射线跟踪的无线通信
介绍
无线通信系统使用无线电波传输信号。传播模型可以估计信号的强度基于系统参数如频率、天线高度、地形属性,和建筑的属性。
理论和实证模型估计基于范围路径损耗,并是有效的只有那些环境,类似于建模环境。因此,他们通常不提供准确的时间或空间的信息。与这些模型、射线跟踪模型是特定于3 d环境,因此适合城市环境等场景。
传播建模的雷是一个单独的无线电信号[1]:
通过均匀介质沿一条直线。
遵守反射定律、折射和衍射。
携带的能量。传播模型治疗射线像管子,截面上的能量密度变小了,小如光线与环境进行交互。
对于一个给定的三维环境中,射线跟踪模型用数值模拟:
预测光线的路径从发射机到接收机。模型可以找到许多射线从发射机到接收机。模型推导的角度出发,到达角、到达时间的路径。
估计每个射线路径损耗和相位变化。总路径损耗是互动的和损失,自由空间损失,可选地,大气的损失。
一线在几个方面与环境交互[1]。
交互 | 描述 |
---|---|
视距(LOS) |
光线传播直接从发射机到接收机。 |
反射 |
光线反射表面反射定律。 |
折射(传播) |
光线折射进入新媒体,根据折射定律。 |
衍射 |
依法雷期刊表面的衍射。一个射线可以产生许多绕射射线。 |
散射 |
光线与粗糙表面,如海洋或建筑立面。 |
使用这些函数来创建射线跟踪模型,预测传播路径,并计算路径损失和相移。
propagationModel
——创建一个射线跟踪模型射线追踪
对象。指定选项,如射线追踪方法,反思的最大数量,和表面材料。您可以使用射线跟踪模型作为输入进行射频分析时,例如当生成覆盖地图使用报道
函数或计算总接收功率时使用sigstrength
函数。光线跟踪
——在地图上显示传播路径(射线)或返回传播路径comm.Ray
对象。每个对象代表的完整路径从发射机到接收机,并包含信息如路径损耗、相移和类型的表面的相互作用。raypl
——计算路径损耗和相移的传播路径基于表面材料和天线极化类型。
例如显示射线追踪在室内和城市环境中,明白了mimo - ofdm通信链路室内使用光线追踪和使用射线追踪城市链接和覆盖率分析,分别。
射线追踪方法
使用的射线跟踪模型propagationModel
和光线跟踪
函数发现洛和视线范围(仿真结果路径。
模型发现洛路径通过拍摄光线从发射机到接收机。如果射线不接触表面在到达接收方之前,洛路径。
模型仿真结果发现路径通过拍摄和弹跳射线法(SBR)[2]或图像的方法。您可以指定使用的方法
propagationModel
函数。
选择一个方法基于你想要的类型的交互模型,计算速度和精度。
方法 | 交互类型 | 计算速度 | 计算的准确性 |
---|---|---|---|
SBR |
包括影响反射和不包括从衍射效应,折射、散射。 金宝app支持十路径计算近似传播路径的反射。 |
计算复杂度增加线性反射的数量。因此,SBR法通常是速度比图像法。 |
接收机的位置网站SBR法计算的不准确。传播路径计算的准确性降低随着路径长度的增加。 |
图像 |
包括影响反射和不包括从衍射效应,折射、散射。 金宝app最多支持两个路径反射。 |
计算复杂度指数反映的数量增加。 |
计算准确的传播路径。 |
SBR法
这个数字说明了SBR法计算传播路径从发射机,Tx接收器,处方。
SBR法推出许多射线为中心的球面测地线Tx。测地线领域使模型推出大约间隔均匀的光线。
然后,每射线跟踪方法Tx,可以模拟不同类型的光线和周围物体之间的相互作用,如反射、绕射、折射和散射。注意,只考虑实现反射。
对于每个发射光线,周围的方法处方一个球体,称为接待范围,与半径成正比的角距发射射线和射线传播的距离。如果射线球面相交,那么该模型考虑了雷一个有效的路径Tx来处方。
图像的方法
这个数字说明了图像计算方法单一反射光线的传播路径的发射机和接收机SBR方法。图像方法定位的形象Tx对平面反射表面,Tx”。然后,连接的方法Tx”和处方一条线段。如果线段相交平面反射表面,显示为R在图中,一个有效的路径Tx来处方的存在。与多次反射法确定路径通过递归扩展这些步骤。
传播损耗
使用的射线跟踪模型propagationModel
,光线跟踪
,raypl
函数计算反射损失通过跟踪水平和垂直偏振的信号传播路径。总功率损失是自由空间损耗的总和,和反射损失。
表面材料的影响
当射线与表面,表面材料影响反射损失。
射线跟踪模型包含建筑和表面材料的传播损耗计算通过使用复杂表面的相对介电常数,εr。的ITU-R P.2040-1[5]和ITU-R P.527[6]建议包括方法、方程和值用于计算εr的频率范围。
的方程εr是:
,
地点:
εr”是真正的相对介电常数。
σ电导率的S / m。
ε0是自由空间的介电常数(电常数)。
f在赫兹的频率。
建筑材料,计算射线跟踪模型εr”和σ为:
,
在哪里一个,b,c,d是常数决定的表面材料。可读性,表显示GHz的频率范围。
材料类 | 相对介电常数的实部 | 电导率(S / m) | 频率(赫兹) | ||
---|---|---|---|---|---|
一个 | b | c | d | ||
