1、 無線通信系統中電波傳播路徑損耗模型研究作者:吳彥鴻, 王聰, 徐燦, Wu Yanhong, Wang Cong, Xu Can作者單位:吳彥鴻,Wu Yanhong(裝備指揮技術學院光電裝備系,北京,101416, 王聰,徐燦,WangCong,Xu Can(裝備指揮技術學院研究生管理大隊,北京,101416刊名:國外電子測量技術英文刊名:FOREIGN ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY年,卷(期:2009,28(8被引用次數:1次參考文獻(7條1.MOLISH A F;Molish;田斌無線通信 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無線通信與網絡 20045.HAYKIN S;MOHER M現代無線通信 20066.李焜;王喆無線通信電波傳播模型的研究期刊論文-無線通信技術 2008(017.郭梯云移動通信 2005相似文獻(10條1.學位論文劉海

3、濤無線通信中電波傳播和場強預測的研究2005無線通信中電波傳播和場強預測問題是整個無線通信網絡規劃的基礎性問題,隨著移動通信用戶數量的增多,原先的蜂窩大區制逐漸被微蜂窩甚至微微蜂窩小區制所取代,在這些無線環境中,建筑物的數量增多,地形的幾何尺寸各異,建筑物的平均高度往往高于基站天線的高度,傳統的適用于大區制的電波預測經驗模型難以得到足夠精度的預測結果,給無線網絡規劃中的場強預測帶來困難。因此,以射線跟蹤算法為基礎的新型的、基于特定環境的電波預測模型正逐漸顯示出優勢。射線跟蹤模型是以幾何光學理論和幾何繞射理論為基礎,通過電磁波的高頻射線近似特性來實現電波傳播路徑跟蹤的數值計算方法,具有很高的精度

4、。但是長期以來,技術發展存在兩方面的問題:第一,難以工程實用化。作為特定環境的預測模型,射線跟蹤算法的高預測精度,需要準確的建筑物幾何信息,而傳統的射線跟蹤算法是建立在理想化的地形數據庫模型基礎上。在實際預測環境中,建筑物數量眾多,幾何形狀復雜,因此,按照傳統的地形數據庫模型來錄入地形信息,往往成為繁重而贅余的工作,這嚴重影響算法的工程應用。第二,計算速度太慢。作為一種數值計算手段,射線跟蹤算法的計算量太大,難以適應實際應用的需求。本文的研發目標就是要在上述兩個方面取得突破,力求建立一個快速精確的、準自動的、適用于真實環境的城市電波傳播預測模型,編制高效的應用軟件。并且在加速算法方面取得較大的

5、突破。為了實現這一目標,本文的工作和創新點主要包括以下幾個方面的內容:第二章全面詳細地闡述了射線跟蹤算法的原理,幾何繞射理論的原理,和本文采用的射線跟蹤算法中計算場強的理論。第三章是地形數據庫模型的描述。首次細致分析了現今國家標準GIS地圖的特點,傳統的地形數據庫模型的局限,并提出一種新型的、可實現數字地圖信息自動入庫的地形數據庫模型。第四章針對新型的地形數據庫模型,提出了一種新型的射線跟蹤算法,該算法包括新型的左兒子右兄弟二叉樹存儲結構,區域劃分算法和繞射線減少算法等。新算法大大提高了計算效率,通過對上海浦東地區的實際仿真和測量,新算法的有效性得到了證實。第五章集中研究了并行射線跟蹤算法原理

6、,首次提出了適用于城市電波預測的、基于SBR算法的并行算法模型,并且通過大量的仿真實例,計算了模型的并行加速增益,從而證明并行加速算法和傳統加速算法相比具有更高的加速效果。由于本文的并行射線跟蹤算法是在普通的實驗室計算機簇中驗證實現的,因此,它是一種低成本、高效率的并行加速模型。第六章從軟件工程的角度分析了電波預測軟件的結構,該軟件分dos和windows兩個版本,其中dos版本便于集成,而windows版本采用MFC的編程結構,易于使用。第七章對論文成果做了總結,并對以后的工作進行了展望。2.會議論文楊怡懷.曹紅亮.申東婭.仇凱彥射線跟蹤法在WLAN環境中對電波傳播的預測與研究2005本文根

7、據無線通信室內信道特性的有關知識和射線跟蹤技術,在室內3D環境中提出了基于分塊模型和鏡像原理的射線跟蹤算法,大大提高了跟蹤效率.編寫了基于該模型的2D/3D預測軟件.并通過對2D預測值、3D預測值和經驗公式值的比較,進一步說明了算法的可行性。3.學位論文周健時域有限差分法(FDTD在室內電波傳播預測中的應用2003該文在回顧了已有的研究成果的基礎上,考慮建立使用FDTD方法解決實際的室內電波傳播預測問題的模型,并對該模型進行了詳細的數值分析,完成了對于一個室內空間的電波傳播的數值模擬.根據已經測量的實際數據,對比兩組數據,并分析了誤差產生的原因.因為使用FDTD方法求解空間中的各場分量的方式比

