射线跟踪技术在飞机舱电波传播预测中的应用

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1、http://www.paper.edu.cn1射线跟踪技术在飞机舱电波传播预测中的应用贡晓飞，邹卫霞，周正北京邮电大学无线网络实验室泛网无线通信教育部重点实验室北京邮电大学96号信箱100086E-mail：gxf254@163.com摘要：验证了一种修正的SBR/镜像法射线跟踪模型在飞机舱内电波传播预测中的应用，给出了射线跟踪模型在飞机舱内使用的建模方法和相关预测算法。为飞机舱内引入无线接入研究提出了一种可行的方法。关键字：射线跟踪电波传播预测飞机舱中图分类号：TN981.引言射线跟踪技术已经

2、是无线通信体系中预测无线电波传播特征的主流技术，在特定点模型(Site-SpecificModel)中得到了广泛的应用。它基于几何光学原理，通过模型射线的传播路径来研究电磁波的反射、折射等现象。对于障碍物棱角引起的绕射，引入一致绕射理论(UniformTheoryofDiffraction:UTD)来补充。基于几何光学的射线跟踪技术已经成为室内环境电磁波[1]传播预测研究中最常用的方法，它可以通过处理用户定义的环境来操作，辨认出多径信道中收发之间所有可能的射线路径，从而准确预测室内实际传播环境中多

3、径信号的幅度和延迟。国外已经研发出基于射线跟踪技术进行室内外电波传播预测的商业性软件，比如REMCOM公司的WirelessInsite。近几年人们对于飞机舱内的电磁波传播特征的研究表现出极大的兴趣，原因就是航空通信尤其是飞机舱内的个人无线通信已经成为通信领域的一个热点问题。无线通信技术的飞速发展使人们可以方便地浏览网页、电子邮件、即时聊天。随着人们对接入Internet的依赖性越来越强，为旅客提供稳定、方便的无线通信服务已经成为各航空公司的一个重要竞争条件。要想在飞机舱内提供稳定、可靠的无线通信

4、服务，对飞机舱内的电磁波传播特征的准确分析是非常关键的。[2,3]经查阅，目前国内对于飞机舱内电波传播的预测研究非常少，国外的相关研究大多是使用室内电波传播预测的商业化软件（WirelessInsite等）来对飞机舱内的电波传播进行预测，预测结果与实际具有很大的可比性。这也充分说明了射线跟踪技术在飞机舱内电波传播预测研究中的可用性。为了得到更加精确的预测结果，需要探索更加适合于飞机舱这个特定的环境在射线跟踪模型。本文的工作就是基于一种三维射线跟踪技术，结合飞机舱建模来预测飞机舱内的电波传播特征。这

5、一研究成果将来也可以作为机舱内的网络覆盖和容量设计的参考。1本文得到国家自然科学基金项目(60432040，60772021)，教育部博士点基金项目(20060013008，20070013029)，韩国仁荷大学IT研究中心项目(INHAUWB-ITRC)的资助。1http://www.paper.edu.cn2.三维射线跟踪技术用在传播模式中的三维射线跟踪技术主要有镜像法、发射射线法、射线管法以及射线跟踪算法的其它一些变种。发射射线法又称为入射和反弹射线法(ShootingandBouncing

6、RayLaunchingAlgorithm:SBR)。它的原理是一条射线从发射天线发出，然后跟踪这条射线看它是否碰撞到一个障碍物的表面和是否被接收天线接收到。当被接收天线接收到时，则计算该射线相关的功率或电场贡献给接收点；当碰到障碍物上时，根据入射的几何位置和障碍物的电参数特性，确定是反射、透射、绕射，或者是以上几种的组合。从而确定出下一步路径继续对其跟踪直到该射[1]线被接收或者达到退出跟踪条件。发射射线法优点是能够适用于任何复杂环境的研究。但是必须引入一个接收球来确定到达接收机的射线，并且其计

7、算结果对接收球的半径取值非常[4]敏感，只有选择合适半径的接收球才能每次精确的接收到一条射线。镜像法（ImageMethod）是一种简单而效率很高的跟踪方法。根据镜像原理，由多面体面反射的射线可以被认为是从镜像直接辐射的射线，那么镜像可以被看做虚源点，同样二次[5]反射还可以有二阶镜像。镜像法比较简单，而且计算功率、场强准确。但是只能解决简单环境问题，在许多复杂环境中无法采用镜像法。由于SBR和镜像法各自本身的缺点，传统镜像法和SBR对室内无线电传播的应用非常有[6]限。SBR/镜像法的射线跟踪法

8、是一种修正了的SBR方法，特别适用于预测室内的无线信道特征。它利用镜像法在传播的途中快速地确定反射点和镜像源，同时用SBR法追踪室内反弹的镜像射线管（不是射线），这样只需要判断接收点是否落在射线管内，不再需要接收球。但是，在进行相交测试时射线管远比射线复杂得多。本文在SBR/镜像法的基础上为了简化相交测试，仍然追踪射线，但是没有用接收球来做接收判断，而是在接收机处采取了网格接收的形式。3.发射射线模型源射线的发射采用SBR方法，首先，做一个内接单位球的正二十面体。正二十面体共有20