eng
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
Выпуск #4/2021
Г.Фокин
МОДЕЛИ ДИАГРАММООБРАЗОВАНИЯ В СВЕРХПЛОТНЫХ СЕТЯХ РАДИОДОСТУПА 5G. ЧАСТЬ 2. ОЦЕНКА РАЗНОСА УСТРОЙСТВ
МОДЕЛИ ДИАГРАММООБРАЗОВАНИЯ В СВЕРХПЛОТНЫХ СЕТЯХ РАДИОДОСТУПА 5G. ЧАСТЬ 2. ОЦЕНКА РАЗНОСА УСТРОЙСТВ
Просмотры: 1298
DOI: 10.22184/2070-8963.2021.96.4.66.72
Во второй части исследования, посвященного моделям и методам диаграммообразования в сверхплотных сетях радиодоступа 5G, приводится оценка в первом приближении необходимого территориального разноса соседних приемопередающих устройств для поддержания допустимого уровня внутрисистемных помех. Результаты математического и имитационного моделирования показывают, что требуемый территориальный разнос должен составлять примерно 20% дальности радиопокрытия сетевых устройств, работающих в режиме диаграммообразования с разбросом углов 2°.
Во второй части исследования, посвященного моделям и методам диаграммообразования в сверхплотных сетях радиодоступа 5G, приводится оценка в первом приближении необходимого территориального разноса соседних приемопередающих устройств для поддержания допустимого уровня внутрисистемных помех. Результаты математического и имитационного моделирования показывают, что требуемый территориальный разнос должен составлять примерно 20% дальности радиопокрытия сетевых устройств, работающих в режиме диаграммообразования с разбросом углов 2°.
Теги: 5g diagram development dispersion of arrival angles orphanage width ultra-dense radio access networks диаграммообразование разброс углов прихода сверхплотные сети радиодоступа ширина диаграммы направленности
МОДЕЛИ ДИАГРАММООБРАЗОВАНИЯ в сверхплотных сетях радиодоступа 5G
Часть 2. Оценка разноса устройств
Г.Фокин, к.т.н., доцент СПбГУТ им. проф. М.А.Бонч-Бруевича / grihafokin@gmail.com
УДК 621.396.9, DOI: 10.22184/2070-8963.2021.96.4.66.72
Во второй части исследования, посвященного моделям и методам диаграммообразования в сверхплотных сетях радиодоступа 5G, приводится оценка в первом приближении необходимого территориального разноса соседних приемопередающих устройств для поддержания допустимого уровня внутрисистемных помех. Результаты математического и имитационного моделирования показывают, что требуемый территориальный разнос должен составлять примерно 20% дальности радиопокрытия сетевых устройств, работающих в режиме диаграммообразования с разбросом углов 2˚.
Введение
Новый радиоинтерфейс 5G NR (New Radio), включая более широкие полосы частот, диапазон миллиметровых волн, а также новую архитектуру сетей радиодоступа (СРД) 5G, в том числе непосредственную радиосвязь устройств друг с другом D2D (Device-to-Device) в сверхплотных сетях UDN (Ultra Dense Network), не только открывает дополнительные возможности, но и порождает ряд проблем функционирования устройств [1]. На уровне сети радиодоступа трудно прогнозировать степень влияния внутрисистемных помех, обусловленную сверхплотным распределением устройств и их децентрализованным взаимодействием при переходе от сотово-центрической к устройство-центрической распределенной архитектуре [2]. Один из путей компенсации внутрисистемных помех в сверхплотных СРД пятого и последующих поколений для абонентских (АС) и базовых станций (БС) – пространственное уплотнение одновременных передач за счет многоантенных систем massive MIMO [3] и умных цифровых антенных решеток (АР) [4] с возможностью адаптивного диаграммообразования (ДО) [5, 6].
