Проверка установки пакета поддержки

Проверьте, установлен ли пакет поддержки 'WINNER II Channel Model for Communications Toolbox'.

commSupportPackageCheck('CST_WINNER2');

Инвентаризация антенной решетки

В модели канала WINNER II каждая БС состоит из одного или более секторов, и каждому сектору БС и МС назначается антенная решетка. Сначала необходимо создать набор массивов, доступных для использования секторами BS и MS, которые мы называем инвентаризацией антенной решетки.

В этом примере все доступные антенные решетки представляют собой однородную кольцевую решетку (UCA). В запасе имеется четыре различных UCA:

Каждый антенный элемент в UCA является всенаправленным.

s = rng(21); % For repeatability

AA(1) = winner2.AntennaArray('UCA',16,0.3);
AA(2) = winner2.AntennaArray('UCA',12,0.3);
AA(3) = winner2.AntennaArray('UCA',8,0.3);
AA(4) = winner2.AntennaArray('UCA',4,0.05);

Конфигурирование компоновки системы

На карте 300 на 300 (метров) мы установим 3 BS, 5 MS и 6 линий связи. Первая БС имеет один сектор, который оснащен 16-элементным УЦА. Вторая БС также имеет один сектор, который оснащен 12-элементным УЦА. Третья БС имеет три сектора, которые оснащены 8-элементным УЦА каждый. Каждой MS назначается 4-элементный UCA.

BSIdx    = {1; 2; [3 3 3]}; % Index in antenna array inventory vector
MSIdx    = [4 4 4 4 4];     % Index in antenna array inventory vector
numLinks = 6;               % Number of links
range    = 300;             % Layout range (meters)
cfgLayout = winner2.layoutparset(MSIdx,BSIdx,numLinks,AA,range);

В системе смоделировано шесть линий связи. Первая BS соединяется с первой и второй MS. Вторая BS подключается к третьей MS Для третьей BS, его первый сектор соединяется с третьей и четвертой МС, его второй сектор подключается к пятой MS, а его третий сектор не подключается к какой-либо MS с точки зрения MS, каждая из них подключается к одной BS, за исключением третьей, которая подключается как ко второй, так и к третьей BS. Каждому звену назначается один сценарий распространения, выбранный из B4 (вне помещения), C2 (городская макроячейка) и C4 (городская макроячейка вне помещения). Non-line-of-sight (NLOS) моделируется для каждой линии связи.

cfgLayout.Pairing = [1 1 2 3 3 4; 6 7 8 8 9 10];  % Index in cfgLayout.Stations
cfgLayout.ScenarioVector = [6 6 13 13 11 11];     % 6 for B4, 11 for C2 and 13 for C4
cfgLayout.PropagConditionVector = [0 0 0 0 0 0];  % 0 for NLOS

Три БС равномерно разнесены между 0 и 300 на оси X и имеют одинаковое положение на оси Y. Позиции MS назначаются для обеспечения того, что их расстояния до подключенных BS находятся в допустимых диапазонах потерь тракта для соответствующих сценариев. В частности, диапазоны для сценариев B4, C2 и C4 составляют [3, 1000], [50, 5000] и [50, 5000] метров соответственно. По умолчанию высота каждого сектора BS составляет 32 метра, а высота MS - 1,5 метра. Каждую МС случайным образом распределяют со скоростью, которая не превышает 0,5 м/с в любом из направлений X, Y и Z.

