基于单纯形射线追踪法的研究

【前言】基于单纯形射线追踪法的研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。一个理想的波前是单位球的表面。为了增加射线的分辨力，波前必须再分，并且为了保持所有射线操作的程序化，再分后的每个波前在离发射机距离r处应有相同的形状和大小。在球坐标系中，我们可以均分θ/φ对整个波前不断再分、在靠近球的两极方向上的射线之间角度间隔则会减...

【摘要】 单纯形射线追踪相比传统的射线追踪不需要对射线和多面体面做相交测试，从而算法的效率得到了提高，本文改进了射线接受方法，并对一个室内超宽带的信道模型进行了仿真，仿真结果验证了该方法的有效性。

【关键词】 通信技术 传播模型 射线追踪 超宽带

射线追踪是一种被广泛用于移动通信和个人通信环境中的预测无线电波特性的技术，可以用来辨认出多径信道中收发之间所有可能的射线路径。一旦所有可能的射线被辨认出后，就可根据电波传播理论来计算每条射线的幅度、相位、延迟和极化，从而有效的预测电波的传播特性[1]。

基于单纯形的射线追踪方法是一种新提出的射线追踪方法，该方法的核心是将三维空间剖分成多个无缝且互不重叠的四面体单元，将发射源等效为若干根从源点发出的射线，通过在三维空间建立矢量模型，利用射线和单纯形单元之间的空间矢量关系求得所有射线的轨迹，再利用新提出的接受方法辨认出所有对接受点有贡献的射线，最终可求得到达接受点的所有射线的相干合成结果。这种方法不需要对反射面做相交测试，从而提高了程序运行的效率。文献[2]分别给出了二维和三维环境射线追踪的矢量代数模型。

一、方法和原理

一个理想的波前是单位球的表面。为了增加射线的分辨力，波前必须再分，并且为了保持所有射线操作的程序化，再分后的每个波前在离发射机距离r处应有相同的形状和大小。在球坐标系中，我们可以均分θ/φ对整个波前不断再分、在靠近球的两极方向上的射线之间角度间隔则会减小。解决方法可以通过Gmsh对球进行剖分，剖分效果如图1。

3-D情况下传统的接受球会引入双计误差，双计误差可以用一种算法来解决。该算法检验每一条接受的射线是否有任何其他先前已接受的，如果有的话，新射线是多条的，必须不予考虑。判定条件如下：

首先求得所有射线反射的数据，包括射线反射次数、射线发射的俯仰角和方位角、反射面的信息、总路径的长度。

根据以下四点判断接受射线是否为多余射线：1、判断射线反射次数是否为同一次。2、判断射线每次反射的反射面是否为同一个反射面。3、Gmsh剖分后计算出相邻射线之间的角度lk。4、判断射线的总路径d是否在可控制范围。如果同时满足上述条件，则判定此射线是多余射线，必须不予考虑。

二、仿真结果与分析

仿真所采用的时域入射波形为高斯脉冲的二阶导数波形。

脉冲宽度τ=0.11ns，波形延迟Tc=0.5ns。仿真环境如文献[4]，发射天线高1.6m坐标[1.5，4，1.6]，接受天线高1.0坐标[1.5，1，1] [3]。

图2为垂直极化3次反射仿真结果。将它与参考文献[4]中的Figure14（a）、（b）的接受波形和功率延迟做比较，结果与文献吻合非常好，从而证明了此方法的有效性。

参 考 文 献

[1] 吴志忠. 移动通信无线电波传播[M]. 北京：人民邮电出版社，2002：258-261

[2] 杨大成. 移动传播环境[M]. 北京：机械工业出版社，2003：121-122

[3] YUN ZQ. A Ray-Tracing Method Based on the Triangular Grid Approach and Application to Propagation Prediction in Urban Environments.IEEE Transactions on Antennas and Propagation [J]，Vol.50，NO.5，May 2002：750-758.

[4] Richard Yao，“An efficient time-domain ray model for UWB indoor multipath propagation channel ”，IEEE Global Telecommunications Conference.

[5] YAO R，GAO G，CHEN Z. UWB multipath channel model based on time-domain UTD technique. IEEE Global Telecommunications Conference[C]，San Francisco，2003：1205-1210