2台のルータを持つ家での無線 lan のパフォーマンスシミュレーション

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ワイヤレス InSite の通信システムアナライザは、LTE、WiMAX、802.11 n、および 802.11 ac システムのパフォーマンスを評価するための機能を提供します。これらのシステムには、複数のトランスミッタとレシーバセットを含めることができます。 ユーザーは、シーン内のノイズと干渉レベルを調整し、スループット、スループットのカットオフ、容量などの有用なパフォーマンスメトリックを生成できます。

次の例では、80 MHz の帯域幅を使用して5ghz で動作する 802.11 ac ルータによって提供される家の WiFi スループットカバレッジを調査します。 家のジオメトリは、CAD ファイルからインポートされ、平らな地形が家の下に配置されました。 

WiFi ルータは、入力電力が 7 dBm の短いダイポールアンテナを使用してトランスミッタとしてモデル化されています。 ルータは、図1に示すように、家の1階と二階にあります。

最初と2階をカバーするレシーバグリッドが追加され、シーン全体の信号の動作をキャプチャしました。 受信機は、垂直偏光の短いダイポールアンテナを使用し、図2に示されています。

 図 1: 家の幾何学の中の送信ルータ (赤い遠いフィールドパターン) の位置。

図 2: スループットカバレッジを調べるために使用されるレシーバグリッド

伝播シミュレーション

プロジェクトの一般的な伝搬計算は、3つの反射、3つの伝送、1回の回折を使用した X3D モデルで行われました。  

図 3: 通信システムのプロパティウィンドウ

通信システムの定義

スループットは、新しい > 通信システムを使用してプロジェクトに通信システムを追加することによって生成された後処理の出力です。 プロジェクトには複数の通信システムを含めることができるため、送信機や受信機、プロトコルのさまざまな構成を簡単に調べることができます。  

家のスループットを計算するために、両方のトランスミッタがベースステーションとして指定され、すべてのレシーバセットが解析に含まれるように選択されました。 分析の種類を "スループット" に設定した後、ワイヤレスアクセス方法を 802.11 ac に設定し、帯域幅を 80 MHz に設定しました。 干渉とノイズのデフォルト値が受け入れられました。 データストリームの数は1に残っていました。 データストリームの数の設定は、802.11 n および 802.11 ac プロトコルで使用でき、SISO のシミュレーション結果に基づいて、MIMO システムのスループットを推定するために使用されます。

通信システムに複数の送信機が含まれている場合、受信機は、「送信元を選択:」フィールドの設定に基づいて、単一の送信機とのリンクを確立します。 この分析では、「最高出力」が決定基準として使用されるため、個々の受信機は、各アクティブ送信機からの受信電力と、最高の受信電力を提供する送信機へのリンクを比較します。  

通信システム解析の実行

通信システムの解析計算は、伝播モデルの計算に従って、アクティブな分析範囲ごとに自動的に実行されます。 または、最初の伝播シミュレーション結果が使用可能になったら、[計算] > [通信システム解析実行] オプションを使用して解析を個別に実行することもできます。  

スループットの結果

図 4: 出力ツリーにおける通信システムの出力位置

通信システムの解析が完了すると、解析からの出力を表示および印刷することができます。 通信結果は、図4に示すように、調査領域のサブフォルダにあります。  

スループットの結果は、システム内の個々のベースステーションと、すべてのベースステーションが一緒に動作している場合に報告されます。 図5は、下側レベルトランスミッタからのハウス内のスループットレベルを示し、図6は、上位レベルトランスミッタからのスループットを示しています。 通信システムにおいて両送信機が協調的に動作している場合の総スループットを図7に表示する。

図8に示す最強のトランスミッタ出力は、レシーバがリンクするトランスミッタを識別します。

図 5: 低レベルトランスミッタからカバレッジグリッドへのスループット 

図 6: 上位レベルトランスミッタからカバレッジグリッドまでのスループット  

図 7: 下側と上位レベルのトランスミッタの両方のスループットを組み合わせたもの。

図 8: 受信機の位置に最も高い電力を供給するルータの識別。 赤は下位レベルのトランスミッタを示し、緑は上位レベルのトランスミッタを示します。

シャノンハートレイ定理に基づくチャネル容量は、スループット分析によって提供されるもう1つの出力です。 この容量は、特定の環境で動作する通信システムの SINR と帯域幅に対して理論的に達成できる理想的な最大スループットレートを提供します。 図9は、2つの送信機システムのための家の中の容量を示しています。 容量計算によって予測される最大の理論的スループットは 1500 mbps/秒であり、これは、80 MHz 帯域幅 (QAM 256、⅚符号化率) の 802.11 ac で使用する390ビット/秒の最大達成率を十分に上回っています。 

 

図 9: 上部と下部のトランスミッタの両方のチャネル容量。

 

スループットのカットオフ

図 10: 結合された送信機システムの低レベル受信機グリッドへのスループットカットオフ

スループット出力の [プロパティ] ウィンドウから、ユーザーは「スループットのカットオフ」値を入力し、そのレベルに一致またはそれを超えるレシーバーポイントの割合を表示できます。 これにより、レシーバセットのスループットカバレッジを定量化するための有用なメトリクスが提供されます。 たとえば、200 mbps のスループットレートが必要な場合、両方の送信ルータが通信システムに含まれている場合、下部グリッドのレシーバの 84.90% がこの基準を満たします。

家のプロジェクトのための200メガビット/秒で送信機および受信機セットに基づいてスループットカットオフ率は表1に示されています。 両方のトランスミッタをベースステーションとして使用する通信システムでは、サンプリングされたレシーバロケーションの 83.45% に対して、200 mbps のスループットレートが提供されます。 別の方法として、送信機の場所を1つだけ使用できる場合は、家の上位レベルの場所が、ほとんどの場所に200のメガビット/秒のレートを提供することもわかります。

表 1: 200 メガビット/秒のスループットレートを達成するレシーバポイントの割合

表 2: 2 つのデータストリームで200メガビット/秒のスループットレートを達成するレシーバポイントの割合

2つのデータ・ストリームによるスループット・カバレッジ

802.11 ac WiFi システムは、送信ルータと受信機の間に複数のストリームを確立することにより、より高いデータレートを実現できます。 カバレッジの改善を調査するために、2つのデータストリームを使用して追加の通信システムが作成され、実行-> 通信システム解析計算モードを使用して結果が迅速に後処理されました。 2つのデータストリームの結果を表2に示します。 2つのデータストリームを使用すると、必要なスループットレート 200 mbps/秒に達した受信機の総数が 83.45% から 93.20% に増加しました。

結論

ワイヤレス InSite の通信システム解析は、LTE、WiMAX、802.11 n、および802.11 の ac システムのスループットレートを見積もる機能を提供します。 これらのシステムは、複数のトランスミッタとレシーバセットを含むことができ、シーン内のノイズと干渉レベルを調整するためのオプションをユーザに提供します。 スループットのカットオフ方法は、競合するシステム構成を定量化および比較するために使用できる単一の値を提供します。