Das folgende Beispiel veranschaulicht die Fähigkeit von Wireless InSite, die Empfangsleistung und die Verzögerungsspanne für ein mikrozellulares System in einer städtischen Umgebung zu berechnen. Die Ergebnisse von Wireless InSite werden mit den in [1] vorgestellten Messungen verglichen. Das Papier enthält Daten, die während einer Messkampagne in der Innenstadt von Helsinki, Finnland, gesammelt wurden. Ein mobiler Sender, der auf einem Wagen montiert war, wurde entlang sechs verschiedener Routen in Helsinki bewegt. Die Messungen wurden an festen Empfangsbasisstationen durchgeführt. Die Standorte der Senderrouten und der Basisstation sind in Abbildung 1 dargestellt. Die gesammelten Daten wurden so angeordnet, dass sie die empfangene Leistung in Abhängigkeit von der Entfernung für jede Senderroute darstellen.
Problemstellung
Mit dem City-Editor von Wireless InSite wurde ein Modell des Stadtzentrums von Helsinki anhand der in Abbildung 1 enthaltenen Informationen erstellt. Gebäudehöhen und zusätzliche Gebäude wurden aus den Informationen in [2 ,3 ] übernommen. Eine orthografische 3-D-Projektion des Stadtmodells ist in Abbildung 2 dargestellt. Da keine spezifischen Baumaterialien angegeben wurden, wurden alle Gebäude als ein einziger Materialtyp mit einer Dielektrizitätskonstante von 5 modelliert. Dies ist derselbe Wert, der von El-Sallabi et al. in ihren numerischen Simulationen verwendet wurde [1].
Abbildung 1: Karte von Helsinki, Finnland.
Abbildung 2: Wireless InSite-Modell des Stadtzentrums von Helsinki.
Sender/Empfänger
Anhand eines Modells von Helsinki können nun die Standorte der Sender und Empfänger festgelegt werden. Bei der eigentlichen Messkampagne wurden ein fester Empfängerstandort und eine mobile Antenne zur Datenerfassung verwendet. Der Einfachheit halber wurde das System so modelliert, dass sich ein einzelner Sender an der Basisstation befindet und die Empfängerrouten entlang der vom Sender durchlaufenen Pfade verlaufen. Das Vertauschen der Standorte von Sender und Empfänger führt zu einem analogen Problem und hat keinen Einfluss auf die Simulationsergebnisse, da die Ausbreitungswege zwischen zwei beliebigen Punkten unabhängig davon sind, welcher Punkt als Sender oder Empfänger bezeichnet wird.
Die Standorte der Basisstation (grüner Punkt) und der Empfängerstrecken (rote Linien) sind in Abbildung 3 dargestellt. Als Sendeantenne wurde eine vertikal polarisierte Richtantenne verwendet. Als abgestrahlte Wellenform wurde eine 2,154-GHz-Sinuskurve mit einer Bandbreite von 100 MHz verwendet. Die Empfangsstrecken wurden als vertikal polarisierte Rundstrahlantennen modelliert. In Abbildung 4 und 5 sind weitere Parameter aufgeführt, die von Wireless InSite zur Definition der Antennendiagramme von Sender und Empfänger verwendet werden.
Abbildung 3: Empfangsrouten und Standorte der Basisstationen.
Abbildung 4: Beschreibung der Antenne.
Abbildung 5: Empfangsantenne Beschreibung.
Die Signalausbreitung wurde anhand eines Stadtschluchtenmodells mit maximal 10 Reflexionen und 2 Beugungen berechnet, wobei 5 Reflexionen zwischen den Beugungen zulässig sind. Es wurden keine Übertragungen über die Dächer von Gebäuden oder durch Gebäude hindurch berücksichtigt. Diese Annahme ist vernünftig, wenn man die relativ geringe Höhe des Senders (3 m) und des Empfängers (1,8 m) im Vergleich zur Höhe der umliegenden Gebäude (~25 m) berücksichtigt.
Ergebnisse für senkrecht verlaufende Straßen - Routen CD, GH, LM und PQ
Mithilfe von Wireless InSite wurden die Vorhersagen für die Empfangsleistung und die Verzögerungsspanne mit Messungen und numerischen Ergebnissen verglichen, die in der Arbeit von El-Sallabi [1] vorgestellt wurden. Die roten Linien in den Diagrammen stellen die Ergebnisse von Wireless InSite dar, die schwarzen Linien sind die Messungen. Die folgenden Diagramme (Abbildungen 6-9) zeigen, dass Wireless InSite in der Lage ist, die gemessene Leistung, die auf der Straße senkrecht zur Richtung der Sendeantenne empfangen wird, anzupassen. In Anbetracht des Fehlens spezifischer Informationen über die Eigenschaften von Baumaterialien und die genauen Standorte der Gebäude geben die Ergebnisse die Messungen mit guter Genauigkeit wieder.
Abbildung 6: Empfangene Leistung entlang der Strecke CD.
Abbildung 7: Empfangene Leistung entlang der Strecke GH.
Abbildung 8: Empfangene Leistung entlang der Strecke LM.
Abbildung 9: Empfangene Leistung entlang der Strecke PQ.
Parallelstraße - Route IJ
Vergleiche der Wireless InSite-Ergebnisse für die Route IJ, die parallel zum Richtfunksender verläuft, sind in Abbildung 10 dargestellt. Die numerischen Ergebnisse für die Empfangsleistung auf der Route IJ stimmen gut mit den Messungen überein, mit einer kleinen Abweichung bei den Spitzenwerten.
Abbildung 10. Empfangene Leistung entlang der Route IJ.
Modellierung der Auswirkungen von Laub auf die Route IJ
El-Sallabi führte die numerische Übervorhersage der vorhergesagten Empfangsleistung entlang der Route IJ auf die Auswirkungen einer parallel zur Route verlaufenden Baumreihe zurück. Wireless InSite ist in der Lage, die Auswirkungen von Laub in Ausbreitungsmodellen zu berücksichtigen. Zur Veranschaulichung dieser Fähigkeit wurde ein Laubmerkmal in der Mitte der Straße neben der Route IJ hinzugefügt (siehe Abbildung 11). Das Merkmal war 10 m breit und wies eine Dämpfung von 0,25 dB/Meter auf. Durch die Einbeziehung des Laubes erhöht sich die Übereinstimmung zwischen den InSite-Ergebnissen und den Messungen, insbesondere zwischen 50 und 125 m. In Abbildung 12 stellt die grüne Linie die empfangene Leistung unter Berücksichtigung des Laubes dar, während die rote Linie ohne das Laub ist.
Abbildung 11. Laubwerk in der Nähe der Route IJ.
Abbildung 12. Empfangene Leistung entlang der Strecke IJ mit Laubeinfluss.
Referenzen
- H. M. El-Sallabi, G. Liang, H. L. Bertoni, I. T. Rekanos, and P. Vainikainen, "Influence of Diffraction Coefficient and Corner Shape on Ray Prediction of Power and Delay Spread in Urban Microcells," IEEE Trans. Antennas Propagat, Band 50, S. 703-712, Mai 2002.
- W. Zang, "Fast Two-Dimensional Diffraction Modeling for Site-Specific Propagation Prediction in Urban Microcellular Environments", IEEE Trans. Veh. Technol., vol 49, pp. 428-436, März 2000.
- K. Kalliola, K. Sulonen, H. Laitinen, O. Kivekas, J. Krogerus, and P. Vainikainen, "Angular Power Distribution and Mean Effective Gain of Mobile Antenna in Different Propagation Environments," IEEE Trans. Veh. Technol. Vol. 51, S. 823-838, September 2002.
