MIMO und Array-Design für 5G

Exportieren von Antennendaten für Kanalsimulationen

Mit Hilfe von Kanalsimulationen lässt sich vorhersagen, wie Systeme in einer realistischen Umgebung funktionieren, z. B. in einem vernetzten Haus, in einer Büroumgebung oder in einem städtischen oder vorstädtischen Außenbereich. Die Realitätsnähe dieser Art von Analyse wird durch die Einbeziehung der wichtigsten Eigenschaften der Antennen eines Geräts, wie sie von XFdtd vorhergesagt werden, erheblich verbessert. Um dies zu erleichtern, kann XFdtd die folgenden Arten von Antennendaten exportieren:

• 3D-Antennenstrahlungsdiagramme, einschließlich:

  • Einzigartiges Muster für jedes Element der MIMO-Antenne

  • Frequenzspezifische Muster

• Layouts von MIMO-Antennenelementen

• MIMO-Codebücher

• MIMO-Multiport-S-Parameter

Für MIMO-Systeme können die 3D-Layouts exportiert werden, so dass die vollständige physikalische Definition einer Antenne oder eines Arrays direkt importiert werden kann. Darüber hinaus können Optimierungsskripte benutzerdefinierte Codebücher erstellen, und S-Parameter mit mehreren Toren können verwendet werden, um die Auswirkungen der gegenseitigen Kopplung in die Leistungsanalyse einzubeziehen.

MIMO und Analyse von Kommunikationssystemen

Angesichts des MIMO-Antennendesigns und der 3D-Kanalcharakteristik ermöglicht der Communication Systems Analyzer von Wireless InSite dem RF-Ingenieur, den Betrieb eines 5G-Geräts im vorgesehenen Szenario zu bewerten.

Zunächst wird auf jeden Sender und Empfänger eine MIMO-Technik angewendet. Dadurch wird die Leistung eines Systems verbessert, indem das Signal-Störungs-Rausch-Verhältnis (SINR) erhöht wird oder mehrere parallele Datenströme bereitgestellt werden, oder beides. Wireless InSite modelliert die folgenden MIMO-Techniken:

• Antennenvielfalt

• Räumliches Multiplexing

• Beamforming

MIMO-Techniken bestimmen, wie die Daten durch die 3D-Umgebung übertragen werden. Sobald dies bekannt ist, bestimmt Wireless InSite, wie viele Daten übertragen werden können. Die folgenden Metriken werden für jeden Datenstrom und jede Punkt-zu-Punkt-Verbindung abgerufen: 

• Durchsatz und Kapazität
  
  
• Bitfehlerrate (BER)
  
  
• Rauschen, Störungen und SINR

Das Ergebnis ist ein leistungsstarkes Werkzeug, mit dem Ingenieure feststellen können, ob ihr Gerät die 5G-Leistungsanforderungen in einer realistischen Betriebsumgebung erfüllt.

Wenn S-Parameter von mehreren Anschlüssen aus Messdaten oder Vollwellensimulationen importiert werden, kann die Analyse die Auswirkungen der gegenseitigen Kopplung zwischen MIMO-Elementen erfassen. MIMO-Systeme beruhen auf unkorrelierten Kanälen, so dass die gegenseitige Kopplung die Leistung von MIMO-Techniken wie dem räumlichen Multiplexing, das auf die Erzeugung orthogonaler Datenströme abzielt, beeinträchtigen kann. Sie kann auch die MIMO-Strahlformung beeinträchtigen, wenn die Codebuchgewichte nicht so eingestellt sind, dass sie dies kompensieren, wie in der Abbildung rechts dargestellt. Während der MIMO-Analyse werden die S-Parameter angewandt, um den Effekt der gegenseitigen Kopplung in der Kanalmatrix zu erfassen, und die spätere Analyse wird diesen Effekt in die vorhergesagte Leistung in Bezug auf SINR und Durchsatz einbeziehen.