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      通信仿真論文:通信站點輻射模擬研究

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      通信仿真論文:通信站點輻射模擬研究

      本文作者:陳習權孫杰韓海林作者單位:浙江省計量科學研究

      反向射線跟蹤的三維路徑搜索

      在建立城市小區地理信息系統的基礎上,分別以基站天線和待測點所在位置為射線的起點和終點,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據信息,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,可忽略到達待測點幅值較小和對綜合場強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,直射是發射點到待測點間的視距傳播;一次反射是指發射點的射線遇到建筑物表面發生首次反射后剛好到達待測定點;一次繞射是指發射點的射線遇到建筑物的邊緣棱線發生首次衍射后剛好到達待測點;一次反射加上一次繞射是指發射點的射線遇到建筑物表面發生首次反射后剛好通過建筑物的邊緣棱線發生再次衍射后剛好到達待測點;一次繞射加上一次反射是指發射點的射線遇到建筑物的邊緣棱線發生首次衍射后再通過建筑物表面發生反射并剛好到達待測定點;二次反射是指發射點的射線連續兩次遇到建筑物表面發生兩次反射后剛好到達待測定點;二次繞射是指發射點的射線連續兩次遇到建筑物的邊緣棱線發生兩次衍射后剛好到達待測點。運用反向射線跟蹤算法進行路徑搜索,最主要的是進行射線與建筑物表面的求交運算。采用基于計算機圖形學的二叉樹分區算法和八叉樹分區算法即可求得相應的結果[9—13]。

      結果和討論

      以杭州市某小區移動基站附近的輻射場強情況為例,首先對該小區的建筑物環境進行三維系統建模,利用建筑物模型的三維數據信息進行射線跟蹤的路徑搜索,并根據射線跟蹤搜索結果對小區不同空間分布點1—4進行輻射場強的數值計算與仿真,合成場強計算結果如表2所示。為進一步驗證上述數值仿真計算的正確性,采用意大利PMM公司生產的PMM8053A型電磁輻射分析儀按測試標準要求進行實測,實驗期間天氣晴朗,測試時間為16:00—19:00,室外溫度13—21℃,相對濕度50%-70%,每個測試點重復測量10次,現場測量結果如下表2所示。軟件數值仿真計算結果和實地測量值的比較如圖3所示。通過上述軟件數值仿真計算結果和現場實測結果的對比分析,發現實測值與數值仿真計算結果較為接近,二者的變化趨勢也完全一致。該數值仿真計算方法可較好地滿足城市小區移動通信基站附近電磁輻射場強理論預測的科學性要求,實踐證明其實用、正確、有效。該系統建模與數值仿真計算方法適合不同小區的輻射場強計算,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節信息,可能會影響到系統的計算精度;(2)由于建筑物的材料比較復雜,而且分布不均勻,建筑物的等效電參數不易確定,也會影響到軟件預測的精確度;(3)忽略周圍汽車、電線桿等散射體影響也會給計算結果帶來一定的誤差;(4)天氣原因或者人為讀取數據的讀數誤差都可能造成測量值的誤差。但誤差是在允許范圍之內(一般不超過±4dB),總體能很好地預測通信基站附近城市小區任意場點的電場強度。

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