空气真空(~) |
1 |
0 |
0 |
0 |
(0.001,100) |
混凝土 |
5.31 |
0 |
0.0326 |
0.8095 |
[100] |
砖 |
3.75 |
0 |
0.038 |
0 |
(1,10) |
石膏板 |
2.94 |
0 |
0.0116 |
0.7076 |
[100] |
木 |
1.99 |
0 |
0.0047 |
1.0718 |
(0.001,100) |
玻璃 |
6.27 |
0 |
0.0043 |
1.1925 |
(0.1,100) |
天花板 |
1.50 |
0 |
0.0005 |
1.1634 |
[100] |
刨花板 |
2.58 | 0 |
0.0217 |
0.78 |
[100] |
地板 |
3.66 |
0 |
0.0044 |
1.3515 |
[100] |
金属 |
1 |
0 |
107 |
0 |
[100] |
非常干燥的地面 |
3 |
0 |
0.00015 |
2.52 |
1,10只(一) |
介质干地 |
15 |
- 0.1 |
0.035 |
1.63 |
1,10只(一) |
潮湿的地面 |
30. |
- 0.4 |
0.15 |
1.30 |
1,10只(一) |
备注(a):三个地面类型(非常干燥,介质干燥和潮湿),指出频率不能超过限制。 |
等地球表面水、海水、干或湿冰,干燥或潮湿土壤,植被,射线跟踪模型计算εr使用方法和方程提出了ITU-R P.527[6]。
反射损失
射线跟踪模型计算反射损失通过使用反射矩阵计算IEEE 802.11 09/0334r8文档中描述[7]。
这张图片显示了一个反射路径从发射机的网站Tx接收器的网站处方。
一阶信号反射,反射路径损耗的方程,PLR是:
,
地点:
合资企业处方和合资企业tx是2×1极化向量的接收机和发射机,指定为琼斯矢量。
Href1是一个反射矩阵。
反射矩阵方程Href1是:
,
地点:
第三和第一项几何耦合矩阵。第三项的基础重新计算偏振矢量从发射机事件的基础平面坐标。第一项重新计算极化向量的基础事件接收者的基础平面坐标。Ψ处方和Ψtx垂直电磁场矢量之间的角度吗Eθ平面和一个正常的事件,n,分别在接收机和发射机。
第二项是一个偏振矩阵,R∥和R⟂是水平和垂直偏振的反射系数,分别。
占几何耦合模型之间的水平和垂直偏振只有当发射机和接收机天线极化。
射线跟踪模型计算R∥和R⟂利用菲涅耳方程:
,
地点:
α是传播的入射角向量。
εr是复杂的相对介电常数的材料。
模型计算高阶反射通过使用一个额外的几何耦合矩阵和为每个反射偏振矩阵。
引用
[1]Yun, Zhengqing Magdy f·伊斯坎德尔。“无线电传播建模:射线追踪原理及应用”。IEEE访问3 (2015):1089 - 1100。https://doi.org/10.1109/ACCESS.2015.2453991。
[2]Schaubach,投资者,N.J. Davis, and T.S. Rappaport. “A Ray Tracing Method for Predicting Path Loss and Delay Spread in Microcellular Environments.” In[1992程序]车辆技术协会第42 VTS会议——前沿技术932 - 35。美国科罗拉多州丹佛市:IEEE 1992。https://doi.org/10.1109/VETEC.1992.245274。
[3]国际电信联盟无线电通信部门。由衍射传播。推荐P.526-15。ITU-R,批准2019年10月21日。https://www.itu.int/rec/r - rec - p.526 - 15 - 201910 i/en。
[4]凯勒,约瑟夫·b·“几何绕射理论”。美国光学学会杂志》上52岁的没有。2(1962年2月1日):116。https://doi.org/10.1364/JOSA.52.000116。
[5]国际电信联盟无线电通信部门。建筑材料和结构对无线电波传播的影响大约100 mhz以上。推荐P.2040-1。ITU-R,批准2015年7月29日。https://www.itu.int/rec/r - rec - p.2040 - 1 - 201507 - i/en。
[6]国际电信联盟无线电通信部门。地球表面的电特性。推荐P.527-5。ITU-R,批准2019年8月14日。https://www.itu.int/rec/r - rec p.527 i/en——5 - 201908。
[7]Maltsev,。,等。“60 GHz WLAN系统的信道模型。”IEEE Document 802.11-09/0334r8, May 2010.
[8]麦克纳马拉,d . A。,C. W. I. Pistorius, and J. A. G. Malherbe.介绍了统一的几何绕射理论。波士顿:Artech房子,1990。
另请参阅
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