8、較固定,因此求解類似的問題有共性,所以程序設計也注意了獨立于特定的模型建立起一個比較通用的FDTD的算法.比如空間數據庫的導入和自動建立可以被估值程序利用的數據文件.該文還仔細的分析了FDTD的幾個需要注意的問題,尤其是吸收邊界條件,對于處理室內電波預測問題,吸收邊界條件不可缺少.該文在最后總結了解決室內電波預測時FDTD方法的應用.并對未來FDTD方法應用于室內電波預測提出自己的觀點和建議.4.會議論文王宜穎.李春龍.張義忠室內電波傳播測量實驗設計2009由于國內外經濟發展的需要,室內無線通信網絡設備的市場將會有巨大的增長,但室內環境有其復雜性和特殊性,不能將室外電波傳播的模型和規律性照搬到

9、室內的情形,為了更好地研究電波在室內的傳播規律必須在實際環境中進行測量。本文介紹了室內電波傳播測量實驗的具體設計。電波傳播預測在現代無線通信及廣播電視系統中扮演著極其重要的角色，準確的電波強度預測對于城市小區的建立與維護有著重要的意義。傳統的 預測方法是基于測量數據的統計方法，這要求不同小區之間具有統計相似性。隨著系統容量的要求不斷提高，使得小區的劃分越來越小，甚至出現了更 小的微小區。這直接導致了這種統計相似關系的丟失，從而使傳統的統計方法失效。現在需要一種確定的方法來進行電波覆蓋范圍預測及傳播特性分析 。本文主要是研究了基于GIS用射線跟蹤技術結合幾何繞射的信號預測算法。 本文首先闡述了城

10、市小區概念及傳播預測的必要性、傳播預測的各種算法及最新進展，并簡要概述了本文研究的主要內容。 隨后，對多種模型進行了研究和分析。由于城市電波傳播環境的復雜性，在對電波傳播預測的長期研究發展中產生了適應不同環境不同區制的預測 模型。本文對構建方式不同的DPM和SPM模型進行了研究和分析。 此后著重研究了射線跟蹤模型。目前大多數模型是適用于大區制的電波傳播預測，而現代無線通信的趨勢是小區制，本文對適于小區制的射線跟蹤 模型進行了深入的研究。通常意義上的射線跟蹤計算量極大，因此需要建立合適的射線跟蹤模型。在參照了鏡像法、射線管法等射線跟蹤思想的基礎上 ，改進了準三維射線跟蹤模型。該模型基于虛擬源方法

11、，通過確定反射源、繞射源的有效區域，依次找出有效區域內對射線傳播可能有貢獻的反射面和 繞射點，并以此建立數據源樹結構。本文所采用的方法借鑒并延伸了輻射源樹的概念，將接收點也加入到由發射源、反射源和繞射源組成的樹結構中 ，這樣的樹結構己經代表了整個傳播路徑，運算快捷且效率高。 在本文的最后，針對如何解決GIS電子地圖與電波傳播模型數據庫的數據存儲格式兼容等問題進行了研究。 6.學位論文 羅飛 無線空時信道模型及其在多入多出（MIMO）系統中應用的研究 2007 無線通信技術的高速發展，其本質目的是為了在日益惡化的無線通信環境中為用戶提供越來越高的信道容量。然而無線信道中以多徑衰落為代表的 各種傳

12、輸缺陷一直嚴重阻礙著信道容量的進一步提高。分集技術是一種對抗多徑衰落，提高無線通信系統性能的有效方法，在這其中基于空時分集的多 入多出(Multiple Input Multiple Output，MIMO系統是最有發展潛力的技術之一。 無線空時信道模型能在避免繁重的實地測量情況下提供無線信號在空間和時間域上的各種分布特性，因而成為了研究以MIMO系統為代表的各種分集 技術的基礎。本文圍繞如何提高現有無線空時信道模型的性能，以及模型在MIMO系統仿真中的應用等方面展開研究，做了以下工作： 1指出目前空時信道建模工作中存在的問題是算法的準確性和通用性與算法本身要求的計算量和對具體傳播環境地理信息

