室內外場景下基于射線跟蹤算法的無線信道預測研究.pdf

1、作者簡介劉忠玉(1980)，山東曹縣入。2006年畢業(yè)于淮陰師范學院物理學專業(yè)，獲學士學位。2009年畢業(yè)于西安電子科技大學無線電物理專業(yè)，獲碩士學位。2013年12月獲西安電子科技大學理學博士學位。導師：郭立新教授。主要研究方向：計算電磁、高性能并行計算、室內外場景下射線跟蹤模型的改進研究等。代表性成果：主持中央高?；究蒲袠I(yè)務費資助子項目研究生創(chuàng)新基金項目一項，參與華為科技基金項目三項。發(fā)表ProgressinElectromagn

2、eticsResearch，JournaloftheOpticalSocietyofAmericaA等SCI檢索期刊4篇，EI檢索期刊論文l篇，SPIE等國際學術會議論文5篇，以及國內學術會議論文1篇。ZhongyuL沁WaSbominCaoxian，ShandongProvince，Chinain1980HereceivedtheBSdegreeinPhysicsfromHuaiyinNormalUniversityHuaianChi

3、nain2006，theMSdegreeinRadioScienceformXidianUniversityXi’an，Chinain2009，andthePhDdegreeinRadioScienceformXidianUniversityXi’an，ChinainDecember2013HissupervisorisProfessorLixinGuoHisresearchinterestsmainlyinclude：computat

4、ionalelectromagnetics，highperformanceparallelcomputing，andtheimprovementofraytracingmodelsinoutdoorandindoorscenariosHehashostedonesubproject(postgraduateinnovmionfoundation)oftheFundamentalResearchFundsfortheCentralUniv

5、ersitiesHehasparticipatedinthreetechnologyfoundationprojectssupportedbyHuaweiTechnologiesCO，LtdHehaspublished4journalpapers(egProgressinElectromagneticsResearchandJournaloftheOpticalSocietyofAmericaA)indexedbySCI，1joumal

6、paperindexedbyEI，5internationalconferencepapers(egSPIE)，and1internalconferencepaper摘要室內、外無線網(wǎng)絡設備市場不論是在商用方面還是在民用方面的發(fā)展都被寄予厚望。室內、外傳播信道特性的全面調查研究是設計和實現(xiàn)這種應用的一個基本步驟，這使得使用能精確預測室內、外環(huán)境下的傳播信道特性的傳播模型成為必要。傳統(tǒng)的傳播模型適用于較大場景，該模型一般基于經(jīng)驗模型和半經(jīng)

7、驗模型。然而，隨著通信量的穩(wěn)定增長，蜂窩小區(qū)也越來越小，傳統(tǒng)的傳播模型已經(jīng)不能提供準確的傳播預測。作為確定性算法的射線跟蹤成為了傳統(tǒng)模型的合適替代工具，并被廣泛地使用。射線跟蹤一般用于對無線通信系統(tǒng)信道特性的定點預測的計算，該技術能提供多徑接收情況時的時延和到達角信息。因此，射線跟蹤能為無線電波傳播預測和網(wǎng)絡規(guī)劃提供可靠的理論依據(jù)。本文針對室內微微小區(qū)和街道微小區(qū)環(huán)境的幾何信息存儲格式，進行合理的場景建模，在此基礎上基于射線跟蹤技術實現(xiàn)

8、對這兩種場景下的無線信道預測，并系統(tǒng)地研究了覆蓋預測的加速技術。主要的研究內容及取得的研究成果如下：1介紹了射線跟蹤算法的理論基礎：幾何光學和一致性繞射理論；詳細給出了室內微微小區(qū)和街道微小區(qū)環(huán)境下射線跟蹤算法中牽涉到的主要概念和基本定義，在此基礎上，提出了一種新型虛擬源樹理論；詳細地給出了射線跟蹤能預測的無線信道參數(shù)及其對應的計算公式。2提出了針對復雜典型室內場景的環(huán)境建模方法，并設計出了一種能用于室內三維射線跟蹤算法的新型標準環(huán)境信

9、息格式；系統(tǒng)闡述了針對室內所有傳播路徑的射線分類技術，并詳細描述了實現(xiàn)三維室內射線跟蹤覆蓋預測的操作步驟；實現(xiàn)了室內微微小區(qū)環(huán)境下對于窄帶和寬帶結果的準確預測。3基于對三維極面掃描方法的基本思想的分析，避免了在極面掃描算法中出現(xiàn)的不必要的重復計算；通過仿真計算分析了構建虛擬源樹的效率，提出了使用功率閾值結合限制數(shù)方法來提高構建虛擬源樹的效率，以此來避免對無效射線路徑的跟蹤；針對繞射的特殊傳播機制和接收點與周圍環(huán)境幾何信息間的關系，設計了

10、對應的數(shù)據(jù)結構，來提高建立虛擬源樹過程中的遮擋判斷效率。4給出了典型街道微小區(qū)場景下的幾何環(huán)境信息的建模方法，介紹了環(huán)境信息的主要來源；針對存儲街道微小區(qū)環(huán)境信息的數(shù)字地圖，描述了新型室外射線跟蹤模型的主要思路，概述了基于該新型射線跟蹤技術的室外預測的操作流程，詳細描述了構建虛擬源樹的具體實現(xiàn)步驟以及如何在建立虛擬源樹的過程中避免不必要的遮擋判斷；實現(xiàn)了街道微小區(qū)環(huán)境下對于窄帶結果的準確預測。5根據(jù)準三維射線跟蹤算法的特性，提出了建筑物