5G城市宏小区测试环境的SINR图

这个例子使用:

打开实时脚本

本示例展示了如何构建5G城市宏小区测试环境，并将信噪比(SINR)在地图上可视化。测试环境基于ITU-R M.[IMT-2020]报告中定义的准则。EVAL] [1]来评估5G无线电技术。该报告在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和以行人和车辆用户为中心的交通负载的城市环境(Dense urban - embb)。测试环境包括六边形蜂窝网络以及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ITU-R M.2135-1报告8.3节中定义的4G技术测试网络布局[2]，如下所示。该布局由19个六边形布局的站点组成，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)，具体取决于测试使用场景。对于密集城市- embb测试环境，ISD为200 m。

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

%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cell站点的距离和角度数组，其中每个站点有3个单元格numCellSites = 19;siteDistances = 0 (1,numCellSites);siteAngles = 0 (1,numCellSites);%定义6个点的内环的距离和角度(单元格4-21)Isd = 200;站点间距离%siteDistances(2:7) = isd;siteAngles(2:7) = 30:60:360;%定义6个点的中间环的距离和角度(单元格22-39)siteDistances(8:13) = 2*isd*cosd(30);siteAngles(8:13) = 0:60:300;%定义6个站点的外圈距离和角度(单元格40-57)siteDistances(14:19) = 2*isd;siteAngles(14:19) = 30:60:360;

定义单元格参数

每个细胞位点有三个与每个细胞相对应的发射机。创建阵列来定义每个小区发射机的名称、纬度、经度和天线角度。

初始化小区发射机参数的数组numCells = numCellSites*3;cellLats = 0 (1,numCells);cellLons = 0 (1,numCells);cellNames = strings(1,numCells);cellAngles = 0 (1,numCells);定义单元扇形角度cellSectorAngles = [30 150 270];对于每个小区站点位置，为每个小区发射机填充数据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, siteDistances(siteInd)， siteAngles(siteInd));%为每个单元格分配值为cellSectorAngle = cellSectorAngles cellNames(cellInd) =“细胞”+ cellInd;cellLats(cellInd) = cellLat;cellLons(cellInd) = cellLon;cellAngles(cellInd) = cellSectorAngle;cellInd = cellInd + 1;结束结束

创建发射机站点

使用上面定义的参数以及为Dense Urban-eMBB定义的配置参数创建发射机站点。启动站点查看器，并使用基础图财产。或者，单击右侧第二个按钮，在站点查看器中打开底图选择器。选择“地形图”选择包含地形、街道和标签的底图。

使用ITU-R M.[IMT-2020.EVAL]报告表8-2 (b)定义发射机参数Fq = 4e9;%密集城市- embb载波频率(4ghz)antHeight = 25;% mtxPowerDBm = 44;%以dBm为单位的总发射功率txPower = 10.^((txPowerDBm-30)/10);%将dBm转换为W%创建蜂窝发射机站点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”；

创建天线元件

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实现报告中定义的天线元件方向图。

%定义模式参数Azvec = -180:180;Elvec = -90:90;Am = 30;%最大衰减(dB)倾斜= 0;%倾斜角度az3dB = 65;% 3db带宽在方位角el3dB = 65;% 3db提升带宽%定义天线方向图[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phaspattern = 0 (size(combinedMagPattern));%创建天线元件antennaElement = phase。CustomAntennaElement (…“AzimuthAngles”azvec,…“ElevationAngles”elvec,…“MagnitudePattern”combinedMagPattern,…“PhasePattern”, phasepattern);%显示辐射模式F =图;模式(antennaElement fq);

显示单天线单元的信噪比图

可视化使用单个天线元件和自由空间传播模型的测试场景的信噪比。对于发射机站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- 5db的区域。

为每个小区发射机分配天线单元为tx = txs tx. antenna = antennaElement;结束使用ITU-R M.[IMT-2020.EVAL]报告表8-2 (b)定义接收机参数。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

定义一个天线阵列来增加方向增益和增加峰值信噪比值。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Lambda = physconst(“光速”) / fq;卓尔= lambda/2;Dcol = lambda/2;定义锥度以减少副瓣dBdown = 30;taperz = chebwin(nrow,dBdown);tapestry = 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 = phase。(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天线阵列的信噪比图

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信噪比。应用机械向下倾斜，照亮每个发射机周围预定的地面区域。

为每个小区发射机分配天线阵列，并应用向下倾斜。没有向下倾斜，模式对发射机附近太窄。向下倾斜= 15;为tx = txs tx. antenna = cellAntenna;txt . antennaangle = [txt . 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映射

使用接近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的路径损失。与自由空间传播模型相比，该模型产生的信噪比图显示干扰效应减少。

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元件

上述分析使用的天线元件是根据ITU-R报告中指定的公式定义的[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。现在用标准半波长矩形微带贴片天线的实际天线模型取代基于方程的天线单元定义。天线元件提供了大约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 = design(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映射

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，该分析应捕获偏离基于方程的天线规范的影响[1),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

本例展示了如何构建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组成，每个站点包含3个扇形小区。不同天线的信噪比(SINR)显示在地图上。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。
在SINR图的周长上，向外的波瓣表示干扰较少的区域。一种更现实的建模技术是复制或包裹小区，以扩大几何形状，使周边区域经历与内部区域类似的干扰。
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元件:使用相控阵系统工具箱的基于方程的元件和使用天线工具箱™的贴片天线元件。这些产生类似的SINR图。

参考文献

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

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

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。