Эффективность диаграммообразования в СРД 5G NR – актуальное направление исследований – определяется, в частности, плотностью соседних приемопередающих устройств [7]. Перспективный метод управления лучом для территориально и пространственно распределенных АС и БС, оборудованных умными цифровыми АР, – ДО на основе позиционирования LAB (Location Aware Beamforming) [8]. К преимуществам LAB, по сравнению с ДО на основе данных о текущей обстановке в радиоканале CSI (Channel State Information), относится возможность оперативно формировать луч на передачу и/или прием без необходимости предварительного анализа обучающих последовательностей, накладные расходы на обработку которых в условиях сверхплотного распределения как подвижных АС, так и неподвижных БС становятся неприемлемо высокими [9]. Эффективность ДО на основе позиционирования определяется, в том числе, точностью формируемого луча [10]. Поэтому актуальный вопрос, исследуемый в настоящей работе, – оценка в первом приближении зависимости необходимого территориального разноса соседних приемопередающих устройств, работающих в режиме диаграммообразования, от точности и ширины формируемого луча.
Математическая модель оценки разноса устройств в первом приближении
Исследуем зависимость территориального разноса устройств от точности и ширины формируемого луча для случая использования прямоугольных АР. На рис.1 представлена модель прямоугольной АР с равномерным расположением элементов на плоскости [5]: M элементов вдоль оси 0x на расстоянии dx и N элементов вдоль оси 0y на расстоянии dy.
Прямоугольные АР получили широкое распространение для устройств СРД 5G благодаря возможности адаптивно формировать диаграмму направленности антенны (ДНА) в пространстве по азимуту ϕ в горизонтальной плоскости и углу места θ в вертикальной плоскости. Пусть пара (ϕ0,θ0) задает опорное направление максимального излучения ДНА по азимуту и углу места соответственно, тогда коэффициент направленного действия (КНД) прямоугольной АР [AF(θ,ϕ)](M×N) с числом элементов M × N, где M и N – четные числа, определяется [5]:
где wmn – амплитуда элемента m = 1, …, M и n = 1, …, N; а параметры u и v:
где λ – длина волны. При M = N и dx = dy = λ/2 для ширины ДНА по уровню половинной мощности HPBW (Half-Power Beamwidth) в горизонтальной и вертикальной плоскостях справедливо соотношение [6]:
(1)
Аппроксимация (1) позволяет в первом приближении оценить ϕ3дБ и θ3дБ, где ϕ3дБ – ширина ДНА по уровню половинной мощности (минус 3 дБ) HPBWH (Horizontal) в горизонтальной плоскости; θ3дБ – ширина ДНА по уровню половинной мощности HPBWV (Vertical) в вертикальной плоскости. Зная ϕ3дБ и θ3дБ, высоту подвеса h БС и дальность ее радиопокрытия R, можно оценить территориальный разнос dss (spatial separation) соседних устройств по уровню HPBW по азимуту dss(ϕ3дБ) и углу места dss(θ3дБ) (рис.2):
dss(ϕ3дБ) = 2R ∙ tan(ϕ3дБ/2); dss(θ3дБ) =
= R – h ∙ tan (atan(r/h) – θ3дБ). (2)
На рис.3 показана зависимость HPBW от числа элементов прямоугольной АР N2, а также оценка территориального разноса dss(ϕ3дБ) и dss(θ3дБ) в первом приближении.
На основе анализа графиков можно сделать следующие выводы: а) при 64-х элементах прямоугольной АР ширина ДНА по азимуту и углу места достигает 1°, поэтому далее оценка территориальных разносов dss производится для трех значений HPBW в горизонтальной (ϕ3дБ = 2°, 5°, 10°) и вертикальной (θ3дБ = 2°, 5°, 10°) плоскостях; б) при фиксированной ширине ДНА в горизонтальной и вертикальной плоскостях HPBW по мере повышения дальности радиопокрытия R требуемый территориальный разнос dss соседних устройств по уровню половинной мощности луча АР увеличивается; при этом dss для θ3дБ возрастает быстрее, чем для ϕ3дБ, что объясняется на порядок меньшей высотой подвеса АР h по сравнению с R; в) по мере снижения HPBW в горизонтальной ϕ3дБ и вертикальной θ3дБ плоскостях требуемый территориальный разнос dss уменьшается; г) если использовать в качестве нижней границы значение dss(θ3дБ), то требуемый разнос dss должен быть dss(2°) > 0,2R, dss(5°) > 0,4R и dss(10°) > 0,6R.
