复杂环境下电波传播损耗的测试与仿真

确定性的电波传播特性预测方法为通信装备内场仿真测试中所需的通信链路传播损耗计算提供了一条高效准确的途径。采用外场实地测试和基于射线追踪算法的确定性电波传播损耗预测软件,仿真2种手段对真实环境下某条特定通信链路的传播损耗进行了预测,给出了测试和仿真结果,分析了误差来源,表明了采用基于射线追踪算法的确定性电波传播损耗预测方法对复杂环境下通信链路传播损耗计算的可行性。     

一种高效的自适应射线束追踪方法

提出了一种高效的射线追踪方法.该扩展传统射线追踪法的射线管成射线束.射线束可以根据求解空间自适应裁剪,解决了传统射线追踪法对空间的离散采样问题;摒弃了接收球技术,还解决了接收球技术带来的双计误差.该方法采用了基于Pluecker坐标系的射线束-三角形碰撞检测算法,使得提出的射线束追踪法具有很高的计算效率.该方法成功地应用于复杂场景下室内信道的预测,并与已公开发表的论文的测量值进行对比,一致性良好.     

概率方法预测特定环境超宽带信号功率分布

针对超宽带(UWB)信号在无线信道的传播特点,使用随机桥过程产生建模UWB信号多径分量传播轨迹的随机射线,构造出可以描述UWB信道特性的基本随机变量,由此得到预测信道中某个场点接收到的信号功率的概率方法.对一个典型室内传播环境中沿着任意路径接收的UWB信号功率进行仿真计算,结果表明预测功率分布概率方法的算法稳定.对传播环境中某个区域的功率分布进行计算,同时研究了不同分集接收方式对功率预测的影响.仿真结果表明,全Rake分集接收方式并不占优势;在分集接收的抽头数较少时,部分Rake分集接收和选择性Rake分集接收方式具有相似的分集接收效果.最后对接收点信号功率的分布进行统计分析,并对概率方法与射线追踪法进行了比较.     

用射线跟踪法对室外至室内的电波传播进行预测

本文在介绍了电波传播预测的射线跟踪法，根据建筑物体对电波的反向和透射的特点，结合射线跟踪法，提出了一种室内物体的分块西式，设计了射线跟踪的递归算法，根据这一方面可以计算出当发射点在室外而接收点在室内时室内各处电波传播的路径损耗。实验结果表明，预测结果与测量结果符合很好。     

基于蚁群算法的多路径覆盖测试数据生成

为了提高多路径覆盖测试数据的生成效率,研究了一种基于蚁群算法的多路径覆盖测试数据生成方法.首先给出蚁群算法的一种改进方法,该算法以蚂蚁对生成测试数据的重要性作为蚂蚁状态转移和蚂蚁路径变异的依据,以引导更多蚂蚁穿越小概率节点,提高测试数据生成效率.其次,根据改进的蚁群算法分别提出了基于单信息素表和多信息素表的多路径覆盖测试数据生成方法.在基于多信息素表的方法中,每条目标路径的信息素表均被用于其它路径测试数据的求解,而且蚁群算法运行一次即可求解多条目标路径的覆盖测试数据.最后对所提出方法的有效性和复杂度进行了理论分析.实验结果表明,与其它方法相比,基于多信息素表的测试数据生成方法能够有效地生成多路径覆盖测试数据.     

基于粒子群算法的室外配用电场景射线追踪优化方法

为高效地利用射线追踪(ray tracing, RT)方法对室外配用电环境毫米波段进行传播特性研究,提出一种将RT方法与粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法相结合的RT优化方法.首先进行低分辨率RT,利用距离参数筛选出可能到达接收端的射线发射角度,并将其划分成多个搜索区域;然后在每个搜索区域中利用PSO算法寻找最优路径.该方法的路径损耗仿真结果与传统RT仿真结果以及实测数据都表现出了良好的一致性,场强覆盖预测也和传统RT仿真结果相一致.结果表明,该方法在保证精确度的同时可以有效提高RT计算效率,并避免了传统RT中的接收球问题,具有一定的工程应用价值.     

