主要内容

使用光线追踪的城市连接和覆盖分析

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这个例子展示了如何使用光线追踪来分析城市环境中的通信链路和覆盖区域。在示例:

  • 导入并可视化三维建筑数据到网站查看器

  • 定义对应于5G城市场景的发射器站点和光线跟踪传播模型

  • 分析在瞄准非线性条件下的链接

  • 使用不同数量的反射和发射光线来可视化覆盖范围和射击射线（SBR）射线跟踪方法

  • 使用波束控制和相控阵系统工具箱优化非视线链接

导入和可视化建筑物数据

导入一个OpenStreetMap (.osm)文件，对应于英国伦敦的Canary Wharf。文件被下载https://www.openstreetmap.org.该网站提供了世界各地的众包地图数据。数据是在开放数据共享开放数据库许可证(ODbL)下许可的，https://opendatacommons.org/licenses/odbl/．OpenStreetMap文件中包含的建筑信息将在Site Viewer中导入并可视化。

查看器= SiteViewer（“建筑物”那“canarywharf.osm”那“底图”那“地形”）;

定义发射机网站

定义发射器站点以在密集的城市环境中模拟小型电池场景。发射器站点表示放置在维护包括邻近公园的杆的杆上的基站。变送器使用默认的各向同性天线，并以28 GHz的载波频率运行，功率电平为5W。

tx = txsite (“名称”那“小型电池变送器”那......“人肉搜索”，51.50375，......“经”, -0.01843,......“AntennaHeight”10，......“TransmitterPower”，5，......“TransmitterFrequency”, 28日e9);显示(tx)

查看视图繁殖的覆盖范围

使用拍摄和弹跳射线（SBR）方法创建光线跟踪传播模型。SBR传播模型使用光线跟踪分析来计算传播路径及其相应的路径损耗。路径损耗由自由空间丢失，由于材料引起的反射损耗和天线偏振损耗计算。

设置最大反射数为0，以限制最初的分析仅为视线传播路径。设置建筑和地形材质类型，使模型完美反射。

RTPM =传播模型（“射线”那......“方法”那“sbr”那......“MaxNumReflections”0,......“BuildingsMaterial”那“完美反射器”那......“地形材料”那“完美反射器”）;

查看基站最大距离250米的相应覆盖地图。覆盖图显示了接收机在每个地面位置的接收功率，但不计算建筑物顶部或侧面。

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

在非视线位置定义接收器位置

视线传播覆盖图显示了由于障碍物造成的阴影。定义接收器位置以模拟在阻塞位置中的移动接收器。绘制视线路径，以显示从发射机到接收机的受阻路径。

rx = rxsite (“名称”那“小细胞接收器”那......“人肉搜索”，51.50216，......“经”, -0.01769,......“AntennaHeight”，1）;LOS（TX，RX）

使用射线跟踪绘制传播路径

调整光线追踪传播模型以包含单反射路径，并绘制光线。结果表明，信号沿单反射路径传播。由于SBR射线追踪方法计算的是近似路径，因此路径并不会精确地在接收点结束。选择绘制的路径，可以查看相应的传播特性，包括接收功率、相位变化、距离、出发和到达的角度。

rtpm.maxnumreflections = 1;ClearMap（查看者）Raytrace（TX，RX，RTPM）

分析材料的信号强度和效应

使用先前配置为模拟完美反射的传播模型计算接收的电源。然后分配更现实的材料类型并重新计算接收的电源。更新站点查看器中显示的光线。与完美反射相比，使用现实材料反射导致大约8 dB的功率损失。

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:-70.3924 dBm
RTPM.BuildingsMaterial =“具体”；rtpm.terrainmaterial =.“具体”；ss = sigstrength(rx,tx,rtpm);disp (“使用混凝土材料收到电力：”+ SS +“dbm”）
使用混凝土材料接收功率：-78.9591 dBm

包括天气损失

向传播模型添加天气障碍并重新计算接收的功率导致另一个1.5 dB的损耗。

rtPlusWeather = rtpm + propagationModel(“气”) + propagationModel (“雨”）;raytrace(tx,rx,rtPlusWeather) ss = sigstrength(rx,tx,rtPlusWeather);disp (“收到的电力包括天气损失：”+ SS +“dbm”）
接收功率包括天气损失:-80.4766 dBm

使用单反射路径查看覆盖图

使用配置的传播模型并重新生成覆盖图，其中包括单反射路径和天气损害。包含了重新生成覆盖率结果的代码，但是注释掉了。在示例演示中，通过运行代码生成的结果从文件加载，以节省几分钟的计算时间。所得到的覆盖图显示了上述分析的非场址线接收器周围区域的接收功率。

clearMap(观众)%负荷覆盖结果和图。覆盖率结果是使用％评论下面的覆盖范围，这需要几分钟才能完成。show(tx) coveragerresults = load(“coverageResults.mat”）;轮廓（CoverAnterSults.PropdatasingLeref，......“类型”那“力量”那......“透明度”, 0.6)%覆盖率(tx, rtPlusWeather,…%”SignalStrengths ", -120: 5,……% "MaxRange"， 250，…%“决议”,2,……%“透明度”,0.6);

