机上 WiFi 接入是许多商业航班为提高客户满意度而推出的一项功能。然而，由于机舱环境复杂，乘客体型和座位布局各不相同，有可能出现信号接收不良的情况。最近进行了一项实验研究，用一袋袋土豆模拟飞机上的乘客，试图消除低信号区域。过去，由于飞机机舱面积大、频率高，在计算机上用全波方法模拟此类问题几乎是不可能的。XFdtd的大内存功能允许进行需要超过 60 GB 内存的超大计算，而新的 MPI+GPU 处理功能则通过消息传递接口将独立计算机中的多个高性能图形处理单元连接在一起，从而使这些模拟成为可能。
在本示例中，一架商用客机的内部被用来演示 XFdtd 作为优化 WiFi 天线位置的平台的能力，该天线的目的是从每个座位位置发射和接收数据。本示例仅用于演示概念，并不暗示特定的 WiFi 系统或飞机配置。由于飞机内部空间较大，且 WiFi 系统频率较高，该模拟非常适合 XF 的大内存功能。
飞机剖面图以 CAD 模型形式显示在图 1 中，为清晰起见未显示飞机外皮。机舱被假定为完全封闭在一个导电箱内，因此不允许任何信号辐射到机舱外。在图 2 中，CAD 模型的天花板、墙壁和窗户也被禁用，因此可以看到飞机内部的座位安排。飞机模型的大小约为 4.7 x 25.5 x 2.8 米，这代表了不到 200,000 波长的立方体体积。WiFi 天线被视为简单的偶极子，并被选作靠近飞机天花板的两个位置；一个位于机舱前部，另一个位于机舱后部。如图 3 所示，接收器位置放置在飞机每隔一排座椅靠背位置的 3 x 3 偶极子网格中。为了简化这些传感器（共 405 个）的添加，我们编写并执行了一个脚本。模拟中存储的数据包括 405 个端口的位置以及机舱关键区域稳态电场幅值的几个平面。
图 1：去除部分外表面的飞机机舱三维 CAD 视图。
图 2：拆除天花板、墙壁、窗户和行李舱后的机舱 CAD 视图。
图 3：3x3 网格的传感器位置定义为偶极子，显示在其中一个座椅靠背位置的后面。在车厢的前三列座椅中，每隔一排座椅后都有一个传感器网格。
第一个模拟是空机舱模拟，只包含座椅、行李舱和飞机的其他内部特征。该模拟为整个飞机的场传播提供了一个基线，并将用于衡量在座位上增加乘客所产生的影响。在第二次模拟中，使用 Remcom 的 VariPose 软件产品在飞机的每个座位上都放置了一名身材高大的男性乘客。该乘客呈坐姿，双臂伸展，仿佛悬停在座椅托盘上的笔记本电脑上。图 4 显示了一名乘客的特写视图，图 5 显示了整个客舱的视图。图 6 显示了机舱的侧视图，靠近天花板的两个发射器位置和座椅靠背上的接收器位置显示为红色。由于对称的原因，传感器数据只保存在飞机的左侧。
图 4：飞机机舱的三维视图，部分座椅上的VariPose人员已就位。除第一排和最后一排外，飞机上的所有座位都有人员就座。
图 5：机舱全景，人员就座。
图 6：在该侧视图中，人员被安置在座位上，用于收集 S 参数数据的传感器阵列显示为红色椭圆形。两个发射天线位于天花板上。
模拟在 2.5 GHz 频率下进行，FDTD 网格尺寸为 5 毫米立方体。由于飞机机舱尺寸较大，这些模拟需要 94 GB 内存，包含约 28.4 亿个未知数。模拟是在英伟达公司提供的英伟达 PSG 集群中的 24 块英伟达 M2090 GPU 卡上使用 XFdtd 的 MPI+GPU 功能进行的。每次仿真迭代 30,000 次，耗时约 1 小时 43 分钟。
模拟结束后，可查看通过机舱内多个样本平面的稳态电场分布。图 7 显示了空机时通过过道座椅中心（垂直方向）和通过头枕（水平方向）的电场幅度。色标从红色显示的峰值 0 dB 到黑色显示的-70 dB。空机舱内大部分区域的信号电平在 0 到 -30 dB 之间。在图 8 中，图 7 中的相同平面显示的是有人坐在座位上的机舱。这里的声场水平有所降低，有些位置的声场从峰值下降到 -50 dB 以下。
图 7：该图显示了前置发射器在 2.5 GHz 频率下工作时机舱内的稳态电场幅度。显示的电场垂直于过道座椅中心平面，水平穿过 3x3 传感器网格中心。电场显示的信号强度从峰值向下为 0 到 -30 dB 级。
图 8：该图显示了与图 7 相同的平面稳态场位置，但此处显示的是有人坐在座位上的机舱。这里的场强水平较低，在峰值向下 -50 到 -10 dB 的范围内。
同时还计算了采样位置的 S 参数 SN,1。在这种情况下，图 9 所示的绘图所选位置位于机舱内从前到后每排 3x3 网格的中心采样点。从图中可以看出，空机的传输水平相对平缓，变化主要在 -40 dB 左右。相比之下，图 10 所示的乘客满座飞机的信号电平变化更大，机舱后部的信号明显下降。
图 9：该图显示了传感器位于 3x3 采样网格中心位置时的传输 S 参数 SN,1，它是空飞行器平面上从前到后各行的函数。
图 10：该图显示了位于 3x3 采样网格中心的传感器位置的传输 S 参数 SN,1，它是平面上从前方到后方的一行的函数，其中男性占据了座位。
这里展示的模拟可以通过引入更好的天线模型、其他频率、不同的座位配置等进行大幅扩展。本示例仅展示了 XFdtd 的大内存和快速处理能力所带来的一种可能的模拟。