度dBm。
%认为传播路径穿过树叶的25米foliageDepth = 25;L = 1.33 * ((fq / 1 e9) ^ 0.284) * foliageDepth ^ 0.588;% d韦斯伯格模型> 14disp (“路径损失树叶:“+ L +“数据库”)
路径损耗由于树叶:22.7422 dB
%分配叶损失作为静态SystemLoss每个接收机的网站为rx = rx rx。SystemLoss = L;结束%计算信号强度与树叶的损失为rx = rx rx。SystemLoss = L;党卫军= sigstrength (rx, tx,“freespace”);disp (“信号强度”+ rx。名称+”:“)disp (ss +“dBm”)结束
信号强度在贝德福德镇中心:
-98.0318 dBm
信号强度:圣安塞姆学院
-95.0391 dBm
信号强度在Goffstown警察部门:
-94.775 dBm
%计算信号强度包括天然气和雨里传播。使用%的“+”运算符添加传播模型来创建一个复合%模型包括大气的影响。weatherpm = propagationModel (“气”)+ propagationModel (“雨”);为rx = rx ss = sigstrength (rx, tx weatherpm);disp (“信号强度”+ rx。名称+”:“)disp (ss +“dBm”)结束
信号强度在贝德福德镇中心:
-114.4897 dBm
信号强度:圣安塞姆学院
-110.4526 dBm
信号强度在Goffstown警察部门:
-107.3242 dBm
在3.5 GHz乐队的表现
3.5 GHz乐队是一个杰出的乐队正在考虑为5克电台(1]。重新设计MU-MIMO系统较低频率来实现更有利的路径损耗,实现所需的信号强度。
fq = 3.5 e9;% 3.5 GHz%建立基站的天线阵λ= physconst (“光速”)/ fq;卓尔精灵=λ/ 2;dcol =λ/ 2;tx.TransmitterFrequency = fq;tx.Antenna = phased.URA (“大小”,(ntxrow ntxcol),…“元素”reflectorCrossedDipoleElement (fq),…“ElementSpacing”,卓尔dcol]);%为接收机网站创建天线阵λ= physconst (“光速”)/ fq;卓尔精灵=λ/ 2;dcol =λ/ 2;rxarray = phased.URA (“大小”,(nrxrow nrxcol),…“元素”reflectorDipoleElement (fq),…“ElementSpacing”,卓尔dcol),…“ArrayNormal”,“x”);为rx = rx rx。天线= rxarray;结束
除了计算信号强度在每个接收机的网站,生成一个覆盖地图使用Longley-Rice传播模型与天气障碍。Longley-Rice模型,也称为不规则地形模型(ITM),估计基于衍射的路径损耗来源于地形和其他损失。Longley-Rice模型是有效的从20 MHz至20 GHz,因此可用于3.5 GHz但不是28 GHz。
%计算转向向量为接收机的网站steeringVector = phased.SteeringVector (“SensorArray”,tx.Antenna);[az, el] =角(tx, rx);sv = steeringVector (fq, az el”);%更新基站辐射模式tx.Antenna。锥形=连词(sum (sv, 2));模式(tx,“大小”,4000)%验算损失树叶L = 1.33 * ((fq / 1 e9) ^ 0.284) * foliageDepth ^ 0.588;% d韦斯伯格模型> 14%分配叶损失作为静态SystemLoss每个接收机的网站为rx = rx rx。SystemLoss = L;结束disp (“路径损失树叶:“+ L +“数据库”)
路径损耗由于树叶:12.5996 dB
%添加气候路径损耗Longley-Rice传播模型点= propagationModel (“longley-rice”)+ weatherpm;%计算接收机获得峰值天线增益和系统损失G =模式(rxarray fq);rxGain = max (G (:)) - L;覆盖(tx,…“PropagationModel”点,…“ReceiverGain”rxGain,…“ReceiverAntennaHeight”6…“SignalStrengths”,-84:-50)%计算信号强度与叶损失和天气为rx = rx ss = sigstrength (rx, tx点);disp (“信号强度”+ rx。名称+”:“)disp (ss +“dBm”)结束
信号强度在贝德福德镇中心:
-69.9048 dBm
信号强度:圣安塞姆学院
-66.8941 dBm
信号强度在Goffstown警察部门:
-66.6094 dBm
总结
这个例子展示了如何计划一个固定无线接入链路使用5 g技术在地形在郊区的一个多用户场景。虽然视距传播实现地形,路径损耗障碍呈现28 GHz载波频率不适合的联系,尽管使用高增益天线和波束形成。单独的树叶损失下降信号强度低于-84 dBm的接收机灵敏度,以及天气进一步损失明显下降。较低的3.5 GHz的频率需要在交换机范围被认为是取得成功的链接。结果,这个例子说明了5 g的敏感性高载波频率共同路径损耗障碍。
引用
[1]爱立信技术审查,固定无线接入大规模5克,安德斯Furuskar, Kim Laraqui Tombaz与扶桑,Ala Nazari Bjorn Skubic,埃尔Trojer, 2016年12月
[2]微波杂志,Pre-5G和5 g: mmWave链接会奏效吗?2017年12月,安德烈亚斯Roessler
[3]约翰·网络介绍射频传播,威利,2005年
函数元素= reflectorCrossedDipoleElement (fq showAntenna)% reflectorCrossedDipoleElement设计reflector-backed交叉偶极子天线元素如果输入参数个数< 2 showAntenna = false;结束λ= physconst (“光速”)/ fq;抵消=λ/ 50;gndspacing =λ/ 4;gndLength =λ;gndWidth =λ;%设计交叉偶极子元素d1 =设计(偶极子,fq);d1。倾斜= (90、-45);d1。TiltAxis = [“y”,“z”];d2 = (d1)复印件;d2。倾斜= 45;d2。TiltAxis =“x”;%设计反射器r =设计(反射器,fq);r。励磁机= d1;r。GroundPlaneLength = gndLength;r。GroundPlaneWidth = gndWidth;r。间隔= gndspacing;r。Tilt = 90; r.TiltAxis =“y”;如果showAntenna显示(右)结束%形成交叉偶极子由反射器refarray = conformalArray;:refarray.ElementPosition (1) = (gndspacing 0 0);:refarray.ElementPosition (2) = (gndspacing +偏移0 0);refarray。元素= {r, d2};refarray。参考=“喂”;refarray。移相= [0 90];如果showAntenna显示(refarray);视图(65年,20)结束%创建自定义天线元素从模式(g, az, el) =模式(fq refarray);元素= phased.CustomAntennaElement;元素。AzimuthAngles =阿兹;元素。ElevationAngles = el;元素。MagnitudePattern = g;元素。PhasePattern = 0(大小(g));结束函数元素= reflectorDipoleElement (fq)% reflectorDipoleElement设计reflector-backed偶极天线元素%设计反射器和励磁机,这是默认情况下垂直偶极子元素=设计(反射器,fq);元素。励磁机=设计(element.Exciter fq);%倾斜天线元素辐射在xy平面上,沿着x轴瞄准线元素。倾斜= 90;元素。TiltAxis =“y”;element.Exciter。倾斜= 90;element.Exciter。TiltAxis =“y”;结束
另请参阅
功能
对象
txsite|rxsite|phased.URA(相控阵系统工具箱)|phased.SteeringVector(相控阵系统工具箱)
