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アンテナのカバレッジ マップと通信リンクの可視化

この例では、送信機と複数の受信機間の信号強度を計算および可視化する方法を説明します。可視化には、エリア カバレッジ マップと色付きの通信リンクが含まれています。この例では、特定の位置への通信リンクを実現するための指向性アンテナの選択についても説明します。

送信機サイトの定義

% Define transmitter site at MathWorks (3 Apple Hill Dr, Natick, MA)
fq = 6e9; % 6 GHz
tx = txsite("Name","MathWorks", ...
    "Latitude",42.3001, ...
    "Longitude",-71.3504, ...
    "Antenna",design(dipole,fq), ...
    "AntennaHeight",60, ...        % Units: meters
    "TransmitterFrequency",fq, ... % Units: Hz
    "TransmitterPower",15);        % Units: Watts

受信機サイトの定義

% Define receiver sites in several surrounding towns and cities
rxNames = [...
   "Boston, MA","Lexington, MA","Concord, MA","Marlborough, MA", ...
   "Hopkinton, MA","Holliston, MA","Foxborough, MA","Quincy, MA"];

rxLocations = [...
   42.3601 -71.0589; ... % Boston
   42.4430 -71.2290; ... % Lexington
   42.4604 -71.3489; ... % Concord
   42.3459 -71.5523; ... % Marlborough
   42.2287 -71.5226; ... % Hopkinton
   42.2001 -71.4245; ... % Holliston
   42.0654 -71.2478; ... % Foxborough
   42.2529 -71.0023];    % Quincy

% Define receiver sensitivity. Sensitivity is the minimum signal strength in
% power that is necessary for the receiver to accurately detect the signal.
rxSensitivity = -90; % Units: dBm

rxs = rxsite("Name",rxNames, ...
    "Latitude",rxLocations(:,1), ...
    "Longitude",rxLocations(:,2), ...
    "Antenna",design(dipole,tx.TransmitterFrequency), ...
    "ReceiverSensitivity",rxSensitivity); % Units: dBm

マップへのサイトの表示

送信機サイトと受信機サイトをマップに表示します。マーカーをクリックすると、サイトに関する情報を表示できます。

viewer = siteviewer;
show(tx)
show(rxs)

Basemap プロパティを使用してマップ画像を設定します。または、右から 2 番目のボタンをクリックして、サイト ビューアーでマップ画像ピッカーを開きます。[OpenStreetMap] を選択して道とラベルをマップに表示します。上から見た図を表示するにはビューを回転します。

viewer.Basemap = "openstreetmap";

双極子アンテナを使用した理想的なカバレッジ マップの表示

カバレッジ マップを表示します。カバレッジ マップには、受信機の受信状態が良好になる地理領域が表示されます。これは、送信された信号の強度が受信機の感度を満たしているか超えている場所を示します。自由空間伝播モデルを使用して、送信された信号の強度が電力 (dBm) で計算されます。地形、障害物、および大気効果は無視されます。結果として、カバレッジ マップには、自由空間による劣化要因を超えるパス損失のない、理想的なカバレッジ エリアが表示されます。

coverage(tx,"freespace", ...
    "SignalStrengths",rxSensitivity)

双極子アンテナを使用した通信リンクのプロット

通信リンクをマップにプロットします。受信機がカバレッジ ゾーンの外側にある場合は赤のリンク、受信機がカバレッジ ゾーン内にある場合は緑のリンクが表示されます。リンク線をクリックすると、リンクの統計を表示できます。カバレッジ ゾーンと成功したリンクの色を区別できるようにするには、成功したリンクの色を濃い緑に指定します。

sc = [0 0.3 0];
link(rxs,tx,"freespace","SuccessColor",sc)

降雨伝播モデルの使用

降雨によるパス損失が含まれるようにカバレッジ マップとリンクを更新します。マサチューセッツ州ボストンがカバレッジ ゾーンに入らなくなったことに注意してください。

coverage(tx,"rain","SignalStrengths", rxSensitivity)
link(rxs,tx,"rain","SuccessColor",sc)

指向性アンテナの定義

双極子アンテナ送信機では、マサチューセッツ州ボストンにある受信機を含むいくつかの受信機サイトがカバレッジ ゾーンの外側に表示されます。ここで、送信機の要件が、ボストンとの通信リンクを確立することであると想定します。その方向にアンテナ ゲインを増加できる指向性アンテナを定義します。

% Define Yagi-Uda antenna designed for transmitter frequency
yagiAnt = design(yagiUda,tx.TransmitterFrequency);

% Tilt antenna to direct radiation in XY-plane (i.e. geographic azimuth)
yagiAnt.Tilt = 90;
yagiAnt.TiltAxis = "y";

f = figure;

% Show directivity pattern
patternAzimuth(yagiAnt,tx.TransmitterFrequency)

%Close the previous figure
if (isvalid(f))
    close(f);
end

八木・宇田アンテナを使用したカバレッジ マップの表示

カバレッジ マップとリンクを更新します。ボストンはカバレッジ ゾーン内に入っていますが、他の方向の受信機との通信リンクが失われています。

% Update transmitter antenna
tx.Antenna = yagiAnt;

% Point main beam toward Boston, MA by assigning azimuth angle between 
% transmitter location and Boston receiver location
tx.AntennaAngle = angle(tx, rxs(1));

% Update visualizations, using "rain" propagation model
coverage(tx,"rain","SignalStrengths",rxSensitivity)
link(rxs,tx,"rain","SuccessColor",sc)

複数の信号強度を使用した等高線付きカバレッジ マップの表示

1 つの信号強度を指定すると、カバレッジ マップではカバレッジ領域が緑になります。複数の信号強度を指定して、異なる信号レベルを示す等高線付きのカバレッジ マップを生成します。

% Define signal strengths from sensitivity to -60 dB
sigStrengths = rxSensitivity:5:-60;

% Update coverage map
coverage(tx,"rain","SignalStrengths",sigStrengths)

参考

関数

• coverage | link | design (Antenna Toolbox)

オブジェクト

• txsite | rxsite | siteviewer

関連するトピック

• レイ トレーシングを使用した都市のリンクとカバレッジの解析