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基于射线跟踪模型的微蜂窝小区电波传播预测研究

朱若萍  
【摘要】: 为了充分利用现有的频率资源和增加移动通信网的容量,目前的移动通信系统的无线电覆盖常采用微蜂窝的结构。精确预测无线电波传播路径损耗特性,为合理的微蜂窝无线网络规划、设计提供了必要条件,同时也是研究微蜂窝移动通信系统性能的前提。典型的微蜂窝小区电波传播环境是在城市建筑物的“峡谷”中,统计经验模型从根本上失去了应用的前提。事实上,现在需要一种确定的方法来分析微蜂窝小区的电波传播情况及其信道特性。 在总结前人工作的基础上,本文提出了一种新的基于有效虚拟源树的射线跟踪技术的微蜂窝小区电波传播预测模型,并以Matlab作为编程平台实现仿真。该模型基于物理光学(PO)、几何绕射理论(GTD)、一致性绕射理论(UTD),利用改进的射线跟踪法对微蜂窝中电波传播特性进行了数值分析计算。它可应用于任何复杂的传播环境中,能找到发射机到接收机之间的所有电波传播路径而无须冗余的计算。该模型通过确定发射源、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,并将接收源点也加入到树结构中,以此建立有效虚拟源树结构。另外从本质上讲,它仍然是一种基于镜像理论的点对点的射线跟踪法,所以它无需进行接收测试;而且由于采用反向算法,找出所有能从发射源点到达接收源点的射线,并且可一次性建立一个有效虚拟源树,大大提高了运算速度,因而有较高的接收效率与精度。 本文第一章介绍了研究本课题的意义,讨论了国内外关于电波传播预测模型研究的进展,阐明了本文算法的优越性,及本文研究的主要内容。第二、三章给出了课题研究的背景理论知识。第四章着重阐述了改进的射线跟踪算法,小区模型的建立、显示、数据提取及射线跟踪结果显示的实现方法,研究了计算机图形学在射线跟踪加速算法中的应用。第五章介绍了在该改进算法基础上开发的软件。第六章对该模型进行了相应的仿真,并对该模型所得预测结果和文献进行了对比,表明了该模型具有较高的效率和精度。最后总结了本文工作并对后序研究提出一些建议。


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