ビデオショート「ワイヤレスInSite MIMOを使ったビームフォーミングの可視化"...
Wireless InSiteの通信システムアナライザーは、X3Dモデルの高忠実度MIMO計算をベースに、システムのスループットとビット誤り率を予測するポスト処理ルーチンのセットです。この例では、これらのルーチンを使用して、フルディメンション（FD）MIMOビームフォーミングを採用した3つのスモールセル基地局と、ルートに沿って移動するユーザー機器（UE）との間のスループットを、密集した都市環境で5G新無線（NR）を使用して解析します。
プロジェクト概要
建物と葉のジオメトリは、マサチューセッツ州ボストンのダウンタウンの一部分のジオメトリの高解像度シェープファイルからインポートされました。インポートされた都市モデル、葉、および地形には、合計6,452の面が含まれています。建物と地形には、28 GHzにおけるコンクリートのITUデータ[1]、[2]から取得した導電率0.484 S/m、誘電率5.31のコンクリート材料特性が割り当てられており、葉はWeissbergerによる葉の透過損失モデル[3]を使用してモデル化されている。
図1：Wireless InSiteのプロジェクトジオメトリのアイソメトリック図と俯瞰図。
各送信機は基地局を表し、合計128素子からなる8x8の二重偏波パッチアレイを使用する。クロス偏波等方性アンテナは、ルート上のレシーバー位置で使用される。Wireless InSiteのGPUアクセラレーションを用いたX3Dモデルにより、建物や地形からの反射、建物エッジからの回折を含む忠実度の高い伝搬結果が得られました。高解像度のジオメトリと忠実度の高い伝搬モデリングの組み合わせは、5G NR周波数で正確な結果を得るために必要です。伝搬モデルは、3つの送信機の各要素から受信機の位置までのH行列を計算する（tx-rxペアごとに128 x 2 = 256エントリ）。
通信システムアナライザー
Wireless InSiteの通信システムアナライザーは、伝搬シミュレーションから得られた高忠実度のHマトリックス結果を後処理することにより、複数の送信機からのスループット、ビットエラーレート、その他の出力を予測する機能を提供します。、、、ー通信システム内ではー入力パラメータをー設定することができる：
- 生放送の生放送の生放送の生放送の生放送の生放送の生放送
- ー送信機を生ずる基地局または生ずる干渉源としての
- 均一なノイズと干渉レベルの設定
- オプションで基地局間の干渉を含む
- BERまたはスループット解析の選択
- 送信ビームフォーミングオプションの選択
- 用ダイバーシティオプションの
この例では、3つの基地局と移動経路を移動するUEとの間のスループットの解析を指定する通信システムが定義されています。通信システムのプロパティ・ウィンドウでは、基地局のカスタム・ビームフォーミング・テーブル、UEによる選択結合の使用、およびリンクのスループットの計算に使用する3GPP仕様に基づくカスタム・スループット・テーブルが定義されています。
図2：MIMOシステムのスループットを計算するための通信システムのプロパティウィンドウ。
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ユーザー定義プリコーディングテーブルは、送信MIMOアンテナのアンテナエレメントの重み付けを含むテキストファイルです。ャ ン タ エレ メ ン ト に ャ ン タ の ャ ン タ ビーム 66 ビームが ャ ン タ ビーム66 ビームが ャ ン タ ビーム66 ビーム。この例では、各アンテナ素子の位相を変えることで、送信機が水平方向に-50度から50度まで、垂直方向に-10度から+40度まで10度刻みでスキャンできる66本のアンテナビームを記述したテーブルを使用しています。基地局は、UE の位置ごとに、受信機でのパワーを最大化するアンテナビームを選択します。
用カスタム5G NRデバイスの用カスタムスループット解析
受信機における5G NRデバイスのスループットもカスタム・ファイルを使用し、デバイスのSINRを達成可能なダウンリンク・データ・レートにマッピングしています。この表のスループット値は、3GPP TS 38.306 v15.2に掲載されている式を使用して計算されています。この式は、5G NRのデータ・レートを潜在的な変調・符号化方式（MCS）ごとに計算し、シグナリングと制御のオーバーヘッド、およびアップリンク伝送とダウンリンク伝送の違いを考慮しています [4][5]。推定は、100 MHz の帯域幅を持つ単一コンポーネント・キャリアを対象とし、達成可能な MCS と SINR の間には、LTE で観測されているのと同様の関係があると仮定しています。
結果
レシーバー・ダイバーシティ
5G NRのユーザー機器（UE）に対する選択合波、等利得合波、最大比合波の効果を分析するために、3つの通信システムが作成されました。図3と図4の結果は、このシナリオと構成では、SINRとスループットに関して3つのダイバーシチ方式の間に実質的な差がないことを示しています。この例の残りの部分では、UEにセレクション・コンバイニングを使用し、基地局にカスタム・ビームフォーミングを使用します。
