5G城市宏小区测试环境的SINR图

这个示例使用:

本示例演示如何构建5G城市宏小区测试环境，并在地图上可视化信噪比。测试环境基于ITU-R M.[IMT-2020]报告中定义的指南。用于评估5G无线技术。该报告在章节8.2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用户密度高、交通负荷集中于行人和车辆用户的城市环境(Dense urban - embb)。测试环境包括一个六边形蜂窝网络以及一个使用相控阵系统工具箱™实现的定制天线阵列。

定义网络布局

5G技术测试环境指南重用了ITU-R M.2135-1[2]报告第8.3节中定义的4G技术测试网络布局，如下图所示。布局由19个地点放置在一个六边形布局，每个有3个单元格。相邻站点之间的距离为ISD (inter-site distance)，由测试使用场景决定。对于密集城市- embb测试环境，ISD为200米。

使用MathWorks Glasgow作为中心位置，创建网络布局中与小区站点相对应的位置。

定义中心位置站点(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的数组，其中%每个站点有3个单元格numCellSites = 19;numCellSites siteDistances = 0 (1);numCellSites siteAngles = 0 (1);定义6个单元格(单元格4-21)内环的距离和角度isd = 200;%互动网站的距离siteDistances (7) = isd;siteAngles (7) = 30:60:360;定义6个位点中间环的距离和角度(单元22-39)siteDistances (8:13) = 2 * * cosd isd (30);siteAngles (8:13) = 0:60:300;定义6个位置外圈的距离和角度(单元格40-57)siteDistances(十四19)= 2 * isd;siteAngles(十四19)= 30:60:360;

定义单元参数

每个小区有三个相应的发射机。创建阵列来定义每个单元发射机的名称、纬度、经度和天线角度。

初始化单元发射机参数数组numCells = numCellSites * 3;numCells cellLats = 0 (1);numCells cellLons = 0 (1);cellname =字符串(1、numCells);numCells cellAngles = 0 (1);定义单元格扇区角度cellSectorAngles = [30 150 270];%对于每个小区基站位置，填充每个小区发射机的数据cellInd = 1;为siteInd = 1: numCellSites使用距离中心位置的距离和角度计算中心位置[cellLat,cellLon] = location(centerSite, siteDistances(siteInd)， siteAngles(siteInd));%为每个单元格赋值为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。发射现场观众并设置地图图像使用基础图财产。或者，单击右边的第二个按钮，在Site Viewer中打开基图选择器。选择“地形图”以选择带有地形、街道和标签的底图。

%根据ITU-R m报告的表8-2 (b)定义发射机参数[IMT-2020.EVAL]fq = 4 e9;%密集城市- embb的载波频率(4 GHz)antHeight = 25;% mtxPowerDBm = 44;%总发射功率(dBm)txPower = 10 ^ ((txPowerDBm-30) / 10);%将dBm转换为W%创建细胞发射机站点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;在地图上显示站点显示(tx);查看器。基础图=“地形”；

创建天线元素

ITU-R[1]报告第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元件模式。

定义模式参数azvec = 180:180;elvec = 90:90;我= 30;最大衰减(dB)倾斜= 0;%倾角az3dB = 65;方位% 3 dB带宽el3dB = 65;% 3 dB带宽提升确定天线方向图(阿兹,el) = meshgrid (azvec elvec);azMagPattern = -12 * (az / az3dB) ^ 2;elMagPattern = -12 * ((el-tilt) / el3dB)。^ 2;= azMagPattern + elMagPattern;combinedMagPattern (combinedMagPattern <我)=我;在最大衰减时饱和%phasepattern = 0(大小(combinedMagPattern));创建天线元素antennaElement =分阶段。CustomAntennaElement (．..“AzimuthAngles”azvec,．..“ElevationAngles”elvec,．..“MagnitudePattern”combinedMagPattern,．..“PhasePattern”, phasepattern);显示辐射图案f =图;模式(antennaElement fq);

显示单天线单元的SINR图

使用单个天线单元和自由空间传播模型对测试场景可视化SINR。对于地图上发射站范围内的每个位置，信号源为信号强度最大的小区，其他小区均为干扰源。网络内无颜色区域表示SINR低于默认阈值-5 dB的区域。

为每个单元发射机分配天线元件为tx = txs tx. antenna = antennaElement;结束%根据ITU-R m报告的表8-2 (b)定义接收机参数[IMT-2020.EVAL]bw = 20 e6;% 20 MHz带宽rxNoiseFigure = 7;% dBrxNoisePower = -174 + 10*log10(bw) + rxnoisfigure;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

定义一个天线阵列来增加方向增益和增加峰值SINR值。使用相控阵系统工具箱创建一个8 × 8的统一矩形阵列。

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。';%乘矢量锥形得到8 * 8的锥形值%创建8 × 8天线阵列cellAntenna =分阶段。(精“大小”, (nrow ncol),．..“元素”antennaElement,．..“ElementSpacing”,卓尔dcol),．..“锥”水龙头,．..“ArrayNormal”，“x”）;显示辐射图案f =图;模式(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对测试场景可视化SINR。应用机械向下倾斜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，模式太窄，发射机附近无法使用。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)

使用近距离传播模型显示SINR图

使用近距离传播模型[3]可视化测试场景的SINR，该模型为5G城市微小区和宏观小区场景的路径损失建模。与自由空间传播模型相比，该模型生成的SINR图显示了减小的干扰效应。

sinr (tx,“近战的”，．..“ReceiverGain”rxGain,．..“ReceiverAntennaHeight”rxAntennaHeight,．..“ReceiverNoisePower”rxNoisePower,．..“MaxRange”isd,．..“决议”isd / 20)

使用矩形贴片天线作为阵列单元

上述分析使用了使用ITU-R报告[1]中指定的方程定义的天线单元。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。天线元件提供大约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];显示辐射图案f =图;模式(patchElement fq)

使用8 × 8阵列的贴片天线单元显示SINR地图

使用贴片天线作为阵元更新近距离传播模型[3]的SINR映射。根据ITU-R报告[1]，该分析应捕获偏离基于方程的天线规范的影响，包括:

峰值增益变化
图案对称性随空间角度的变化
前后比例的变化

%指定贴片天线作为阵列元素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

该示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，每个小区包含3个扇形小区。不同天线的信噪比(SINR)在地图上显示出来。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值比使用单个天线单元。
SINR图周长向外的叶状图代表干扰较少的区域。一个更现实的建模技术将复制，或环绕，细胞的位置，以扩大几何形状，使周边区域经历类似的内部区域的干涉。
使用矩形天线阵列，一个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。
在天线阵中尝试了两个天线单元:基于方程的相控阵系统工具箱单元和使用天线工具箱的贴片天线单元。它们产生了类似的SINR图。

参考文献

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

[2]报告ITU-R M.2135-1，“IMT-Advanced无线电接口技术评估指南”，2009。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.和Prartyka, A.。“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研究”。IEEE车辆技术汇刊，第65卷第5期，第2843-2860页，2016年5月。