ДО на основе позиционирования LAB позволяет передающим и принимающим устройствам компенсировать издержки их сверхплотного распределения в пространстве за счет формирования максимумов ДНА в направлении передачи/приема полезного сигнала SOI (Signal of Interest) и минимума ДНА в направлении внутрисистемных помех SNOI (Signal of No Interest) для других устройств. Имитационное моделирование (ИМ) используется для оценки влияния разноса устройств SOI и SNOI в начальном приближении на уровень помех в отдельной радиолинии и совокупности радиолиний СРД 5G.
Имитационная модель оценки разноса устройств в отдельной радиолинии
На рис.4 представлен сценарий ИМ оценки подавления помех в радиолинии SNOI по сравнению с радиолинией SOI: высота подвеса АР БС h = 10 м, дальность радиопокрытия БС R = 20 м, разнос соседних устройств по углу места θ = 10°. В табл.1 содержится оценка энергетики радиолиний SOI, SNOI в дБ и подавление SOI/SNOI для θ = 10° при трех значениях числа элементов прямоугольной АР N2.
В табл.2 показано подавление помех SOI/SNOI при трех значениях разноса соседних устройств по углу места θ = 2°, 5°, 10° и трех значениях N2.
На рис.5 приведен пример построения карты диаграммообразования по азимуту и углу места для АР с N2 = 256 при разносе устройств по углу места θ = 10° с использованием [5].
Как следует из анализа табл.1, 2 и рис.5, в отдельной радиолинии подавление помех превышает 40 дБ при разносе устройств на угол более 2° для АР с N2 = 64.
Имитационная модель оценки разноса устройств в совокупности радиолиний
Для анализа совокупности радиолиний SOI и SNOI рассмотрим сценарий ИМ 19-ти трехсекторных БС по рекомендации ITU-R M.2135-1 [11] (рис.6).
Параметр ISD (Inter-Site-Distance) в ITU-R M.2135-1 представляет собой разнос БС. Для ИМ 19-ти трехсекторных БС (57 секторов) сначала задается МП центральной БС. Возможности пакета расширения Antenna Toolbox СПО Matlab [12] позволяют при моделировании процесса распространения радиоволн использовать цифровые модели местности; координаты центральной БС задаются параметрами широты и долготы. Относительно центральной расставляются остальные БС с территориальным разносом ISD. Для каждой БС инициализируются по три сектора с азимутами опорных направлений 30˚, 150˚ и 270˚.
Для моделирования АР используется пакет Phased Array System Toolbox СПО Matlab [12]. На рис.7 отображены трехмерные КНД для одного элемента и АР из 64-х элементов.
Для построения карты отношений сигнал/(шум + помехи) ОСШП (SINR, Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio) каждая элементарная площадка пространственного разрешения обслуживается той БС, принимаемый сигнал которой в ней максимален (SOI); остальные БС оказываются источниками помех (SNOI). На рис.8 представлены карты SINR от –5 до 20 дБ для СРД из 19-ти БС при уменьшении ISD для оценки влияния их уплотнения.
На основе анализа карт отношений сигнал/(шум + помехи) можно сделать следующие выводы: а) SINR для БС в режиме ДО в среднем выше, чем ОСШП для режима ненаправленной радиосвязи; в режиме ДО контуры областей положительных SINR определяются ДНА и азимутами опорных направлений секторов; б) при уменьшении расстояния ISD между соседними БС со 100 до 20 м ОСШП в среднем снижается, а области положительных SINR исчезают, что является следствием уплотнения устройств при фиксированной мощности передатчиков БС; в) для сектора 270˚ центральной БС при ISD = 100 м оценка пространственного разноса по критерию положительного ОСШП составляет dss ~ 20 м; при уменьшении ISD dss снижается; при ISD = 40 м SINR по азимуту 270˚ оказывается меньше нуля.