基于射线跟踪法的73 GHz走廊环境MIMO信道特性研究

为了研究5G室内走廊环境的毫米波传输特性,通过射线跟踪仿真方法预测了室内走廊环境下73 GHz毫米波MIMO信道特性。介绍了实验的仿真环境和射线跟踪仿真预测的实验方法和具体参数设置。研究了室内走廊环境下73 GHz毫米波MIMO信道的路径损耗、RMS时延扩展和MIMO信道容量变化。发现了路径损耗斜率和RMS时延数值较小。研究MIMO容量随距离变化时发现,收发机沿走廊纵向方向中间处会产生容量峰值,主要是由于该处散射丰富,NLOS分量大。研究MIMO容量特性发现增大天线间距和增大天线阵列规模可以提升容量,但是采用4×64 Massive MIMO相对于采用4×4 MIMO时容量提升较为有限。实验证实了73 GHz毫米波MIMO可以用于室内走廊环境。     

基于射线跟踪的车联网毫米波信道准平稳区间研究

针对28 GHz车联网中车对基础设施（Vehicle-to-Infrastructure，V2I）毫米波信道，开展了准平稳区间的研究.首先，分析了信道准平稳区间的理论基础和计算方法.其次，利用功率相关（Correlation of Power，CP）算法和谱散度（Spectral Divergence，SD）算法进行准平稳区间的计算.结果表明，CP算法复杂度低且精度较高，更适合用于计算V2I通信场景下的准平稳区间.最后，利用CP算法计算出的准平稳区间作为新的采样间隔，从而减少了射线跟踪仿真器的采样点数.通过原始采样和减少采样点后的信道特性的比较，在合理的门限值下，利用信道准平稳区间的方法加速了射线跟踪仿真器，并且不会造成信道参数的失真.另外，对于信道特性的分析结果也对车联网在毫米波频段的仿真和设计具有重要意义.     

基于改进射线跟踪法和BP神经网络算法的室外微蜂窝毫米波信道特性研究

在28 GHz与39 GHz毫米波频段室外微蜂窝场景下,基于改进射线跟踪法和反向传播(back propagation, BP)神经网络算法对毫米波单发单收信道及单发多收信道进行建模仿真研究. 在得到的无线信道仿真数据基础上,研究分析了毫米波信道的路径损耗、均方根(root-mean-square, RMS)时延扩展(delay spread, DS)、接收功率等传播特性. 通过与现有文献的测量结果对比分析验证了改进射线跟踪法的正确性与有效性. 通过BP神经网络方法拟合得到的路径损耗模型参数结果与改进射线跟踪法仿真得到的路径损耗参数结果对比发现,两者吻合程度很高,验证了BP神经网络算法能很好地对室外微蜂窝毫米波信道大尺度参数进行预测. 同时,文中给出了一种普遍适用的用来表征室外微蜂窝视距(line-of-sight, LoS)与非视距(non-line-of-sight, NLoS)场景下28 GHz与39 GHz毫米波信道的路径损耗模型. 结果表明:LoS场景下的RMS DS和接收功率都小于NLoS场景下得到的结果;LoS场景与NLoS场景下RMS DS、水平方向到达角、多径簇的个数累积分布函数均服从高斯分布;RMS DS在毫米波频段微蜂窝场景下,随着频率的升高而增大,到达接收端的多径成簇呈现稀疏性.     

射线追踪技术在城市环境场强预测计算中的应用

为了计算在城市环境的基站服务区场强分布,使用的传播模型是“混合预测算法”,仿真计算是应用射线追踪技术来实现。应用射线追踪技术考虑了多面体模型中“阴影测试法”、多面体面模型及其电特性、射线追踪可视化技术等。最后给出了一个实例说明本方案的可用性。     

一种基于虚拟墙的射线跟踪法*

针对现有射线跟踪算法效率低下的问题,利用虚拟源思想,设计了一种基于虚拟墙的射线跟踪算法。首先,通过将处于同一平面的墙面合并为"虚拟墙",降低了算法搜索过程中墙面的遍历次数。在此基础上,通过设计"透光区"、"光扇区"等有效性判决条件,完成节点有效性的判决,避免了无效节点的混入,减少了计算复杂度。最后,利用深度优先搜索算法完成虚拟源树状结构的建立,无须重复遍历即可获得发射点到接收点的全部有效路径。仿真结果表明,该算法路径损耗的预测精度随着树遍历深度的增加而提高,同时降低了算法复杂度。     

A hybrid technique based on combining ray tracing and FDTD methodsfor site-specific modeling of indoor radio wave propagation

