WiFi-Performance-Simulation in einem Haus mit zwei Routern

PDF herunterladen

Der Wireless InSite Communication System Analyzer bietet Funktionen zur Leistungsbeurteilung von LTE-, WiMAX-, 802.11n und 802.11ac-Systemen. Diese Systeme können mehrere Sender und Empfängersätze enthalten. Benutzer können die Rausch- und Interferenzpegel in der Szene anpassen und nützliche Leistungskennzahlen wie Durchsatz, Durchsatzuntergrenze und Kapazität generieren.

Das folgende Beispiel untersucht die Abdeckung des WiFi-Durchsatzes in einem Haus, das von 802.11ac-Routern mit 5 GHz und einer Bandbreite von 80 MHz bereitgestellt wird. Die Geometrie für das Haus wurde aus einer CAD-Datei importiert und ein flaches Gelände unter dem Haus platziert. 

Die WiFi-Router sind als Sender mit kurzen Dipolantennen mit einer Eingangsleistung von 7 dBm modelliert. Die Router befinden sich im ersten und zweiten Stock des Hauses, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Receiver-Gitter, die die erste und zweite Etage abdecken, wurden hinzugefügt, um das Verhalten des Signals in der gesamten Szene zu erfassen. Die Empfänger verwenden vertikal polarisierte Kurzdipolantennen und sind in Abbildung 2 dargestellt.

 Bild 1: Lage der sendenden Router (rote Fernfeldmuster) innerhalb der Hausgeometrie.

Abbildung 2: Empfängergitter zur Untersuchung der Durchsatzabdeckung.

Ausbreitungssimulation

Die allgemeinen Ausbreitungsberechnungen für das Projekt wurden mit dem X3D-Modell unter Verwendung von drei Reflexionen, drei Transmissionen und einer Beugung durchgeführt.  

Abbildung 3: Fenster Eigenschaften des Kommunikationssystems.

Definition des Kommunikationssystems

Durchsatz ist eine nachbearbeitete Ausgabe, die durch Hinzufügen eines Kommunikationssystems zu einem Projekt unter Verwendung von New > Communication System erzeugt wird. Projekte können mehrere Kommunikationssysteme enthalten, was es einfach macht, verschiedene Konfigurationen von Sender und Empfänger oder Protokolle zu untersuchen.  

Um den Durchsatz im Haus zu berechnen, wurden beide Sender als Basisstationen bezeichnet und alle Empfängersätze ausgewählt, um in die Analyse einbezogen zu werden. Nachdem der Analysetyp auf "Durchsatz" eingestellt wurde, wurde die Wireless Access Method auf 802.11ac und die Bandbreite auf 80 MHz eingestellt. Die Vorgaben für die Interferenz und das Rauschen wurden übernommen. Die Einstellung Anzahl der Datenströme ist für die Protokolle 802.11n und 802.11ac verfügbar und kann verwendet werden, um den Durchsatz von MIMO-Systemen basierend auf den Ergebnissen der SISO-Simulation zu schätzen.

Wenn Kommunikationssysteme mehrere Sender enthalten, stellen die Empfänger eine Verbindung mit einem einzelnen Sender her, basierend auf der Einstellung im Feld "Select Transmitter Based On:". Für diese Analyse wird "Höchste Leistung" als Entscheidungskriterium verwendet, so dass ein einzelner Empfänger die empfangene Leistung von jedem aktiven Sender vergleicht und mit dem Sender mit der höchsten empfangenen Leistung verknüpft ist.  

Analyse der laufenden Kommunikationssysteme

Die Berechnungen der Kommunikationssystemanalyse werden automatisch für jedes aktive Untersuchungsgebiet direkt nach der Berechnung des Ausbreitungsmodells durchgeführt. Alternativ kann die Analyse auch separat über die Laufoption Calculation > Comm System Analysis durchgeführt werden, sobald Ergebnisse der Simulation der initialen Ausbreitung vorliegen.  

Durchsatzergebnisse

Abbildung 4: Kommunikationssystem gibt die Position im Ausgabebaum aus.

Nach Abschluss der Kommunikationssystemanalyse stehen die Ergebnisse der Analyse zur Ansicht und Darstellung zur Verfügung. Die Kommunikationsergebnisse befinden sich in einem Unterordner unter dem Untersuchungsgebiet, wie in Abbildung 4 dargestellt.  

