Der Communication System Analyzer von Wireless InSite bietet Funktionen zur Bewertung der Leistung von LTE-, WiMAX-, 802.11n- und 802.11ac-Systemen. Diese Systeme können mehrere Sender und Empfänger enthalten. Die Benutzer können die Rausch- und Interferenzpegel in der Szene anpassen und nützliche Leistungskennzahlen wie Durchsatz, Durchsatzabschaltung und Kapazität generieren.
Im folgenden Beispiel wird die WiFi-Durchsatzabdeckung in einem Haus untersucht, die von 802.11ac-Routern bereitgestellt wird, die mit 5 GHz und einer Bandbreite von 80 MHz arbeiten. Die Geometrie des Hauses wurde aus einer CAD-Datei importiert, und unter dem Haus wurde ein flaches Terrain angelegt.
Die WiFi-Router werden als Sender mit kurzen Dipolantennen mit einer Eingangsleistung von 7 dBm modelliert. Die Router befinden sich in der ersten und zweiten Etage des Hauses, wie in Abbildung 1 dargestellt.
Abbildung 1: Standorte der sendenden Router (rote Fernfeldmuster) innerhalb der Hausgeometrie.
Um das Verhalten des Signals in der gesamten Szene zu erfassen, wurden Empfängerraster hinzugefügt, die das erste und zweite Stockwerk abdecken. Die Empfänger verwenden vertikal polarisierte kurze Dipolantennen und sind in Abbildung 2 dargestellt.
Abbildung 2: Empfängernetz zur Untersuchung der Durchsatzabdeckung.
Ausbreitungssimulation
Die allgemeinen Ausbreitungsberechnungen für das Projekt wurden mit dem X3D-Modell unter Verwendung von drei Reflexionen, drei Übertragungen und einer Beugung durchgeführt.
Definition des Kommunikationssystems
Der Durchsatz ist eine nachbearbeitete Ausgabe, die durch Hinzufügen eines Kommunikationssystems zu einem Projekt mit Neu > Kommunikationssystem erzeugt wird. Projekte können mehrere Kommunikationssysteme enthalten, so dass es einfach ist, verschiedene Konfigurationen von Sender und Empfänger oder Protokolle zu untersuchen.
Um den Durchsatz im Haus zu berechnen, wurden beide Sender als Basisstationen festgelegt und alle Empfängergeräte für die Analyse ausgewählt. Nach der Einstellung des Analysetyps auf "Durchsatz" wurde die drahtlose Zugriffsmethode auf 802.11ac und die Bandbreite auf 80 MHz festgelegt. Die Standardeinstellungen für Interferenz und Rauschen wurden übernommen. Die Anzahl der Datenströme wurde auf 1 belassen. Die Einstellung "Anzahl der Datenströme" ist für 802.11n- und 802.11ac-Protokolle verfügbar und kann zur Abschätzung des Durchsatzes von MIMO-Systemen auf der Grundlage der SISO-Simulationsergebnisse verwendet werden.
Wenn Kommunikationssysteme mehrere Sender enthalten, stellen die Empfänger auf der Grundlage der Einstellung im Feld "Select Transmitter Based On:" eine Verbindung mit einem einzelnen Sender her. Für diese Analyse wird "Höchste Leistung" als Entscheidungskriterium verwendet, so dass ein einzelner Empfänger die Empfangsleistung jedes aktiven Senders vergleicht und eine Verbindung mit dem Sender mit der höchsten Empfangsleistung herstellt.
Abbildung 3: Fenster Eigenschaften des Kommunikationssystems.
Laufende Analyse von Kommunikationssystemen
Die Berechnungen der Kommunikationssystemanalyse werden automatisch für jedes aktive Untersuchungsgebiet direkt im Anschluss an die Berechnung des Ausbreitungsmodells durchgeführt. Alternativ kann die Analyse auch separat mit der Option Berechnung > Kommunikationssystemanalyse ausgeführt werden, sobald die ersten Ergebnisse der Ausbreitungssimulation vorliegen.
Durchsatzergebnisse
Nach Abschluss der Kommunikationssystemanalyse stehen die Ergebnisse der Analyse zur Ansicht und zum Plotten zur Verfügung. Die Kommunikationsergebnisse befinden sich in einem Unterordner unter dem Studienbereich, wie in Abbildung 4 dargestellt.
Abbildung 4: Position der Ausgänge des Kommunikationssystems im Ausgabebaum.
Die Durchsatzergebnisse werden für jede einzelne Basisstation im System und für alle gemeinsam betriebenen Basisstationen angegeben. Abbildung 5 zeigt die Durchsatzwerte im Haus vom Sender der unteren Ebene und Abbildung 6 zeigt den Durchsatz vom Sender der oberen Ebene. Der Gesamtdurchsatz bei kooperativem Betrieb beider Sender im Kommunikationssystem ist in Abbildung 7 dargestellt.