Для оценки территориального разноса использовались маркеры положительного ОСШП по ширине ДНА сектора 270˚ центральной БС; полученные значения широты и долготы двух маркеров применялись для вычисления dss с помощью функции Matlab distance (lat1,lon1,lat2,lon2). В результате оценки территориального разноса по положительным значениям SINR получены следующие зависимости: при ISD = 100, 80 и 60 м значения dss составили 23,7; 20,4 и 14,9 м соответственно. Сравнивая эти результаты с начальным приближением dss(2°) > 0,2R, можно сделать вывод: территориальный разнос соседних устройств должен составлять не менее ~ 20% дальности радиопокрытия для АР с N2 = 64.
Заключение
Исследование моделей диаграммообразования в отдельной радиолинии и в совокупности радиолиний показало, что требуемый территориальный разнос устройств в сверхплотных сетях радиодоступа 5G должен составлять примерно 20% дальности радиопокрытия при разбросе углов 2˚ для АР с N2 = 64.
ЛИТЕРАТУРА
Lopez A.V., Chervyakov A., Chance G., Verma S., Tang Y. Opportunities and Challenges of mmWave NR // IEEE Wireless Communications. 2019. Vol. 26. No. 2. PP. 4–6.
Boccardi F., Heath R.W., Lozano A., Marzetta T.L., Popovski P. Five disruptive technology directions for 5G // IEEE Communications Magazine. 2014. Vol. 52. No. 2. PP. 74–80.
Vook F.W., Ghosh A., Thomas T.A. MIMO and beamforming solutions for 5G technology // 2014 IEEE MTTS International Microwave Symposium (IMS2014), Tampa, FL. 2014. PP. 1–4.
Gross F. Smart Antennas for Wireless Communications: With MATLAB. McGraw-Hill Professional. 2005. 288 p.
Balanis C.A. Antenna theory: analysis and design. John wiley & sons. 2016. 1104 p.
Mailloux R.J. Phased Array Antenna Handbook. 3rd Ed. Artech House. 2017. 691 p.
Rachad J., Nasri R., Decreusefond L. A 3D Beamforming Scheme Based on The Spatial Distribution of User Locations // 2019 IEEE 30th Annual International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), Istanbul, Turkey. 2019. PP. 1–7.
Kela P. et al. Location Based Beamforming in 5G Ultra-Dense Networks // 2016 IEEE 84th Vehicular Technology Conference (VTC-Fall). Montreal. QC. 2016. PP. 1–7.
Liu C., Li M., Hanly S.V., Whiting P., Collings I.B. Millimeter-Wave Small Cells: Base Station Discovery, Beam Alignment, and System Design Challenges // IEEE Wireless Communicationsю 2018. Vol. 25. No. 4. PP. 40–46.
Talvitie J. et al. Beamformed Radio Link Capacity Under Positioning Uncertainty // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2020. Vol. 69. No. 12. PP. 16235–16240.
Report ITU-R M.2135-1. Guidelines for evaluation of radio interface technologies for IMT-Advanced. ITU. 2009.
Antenna Toolbox. MathWorks, Inc. URL: https://www.mathworks.com/products/antenna.html
Phased Array System Toolbox, MathWorks, Inc, URL: https://www.mathworks.com/products/phased-array.html
Часть 2. Оценка разноса устройств
Г.Фокин, к.т.н., доцент СПбГУТ им. проф. М.А.Бонч-Бруевича / grihafokin@gmail.com
УДК 621.396.9, DOI: 10.22184/2070-8963.2021.96.4.66.72
Во второй части исследования, посвященного моделям и методам диаграммообразования в сверхплотных сетях радиодоступа 5G, приводится оценка в первом приближении необходимого территориального разноса соседних приемопередающих устройств для поддержания допустимого уровня внутрисистемных помех. Результаты математического и имитационного моделирования показывают, что требуемый территориальный разнос должен составлять примерно 20% дальности радиопокрытия сетевых устройств, работающих в режиме диаграммообразования с разбросом углов 2˚.