% Number of BS sectors and MSs in the system
numBSSect = sum(cfgLayout.NofSect);
numMS = length(MSIdx);

% Set up positions for BS sectors. Same position for the third, fourth and
% fifth sectors as they belong to one BS.
cfgLayout.Stations(1).Pos(1:2) = [50;  150];
cfgLayout.Stations(2).Pos(1:2) = [150; 150];
cfgLayout.Stations(3).Pos(1:2) = [250; 150];
cfgLayout.Stations(4).Pos(1:2) = [250; 150];
cfgLayout.Stations(5).Pos(1:2) = [250; 150];

% Set up MS positions
cfgLayout.Stations(6).Pos(1:2)  = [10;  180];  % 50m from 1st BS
cfgLayout.Stations(7).Pos(1:2)  = [60;  50];   % 111.8m from 1st BS
cfgLayout.Stations(8).Pos(1:2)  = [194; 117];  % 55m and 65m from 2nd and 3rd BSs respectively
cfgLayout.Stations(9).Pos(1:2)  = [260; 270];  % 120.4m from 3rd BS
cfgLayout.Stations(10).Pos(1:2) = [295; 90];   % 75m from 3rd BS

% Randomly draw MS velocity
for i = numBSSect + (1:numMS)
    cfgLayout.Stations(i).Velocity = rand(3,1) - 0.5;
end

Для иллюстрации настройки системы мы строим графики BS, MS и связей между ними на карте 2-D. На графике каждый сектор BS представлен окружностью, каждая MS представлена крестиком, а каждая связь представлена прямой линией между соответствующей BS и MS. Поскольку третья BS имеет три сектора, на карте показаны только три окружности.

% Get all BS sector and MS positions
BSPos = cell2mat({cfgLayout.Stations(1:numBSSect).Pos});
MSPos = cell2mat({cfgLayout.Stations(numBSSect+1:end).Pos});

scrsz = get(groot,'ScreenSize');
figSize = min(scrsz([3,4]))/2.3;
figure('Position',[scrsz(3)*.5-figSize/2,scrsz(4)*.7-figSize/2,figSize,figSize]);
hold on; grid on;
hBS = plot(BSPos(1,:),BSPos(2,:),'or');   % Plot BS
hMS = plot(MSPos(1,:),MSPos(2,:),'xb');   % Plot MS
for linkIdx = 1:numLinks  % Plot links
    pairStn = cfgLayout.Pairing(:,linkIdx);
    pairPos = cell2mat({cfgLayout.Stations(pairStn).Pos});
    plot(pairPos(1,:),pairPos(2,:),'-b');
end
xlim([0 300]); ylim([0 300]);
xlabel('X Position (meters)'); ylabel('Y Position (meters)')
legend([hBS, hMS],'BS','MS','location','northwest');

Настройка параметров модели

Существует несколько параметров модели, которые могут быть скорректированы в структуре, созданной winner2.wimparset функция. В этом примере центральная частота равна 5,25 ГГц. Потеря тракта и затенение замирания моделируются для каждого канала. Для поддержки полосы пропускания до 100 МГц два наиболее сильных кластера каждой линии связи делятся на 3 подкластера, каждый из которых отделен друг от друга на 5 нс. Все линии связи отбираются с различными скоростями, которые зависят от скорости МС. Поскольку третья и четвертая линии соединяются с одной и той же MS, они имеют одинаковую частоту выборки.

frameLen = 1600; % Number of samples to be generated

cfgWim = winner2.wimparset;
cfgWim.NumTimeSamples      = frameLen;
cfgWim.IntraClusterDsUsed  = 'yes';
cfgWim.CenterFrequency     = 5.25e9;
cfgWim.UniformTimeSampling = 'no';
cfgWim.ShadowingModelUsed  = 'yes';
cfgWim.PathLossModelUsed   = 'yes';
cfgWim.RandomSeed          = 31415926;  % For repeatability

Создание системы каналов WINNER II Object™

Теперь мы можем использовать конфигурацию модели и компоновки для создания системного объекта канала WINNER II. После создания объекта можно вызвать его info для просмотра некоторых производных системных параметров. Например, в info возврат метода, NumBSElements, NumMSElements и NumPaths поля указывают количество элементов массива в секторах BS, количество элементов массива в MS и количество трактов для каждой линии связи. SampleRate также показывает частоту выборки для каждого канала.

