5G城市大小区测试环境的SINR图

这个示例使用:

本示例展示了如何构建5G城市宏单元测试环境，并将信噪比(SINR)可视化到地图上。测试环境基于ITU-R M.[IMT-2020]报告中定义的准则。EVAL] [1评估5G无线电技术。本报告在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高用户密度的城市环境，交通负载主要集中在行人和车辆用户(density city - embb)。测试环境包括一个六边形单元网络和一个使用相控阵系统工具箱™实现的自定义天线阵。

定义网络布局

5G技术测试环境指南重用ITU-R M.2135-1报告第8.3节定义的4G技术测试网络布局[2]，如下所示。该布局包括19个六边形布局的站点，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(intersite distance, ISD)，取决于测试使用场景。对于高密度城市embb测试环境，ISD为200 m。

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%每个位点有3个细胞numCellSites = 19;numCellSites siteDistances = 0 (1);numCellSites siteAngles = 0 (1);定义6个位置的内环的距离和角度(单元格4-21)isd = 200;%互动网站的距离siteDistances (7) = isd;siteAngles (7) = 30:60:360;定义6个位置的中间环的距离和角度(单元格22-39)siteDistances (8:13) = 2 * * cosd isd (30);siteAngles (8:13) = 0:60:300;定义6个位置的外环的距离和角度(单元格40-57)siteDistances(十四19)= 2 * isd;siteAngles(十四19)= 30:60:360;

定义单元参数

每个细胞位点有三个发射器与每个细胞相对应。创建数组来定义每个单元发射机的名称、纬度、经度和天线角度。

初始化单元发送器参数的数组numCells = numCellSites * 3;numCells cellLats = 0 (1);numCells cellLons = 0 (1);cellname =字符串(1、numCells);numCells cellAngles = 0 (1);定义单元扇区角度cellSectorAngles = [30 150 270];对于每个小区基站位置，为每个小区发射机填充数据。cellInd = 1;为siteInd = 1: numCellSites使用与中心站点的距离和角度计算站点位置[cellLat,cellLon] = location(centerSite, sitedistance (siteInd)， siteAngles(siteInd));为每个单元格指定值为cellSectorAngle = cellSectorAngles cellNames(cellInd) =“细胞”+ cellInd;cellLats (cellInd) = cellLat;cellLons (cellInd) = cellLon;cellAngles (cellInd) = cellSectorAngle;cellInd = cellInd + 1;结束结束

创建发射器站点

使用上述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。的“发射场查看器”设置地图图像基础图财产。或者，在站点查看器中单击右边第二个按钮打开基准地图选择器。选择“地形”以选择一个带有地形、街道和标签的基础地图。

使用ITU-R m报告的表8-2 (b)定义发射机参数[IMT-2020.EVAL]fq = 4 e9;高密度城市embb的%载波频率(4 GHz)antHeight = 25;% mtxPowerDBm = 44;%总发射功率，单位为dBmtxPower = 10 ^ ((txPowerDBm-30) / 10);将dBm转换为W创建小区发射机站点tx = txsite (“名字”cellname,.．.“纬度”cellLats,.．.“经”cellLons,.．.“AntennaAngle”cellAngles,.．.“AntennaHeight”antHeight,.．.“TransmitterFrequency”fq,.．.“TransmitterPower”, txPower);%发射场查看器观众= 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报告第8.5条[1定义基站天线的天线特性。该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;我= 30;最大衰减(dB)倾斜= 0;%倾角az3dB = 65;方位角中% 3 dB带宽el3dB = 65;高度中% 3 dB带宽%定义天线图案(阿兹,el) = meshgrid (azvec elvec);azMagPattern = -12 * (az / az3dB) ^ 2;elMagPattern = -12 * ((el-tilt) / el3dB)。^ 2;combinedMagPattern = azMagPattern + elMagPattern;combinedMagPattern (combinedMagPattern <我)=我;%饱和在最大衰减phasepattern = 0(大小(combinedMagPattern));%创建天线元素antennaElement =分阶段。CustomAntennaElement (.．.“AzimuthAngles”azvec,.．.“ElevationAngles”elvec,.．.“MagnitudePattern”combinedMagPattern,.．.“PhasePattern”, phasepattern);%显示辐射模式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来可视化测试场景的SINR。对于发射点范围内地图上的每个位置，信号源是信号强度最大的小区，其他所有小区都是干扰源。网络中没有颜色的区域表示SINR低于默认阈值-5 dB的区域。

为每个单元发射机分配天线元件。为tx = txs tx. antenna = antennaElement;结束使用ITU-R m报告的表8-2 (b)定义接收器参数[IMT-2020.EVAL]bw = 20 e6;% 20 MHz带宽rxNoiseFigure = 7;% dBrxNoisePower = -174 + 10*log10(bw) + rxNoiseFigure;rxGain = 0;% dBirxAntennaHeight = 1.5;% m显示SINR地图如果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 × 8的均匀矩形阵列。

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。';将矢量锥度相乘得到8乘8的锥度值创建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”）;%显示辐射模式f =图;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来可视化测试场景的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，并向下倾斜。如果没有向下倾斜，模式对于发射机附近来说太窄。。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地图如果isvalid (f)关闭(f)结束sinr (tx,“freespace”，.．.“ReceiverGain”rxGain,.．.“ReceiverAntennaHeight”rxAntennaHeight,.．.“ReceiverNoisePower”rxNoisePower,.．.“MaxRange”isd,.．.“决议”isd / 20)

用近近传播模型显示SINR图

使用Close-In传播模型可视化测试场景的SINR [3.，该模型模拟了5G城市微小区和宏观小区场景下的路径损失。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元

上述分析使用的天线单元是根据ITU-R报告中指定的方程定义的[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。天线元件提供了大约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 1 0];%显示辐射模式f =图;模式(patchElement fq)

使用8 × 8阵列中的贴片天线元件显示SINR图

更新接近传播模型的SINR图[3.]使用贴片天线作为阵列单元。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
前后比率的变化

分配贴片天线作为阵列元素cellAntenna。元素= patchElement;显示SINR地图如果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角形网络，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。提出以下意见:

矩形天线阵列比单一天线单元能提供更大的方向性和峰值SINR值。
SINR图周边向外的叶片表示干扰较少的区域。一种更现实的建模技术是复制或环绕细胞位点，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更高的SINR值。
在天线阵列中尝试了两个天线单元:使用相控阵系统工具箱的基于方程的单元和使用天线工具箱™的贴片天线单元。这些会产生相似的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.，托马斯，T，高希，A.，阮，H.，科瓦奇，I.，罗德里格斯，I.，科曼，O.，和Prartyka, A.。5G无线通信中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2016年5月，第65卷第5期，2843-2860页。