王文華

【摘要】 單純形射線追蹤相比傳統(tǒng)的射線追蹤不需要對射線和多面體面做相交測試，從而算法的效率得到了提高，本文改進了射線接受方法，并對一個室內(nèi)超寬帶的信道模型進行了仿真，仿真結(jié)果驗證了該方法的有效性。

【關(guān)鍵詞】 通信技術(shù) 傳播模型 射線追蹤 超寬帶

射線追蹤是一種被廣泛用于移動通信和個人通信環(huán)境中的預測無線電波特性的技術(shù)，可以用來辨認出多徑信道中收發(fā)之間所有可能的射線路徑。一旦所有可能的射線被辨認出后，就可根據(jù)電波傳播理論來計算每條射線的幅度、相位、延遲和極化，從而有效的預測電波的傳播特性[1]。

基于單純形的射線追蹤方法是一種新提出的射線追蹤方法，該方法的核心是將三維空間剖分成多個無縫且互不重疊的四面體單元，將發(fā)射源等效為若干根從源點發(fā)出的射線，通過在三維空間建立矢量模型，利用射線和單純形單元之間的空間矢量關(guān)系求得所有射線的軌跡，再利用新提出的接受方法辨認出所有對接受點有貢獻的射線，最終可求得到達接受點的所有射線的相干合成結(jié)果。這種方法不需要對反射面做相交測試，從而提高了程序運行的效率。文獻[2]分別給出了二維和三維環(huán)境射線追蹤的矢量代數(shù)模型。

一、方法和原理

一個理想的波前是單位球的表面。為了增加射線的分辨力，波前必須再分，并且為了保持所有射線操作的程序化，再分后的每個波前在離發(fā)射機距離r處應(yīng)有相同的形狀和大小。在球坐標系中，我們可以均分θ/φ對整個波前不斷再分、在靠近球的兩極方向上的射線之間角度間隔則會減小。解決方法可以通過Gmsh對球進行剖分，剖分效果如圖1。

3-D情況下傳統(tǒng)的接受球會引入雙計誤差，雙計誤差可以用一種算法來解決。該算法檢驗每一條接受的射線是否有任何其他先前已接受的，如果有的話，新射線是多條的，必須不予考慮。判定條件如下：

首先求得所有射線反射的數(shù)據(jù)，包括射線反射次數(shù)、射線發(fā)射的俯仰角和方位角、反射面的信息、總路徑的長度。

根據(jù)以下四點判斷接受射線是否為多余射線：1、判斷射線反射次數(shù)是否為同一次。2、判斷射線每次反射的反射面是否為同一個反射面。3、Gmsh剖分后計算出相鄰射線之間的角度lk。4、判斷射線的總路徑d是否在可控制范圍。如果同時滿足上述條件，則判定此射線是多余射線，必須不予考慮。

二、仿真結(jié)果與分析

仿真所采用的時域入射波形為高斯脈沖的二階導數(shù)波形。

脈沖寬度τ=0.11ns，波形延遲Tc=0.5ns。仿真環(huán)境如文獻[4]，發(fā)射天線高1.6m坐標[1.5，4，1.6]，接受天線高1.0坐標[1.5，1，1] [3]。

圖2為垂直極化3次反射仿真結(jié)果。將它與參考文獻[4]中的Figure14（a）、（b）的接受波形和功率延遲做比較，結(jié)果與文獻吻合非常好，從而證明了此方法的有效性。

參 考 文 獻

[1] 吳志忠. 移動通信無線電波傳播[M]. 北京：人民郵電出版社，2002：258-261

[2] 楊大成. 移動傳播環(huán)境[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2003：121-122

[3] YUN ZQ. A Ray-Tracing Method Based on the Triangular Grid Approach and Application to Propagation Prediction in Urban Environments.IEEE Transactions on Antennas and Propagation [J]，Vol.50，NO.5，May 2002：750-758.

[4] Richard Yao，“An efficient time-domain ray model for UWB indoor multipath propagation channel ”，IEEE Global Telecommunications Conference.

[5] YAO R，GAO G，CHEN Z. UWB multipath channel model based on time-domain UTD technique. IEEE Global Telecommunications Conference[C]，San Francisco，2003：1205-1210