通信仿真論文：通信站點(diǎn)輻射模擬研究
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本文作者：陳習(xí)權(quán)孫杰韓海林作者單位：浙江省計量科學(xué)研究院
反向射線跟蹤的三維路徑搜索
在建立城市小區(qū)地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，分別以基站天線和待測點(diǎn)所在位置為射線的起點(diǎn)和終點(diǎn)，只要知道建筑物與建筑物上的鋁合金門窗及其外表面的長寬高等三維數(shù)據(jù)信息，并將其用作射線跟蹤算法中的相交測試，就可為輻射場強(qiáng)的計算提供所需的輻射射線的波程、角度和相位等信息。考慮到輻射信號的衰減，可忽略到達(dá)待測點(diǎn)幅值較小和對綜合場強(qiáng)影響較小的輻射射線，即忽略三次以上的反射及繞射傳播路徑的影響。反向射線跟蹤的三維路徑搜索算法主要包括直射、一次反射、一次繞射、一次反射加上一次繞射、一次繞射加上一次反射、二次反射、二次繞射。其中，直射是發(fā)射點(diǎn)到待測點(diǎn)間的視距傳播;一次反射是指發(fā)射點(diǎn)的射線遇到建筑物表面發(fā)生首次反射后剛好到達(dá)待測定點(diǎn);一次繞射是指發(fā)射點(diǎn)的射線遇到建筑物的邊緣棱線發(fā)生首次衍射后剛好到達(dá)待測點(diǎn);一次反射加上一次繞射是指發(fā)射點(diǎn)的射線遇到建筑物表面發(fā)生首次反射后剛好通過建筑物的邊緣棱線發(fā)生再次衍射后剛好到達(dá)待測點(diǎn);一次繞射加上一次反射是指發(fā)射點(diǎn)的射線遇到建筑物的邊緣棱線發(fā)生首次衍射后再通過建筑物表面發(fā)生反射并剛好到達(dá)待測定點(diǎn);二次反射是指發(fā)射點(diǎn)的射線連續(xù)兩次遇到建筑物表面發(fā)生兩次反射后剛好到達(dá)待測定點(diǎn);二次繞射是指發(fā)射點(diǎn)的射線連續(xù)兩次遇到建筑物的邊緣棱線發(fā)生兩次衍射后剛好到達(dá)待測點(diǎn)。運(yùn)用反向射線跟蹤算法進(jìn)行路徑搜索，最主要的是進(jìn)行射線與建筑物表面的求交運(yùn)算。采用基于計算機(jī)圖形學(xué)的二叉樹分區(qū)算法和八叉樹分區(qū)算法即可求得相應(yīng)的結(jié)果［9—13］。
結(jié)果和討論
以杭州市某小區(qū)移動基站附近的輻射場強(qiáng)情況為例，首先對該小區(qū)的建筑物環(huán)境進(jìn)行三維系統(tǒng)建模，利用建筑物模型的三維數(shù)據(jù)信息進(jìn)行射線跟蹤的路徑搜索，并根據(jù)射線跟蹤搜索結(jié)果對小區(qū)不同空間分布點(diǎn)1—4進(jìn)行輻射場強(qiáng)的數(shù)值計算與仿真，合成場強(qiáng)計算結(jié)果如表2所示。為進(jìn)一步驗證上述數(shù)值仿真計算的正確性，采用意大利PMM公司生產(chǎn)的PMM8053A型電磁輻射分析儀按測試標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行實(shí)測，實(shí)驗期間天氣晴朗，測試時間為16:00—19:00，室外溫度13—21℃，相對濕度50%－70%，每個測試點(diǎn)重復(fù)測量10次，現(xiàn)場測量結(jié)果如下表2所示。軟件數(shù)值仿真計算結(jié)果和實(shí)地測量值的比較如圖3所示。通過上述軟件數(shù)值仿真計算結(jié)果和現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果的對比分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)測值與數(shù)值仿真計算結(jié)果較為接近，二者的變化趨勢也完全一致。該數(shù)值仿真計算方法可較好地滿足城市小區(qū)移動通信基站附近電磁輻射場強(qiáng)理論預(yù)測的科學(xué)性要求，實(shí)踐證明其實(shí)用、正確、有效。該系統(tǒng)建模與數(shù)值仿真計算方法適合不同小區(qū)的輻射場強(qiáng)計算，但計算值與測量值有一定的誤差，可能由以下幾方面的原因造成:(1)在三維建模方面，考慮到計算時間和計算成本，忽略了建筑物表面的細(xì)節(jié)信息，可能會影響到系統(tǒng)的計算精度;(2)由于建筑物的材料比較復(fù)雜，而且分布不均勻，建筑物的等效電參數(shù)不易確定，也會影響到軟件預(yù)測的精確度;(3)忽略周圍汽車、電線桿等散射體影響也會給計算結(jié)果帶來一定的誤差;(4)天氣原因或者人為讀取數(shù)據(jù)的讀數(shù)誤差都可能造成測量值的誤差。但誤差是在允許范圍之內(nèi)(一般不超過±4dB)，總體能很好地預(yù)測通信基站附近城市小區(qū)任意場點(diǎn)的電場強(qiáng)度。
