Распространение и визуализация RF

Открыть Live Script

Этот пример показывает, как вычислить и визуализировать наружное беспроводное покрытие между передатчиком и приемником. Это включает в себя:

Создание сайта передатчика и приемника с помощью библиотеки антенн Antenna Toolbox.
Вычисление расстояния и угла между передатчиком и приемником.
Расчет уровня сигнала с использованием свободного пространства распространения или других моделей распространения.
Визуализация ссылки связи.
Расчет зоны покрытия передатчика.
Вычисление отношения сигнал/помеха плюс шум (SINR) в приемнике.

Закройте Site Viewer если он открыт перед запуском примера.

Площадка передатчика

Передатчик состоит из RF-схемы и антенны, где RF-схема возбуждает антенну сигналом и степенью. Ключевые характеристики передатчика включают его выходную степень, рабочую частоту и диаграмму направленности антенного излучения.

Используйте txsite объект для создания сайта передатчика в кампусе MathWorks Apple Hill. Широта кампуса составляет 42,3001 степени, а долгота - -71,3504 степени.

tx = txsite('Name','MathWorks Apple Hill',...
       'Latitude',42.3001, ...
       'Longitude',-71.3504)

tx = 
  txsite with properties:

                    Name: 'MathWorks Apple Hill'
                Latitude: 42.3001
               Longitude: -71.3504
                 Antenna: 'isotropic'
            AntennaAngle: 0
           AntennaHeight: 10
              SystemLoss: 0
    TransmitterFrequency: 1.9000e+09
        TransmitterPower: 10

show(tx)

Сайт приемника

Приемник состоит из RF схемы и антенны, где антенна перехватывает радиоволны и преобразует их в ток, который декодируется RF схемой (например, демодулирован) в сигнал. Ключевые характеристики приемника включают его чувствительность и диаграмму направленности антенного излучения.

Используйте rxsite объект для создания сайта приемника в кампусе MathWorks Lakeside. Широта кампуса составляет 42,3021 степени, а долгота - -71,3764 степени.

Чувствительность приемника - это минимальный уровень степени сигнала, который необходим приемнику для точного декодирования сигнала. Чувствительность является величиной степени и обычно задается в д Бм. Чтобы определить, будет ли приемник находиться в зоне покрытия передатчика, чувствительность сравнивают с мощностью приемника.

rx = rxsite('Name','MathWorks Lakeside', ...
       'Latitude',42.3021, ...
       'Longitude',-71.3764)

rx = 
  rxsite with properties:

                   Name: 'MathWorks Lakeside'
               Latitude: 42.3021
              Longitude: -71.3764
                Antenna: 'isotropic'
           AntennaAngle: 0
          AntennaHeight: 1
             SystemLoss: 0
    ReceiverSensitivity: -100

show(rx)

Расстояние между сайтами

Используйте distance функция для вычисления расстояния между сайтом передатчика и сайтом приемника. По умолчанию эта функция проводит прямую линию между сайтами передатчика и приемника, чтобы вычислить расстояние. Этот путь называется евклидовым и игнорирует все препятствия, включая землю.

Другая опция пути для функции расстояния является большим кругом, где расстояние вычисляется с учетом кривизны Земли.

dm = distance(tx,rx) % Unit: m

dm = 2.1556e+03

dkm = dm / 1000

dkm = 2.1556

Угол между площадками

Используйте angle функция для вычисления угла между сайтом передатчика и сайтом приемника.

azFromEast = angle(tx,rx) % Unit: degrees counter-clockwise from East

azFromEast = 174.0753

azFromNorth = -azFromEast + 90 % Convert angle to clockwise from North

azFromNorth = -84.0753

Мощность приемника и запас по ссылке

Мощность приемника задается уравнением:

$P_{rx} = P_{tx} + G_{tx} + G_{rx} - pathloss$

где,

$P_{rx}$ = Степень, доступная в приемнике.
$P_{tx}$ = Выходная степень передатчика.
$G_{tx}$ = Коэффициент усиления передатчика.
$G_{rx}$ = Усиление приемника.
pathloss = ослабление RF, пострадавшее от сигнала передатчика, когда он приходит к приемнику.

Сила сигнала - это уровень сигнала, который доступен в приемник на определенном расстоянии и угле от передатчика. Это также известно как сила принимаемого сигнала. Сила сигнала может быть величиной степени или величиной напряжения.

Используйте sigstrength функция для вычисления уровня сигнала передатчика в месте приемника. Можно вычислить два типа силы сигнала: Степень и Электрическое поле (электронное поле).

ss = sigstrength(rx,tx)

ss = -67.0767

Запас по ссылке связи является мерой робастности ссылки связи, вычисленной путем вычитания необходимой чувствительности приемника из уровня сигнала, доступного в получателе.

margin = abs(rx.ReceiverSensitivity - ss)

margin = 32.9233

Коммуникационная ссылка на карте

Используйте link функция, чтобы построить график успеха связи между двумя сайтами на карте. Успех ссылки зависит от степеней, полученных приемником от передатчика.

По умолчанию зеленая ссылка показывает вам, что полученная степень соответствует или превышает чувствительность приемника. Красная ссылка показывает неудачную связь между узлами передатчика и приемника.

link(rx,tx)

Карта покрытия площадки передатчика

Карта покрытия является визуализацией географической зоны обслуживания передатчика, где сила принимаемого сигнала для приемника ссылки соответствует его чувствительности. Карта покрытия может изображать мощность сигнала как величину степени (обычно dBm) или величину напряжения (обычно dB) $μ$ В/м).

Используйте coverage функция для вычисления покрытия передатчика.

coverage(tx,'close-in', ...
       'SignalStrengths',-100:5:-60)

Расположение нового передатчика

Используйте location функция для вычисления местоположения нового сайта приемника или сайта передатчика с существующего сайта.

Вычислите новое местоположение передатчика в 1 км к северу от площадки передатчика.

   [lat,lon] = location(tx,1000,90)

lat = 42.3091

lon = -71.3504

Создайте новую площадку передатчика с использованием значений широты и долготы, заданных location функция. Используйте антенну высоты 30 м.

   tx2 = txsite('Name','Transmitter2','Latitude',lat,'Longitude',lon,'AntennaHeight',30)

tx2 = 
  txsite with properties:

                    Name: 'Transmitter2'
                Latitude: 42.3091
               Longitude: -71.3504
                 Antenna: 'isotropic'
            AntennaAngle: 0
           AntennaHeight: 30
              SystemLoss: 0
    TransmitterFrequency: 1.9000e+09
        TransmitterPower: 10

   show(tx2)

SINR приемника

Используйте sinr функция для вычисления SINR приемника. SINR приемника задается уравнением:

$SINR = \frac{S}{I + N}$