基于射线追踪的城市小区复杂环境电波传播特性研究

摘要

电波传播预测是无线网络规划和设计中的重要环节，随着移动通信的高速发展，频谱资源紧缺，城市小区的微蜂窝的覆盖范围越来越小，这使得小区间的统计相似性不能通用，电波传播的经验模型不能准确预测，此时需要建立一种高效准确的电波传播算法来分析小区间的电波特性。射线跟踪算法是一种分析无线信道特性的高效算法，它结合了镜像理论、几何绕射理论（GTD）、一致性绕射理论（UTD）等进行场强预测。无论是正向射线跟踪算法还是反向算法，算法的可靠性和高效性一直是研究的重点。
　　本文基于虚拟源树的射线跟踪法，提出一种有效的室外小区电波传播预测算法。运用数据库建立环境信息，通过数据结构中多叉树的结构存储，找出所有能从源点到达场点的射线，建立一个虚拟源树，以后每次计算只需通过对该树进行后序遍历实现，找到从发射机到接收机之间的所有传播路径；采用加速技术对算法进行加速（背面采集和遮挡判断）。该算法基于反向算法中的镜像法,又结合正向算法的思想，因此具有较高的计算效率。本文采用Matlab作为算法的开发平台，编程实现该算法，基于几何光学和一致性绕射（UTD）对路径损耗进行了计算。仿真结果验证了该算法的有效性和可靠性，最后也对不同城市环境模型下的电波传播特性进行了分析。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2国内外研究现状及分析

1.3本文的主要研究内容

第二章 城市中电波传播的基础理论

2.1自由空间的电波传播

2.2城市小区电波传播模型

2.3城市微小区的电波传播特性

2.4本章小结

第三章 射线追踪基本原理

3.1射线追踪算法理论依据[28][30][31]

3.2射线跟踪算法原理

3.3射线跟踪的场强计算

3.4本章小结

第四章 射线跟踪算法的设计和建模

4.1设计思想

4.2射线追踪算法的完善和改进

4.3建模与仿真平台

4.4本章小结

第五章 城市小区模型的电波传播特性仿真分析

5.1微小区仿真结果计算与验证

5.2实际传播环境中的计算

5.3本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

附录1攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