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模拟室外到室内传播时克服未知布局限制

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场景几何形状的不确定性从根本上限制了用于模拟城市场景的光线追踪方法的准确性。在模拟能量在城市和建筑物内部的传播时,全三维光线追踪模型要求已知建筑物的内部平面图,并将平面图的准确表述输入模型。经验模型提供了另一种选择,即不需要知道内部情况,但缺点是无法完全模拟城市场景中其他元素对能量传播的影响。这些因素包括能量与建筑物之间的相互作用,或能量与地面之间在到达相关建筑物途中的相互作用。为了克服这一限制,同时保持对内部结构的不确定性进行建模的能力,Wireless InSite采用了一种混合方法,通过使用一种特定的接收器类型(称为 "未知布局接收器")来调用。

混合方法使用 X3D,直到光线照射到建筑物外部。X3D 采用的是射击和反弹射线法,并根据均匀衍射理论进行精确路径校正。该方法在整个城市使用,直到射线穿过相关建筑的外墙。然后,该方法使用修改后的 COST 231 经验模型来模拟建筑物内部结构造成的剩余能量损失。经验/射线追踪混合方法的优点包括:可对相关建筑物进行连贯的多路径计算,并能考虑城市环境中的结构和材料变化。Wireless InSite 将这两种模型结合为一种混合方法,能够克服两种独立模型的局限性。

下面的示例演示了一个典型的室外到室内传播场景,其中建筑物的内部布局是未知的。该模型模拟了建筑物外部两个独立发射机对建筑物内部区域的影响。

如图 1 所示,在 Wireless InSite 中打开一个城市文件,并将其放置在平坦的地形上。两个发射器分别放置在相关建筑物的两侧。如图 2 所示,发射器被定义为短偶极子,工作频率为 2.4GHz,输入功率为 25dBm。

 

图 1:无线 InSite 中的城市和地形。

图 1:无线 InSite 中的城市和地形。

 

图 2:Wireless InSite 中建筑物周围的发射机位置。

图 2:Wireless InSite 中建筑物周围的发射机位置。

 

如图 3 所示,未知布局选项在首选项菜单的扩展选项卡下打开。打开该选项后,即可添加未知布局接收器。在 "项目视图 "窗口中,导航至 "选择"->"结构",以选择要添加未知布局接收器的结构。选择最靠近发射器的建筑结构。如图 4 所示,它将变为黄色。点击右键,会出现一个内容菜单,其中有一个名为 "添加未知布局接收机集 "的选项。该选项将创建一个覆盖所选建筑物内部的接收器集。如图 5 所示,这些接收器将以紫色方框表示。无线 InSite 的 X3D 模型在此场景中使用了两次反射和一次衍射。

 

图 3:Wireless InSite 偏好设置菜单显示扩展选项卡,其中选择了未知布局选项。

图 3:Wireless InSite 偏好设置菜单显示扩展选项卡,其中选择了未知布局选项。

 

图 4:选择在场景中添加未知布局接收器的结构。

图 4:选择在场景中添加未知布局接收器的结构。

 

图 5:建筑结构内的未知布局接收器。

图 5:建筑结构内的未知布局接收器。

 

计算完成后,就可以查看左侧发射器在建筑物内部的接收功率。结果如图 6 所示。图 7 显示了底部发射器在建筑物内部的接收功率。这些结果可以预测能量进入建筑物后的衰减情况。除了接收功率,用户还可以查看建筑物外部的射线路径。这些射线路径来自 X3D 模型计算,用作经验模型的输入。图 8 显示了左侧发射器的传播路径。这些信息反馈了进入建筑物的能量来自何处,以便澄清计算的多径部分。一旦路径到达建筑物,这些信息就会被输入经验模型,用于计算建筑物内的功率。利用特定地点的信息为经验计算提供信息的能力证明了两种方法结合的威力。

 

图 6:大楼内从左侧发射器接收到的功率。

图 6:大楼内从左侧发射器接收到的功率。

 

图 7:大楼内从底部发射器接收到的功率。

图 7:大楼内从底部发射器接收到的功率。

 

图 8:左侧发射器的传播路径。

图 8:左侧发射器的传播路径。

 

通过将 COST 231 经验模型和 X3D 全三维模型相结合,Wireless InSite 提供了一种方法,可以解决在建筑物内部确切位置未知的情况下通过建筑物传输能量的典型问题。该混合模型可以使用 X3D 的详细分析结果,在相关建筑物外部生成尽可能准确的结果,然后使用经验模型来处理方案中的其他缺失部分。

 

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