Der stärkste Senderausgang, wie in Abbildung 8 dargestellt, gibt an, mit welchem Sender sich der Empfänger verbindet.
Abbildung 5: Durchsatz vom Sender der unteren Ebene zu den Versorgungsnetzen.
Abbildung 6: Durchsatz vom Sender der oberen Ebene zu den Versorgungsnetzen.
Abbildung 7: Kombinierter Durchsatz von den Sendern der unteren und oberen Ebene.
Abbildung 8: Identifizierung des Routers, der die höchste Leistung an den Empfängerstandort liefert. Rot steht für den Sender der unteren Ebene und grün für den Sender der oberen Ebene.
Die Kanalkapazität, die auf dem Shannon-Hartley-Theorem basiert, ist ein weiteres Ergebnis der Durchsatzanalyse. Die Kapazität liefert eine ideale maximale Durchsatzrate, die theoretisch für den SINR und die Bandbreite des in der gegebenen Umgebung betriebenen Kommunikationssystems erreicht werden könnte. Abbildung 9 zeigt die Kapazität innerhalb des Hauses für das System mit zwei Sendern. Der durch die Kapazitätsberechnung vorhergesagte maximale theoretische Durchsatz beträgt 1500 Mbit/s, was deutlich über der maximal erreichbaren Rate von 390 Mbit/s liegt, die von 802.11ac mit einer Bandbreite von 80 MHz (QAM 256, mit ⅚-Codierrate) verwendet wird.
Abbildung 9: Kanalkapazität für den oberen und unteren Sender.
Durchsatzabschaltung
Im Eigenschaftsfenster der Durchsatzausgaben können die Benutzer einen "Durchsatzgrenzwert" eingeben und den Prozentsatz der Empfängerpunkte anzeigen, die diesen Wert erreichen oder überschreiten. Dies ist eine nützliche Kennzahl für die Quantifizierung der Durchsatzabdeckung für einen Empfängersatz. Wird beispielsweise eine Durchsatzrate von 200 Mbit/s angestrebt, erfüllen 84,90 % der Empfänger im unteren Raster dieses Kriterium, wenn beide sendenden Router in das Kommunikationssystem einbezogen sind.
Die Durchsatzraten auf der Grundlage der Sender- und Empfängersätze bei 200 MBit/s für das Hausprojekt sind in Tabelle 1 dargestellt. Das Kommunikationssystem, das beide Sender als Basisstationen verwendet, liefert 200 MBit/s Durchsatzraten für 83,45 % der untersuchten Empfängerstandorte. Alternativ kann man auch sehen, dass, wenn nur ein Senderstandort verwendet werden könnte, der Standort im oberen Stockwerk des Hauses die 200 MBit/sec-Raten für die meisten Standorte liefern würde.
Abbildung 10: Durchsatzunterbrechung für das kombinierte Sendersystem für das untergeordnete Empfängernetz.
Tabelle 1: Prozentsatz der Empfangspunkte, die eine Durchsatzrate von 200 Mbit/Sek. erreichen.
Durchsatzabdeckung mit zwei Datenströmen
802.11ac-WiFi-Systeme können höhere Datenraten erreichen, indem sie mehrere Streams zwischen dem sendenden Router und dem Empfänger aufbauen. Um die Verbesserung der Abdeckung zu untersuchen, wurde ein zusätzliches Kommunikationssystem mit zwei Datenströmen erstellt und die Ergebnisse wurden mit dem Berechnungsmodus Run -> Comm System Analysis schnell nachbearbeitet. Die Ergebnisse für zwei Datenströme sind in Tabelle 2 dargestellt. Mit zwei Datenströmen stieg die Gesamtzahl der Empfänger, die die gewünschte Durchsatzrate von 200 MBit/s erreichen, von 83,45 % auf 93,20 %.
Tabelle 2: Prozentualer Anteil der Empfangspunkte, die eine Durchsatzrate von 200 Mbit/s mit zwei Datenströmen erreichen
Schlussfolgerung
Die Analyse der Kommunikationssysteme von Wireless InSite bietet Funktionen zur Schätzung der Durchsatzraten für LTE-, WiMAX-, 802.11n- und 802.11ac-Systeme. Diese Systeme können mehrere Sender und Empfänger enthalten und bieten den Benutzern Optionen zur Anpassung der Rausch- und Interferenzpegel in der Szene. Die Durchsatz-Cutoff-Methode liefert einen einzigen Wert, der zur Quantifizierung und zum Vergleich konkurrierender Systemkonfigurationen verwendet werden kann.