13、的依賴程度之間矛盾未得 到很好的協調。其中比較突出的是基于散射體分布的統計模型對電波傳播現象過于簡化，導致了模型準確性和通用性的下降。因此，這類模型具有較大 的改進空間，改進的思路是：有意識地在模型中多考慮一些電波在物理上的傳播機制，以取得模型各項性能與復雜度之間的平衡。 2詳細分析了應用廣泛的幾何單反射橢圓模型(Geometrically Based Single BounceElliptical Model，GBSBEM。從數學上證明了該模型不適合 描述模型所宣稱的微小區環境以及其他常見環境下的波達時間(17ime Of Artival，TOA統計特性。并考慮到在基站天線較低的情況下，各種

14、環境和規模 下蜂窩中的電波傳播并無本質上的區別，都嚴格的遵循橢圓模型的建模假設，由此認為橢圓模型在原理上并不局限于GBSBEM模型所宣稱的微小區。 3為消除GBSBEM模型在對電波傳播機制的描述上存在的物理上的明顯漏洞，在其基礎上增加了“有效散射體”和“反射概率”兩個物理概念，提出 了一種改進的橢圓散射模型(Enhanced Elliptical Scattering Model，EESM，推導出了各種信道特性的表達式并給出了模型的數值仿真方法。理論分 析和與實測數據的比較表明了EESM模型在完全兼容GBSBEM模型的基礎上有效提高了后者的建模準確性和通用性。 4在宏小區高基站天線模型中，指出

15、幾何單反射圓模型(Geometrically Based SingleBounce Circular Model，GBSBCM最大缺陷是仿真結果不準 確，而高斯散射體密度模型(Gaussion Scatterer Density Model，GSDM的模型假設僅僅來源于對測量數據的統計，因此缺乏必要的物理解釋。將同樣 的改進思路運用于GBSBCM模型，提出了一種改進的圓散射模型(Enhanced Circular Scattering Model，ECSM，推導出了各種信道特性的表達式。較 GSDM模型而言，整個模型的假設都基于合理的物理事實。數值仿真結果與實測結果的比較證明了ECSM模型在空

16、時到達概率和來波功率譜分布的估計準確 性都較GBSBCM模型有明顯提高。 5將改進模型用于MIMO系統性能的仿真工作中。首先給出了MIMO系統容量與信道相關性之間的關系，接著推導了MIMO系統信道窄帶和寬帶兩種情況 下空、時、頻各域的相關系數，最后用EESM模型對幾種典型小區規模和環境下的MIMO系統各域相關系數進行估計。數值仿真結果表明了改進模型在 MIMO系統性能的仿真工作中可以良好的反映出多種規模和環境中蜂窩小區的各域相關系數的特性。 7.學位論文 陳娜 三維環境任意極化波射線追蹤法的研究與實現 2009 射線追蹤是一種被廣泛應用于移動通信和個人通信環境中的預測無線電波傳播的技術。在規劃

17、移動通信網時，利用射線追蹤可以精確預測無線電波 傳播路徑損耗特性，從而得到系統在實際傳播環境中的性能，為合理地規劃和設計無線通信網提供了必要條件，同時也是研究無線移動通信系統性能的 前提。 本文所研究的主要內容如下: 首先，通過理論分析任意極化電波在不同介質分界面處的反射，然后推導出了通用的計算公式，最后特定為鉛垂極化波和水平極化波在鉛垂平面反射的 特殊情況。 其次，由推導出的公式得出結論:水平極化波經鉛垂平面反射，只有在入射面垂直于水平面和平行于水平面兩種情況下，反射后的波仍是水平極化波 ，且與入射角和媒質參數無關；入射面既不垂直也不平行于水平面時，只有在媒質參數滿足特殊條件時，才能使反射波

18、為水平極化波，否則會出現鉛垂 極化分量。鉛垂極化波斜入射到鉛垂平面時出現水平極化波與此類似。結論說明了:使用射線追蹤技術進行電波預測時，極化方式對結果的精確度會有較 大的影響，在有些文獻資料對極化采取簡化甚至忽略的做法是不可取的。 最后，在以上理論的基礎上通過MATLAB軟件進行仿真實現，在不同參數時的預測結果，并進行分析比較:認為增加反射次數和增加發射射線數目都可以 增加準確性但同時會使運算時間顯著增加，因而要在準確性和運算時間進行折衷；然后在相同環境相同條件下但是考慮電波極化和不考慮極化的情況下 計算電場分布，并與文獻結果進行比較，說明電波極化在電波預測中的重要性；最后給出算例，說明此方法的可靠性。 8.會議論文 宋笑亭 現代無線通信中的電波傳播問題 1995 9.期刊論文 耿友林.倪軍林.錢志華.GENG You-lin.NI Jun-lin.QIAN Zhi-hua 3DPE模型在山區無線通信中的應用 -杭州電子科技大學學報2011,31(1 該文利用三維拋物線方程理論研究了山區無線通信中對講機