The paper presents a hybrid technique based on combining ray tracing and finite-difference time-domain (FDTD) methods for site-specific modeling of indoor radio wave propagation. Ray tracing is used to analyze the wide area and FDTD is used to study areas close to complex discontinuities where ray-based solutions are not sufficiently accurate. The hybrid technique ensures improved accuracy and practicality in terms of computational resources at the same time since FDTD is only applied to a small portion of the entire modeling environment. Examples of applying the method for studying indoor structures and penetration of wave from outdoor to indoor are given at 2.4 GHz. Numerical results are compared with known exact solutions or results of the full wave analysis or traditional ray model to demonstrate the accuracy, efficiency, and robustness of the novel method. Numerical results are also compared with reported measurement results for waves at 1.29 GHz penetrating an external wall with metal-framed windows. Cumulative distributions of field envelope obtained from the hybrid method show close resemblance to the Rayleigh distribution, which conforms to the reported measurement results     

基于改进蚁群算法的车辆路径优化模型

在分析基本蚁群算法的基础上,针对交通路径的特点,提出了适合于求解路径规划的改进型算法。在原有算法的基础上引入了启发式因子,提高了算法初期的收敛效率,减少了计算。详细分析了参数α,β对蚁群算法速度与结果准确性的影响,提出了参数自适应调整的方案,提高跳出局部优解的能力以及算法的全局收敛性。改善了解的质量。根据仿真结果,将改进蚁群算法与基本蚁群算法进行了比较,结果表明改进后的算法各方面均优于基本蚁群算法,验证了改进型算法可行性和高效性。     

3D tetrahedron ray tracing algorithm

A new three-dimensional (3D) tetrahedron meshed ray tracing (TMRT) method is proposed. It is based on dividing the propagation region into tetrahedral cells whereby the number of tetrahedrons is decided by the number of vertices of structures instead of their dimensions. This method represents a 3D extension to the 2D procedure described in an earlier paper. Results from the 3D TMRT method show significant improvement in computational efficiency and are typically less than one half of those of the visibility ray tracing approach. These results were illustrated by calculating the delay spread in a typical indoor propagation environment     

Comparison of GA and DDE for optimizing coverage in indoor environment

This paper presents a method for determining the required number and locations of transmitting antennas to optimize wireless propagation coverage in indoor ultra‐wideband communication system. In the coverage prediction model, we use the three‐dimensional ray‐tracing technique associated to a genetic algorithm and a dynamic differential evolution for optimizing the transmitting antennas location in an indoor environment. The ray‐tracing method is employed to calculate the field strength from one or more transmitting antennas, and the optimization algorithm is used to determine the required number and locations of these antennas to achieve optimized wireless coverage in the indoor environment. The combined three‐dimensional ray‐tracing and optimization algorithm was applied in the indoor environment to find the best location of the transmitting antennas by maximizing the power in the coverage area. The use of deployments to minimize the transmitting antennas and maximize the power in the coverage area was proposed. Obtained simulation results illustrate the feasibility of using the integrated ray‐tracing and optimization method to find the optimal transmitter locations in determining the optimized coverage of a wireless network. The dynamic differential evolution has better optimization results compared with the genetic algorithm. The investigated results can help communication engineers improve their planning and design of indoor wireless communication. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

蚁群-遗传算法的无线传感器网络路径优化

为了提高无线传感器网络路径优化效率,快速找到最优路径,提出基于蚁群-遗传算法的传感器路径优化方法.利用遗传算法的快速全局搜索能力和蚁群算法的正反馈机制,实现了两种算法的融合.仿真结果表明,蚁群-遗传算法在时间和性能上都优于单独的蚁群算法和遗传算法,能快速找到无线传感器网络最优路径,有效延长了网络的生命周期.     

Analysis of Realistic Ultrawideband Indoor Communication Channels by Using an Efficient Ray-Tracing Based Method

A fundamental step in ultrawideband (UWB) communication system design involves the characterization of the indoor propagation channel. In this paper, we show that the UWB propagation channel parameters can be accurately predicted by employing ray tracing (RT) simulation carried out at various frequencies over the signal bandwidth. It is important to note that the determination of the rays reaching a given location is made only once, as the RT algorithm is independent of frequency. A parallel ray approximation (PRA) is used to significantly improve the computational efficiency of the RT based method. Moreover the accuracy of the approximation is verified through a measurement campaign.