线通信系统中电波传播路径损耗模型研究

1、 无线通信系统中电波传播路径损耗模型研究作者:吴彦鸿, 王聪, 徐灿, Wu Yanhong, Wang Cong, Xu Can作者单位:吴彦鸿,Wu Yanhong(装备指挥技术学院光电装备系,北京,101416, 王聪,徐灿,WangCong,Xu Can(装备指挥技术学院研究生管理大队,北京,101416刊名:国外电子测量技术英文刊名:FOREIGN ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY年,卷(期:2009,28(8被引用次数:1次参考文献(7条1.MOLISH A F;Molish;田斌无线通信 20082.WALFISCH J;BERTONI H A

2、theorical model of UHF propagation in urban environments3.CAVDAR I H A statistical approach to Bertoni-Walfisch propagation model for mobile radio design in urban areas 20014.MARK J;ZHUANG W无线通信与网络 20045.HAYKIN S;MOHER M现代无线通信 20066.李焜;王喆无线通信电波传播模型的研究期刊论文-无线通信技术 2008(017.郭梯云移动通信 2005相似文献(10条1.学位论文刘海

3、涛无线通信中电波传播和场强预测的研究2005无线通信中电波传播和场强预测问题是整个无线通信网络规划的基础性问题,随着移动通信用户数量的增多,原先的蜂窝大区制逐渐被微蜂窝甚至微微蜂窝小区制所取代,在这些无线环境中,建筑物的数量增多,地形的几何尺寸各异,建筑物的平均高度往往高于基站天线的高度,传统的适用于大区制的电波预测经验模型难以得到足够精度的预测结果,给无线网络规划中的场强预测带来困难。因此,以射线跟踪算法为基础的新型的、基于特定环境的电波预测模型正逐渐显示出优势。射线跟踪模型是以几何光学理论和几何绕射理论为基础,通过电磁波的高频射线近似特性来实现电波传播路径跟踪的数值计算方法,具有很高的精度

4、。但是长期以来,技术发展存在两方面的问题:第一,难以工程实用化。作为特定环境的预测模型,射线跟踪算法的高预测精度,需要准确的建筑物几何信息,而传统的射线跟踪算法是建立在理想化的地形数据库模型基础上。在实际预测环境中,建筑物数量众多,几何形状复杂,因此,按照传统的地形数据库模型来录入地形信息,往往成为繁重而赘余的工作,这严重影响算法的工程应用。第二,计算速度太慢。作为一种数值计算手段,射线跟踪算法的计算量太大,难以适应实际应用的需求。本文的研发目标就是要在上述两个方面取得突破,力求建立一个快速精确的、准自动的、适用于真实环境的城市电波传播预测模型,编制高效的应用软件。并且在加速算法方面取得较大的

5、突破。为了实现这一目标,本文的工作和创新点主要包括以下几个方面的内容:第二章全面详细地阐述了射线跟踪算法的原理,几何绕射理论的原理,和本文采用的射线跟踪算法中计算场强的理论。第三章是地形数据库模型的描述。首次细致分析了现今国家标准GIS地图的特点,传统的地形数据库模型的局限,并提出一种新型的、可实现数字地图信息自动入库的地形数据库模型。第四章针对新型的地形数据库模型,提出了一种新型的射线跟踪算法,该算法包括新型的左儿子右兄弟二叉树存储结构,区域划分算法和绕射线减少算法等。新算法大大提高了计算效率,通过对上海浦东地区的实际仿真和测量,新算法的有效性得到了证实。第五章集中研究了并行射线跟踪算法原理

6、,首次提出了适用于城市电波预测的、基于SBR算法的并行算法模型,并且通过大量的仿真实例,计算了模型的并行加速增益,从而证明并行加速算法和传统加速算法相比具有更高的加速效果。由于本文的并行射线跟踪算法是在普通的实验室计算机簇中验证实现的,因此,它是一种低成本、高效率的并行加速模型。第六章从软件工程的角度分析了电波预测软件的结构,该软件分dos和windows两个版本,其中dos版本便于集成,而windows版本采用MFC的编程结构,易于使用。第七章对论文成果做了总结,并对以后的工作进行了展望。2.会议论文杨怡怀.曹红亮.申东娅.仇凯彦射线跟踪法在WLAN环境中对电波传播的预测与研究2005本文根