図3：基地局1における受信ダイバーシティ方式のSINR比較。
図4：基地局1における受信ダイバーシティ方式のスループット比較。
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SINR とスループットの結果は、各基地局、および 3 つの基地局が一緒に動作した場合のものです。この例では、5G NR は最も高い SINR 値を提供する基地局とのリンクを確立します。図 5 および図 6 の赤線は、経路上の各ポイントで最高の SINR を達成した基地局に従っ て、UE に対する 3 つの基地局の総合的なパフォーマンスを表しています。青い線は、SINR とスループットに対する基地局 1 の寄与を表しています。青線と赤線が重なる領域では、受信機は基地局 1 とのリンクを確立します。他の 2 つの基地局からの寄与もプロット可能ですが、グラフをわかりやすくするために省略しました。
図5：合計SINR（赤）と基地局1からUEまでのSINR（青）。
図6：総スループット（赤）と基地局1からUEへのスループット（青）。
ビームフォーミングテーブルと最大送信比の比較評価
Maximum Ratio Transmissionビームフォーミングは、各受信位置への最適なビームを計算する。図7と図8では、カスタムビームフォーミングテーブル（青）を使用したSINRとスループットの結果をMRT（赤）と比較している。ほとんどの場所で、カスタムビームフォーミングテーブルの定義済みビームは、MRT（より最適で適応的な手法）とほぼ同じSINRとスループットを達成できているが、よりターゲットを絞ったビームを追加することで結果が改善される区間がある。ルート上の225mと350mの間では、SINRの値が低すぎて、どちらのビームフォーミング手法でも十分なスループット値を得ることができない。この場所のカバレッジを改善するには、基地局を追加する必要がある。
図7：カスタム（青）とMRT（赤）のビームフォーミングのSINRの比較。
図8：MRT（赤）とカスタムビームフォーミング（青）の3つの基地局からのUEルートに沿ったスループットの比較。
図9：カスタムビームフォーミングと選択コンバイニングのSINRカバレージ。
図10：カスタムビームフォーミングとセレクション・コンバイニングのスループット・カバレッジ。
結論
Wireless InSiteの通信システムアナライザは 、送信ビームフォーミングと受信ダイバーシティの両方を含む現実的なMIMOシステムのスループット、SINR、およびその他のシステムレベルの量を計算するために使用することができます。
この例では、カスタムビームフォーミングテーブルを使用して、ボストンのある区間における3つのMIMO基地局の動的挙動をモデル化する方法を示す。カスタムスループットテーブルは、5G New Radioのダウンリンクデータレートをモデル化するために使用されました。Wireless InSiteのX3D高忠実度レイトレーシングとMIMO機能により、SINRとスループットの効率的な計算が可能になった。
この例では、内蔵の理論的なビームフォーミングと受信ダイバーシティのオプションによって、カスタム技術によって提供されるスループット・カバレッジを素早く比較できることも示している。
レムコムの通信システムアナライザは、ネットワークプランナーや機器設計者に、基地局の位置を評価し、現実的なシナリオでのスループットを見積もるために必要なツールを提供します。カスタムビームフォーミングやスループットレートを組み込むことができるため、ユーザーは新しい機器やネットワーク構成を柔軟に設計、評価することができます。
参考文献
[1] "地球表面の電気的特性", 勧告 ITU-R P.527-3, 1992.
[2] "Effects of building materials and structures on radiowave propagation above about 100 MHz," Recommendation ITU-R P.2040-1, pp.22-23, July 2015.
[3] M. Weissberger, "An Initial Critical Summary of Models for Predicting Radio Waves by Trees," 1982, Electromagnetic compatibility analysis center, Annapolis, Maryland.最終報告書。https://apps.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a118343.pdf
[4] 5G NRの3GPP TS 38.306 V15.2.0 [10]を使用して、変調次数と符号化率に基づいてピーク・スループットを計算した。
[5] G. Skidmore,"Using Modeling and Simulation to Assess Challenges and Solutions for 5G Fixed Wireless Access".