Введение
Новый радиоинтерфейс 5G NR (New Radio), включая более широкие полосы частот, диапазон миллиметровых волн, а также новую архитектуру сетей радиодоступа (СРД) 5G, в том числе непосредственную радиосвязь устройств друг с другом D2D (Device-to-Device) в сверхплотных сетях UDN (Ultra Dense Network), не только открывает дополнительные возможности, но и порождает ряд проблем функционирования устройств [1]. На уровне сети радиодоступа трудно прогнозировать степень влияния внутрисистемных помех, обусловленную сверхплотным распределением устройств и их децентрализованным взаимодействием при переходе от сотово-центрической к устройство-центрической распределенной архитектуре [2]. Один из путей компенсации внутрисистемных помех в сверхплотных СРД пятого и последующих поколений для абонентских (АС) и базовых станций (БС) – пространственное уплотнение одновременных передач за счет многоантенных систем massive MIMO [3] и умных цифровых антенных решеток (АР) [4] с возможностью адаптивного диаграммообразования (ДО) [5, 6].
Эффективность диаграммообразования в СРД 5G NR – актуальное направление исследований – определяется, в частности, плотностью соседних приемопередающих устройств [7]. Перспективный метод управления лучом для территориально и пространственно распределенных АС и БС, оборудованных умными цифровыми АР, – ДО на основе позиционирования LAB (Location Aware Beamforming) [8]. К преимуществам LAB, по сравнению с ДО на основе данных о текущей обстановке в радиоканале CSI (Channel State Information), относится возможность оперативно формировать луч на передачу и/или прием без необходимости предварительного анализа обучающих последовательностей, накладные расходы на обработку которых в условиях сверхплотного распределения как подвижных АС, так и неподвижных БС становятся неприемлемо высокими [9]. Эффективность ДО на основе позиционирования определяется, в том числе, точностью формируемого луча [10]. Поэтому актуальный вопрос, исследуемый в настоящей работе, – оценка в первом приближении зависимости необходимого территориального разноса соседних приемопередающих устройств, работающих в режиме диаграммообразования, от точности и ширины формируемого луча.
Математическая модель оценки разноса устройств в первом приближении
Исследуем зависимость территориального разноса устройств от точности и ширины формируемого луча для случая использования прямоугольных АР. На рис.1 представлена модель прямоугольной АР с равномерным расположением элементов на плоскости [5]: M элементов вдоль оси 0x на расстоянии dx и N элементов вдоль оси 0y на расстоянии dy.
Прямоугольные АР получили широкое распространение для устройств СРД 5G благодаря возможности адаптивно формировать диаграмму направленности антенны (ДНА) в пространстве по азимуту ϕ в горизонтальной плоскости и углу места θ в вертикальной плоскости. Пусть пара (ϕ0,θ0) задает опорное направление максимального излучения ДНА по азимуту и углу места соответственно, тогда коэффициент направленного действия (КНД) прямоугольной АР [AF(θ,ϕ)](M×N) с числом элементов M × N, где M и N – четные числа, определяется [5]:
где wmn – амплитуда элемента m = 1, …, M и n = 1, …, N; а параметры u и v:
где λ – длина волны. При M = N и dx = dy = λ/2 для ширины ДНА по уровню половинной мощности HPBW (Half-Power Beamwidth) в горизонтальной и вертикальной плоскостях справедливо соотношение [6]:
(1)
Аппроксимация (1) позволяет в первом приближении оценить ϕ3дБ и θ3дБ, где ϕ3дБ – ширина ДНА по уровню половинной мощности (минус 3 дБ) HPBWH (Horizontal) в горизонтальной плоскости; θ3дБ – ширина ДНА по уровню половинной мощности HPBWV (Vertical) в вертикальной плоскости. Зная ϕ3дБ и θ3дБ, высоту подвеса h БС и дальность ее радиопокрытия R, можно оценить территориальный разнос dss (spatial separation) соседних устройств по уровню HPBW по азимуту dss(ϕ3дБ) и углу места dss(θ3дБ) (рис.2):
dss(ϕ3дБ) = 2R ∙ tan(ϕ3дБ/2); dss(θ3дБ) =
= R – h ∙ tan (atan(r/h) – θ3дБ). (2)
На рис.3 показана зависимость HPBW от числа элементов прямоугольной АР N2, а также оценка территориального разноса dss(ϕ3дБ) и dss(θ3дБ) в первом приближении.