7、据无线通信室内信道特性的有关知识和射线跟踪技术,在室内3D环境中提出了基于分块模型和镜像原理的射线跟踪算法,大大提高了跟踪效率.编写了基于该模型的2D/3D预测软件.并通过对2D预测值、3D预测值和经验公式值的比较,进一步说明了算法的可行性。3.学位论文周健时域有限差分法(FDTD在室内电波传播预测中的应用2003该文在回顾了已有的研究成果的基础上,考虑建立使用FDTD方法解决实际的室内电波传播预测问题的模型,并对该模型进行了详细的数值分析,完成了对于一个室内空间的电波传播的数值模拟.根据已经测量的实际数据,对比两组数据,并分析了误差产生的原因.因为使用FDTD方法求解空间中的各场分量的方式比

8、较固定,因此求解类似的问题有共性,所以程序设计也注意了独立于特定的模型建立起一个比较通用的FDTD的算法.比如空间数据库的导入和自动建立可以被估值程序利用的数据文件.该文还仔细的分析了FDTD的几个需要注意的问题,尤其是吸收边界条件,对于处理室内电波预测问题,吸收边界条件不可缺少.该文在最后总结了解决室内电波预测时FDTD方法的应用.并对未来FDTD方法应用于室内电波预测提出自己的观点和建议.4.会议论文王宜颖.李春龙.张义忠室内电波传播测量实验设计2009由于国内外经济发展的需要,室内无线通信网络设备的市场将会有巨大的增长,但室内环境有其复杂性和特殊性,不能将室外电波传播的模型和规律性照搬到

9、室内的情形,为了更好地研究电波在室内的传播规律必须在实际环境中进行测量。本文介绍了室内电波传播测量实验的具体设计。电波传播预测在现代无线通信及广播电视系统中扮演着极其重要的角色，准确的电波强度预测对于城市小区的建立与维护有着重要的意义。传统的 预测方法是基于测量数据的统计方法，这要求不同小区之间具有统计相似性。随着系统容量的要求不断提高，使得小区的划分越来越小，甚至出现了更 小的微小区。这直接导致了这种统计相似关系的丢失，从而使传统的统计方法失效。现在需要一种确定的方法来进行电波覆盖范围预测及传播特性分析 。本文主要是研究了基于GIS用射线跟踪技术结合几何绕射的信号预测算法。 本文首先阐述了城

10、市小区概念及传播预测的必要性、传播预测的各种算法及最新进展，并简要概述了本文研究的主要内容。 随后，对多种模型进行了研究和分析。由于城市电波传播环境的复杂性，在对电波传播预测的长期研究发展中产生了适应不同环境不同区制的预测 模型。本文对构建方式不同的DPM和SPM模型进行了研究和分析。 此后着重研究了射线跟踪模型。目前大多数模型是适用于大区制的电波传播预测，而现代无线通信的趋势是小区制，本文对适于小区制的射线跟踪 模型进行了深入的研究。通常意义上的射线跟踪计算量极大，因此需要建立合适的射线跟踪模型。在参照了镜像法、射线管法等射线跟踪思想的基础上 ，改进了准三维射线跟踪模型。该模型基于虚拟源方法

11、，通过确定反射源、绕射源的有效区域，依次找出有效区域内对射线传播可能有贡献的反射面和 绕射点，并以此建立数据源树结构。本文所采用的方法借鉴并延伸了辐射源树的概念，将接收点也加入到由发射源、反射源和绕射源组成的树结构中 ，这样的树结构己经代表了整个传播路径，运算快捷且效率高。 在本文的最后，针对如何解决GIS电子地图与电波传播模型数据库的数据存储格式兼容等问题进行了研究。 6.学位论文 罗飞 无线空时信道模型及其在多入多出（MIMO）系统中应用的研究 2007 无线通信技术的高速发展，其本质目的是为了在日益恶化的无线通信环境中为用户提供越来越高的信道容量。然而无线信道中以多径衰落为代表的 各种传

12、输缺陷一直严重阻碍着信道容量的进一步提高。分集技术是一种对抗多径衰落，提高无线通信系统性能的有效方法，在这其中基于空时分集的多 入多出(Multiple Input Multiple Output，MIMO系统是最有发展潜力的技术之一。 无线空时信道模型能在避免繁重的实地测量情况下提供无线信号在空间和时间域上的各种分布特性，因而成为了研究以MIMO系统为代表的各种分集 技术的基础。本文围绕如何提高现有无线空时信道模型的性能，以及模型在MIMO系统仿真中的应用等方面展开研究，做了以下工作： 1指出目前空时信道建模工作中存在的问题是算法的准确性和通用性与算法本身要求的计算量和对具体传播环境地理信息

