無線通信中電波傳播和場強預測的研究.pdf

1、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(guī)劃的基礎性問題，隨著移動通信用戶數(shù)量的增多，原先的蜂窩大區(qū)制逐漸被微蜂窩甚至微微蜂窩小區(qū)制所取代，在這些無線環(huán)境中，建筑物的數(shù)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(tǒng)的適用于大區(qū)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(guī)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(huán)境的電波預測模型正逐漸顯示出優(yōu)勢。 射線

2、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(xiàn)電波傳播路徑跟蹤的數(shù)值計算方法，具有很高的精度。但是長期以來，技術發(fā)展存在兩方面的問題： 第一，難以工程實用化。作為特定環(huán)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(tǒng)的射線跟蹤算法是建立在理想化的地形數(shù)據(jù)庫模型基礎上。在實際預測環(huán)境中，建筑物數(shù)量眾多，幾何形狀復雜，因此，按照傳統(tǒng)的地形數(shù)據(jù)庫模型來錄入地形信息，往往成為繁重

3、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(shù)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(fā)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(huán)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突破。 為了實現(xiàn)這一目標，本文的工作和創(chuàng)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

4、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(shù)據(jù)庫模型的描述。首次細致分析了現(xiàn)今國家標準GIS地圖的特點，傳統(tǒng)的地形數(shù)據(jù)庫模型的局限，并提出一種新型的、可實現(xiàn)數(shù)字地圖信息自動入庫的地形數(shù)據(jù)庫模型。 第四章針對新型的地形數(shù)據(jù)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(qū)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(qū)的實際仿真和測

5、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，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(tǒng)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(xiàn)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windo