WINNERChan = comm.WINNER2Channel(cfgWim,cfgLayout);
chanInfo = info(WINNERChan)

chanInfo = struct with fields:
               NumLinks: 6
          NumBSElements: [16 16 12 8 8 8]
          NumMSElements: [4 4 4 4 4 4]
               NumPaths: [16 16 16 16 24 24]
             SampleRate: [1x6 double]
     ChannelFilterDelay: [7 7 7 7 7 7]
    NumSamplesProcessed: 0

Импульсный сигнал обработки для каждой линии связи

Мы пропускаем импульсный сигнал через каждую линию связи и наблюдаем импульсные и частотные характеристики в MS. Для этого нам необходимо создать импульсный сигнал для каждой линии связи и объединить их в матрицу ячеек. Это достигается с помощью NumBSElements области info возврат метода и cellfun функция. Матрица ячеек импульсного сигнала должна обрабатываться объектом канала.

txSig = cellfun(@(x) [ones(1,x);zeros(frameLen-1,x)], ...
    num2cell(chanInfo.NumBSElements)','UniformOutput',false);

rxSig = WINNERChan(txSig); % Pass impulse signal through each link

Построение графика принятого сигнала на MS дает представление о том, как импульсные и частотные характеристики канала замирания выглядят для каждой линии связи. Из 4 антенн на каждой МС строят график только принятого сигнала на первой антенне. Тот факт, что линии связи дискретизируются с различными скоростями, фиксируется в графике импульсной характеристики. Для каждой линии связи первые несколько выборок из задержки канального фильтра строятся на отрицательной временной оси, если она имеется.

figure('Position',[scrsz(3)*.3-figSize/2,scrsz(4)*.25-figSize/2,figSize,figSize]);
hold on;
for linkIdx = 1:numLinks
    delay = chanInfo.ChannelFilterDelay(linkIdx);
    stem(((0:(frameLen-1))-delay)/chanInfo.SampleRate(linkIdx), ...
        abs(rxSig{linkIdx}(:,1)));
end
maxX = max((cell2mat(cellfun(@(x) find(abs(x) < 1e-8,1,'first'), ...
    rxSig.','UniformOutput',false)) - chanInfo.ChannelFilterDelay)./ ...
    chanInfo.SampleRate);
minX = -max(chanInfo.ChannelFilterDelay./chanInfo.SampleRate);
xlim([minX, maxX]);
xlabel('Time (s)'); ylabel('Magnitude');
legend('Link 1','Link 2','Link 3','Link 4','Link 5','Link 6');
title('Impulse Response at First Receive Antenna');

Поскольку третья и четвертая линии соединяются с одной и той же MS и, следовательно, имеют одинаковую частоту дискретизации, мы строим их вместе с помощью объекта Spectrum Analyzer System. Две линии связи имеют по 16 трактов и демонстрируют значительную частотную избирательность.

SA = dsp.SpectrumAnalyzer( ...
    'Name',         'Frequency response', ...
    'SpectrumType', 'Power density', ...
    'SampleRate',   chanInfo.SampleRate(3), ...
    'Position',     [scrsz(3)*.7-figSize/2,scrsz(4)*.25-figSize/2,figSize,figSize], ...
    'Title',        'Frequency Response', ...
    'ShowLegend',   true, ...
    'ChannelNames', {'Link 3','Link 4'});

SA(cell2mat(cellfun(@(x) x(:,1),rxSig(3:4,1)','UniformOutput',false)));

rng(s); % Restore RNG

Дальнейшие исследования

В примере показано, как сконфигурировать объект WINNER II fading channel System для моделирования системы с несколькими линиями MIMO от BS к MS. Дальнейшая разведка включает в себя модификации месторождений cfgLayout и cfgWim для моделирования различных антенных решеток, таких как однородные линейные решетки (ULA), местоположения и пары BS/MS, сценарии и условия распространения и т.д.

Поскольку третья и четвертая линии соединяются с одной и той же МС, можно комбинировать принятые сигналы от обеих линий, смещая выборки соответствующим образом для учета задержек канального фильтра на двух линиях.

Избранная библиография