Проверка на установку пакета поддержки

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

commSupportPackageCheck('CST_WINNER2');

Инвентаризация антенных решеток

В модели WINNER II канала каждая BS состоит из одного или нескольких секторов, и каждому сектору BS и MS назначается антенная решетка. Нам нужно сначала установить набор массивов, которые доступны для секторов BS и MS, чтобы использовать, который мы называем инвентаризацией антенной решетки.

В этом примере все доступные антенные решетки являются равномерным круговым массивом (UCA). В запасе имеется четыре различных УЦА:

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);

Сконфигурируйте размещение системы

На карте 300 на 300 (метров) мы установим 3 BS, 5 MS и 6 ссылки. Первая БС имеет один сектор, который оборудован УЦА с 16 элементами. Вторая BS также имеет один сектор, который оборудован UCA с 12 элементами. Третья БС имеет три сектора, которые оснащены 8-элементной УЦА каждый. Каждой MS присваивается UCA с 4 элементами.

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);

Шесть ссылок моделируются в системе. Первая BS соединяется с первой и второй MS. Вторая BS соединяется с третьей MS. Для третьей BS, его первый сектор соединяется с третьей и четвертой МС, его второй сектор соединяется с пятой МС, а третий сектор не соединяется с какой-либо МС С точки зрения МС, каждая из них соединяется с одной БС, кроме третьей, которая соединяется как со второй, так и с третьей БС. Каждой ссылке назначается один сценарий распространения, выбранный из B4 (наружный и внутренний), C2 (Urban macro-cell) и C4 (Urban macro outdoor и внутренний). Для каждой линии моделируется не ссылка видимость (NLOS).

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 BS равномерно расположены между 0 и 300 по оси X и имеют одинаковое положение по оси Y. Позиции MS назначаются, чтобы убедиться, что их расстояния до подключенных BS находятся в допустимых областях значений потерь пути для соответствующих сценариев. В частности, области значений для сценариев B4, C2 и C4 составляют [3, 1000], [50, 5000] и [50, 5000] метров соответственно. По умолчанию каждый сектор BS имеет высоту 32 метра, а MS - 1,5 метра. Каждая MS случайным образом назначается со скоростью, которая не превышает 0,5 м/с ни в одном 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

Чтобы проиллюстрировать настройку системы, мы строим график BS, MS и ссылок между ними на карте 2-D. На графике каждый сектор BS представлен кругом, каждый MS представлен крестом, и каждая ссылка представлена прямой линией между соответствующими BS и MS. Поскольку третья BS имеет три сектора, на карте показаны только три круга.

% 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');

Сконфигурируйте параметры модели

Существует несколько параметров модели, которые могут быть скорректированы в структуре, созданной winner2.wimparset функция. В этом примере центральная частота составляет 5,25 ГГц. Потери пути и затенение затенения моделируются для каждой ссылки. Чтобы поддерживать пропускную способность до 100 МГц, два самых сильных кластера каждой ссылки разделены на 3 подкластера, каждый из которых разделен на 5 нс. Все ссылки дискретизируются с различными скоростями, которые зависят от скорости МС. Поскольку третья и четвертая ссылки соединяются с одной и той же MS, они имеют одну и ту же частоту дискретизации.

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

Создайте систему WINNER II Channel Object™

Теперь мы можем использовать модель и размещение строений, чтобы создать Системный объект WINNER II канала. Как только объект создан, можно вызвать его info метод для просмотра некоторых производных системных параметров. Для примера, в info возврат метода, NumBSElements, NumMSElements и NumPaths поля указывают количество элементов массива в секторах BS, количество элементов массива в MS и количество путей для каждой ссылки. The SampleRate поле также показывает частоту дискретизации для каждой ссылки.

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

Сигнал импульса процесса для каждой ссылки

Мы проходим импульсный сигнал через каждую ссылку и наблюдаем импульсную и частотные характеристики в MS. Для этого нам нужно создать импульсный сигнал для каждой ссылки и агрегировать их в массив ячеек. Это достигается при помощи NumBSElements поле info возврат метода и cellfun функция. Массив ячеек импульсного сигнала должен 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 в MS дает представление о том, как импульс и частотные характеристики затухающего канала выглядят для каждой ссылки. Из 4 антенн на каждой МС нанесен только принятый сигнал на первой антенне. Тот факт, что ссылки дискретизированы с различными скоростями, получен на графике импульсной характеристики. Для каждой ссылки первые несколько выборок из задержки фильтра канала строятся в отрицательной оси времени, если таковые имеются.

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 третьи и четвертые ссылки соединяются с одной и той же MS и, следовательно, имеют одинаковую частоту дискретизации, мы строим их вместе с помощью объекта Spectrum Analyzer System. Эти два канала имеют 16 путей каждый и демонстрируют значительную избирательность частот.

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

Пример показов, как сконфигурировать WINNER II канал с замираниями Системного объекта для моделирования системы с несколькими ссылок MIMO от BS к MS. Дальнейшая разведка включает модификации полей cfgLayout и cfgWim моделировать различные антенные решетки, такие как равномерные линейные массивы (ULA), местоположения и пары BS/MS, сценарии и условия распространения и так далее.

Поскольку третья и четвертая ссылки соединяются с одной и той же МС, можно объединить принятые сигналы от обеих ссылок путем смещения выборок соответствующим образом для учета задержек фильтра канала на двух ссылках.

Избранная библиография