无线通信中电波传播和场强预测的研究

摘要

无线通信中电波传播和场强预测问题是整个无线通信网络规划的基础性问题，随着移动通信用户数量的增多，原先的蜂窝大区制逐渐被微蜂窝甚至微微蜂窝小区制所取代，在这些无线环境中，建筑物的数量增多，地形的几何尺寸各异，建筑物的平均高度往往高于基站天线的高度，传统的适用于大区制的电波预测经验模型难以得到足够精度的预测结果，给无线网络规划中的场强预测带来困难。因此，以射线跟踪算法为基础的新型的、基于特定环境的电波预测模型正逐渐显示出优势。 射线跟踪模型是以几何光学理论和几何绕射理论为基础，通过电磁波的高频射线近似特性来实现电波传播路径跟踪的数值计算方法，具有很高的精度。但是长期以来，技术发展存在两方面的问题： 第一，难以工程实用化。作为特定环境的预测模型，射线跟踪算法的高预测精度，需要准确的建筑物几何信息，而传统的射线跟踪算法是建立在理想化的地形数据库模型基础上。在实际预测环境中，建筑物数量众多，几何形状复杂，因此，按照传统的地形数据库模型来录入地形信息，往往成为繁重而赘余的工作，这严重影响算法的工程应用。 第二，计算速度太慢。作为一种数值计算手段，射线跟踪算法的计算量太大，难以适应实际应用的需求。 本文的研发目标就是要在上述两个方面取得突破，力求建立一个快速精确的、准自动的、适用于真实环境的城市电波传播预测模型，编制高效的应用软件。并且在加速算法方面取得较大的突破。 为了实现这一目标，本文的工作和创新点主要包括以下几个方面的内容：第二章全面详细地阐述了射线跟踪算法的原理，几何绕射理论的原理，和本文采用的射线跟踪算法中计算场强的理论。 第三章是地形数据库模型的描述。首次细致分析了现今国家标准GIS地图的特点，传统的地形数据库模型的局限，并提出一种新型的、可实现数字地图信息自动入库的地形数据库模型。 第四章针对新型的地形数据库模型，提出了一种新型的射线跟踪算法，该算法包括新型的左儿子右兄弟二叉树存储结构，区域划分算法和绕射线减少算法等。新算法大大提高了计算效率，通过对上海浦东地区的实际仿真和测量，新算法的有效性得到了证实。 第五章集中研究了并行射线跟踪算法原理，首次提出了适用于城市电波预测的、基于SBR算法的并行算法模型，并且通过大量的仿真实例，计算了模型的并行加速增益，从而证明并行加速算法和传统加速算法相比具有更高的加速效果。由于本文的并行射线跟踪算法是在普通的实验室计算机簇中验证实现的，因此，它是一种低成本、高效率的并行加速模型。 第六章从软件工程的角度分析了电波预测软件的结构，该软件分dos和windows两个版本，其中dos版本便于集成，而windows版本采用MFC的编程结构，易于使用。 第七章对论文成果做了总结，并对以后的工作进行了展望。

目录

文摘

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论文说明：上海交通大学学位论文答辨决议书

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第一章绪论

第二章城市电波预测的射线跟踪算法

第三章新型的地形数据库

第四章新型射线跟踪算法

4.1前言

4.2 2.5维射线跟踪算法

4.3新型射线跟踪算法

4.4实例仿真和实测比较分析

4.5天线在屋顶的情况

4.6总结

参考文献：

第五章并行射线跟踪算法原理

第六章城市电波预测软件的体系结构

6.1前言

6.2城市电波预测软件的数据结构

6.3城市电波预测软件的模块划分

6.4两种软件实现方法

6.5总结

参考文献

第七章总结和展望

致谢

攻读博士学位期间发表的论文