blogy logo
login PRIHLÁS SA
BLOG deadawp
ČLÁNKY
DISKUSIE
3
SLEDUJETE BLOG
PHP, Arduino programátor
deadawp



Beamforming vizualizácia - MATLAB
pridal deadawp 29.6. 2021 o 13:09



Časť textu použitá z môjho VŠ zadania a referátu na tému mmWaves...

Metóda využívaná v 5G sieťach a v jednouchšej variante aj v LTE sieťach. Cieľom technológie je potlačiť šum a okolitú interferenciu spôsobenú inými signálmi a prostredím, ktorým sa signál prenáša. Beamforming využíva metódu meraní času príchodu signálu - ToA - (Time of Arrival) a uhla prijímaného signálu - AoA - (Angle of Arrival) od mobilného terminálu, meranie sa teda realizuje sieťou. Výsledkom meraní dokáže určiť približnú vzdialenosť a smer, v ktorom sa 5G mobilný terminál nachádza.

Na základe týchto informácii je možné optimalizovať vysielaciu stanicu, (pri 5G sieťach aj v kooperácii s technológiou Massive MIMO) vybrať antény pre komunikáciu (anténové polia), teda tie, ktoré sú natočené k mobilnému terminálu. Vysielacia stanica dokáže upraviť vyžarovací diagram antén a optimalizovať tak prenos k mobilnému terminálu. Vyžarovací diagram je možné upraviť horizontálne i vertikálne pre čo najlepšie pokrytie mobilného terminálu. Vzniká lalok - lúč, nazývaný aj Beam.

Dnes si ukážeme jednoduchú vyzualizáciu Beamformingu v prostredí MATLAB, ktorá ukazuje rôzne charakteristiky vysielacích lúčov na základe vzdialenosti mobilného terminálu od vysielacej stanice. Implementácia využíva generátor náhodných čísel pre generovanie jedinečných súradníc mobilných terminálov v pravouhlom súradnicovom systéme, ktorý predstavuje plochu 1000x1000 metrov v ktorej sú náhodné rozmiestnené mobilné terminály, ktoré môžu i nemusia byť v dosahu OMNI vysielacej stanice.

Používateľ môže pred spustením programu modifikovať údaje v premenných pre  pozíciu vysielacej stanice a jej rádius, ktorá predstavuje jej dosah. Pre anténu sa používa model OMNI antény s 360° pokrytím pre rovnomerné pokrytie mobilných terminálov vo všetkých smeroch s jej umiestnením na stred pravouhlého súradnicového systému. Dosah predstavuje 250 metrov vo všetkých smeroch, ako je patrné na vizualizácii v prostredí MATLAB v grafe.

Používateľ môže modifikovať počet náhodne vygenerovaných mobilných terminálov v pravouhlom súradnicovom systéme. V rádiuse vysielacej stanice sa vždy objaví náhodný počet generovaných bodov pri každej iterácii (spustení) MATLAB scriptu.

Vysielacia stanica obsluhuje všetky body, ktoré sa nachádzajú v rádiuse jej pokrytia. Na základe vzdialenosti mobilných terminálov v rádiuse dokáže vysielacia stanica vytvoriť ukážkovo 3 rôzne úrovne lúčov - Beamov. Beam smeruje ku každému mobilnému terminálu, ktorý je v rádiuse vysielacej stanice. Lúč reprezentuje čiara medzi vysielacou stanicou a mobilným terminálom.

Úroveň lúča reprezentuje hrúbka čiary - so vzdialenosťou je tenšia - lúč sa optimalizuje a prispôsobuje sa väčšej vzdialenosti medzi mobilným terminálom a mobilnou stanicou, znižuje sa interferencia vplyvmi prekážok v ceste, ale aj voči iným komunikačným signálom.  Z pohľadu programovu bolo jednoduché zistiť pokrytie jednotlivých bodov v pravohulom súradnicovom systéme, nakoľko stačilo vytvoriť iba absolútny rozdiel X a Y súradníc. Metóda Beamforming je efektívna pri veľkom počte mobilných terminálov.

Využíva sa aj pri LTE sieťach, kde je však vybraný sektor pre beamforming, oblasť pokrytia je tak vyššia, rovnako tak aj lúč je širší. Pri 5G sieťach nachádza využitie Beamforming aj s Massive MIMO, čo je technológia umožňujúca násobiť komunikačné zdroje pre všetky mobilné terminály. Vďaka tomu môže dosahovať vysoké prenosové rýchlosť v Gbps.

Massive MIMO sa snaží o zlepšenie v týchto oblastiach:

  • Zvýšenie dátových rýchlostí - viac antén, viac nezávislých tokov dát
  • Konektivita používateľa - viac antén umožňuje väčšiu schopnosť redundancie spojenia
  • Energetická efektivita - vysielacia stanica môže smerovo obsluhovať mobilné terminály so znalosťou ich polohy
  • Zníženie interferencie - tvorba laloku k jednotlivým terminálom, bez vzájomného ovplyvňovania, rušenia

Mobilná stanica dokáže s použitím viacerých anténnych prvkov sústrediť Beam k danému užívateľovi - mobilnému terminálu. S využitím Massive MIMO technológie je možné zvýšiť prenosovú rýchlosť 3 až 5-násobne. Navýšená je aj kapacita 5G siete, nakoľko jedna MIMO anténa dokáže komunikovať s viacerými mobilnými terminálmi súčasne.

Mobilný terminál musí byť taktiež vybavený MIMO anténami, ktoré mu umožňujú zvýšiť prenosovú rýchlosť a komunikovať s viacerými anténami vysielacej stanice súčasne. Z toho dôvodu sa vyžaduje kompatibilný hardvér pre 5G siete. Súčasné mobilné telefóny s podporou LTE, 3G sú pre 5G nedostačujúce už len z pohľadu použitého hardvéru, ktorý je stavaný frekvencie 800 / 1800 MHz. Riešením je kúpa nového zariadenia podporujúceho 5G siete. Mobilné terminály pre 5G siete sú vybavené väčšinou 2x2, prípadne 4x4 MIMO anténami.

Programová implementácia v prostredí MATLAB u autora: martinius96@gmail.com



Prístupov 600
Kvalita článku
hlasov 0

PRÍSPEVKY
SLEDOVAŤ
Prosím prihláste sa pre možnosť pridania komentáru.
Prihláste sa, alebo použite facebook login facebook login
ĎALŠIE ČLÁNKY V BLOGU
Práca s obrázkami - MATLAB
[ 19.7.2021] (príspevkov 1)
Flash Encryption a jeho implementácia v ...
[ 18.7.2021] (príspevkov 0)
Secure Boot V1 a jeho implementácia v ES...
[ 13.7.2021] (príspevkov 0)
Senzor Bosch BME280 v prostredí ESP-IDF
[ 8.7.2021] (príspevkov 0)
Podpora ESP32 do projektu WiFi termostat
[ 1.7.2021] (príspevkov 0)
Beamforming vizualizácia - MATLAB
[ 29.6.2021] (príspevkov 0)
Výroba DPS - AISLER - RFID DOMINATOR
[ 18.6.2021] (príspevkov 0)
Podpora ESP-IDF do projektu Hladinomer
[ 4.6.2021] (príspevkov 0)
WiFi termostat - Rozšírenie o manuálny r...
[ 28.3.2021] (príspevkov 0)
RFID DOMINATOR - stopky pre Airsoft | Pa...
[ 14.3.2021] (príspevkov 0)