На основе анализа графиков можно сделать следующие выводы: а) при 64-х элементах прямоугольной АР ширина ДНА по азимуту и углу места достигает 1°, поэтому далее оценка территориальных разносов dss производится для трех значений HPBW в горизонтальной (ϕ3дБ = 2°, 5°, 10°) и вертикальной (θ3дБ = 2°, 5°, 10°) плоскостях; б) при фиксированной ширине ДНА в горизонтальной и вертикальной плоскостях HPBW по мере повышения дальности радиопокрытия R требуемый территориальный разнос dss соседних устройств по уровню половинной мощности луча АР увеличивается; при этом dss для θ3дБ возрастает быстрее, чем для ϕ3дБ, что объясняется на порядок меньшей высотой подвеса АР h по сравнению с R; в) по мере снижения HPBW в горизонтальной ϕ3дБ и вертикальной θ3дБ плоскостях требуемый территориальный разнос dss уменьшается; г) если использовать в качестве нижней границы значение dss(θ3дБ), то требуемый разнос dss должен быть dss(2°) > 0,2R, dss(5°) > 0,4R и dss(10°) > 0,6R.
ДО на основе позиционирования LAB позволяет передающим и принимающим устройствам компенсировать издержки их сверхплотного распределения в пространстве за счет формирования максимумов ДНА в направлении передачи/приема полезного сигнала SOI (Signal of Interest) и минимума ДНА в направлении внутрисистемных помех SNOI (Signal of No Interest) для других устройств. Имитационное моделирование (ИМ) используется для оценки влияния разноса устройств SOI и SNOI в начальном приближении на уровень помех в отдельной радиолинии и совокупности радиолиний СРД 5G.
Имитационная модель оценки разноса устройств в отдельной радиолинии
На рис.4 представлен сценарий ИМ оценки подавления помех в радиолинии SNOI по сравнению с радиолинией SOI: высота подвеса АР БС h = 10 м, дальность радиопокрытия БС R = 20 м, разнос соседних устройств по углу места θ = 10°. В табл.1 содержится оценка энергетики радиолиний SOI, SNOI в дБ и подавление SOI/SNOI для θ = 10° при трех значениях числа элементов прямоугольной АР N2.
В табл.2 показано подавление помех SOI/SNOI при трех значениях разноса соседних устройств по углу места θ = 2°, 5°, 10° и трех значениях N2.
На рис.5 приведен пример построения карты диаграммообразования по азимуту и углу места для АР с N2 = 256 при разносе устройств по углу места θ = 10° с использованием [5].
Как следует из анализа табл.1, 2 и рис.5, в отдельной радиолинии подавление помех превышает 40 дБ при разносе устройств на угол более 2° для АР с N2 = 64.
Имитационная модель оценки разноса устройств в совокупности радиолиний
Для анализа совокупности радиолиний SOI и SNOI рассмотрим сценарий ИМ 19-ти трехсекторных БС по рекомендации ITU-R M.2135-1 [11] (рис.6).
Параметр ISD (Inter-Site-Distance) в ITU-R M.2135-1 представляет собой разнос БС. Для ИМ 19-ти трехсекторных БС (57 секторов) сначала задается МП центральной БС. Возможности пакета расширения Antenna Toolbox СПО Matlab [12] позволяют при моделировании процесса распространения радиоволн использовать цифровые модели местности; координаты центральной БС задаются параметрами широты и долготы. Относительно центральной расставляются остальные БС с территориальным разносом ISD. Для каждой БС инициализируются по три сектора с азимутами опорных направлений 30˚, 150˚ и 270˚.
Для моделирования АР используется пакет Phased Array System Toolbox СПО Matlab [12]. На рис.7 отображены трехмерные КНД для одного элемента и АР из 64-х элементов.
Для построения карты отношений сигнал/(шум + помехи) ОСШП (SINR, Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio) каждая элементарная площадка пространственного разрешения обслуживается той БС, принимаемый сигнал которой в ней максимален (SOI); остальные БС оказываются источниками помех (SNOI). На рис.8 представлены карты SINR от –5 до 20 дБ для СРД из 19-ти БС при уменьшении ISD для оценки влияния их уплотнения.