Die Durchsatzergebnisse werden für jede einzelne Basisstation im System und für alle gemeinsam betriebenen Basisstationen gemeldet. Abbildung 5 zeigt die Durchflusspegel im Haus vom Unterniveau-Sender und Abbildung 6 zeigt den Durchfluss vom Oberniveau-Sender. Der Gesamtdurchsatz, wenn beide Sender im Kommunikationssystem zusammenarbeiten, ist in Abbildung 7 dargestellt.

Der stärkste Senderausgang, wie in Abbildung 8 dargestellt, identifiziert den Sender, mit dem der Empfänger verbunden ist.

Abbildung 5: Durchsatz vom unteren Sender zu den Versorgungsnetzen. 

Abbildung 6: Durchsatz vom oberen Sender zu den Versorgungsnetzen.  

Abbildung 7: Kombinierter Durchsatz sowohl des unteren als auch des oberen Messumformers.

Abbildung 8: Identifikation des Routers, der die höchste Leistung für den Empfängerstandort bereitstellt. Rot zeigt den unteren Füllstandsgeber und Grün den oberen Füllstandsgeber an.

Die Kanalkapazität basierend auf dem Shannon-Hartley-Theorem ist eine weitere Ausgabe, die mit der Durchsatzanalyse bereitgestellt wird. Die Kapazität bietet eine ideale maximale Durchsatzrate, die theoretisch für die SINR und die Bandbreite des in der gegebenen Umgebung betriebenen Kommunikationssystems erreicht werden könnte. Abbildung 9 zeigt die Kapazität innerhalb des Hauses für die beiden Sendersysteme. Der maximale theoretische Durchsatz, der durch die Kapazitätsberechnung vorhergesagt wird, beträgt 1500 Mbit/sec und liegt damit deutlich über der maximalen erreichbaren Rate von 390 Mbit/sec, die 802.11ac mit einer Bandbreite von 80 MHz (QAM 256, mit ⅚ Codierrate) verwendet. 

 

Abbildung 9: Kanalkapazität für den oberen und unteren Sender.

 

Durchsatzabschaltung

Abbildung 10: Durchsatzabschaltung für das kombinierte Sendersystem zum unteren Empfangsnetz.

Im Eigenschaftenfenster der Durchsatzausgaben können Benutzer einen "Throughput Cutoff"-Wert eingeben und den Prozentsatz der Empfängerpunkte anzeigen, die diesen Wert erreichen oder überschreiten. Dies bietet eine nützliche Metrik zur Quantifizierung der Durchsatzabdeckung für ein Empfängersatz. Wenn beispielsweise eine Durchsatzrate von 200 Mbit/sec gewünscht wird, erfüllen 84,90% der Empfänger im unteren Netz diese Kriterien, wenn beide Senderouter im Kommunikationssystem enthalten sind.

Die Durchsatz-Cutoff-Raten, basierend auf den Sender- und Empfänger-Sets mit 200 Mbit/sec für das Hausprojekt, sind in Tabelle 1 dargestellt. Das Kommunikationssystem, das beide Sender als Basisstationen verwendet, bietet 200 MBit/sec Durchsatzraten für 83,45% der abgetasteten Empfängerstandorte. Alternativ können wir auch sehen, dass, wenn nur ein Senderstandort verwendet werden könnte, der Standort auf der oberen Ebene des Hauses die 200 MBit/sec-Raten für die meisten Standorte bereitstellen würde.

Tabelle 1: Prozentsatz der Empfängerpunkte, die eine Durchsatzrate von 200 Mbit/sec erreichen.

Tabelle 2: Prozentsatz der Empfängerpunkte, die eine Durchsatzrate von 200 Mbit/sec mit zwei Datenströmen erreichen.

Durchsatzabdeckung mit zwei Datenströmen

802.11ac WiFi-Systeme können höhere Datenraten erreichen, indem sie mehrere Streams zwischen dem Senderouter und dem Empfänger aufbauen. Um die Verbesserung der Abdeckung zu untersuchen, wurde ein zusätzliches Kommunikationssystem aus zwei Datenströmen erstellt und die Ergebnisse 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/sec erreichen, von 83,45% auf 93,20%.

Fazit

Die Kommunikationssystemanalyse von Wireless InSite bietet Funktionen zum Schätzen der Durchsatzraten für LTE-, WiMAX-, 802.11n und 802.11ac-Systeme. Diese Systeme können mehrere Sender und Empfängersätze enthalten und bieten dem Benutzer Optionen zur Anpassung der Rausch- und Störpegel in der Szene. Die Durchsatzabschaltmethode bietet einen Einzelwert, mit dem konkurrierende Systemkonfigurationen quantifiziert und verglichen werden können.