绘制传播路径，包括两个反射

扩展点对点分析以包括两个反射路径，并选择用于SBR方法的发射光线之间的较小的角度分离。可视化显示两个传播路径集群，与单反反射路径相比，总接收功率增加了大约3dB。

rtPlusWeather.PropagationModels(1)。MaxNumReflections = 2;rtPlusWeather.PropagationModels(1)。AngularSeparation =“低的”；ss = sigstrength(rx, tx, rtPlusWeather);disp (“双反射路径接收功率:”+ SS +“dbm”）
双反射路径接收功率:-77.1445 dBm
ClearMap（查看器）Raytrace（TX，RX，RTPlusWeather）

查看覆盖范围地图与双反射路径

可视化预先计算的覆盖图，其中包括由上面的组合传播模型定义的两个反射路径和天气损伤。所得到的覆盖图在比上面具有单反反射路径的覆盖范围地图更高的区域中的接收功率。请注意，一些区域仍然存在，没有信号似乎无法达到。

clearMap(观众)%使用预加载的覆盖结果进行绘图。生成覆盖率结果%使用注释覆盖率调用下面，这可能需要半个小时左右%的完成取决于计算机硬件。显示(tx)轮廓(coverageResults.propDataDoubleRef,......“类型”那“力量”那......“透明度”, 0.6)%覆盖率(tx, rtPlusWeather,…%”SignalStrengths ", -120: 5,……% "MaxRange"， 250，…%“决议”,2,……%“透明度”,0.6);

查看覆盖范围地图与四反射路径

通过将射线追踪分析的最大反射数增加到4，可以考虑更多的传播路径并生成更精确的覆盖图。再次可视化预先计算的覆盖图，其中显示了发射机站点周围区域的几乎全部覆盖。

rtPlusWeather.PropagationModels(1)。MaxNumReflections = 4;clearMap(观众)%使用预加载的覆盖结果进行绘图。覆盖率结果是使用%注释覆盖率呼叫下面，这可能需要一个小时左右%的完成取决于计算机硬件。显示(tx)轮廓(coverageResults.propDataFourRef,......“类型”那“力量”那......“透明度”, 0.6)%覆盖率(tx, rtPlusWeather,…%”SignalStrengths ", -120: 5,……% "MaxRange"， 250，…%“决议”,2,……%“透明度”,0.6);

使用波束控制增强接收功率

许多现代通信系统使用技术来引导发射机天线以达到最佳的链路质量。本节使用相控阵系统工具箱™来优化引导波束，以最大限度地提高非视线链路的接收功率。

从报告ITU-R M.2412定义自定义天线［1］评估5G无线技术。根据报告第8.5节中定义的元素模式创建一个8 × 8的统一矩形阵列，将其指向南方，并查看辐射模式。

tx.antenna = Helperm2412phasedarray（TX.TransmitterFrequency）;tx.antennaangle = -90;ClearMap（查看者）显示（RX）模式（TX，“透明度”0.6)隐藏(tx)

称呼光线跟踪使用输出访问计算的光线。回归comm.Ray对象包括每条射线的几何和传播相关特性。

rtPlusWeather.PropagationModels(1)。MaxNumReflections = 1;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: 117.4546 phasesshift: 3.8184 Read-only properties: PropagationDelay:6.6489e-07传播距离:199.3293出发角度:[2×1 double]到达角度:[2×1 double] NumReflections: 1

得到单反射路径的出发角，并利用这个角度来引导天线朝着最佳方向，以获得更高的接收功率。偏离角方位角被天线物理角方位角偏移，转换为相控阵天线局部坐标系中定义的转向矢量方位角。

AOD =射线{1} .Angleofdeparture;steeringaz = wrapto180（Aod（1）-tx.antennaangle（1））;steeringvector = phased.steringvector（“SensorArray”，tx.antenna）;sv = steeringvector（tx.transmitterfrequency，[steeringaz; aod（2）]）;tx.antenna.taper =结合（sv）;

绘制辐射图以显示沿传播路径定向的天线能量。新的接收功率增加了约20 dB。增加的接收功率对应于天线的峰值增益。

模式(tx,“透明度”0.6)光线跟踪(tx, rx rtPlusWeather);隐藏(tx) ss = sigstrength(rx, tx, rtPlusWeather);disp (“通过光束转向收到电源：”+ SS +“dbm”）
接收波束转向功率:-57.5126 dBm

结论

此示例使用了城市环境中的链路和覆盖分析的光线跟踪。分析显示：

  • 如何使用Ray跟踪分析来预测存在反射传播路径的非视线链路的信号强度

  • 用实际材料进行分析对计算的路径损耗和接收功率有重要影响

  • 具有较高数量的反射的分析导致计算时间增加，但揭示了额外的信号传播区域

  • 使用带有波束控制的定向天线可以显著增加接收机的接收功率，即使它们处于非视线位置

本例分析了链路和覆盖的接收功率和路径损耗。要了解如何使用光线追踪来配置链路级模拟的信道模型，请参阅使用射线跟踪的室内MIMO-OFDM通信链路(通信工具箱)的例子。

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年。https://www.itu.int/pub/r-rep-m.2412.

也可以看看

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