На основе анализа карт отношений сигнал/(шум + помехи) можно сделать следующие выводы: а) SINR для БС в режиме ДО в среднем выше, чем ОСШП для режима ненаправленной радиосвязи; в режиме ДО контуры областей положительных SINR определяются ДНА и азимутами опорных направлений секторов; б) при уменьшении расстояния ISD между соседними БС со 100 до 20 м ОСШП в среднем снижается, а области положительных SINR исчезают, что является следствием уплотнения устройств при фиксированной мощности передатчиков БС; в) для сектора 270˚ центральной БС при ISD = 100 м оценка пространственного разноса по критерию положительного ОСШП составляет dss ~ 20 м; при уменьшении ISD dss снижается; при ISD = 40 м SINR по азимуту 270˚ оказывается меньше нуля.
Для оценки территориального разноса использовались маркеры положительного ОСШП по ширине ДНА сектора 270˚ центральной БС; полученные значения широты и долготы двух маркеров применялись для вычисления dss с помощью функции Matlab distance (lat1,lon1,lat2,lon2). В результате оценки территориального разноса по положительным значениям SINR получены следующие зависимости: при ISD = 100, 80 и 60 м значения dss составили 23,7; 20,4 и 14,9 м соответственно. Сравнивая эти результаты с начальным приближением dss(2°) > 0,2R, можно сделать вывод: территориальный разнос соседних устройств должен составлять не менее ~ 20% дальности радиопокрытия для АР с N2 = 64.
Заключение
Исследование моделей диаграммообразования в отдельной радиолинии и в совокупности радиолиний показало, что требуемый территориальный разнос устройств в сверхплотных сетях радиодоступа 5G должен составлять примерно 20% дальности радиопокрытия при разбросе углов 2˚ для АР с N2 = 64.
ЛИТЕРАТУРА
Lopez A.V., Chervyakov A., Chance G., Verma S., Tang Y. Opportunities and Challenges of mmWave NR // IEEE Wireless Communications. 2019. Vol. 26. No. 2. PP. 4–6.
Boccardi F., Heath R.W., Lozano A., Marzetta T.L., Popovski P. Five disruptive technology directions for 5G // IEEE Communications Magazine. 2014. Vol. 52. No. 2. PP. 74–80.
Vook F.W., Ghosh A., Thomas T.A. MIMO and beamforming solutions for 5G technology // 2014 IEEE MTTS International Microwave Symposium (IMS2014), Tampa, FL. 2014. PP. 1–4.
Gross F. Smart Antennas for Wireless Communications: With MATLAB. McGraw-Hill Professional. 2005. 288 p.
Balanis C.A. Antenna theory: analysis and design. John wiley & sons. 2016. 1104 p.
Mailloux R.J. Phased Array Antenna Handbook. 3rd Ed. Artech House. 2017. 691 p.
Rachad J., Nasri R., Decreusefond L. A 3D Beamforming Scheme Based on The Spatial Distribution of User Locations // 2019 IEEE 30th Annual International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), Istanbul, Turkey. 2019. PP. 1–7.
Kela P. et al. Location Based Beamforming in 5G Ultra-Dense Networks // 2016 IEEE 84th Vehicular Technology Conference (VTC-Fall). Montreal. QC. 2016. PP. 1–7.
Liu C., Li M., Hanly S.V., Whiting P., Collings I.B. Millimeter-Wave Small Cells: Base Station Discovery, Beam Alignment, and System Design Challenges // IEEE Wireless Communicationsю 2018. Vol. 25. No. 4. PP. 40–46.
Talvitie J. et al. Beamformed Radio Link Capacity Under Positioning Uncertainty // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2020. Vol. 69. No. 12. PP. 16235–16240.
Report ITU-R M.2135-1. Guidelines for evaluation of radio interface technologies for IMT-Advanced. ITU. 2009.
Antenna Toolbox. MathWorks, Inc. URL: https://www.mathworks.com/products/antenna.html
Phased Array System Toolbox, MathWorks, Inc, URL: https://www.mathworks.com/products/phased-array.html
Отзывы читателей