13、的依赖程度之间矛盾未得 到很好的协调。其中比较突出的是基于散射体分布的统计模型对电波传播现象过于简化，导致了模型准确性和通用性的下降。因此，这类模型具有较大 的改进空间，改进的思路是：有意识地在模型中多考虑一些电波在物理上的传播机制，以取得模型各项性能与复杂度之间的平衡。 2详细分析了应用广泛的几何单反射椭圆模型(Geometrically Based Single BounceElliptical Model，GBSBEM。从数学上证明了该模型不适合 描述模型所宣称的微小区环境以及其他常见环境下的波达时间(17ime Of Artival，TOA统计特性。并考虑到在基站天线较低的情况下，各种

14、环境和规模 下蜂窝中的电波传播并无本质上的区别，都严格的遵循椭圆模型的建模假设，由此认为椭圆模型在原理上并不局限于GBSBEM模型所宣称的微小区。 3为消除GBSBEM模型在对电波传播机制的描述上存在的物理上的明显漏洞，在其基础上增加了“有效散射体”和“反射概率”两个物理概念，提出 了一种改进的椭圆散射模型(Enhanced Elliptical Scattering Model，EESM，推导出了各种信道特性的表达式并给出了模型的数值仿真方法。理论分 析和与实测数据的比较表明了EESM模型在完全兼容GBSBEM模型的基础上有效提高了后者的建模准确性和通用性。 4在宏小区高基站天线模型中，指出

15、几何单反射圆模型(Geometrically Based SingleBounce Circular Model，GBSBCM最大缺陷是仿真结果不准 确，而高斯散射体密度模型(Gaussion Scatterer Density Model，GSDM的模型假设仅仅来源于对测量数据的统计，因此缺乏必要的物理解释。将同样 的改进思路运用于GBSBCM模型，提出了一种改进的圆散射模型(Enhanced Circular Scattering Model，ECSM，推导出了各种信道特性的表达式。较 GSDM模型而言，整个模型的假设都基于合理的物理事实。数值仿真结果与实测结果的比较证明了ECSM模型在空

16、时到达概率和来波功率谱分布的估计准确 性都较GBSBCM模型有明显提高。 5将改进模型用于MIMO系统性能的仿真工作中。首先给出了MIMO系统容量与信道相关性之间的关系，接着推导了MIMO系统信道窄带和宽带两种情况 下空、时、频各域的相关系数，最后用EESM模型对几种典型小区规模和环境下的MIMO系统各域相关系数进行估计。数值仿真结果表明了改进模型在 MIMO系统性能的仿真工作中可以良好的反映出多种规模和环境中蜂窝小区的各域相关系数的特性。 7.学位论文 陈娜 三维环境任意极化波射线追踪法的研究与实现 2009 射线追踪是一种被广泛应用于移动通信和个人通信环境中的预测无线电波传播的技术。在规划

17、移动通信网时，利用射线追踪可以精确预测无线电波 传播路径损耗特性，从而得到系统在实际传播环境中的性能，为合理地规划和设计无线通信网提供了必要条件，同时也是研究无线移动通信系统性能的 前提。 本文所研究的主要内容如下: 首先，通过理论分析任意极化电波在不同介质分界面处的反射，然后推导出了通用的计算公式，最后特定为铅垂极化波和水平极化波在铅垂平面反射的 特殊情况。 其次，由推导出的公式得出结论:水平极化波经铅垂平面反射，只有在入射面垂直于水平面和平行于水平面两种情况下，反射后的波仍是水平极化波 ，且与入射角和媒质参数无关；入射面既不垂直也不平行于水平面时，只有在媒质参数满足特殊条件时，才能使反射波

18、为水平极化波，否则会出现铅垂 极化分量。铅垂极化波斜入射到铅垂平面时出现水平极化波与此类似。结论说明了:使用射线追踪技术进行电波预测时，极化方式对结果的精确度会有较 大的影响，在有些文献资料对极化采取简化甚至忽略的做法是不可取的。 最后，在以上理论的基础上通过MATLAB软件进行仿真实现，在不同参数时的预测结果，并进行分析比较:认为增加反射次数和增加发射射线数目都可以 增加准确性但同时会使运算时间显著增加，因而要在准确性和运算时间进行折衷；然后在相同环境相同条件下但是考虑电波极化和不考虑极化的情况下 计算电场分布，并与文献结果进行比较，说明电波极化在电波预测中的重要性；最后给出算例，说明此方法的可靠性。 8.会议论文 宋笑亭 现代无线通信中的电波传播问题 1995 9.期刊论文 耿友林.倪军林.钱志华.GENG You-lin.NI Jun-lin.QIAN Zhi-hua 3DPE模型在山区无线通信中的应用 -杭州电子科技大学学报2011,31(1 该文利用三维抛物线方程理论研究了山区无线通信中对讲机