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应用实例

带两台路由器的住宅中的 WiFi 性能模拟


Wireless InSite 的通信系统分析仪具有评估 LTE、WiMAX、802.11n 和 802.11ac 系统性能的功能。这些系统可包含多个发射器和接收器。 用户可以调整场景中的噪声和干扰水平,并生成有用的性能指标,如吞吐量、吞吐量截止和容量。

下面的示例研究了由 802.11ac 路由器提供的房屋 WiFi 吞吐量覆盖范围,该路由器工作频率为 5 GHz,带宽为 80 MHz。 房屋的几何图形是从 CAD 文件导入的,房屋下方是平坦的地形。 

WiFi 路由器被模拟为使用短偶极子天线的发射器,输入功率为 7 dBm。 路由器位于房屋的一楼和二楼,如图 1 所示。

 图 1:发射路由器(红色远场图案)在房屋几何范围内的位置。

 图 1:发射路由器(红色远场图案)在房屋几何范围内的位置。

 

为捕捉整个场景的信号行为,还增加了覆盖一楼和二楼的接收器网格。 接收器使用垂直极化短偶极子天线,如图 2 所示。

 

图 2:用于研究吞吐量覆盖范围的接收器网格。

图 2:用于研究吞吐量覆盖范围的接收器网格。

 

传播模拟

该项目的一般传播计算是通过 X3D 模型进行的,使用了三次反射、三次透射和一次衍射。  

通信系统定义

吞吐量是使用 "新建">"通信系统 "将通信系统添加到项目后产生的后处理输出。 项目可以包含多个通信系统,从而可以轻松研究不同配置的发送器和接收器或协议。  

为了计算室内的吞吐量,两个发射器都被指定为基站,所有接收器都被选入分析中。 将分析类型设为 "吞吐量 "后,无线接入方法设为 802.11ac,带宽设为 80 MHz。 干扰和噪声的默认值被接受。 数据流数量设置适用于 802.11n 和 802.11ac 协议,可用于根据 SISO 仿真结果估算 MIMO 系统的吞吐量。

当通信系统包含多个发射机时,接收机将根据 "选择发射机依据:"字段的设置与单个发射机建立链接。 在此分析中,"最高功率 "被用作决策标准,因此单个接收机将比较每个活动发射机的接收功率,并链接到提供最高接收功率的发射机。

 

图 3:通信系统属性窗口。

图 3:通信系统属性窗口。

 

运行通信系统分析

通信系统分析计算会在传播模型计算之后直接自动运行。 或者,也可以在获得初始传播模拟结果后,使用计算 > 通信系统分析运行选项单独运行分析。  

吞吐量结果

通信系统分析完成后,可查看和绘制分析结果。 通信结果位于研究区域下的子文件夹中,如图 4 所示。  

 

图 4:通信系统输出在输出树中的位置。

图 4:通信系统输出在输出树中的位置。

 

系统中每个单独基站和所有一起运行的基站都报告了吞吐量结果。 图 5 显示了下层发射机在室内的吞吐量水平,图 6 显示了上层发射机的吞吐量。 图 7 显示了通信系统中两个发射机协同运行时的总吞吐量。

图 8 所示的最强发射机输出可确定接收机链接到哪个发射机。

 

图 5:从下层发射机到覆盖网格的吞吐量。 

图 5:从下层发射机到覆盖网格的吞吐量。 

 

图 6:从上层发射机到覆盖网格的吞吐量。  

图 6:从上层发射机到覆盖网格的吞吐量。  

 

图 7:下层和上层发射机的综合吞吐量。

图 7:下层和上层发射机的综合吞吐量。

 

图 8:识别向接收器位置提供最高功率的路由器。  红色表示下层发射机,绿色表示上层发射机。

图 8:识别向接收器位置提供最高功率的路由器。 红色表示下层发射机,绿色表示上层发射机。

 

基于香农-哈特里定理的信道容量是吞吐量分析的另一项输出结果。 该容量提供了在给定环境中运行的通信系统的信噪比和带宽理论上可达到的理想最大吞吐率。 图 9 显示了双发射机系统在室内的容量。 容量计算预测的最大理论吞吐量为 1500 Mbit/秒,远高于 802.11ac 在 80 MHz 带宽(QAM 256,编码率⅚)条件下可实现的最大速率 390 Mbit/秒。 

 

 

图 9:上层和下层发射机的信道容量。

图 9:上层和下层发射机的信道容量。

 

吞吐量临界值

用户可在吞吐量输出的属性窗口中输入 "吞吐量截止 "值,并显示达到或超过该值的接收点百分比。 这为量化接收机集的吞吐量覆盖范围提供了一个有用的指标。 例如,如果希望吞吐率达到 200 Mbit/秒,那么当通信系统中包含两个发射路由器时,下网格中 84.90% 的接收器都能达到这一标准。

表 1 列出了基于房屋项目 200 兆位/秒的发射器和接收器组的吞吐量截断率。 使用两个发射器作为基站的通信系统可为 83.45% 的采样接收器位置提供 200 MBit/sec 的吞吐率。 另外,我们还可以看到,如果只使用一个发射器位置,那么位于房屋上层的位置将为最多的位置提供 200 MBit/sec 的吞吐率。

 

图 10:联合发射机系统对低层接收机网格的吞吐量截止。

图 10:联合发射机系统对低层接收机网格的吞吐量截止。

 

表 1:达到 200 Mbit/sec 吞吐率的接收点百分比。

表 1:达到 200 Mbit/sec 吞吐率的接收点百分比。

 

两个数据流的吞吐量覆盖范围

802.11ac WiFi 系统可通过在发射路由器和接收器之间建立多个数据流来实现更高的数据传输速率。 为了研究覆盖范围的改善情况,我们使用两个数据流创建了一个额外的通信系统,并使用 "运行 -> 通信系统分析 "计算模式对结果进行了快速后处理。 表 2 列出了两个数据流的结果。 使用两个数据流后,达到 200 MBit/sec 理想吞吐率的接收器总数从 83.45% 增加到 93.20%。

 

表 2:实现 200 Mbit/秒吞吐率的接收点百分比(两个数据流

表 2:实现 200 Mbit/秒吞吐率的接收点百分比(两个数据流

结论

Wireless InSite 的通信系统分析功能可估算 LTE、WiMAX、802.11n 和 802.11ac 系统的吞吐率。 这些系统可包含多个发射器和接收器,并为用户提供了调整场景中噪声和干扰水平的选项。 吞吐量截止法提供了一个单一值,可用于量化和比较相互竞争的系统配置。