室內(nèi)外場景下基于射線跟蹤算法的無線信道預(yù)測研究.pdf

1、作者簡介劉忠玉(1980)，山東曹縣入。2006年畢業(yè)于淮陰師范學(xué)院物理學(xué)專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位。2009年畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)無線電物理專業(yè)，獲碩士學(xué)位。2013年12月獲西安電子科技大學(xué)理學(xué)博士學(xué)位。導(dǎo)師：郭立新教授。主要研究方向：計(jì)算電磁、高性能并行計(jì)算、室內(nèi)外場景下射線跟蹤模型的改進(jìn)研究等。代表性成果：主持中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助子項(xiàng)目研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)目一項(xiàng)，參與華為科技基金項(xiàng)目三項(xiàng)。發(fā)表ProgressinElectromagn

2、eticsResearch，JournaloftheOpticalSocietyofAmericaA等SCI檢索期刊4篇，EI檢索期刊論文l篇，SPIE等國際學(xué)術(shù)會(huì)議論文5篇，以及國內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議論文1篇。ZhongyuL沁WaSbominCaoxian，ShandongProvince，Chinain1980HereceivedtheBSdegreeinPhysicsfromHuaiyinNormalUniversityHuaianChi

3、nain2006，theMSdegreeinRadioScienceformXidianUniversityXi’an，Chinain2009，andthePhDdegreeinRadioScienceformXidianUniversityXi’an，ChinainDecember2013HissupervisorisProfessorLixinGuoHisresearchinterestsmainlyinclude：computat

4、ionalelectromagnetics，highperformanceparallelcomputing，andtheimprovementofraytracingmodelsinoutdoorandindoorscenariosHehashostedonesubproject(postgraduateinnovmionfoundation)oftheFundamentalResearchFundsfortheCentralUniv

5、ersitiesHehasparticipatedinthreetechnologyfoundationprojectssupportedbyHuaweiTechnologiesCO，LtdHehaspublished4journalpapers(egProgressinElectromagneticsResearchandJournaloftheOpticalSocietyofAmericaA)indexedbySCI，1joumal

6、paperindexedbyEI，5internationalconferencepapers(egSPIE)，and1internalconferencepaper摘要室內(nèi)、外無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備市場不論是在商用方面還是在民用方面的發(fā)展都被寄予厚望。室內(nèi)、外傳播信道特性的全面調(diào)查研究是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)這種應(yīng)用的一個(gè)基本步驟，這使得使用能精確預(yù)測室內(nèi)、外環(huán)境下的傳播信道特性的傳播模型成為必要。傳統(tǒng)的傳播模型適用于較大場景，該模型一般基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃桶虢?jīng)

7、驗(yàn)?zāi)Ｐ?。然而，隨著通信量的穩(wěn)定增長，蜂窩小區(qū)也越來越小，傳統(tǒng)的傳播模型已經(jīng)不能提供準(zhǔn)確的傳播預(yù)測。作為確定性算法的射線跟蹤成為了傳統(tǒng)模型的合適替代工具，并被廣泛地使用。射線跟蹤一般用于對無線通信系統(tǒng)信道特性的定點(diǎn)預(yù)測的計(jì)算，該技術(shù)能提供多徑接收情況時(shí)的時(shí)延和到達(dá)角信息。因此，射線跟蹤能為無線電波傳播預(yù)測和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供可靠的理論依據(jù)。本文針對室內(nèi)微微小區(qū)和街道微小區(qū)環(huán)境的幾何信息存儲(chǔ)格式，進(jìn)行合理的場景建模，在此基礎(chǔ)上基于射線跟蹤技術(shù)實(shí)現(xiàn)

8、對這兩種場景下的無線信道預(yù)測，并系統(tǒng)地研究了覆蓋預(yù)測的加速技術(shù)。主要的研究內(nèi)容及取得的研究成果如下：1介紹了射線跟蹤算法的理論基礎(chǔ)：幾何光學(xué)和一致性繞射理論；詳細(xì)給出了室內(nèi)微微小區(qū)和街道微小區(qū)環(huán)境下射線跟蹤算法中牽涉到的主要概念和基本定義，在此基礎(chǔ)上，提出了一種新型虛擬源樹理論；詳細(xì)地給出了射線跟蹤能預(yù)測的無線信道參數(shù)及其對應(yīng)的計(jì)算公式。2提出了針對復(fù)雜典型室內(nèi)場景的環(huán)境建模方法，并設(shè)計(jì)出了一種能用于室內(nèi)三維射線跟蹤算法的新型標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境信

9、息格式；系統(tǒng)闡述了針對室內(nèi)所有傳播路徑的射線分類技術(shù)，并詳細(xì)描述了實(shí)現(xiàn)三維室內(nèi)射線跟蹤覆蓋預(yù)測的操作步驟；實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)微微小區(qū)環(huán)境下對于窄帶和寬帶結(jié)果的準(zhǔn)確預(yù)測。3基于對三維極面掃描方法的基本思想的分析，避免了在極面掃描算法中出現(xiàn)的不必要的重復(fù)計(jì)算；通過仿真計(jì)算分析了構(gòu)建虛擬源樹的效率，提出了使用功率閾值結(jié)合限制數(shù)方法來提高構(gòu)建虛擬源樹的效率，以此來避免對無效射線路徑的跟蹤；針對繞射的特殊傳播機(jī)制和接收點(diǎn)與周圍環(huán)境幾何信息間的關(guān)系，設(shè)計(jì)了

10、對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，來提高建立虛擬源樹過程中的遮擋判斷效率。4給出了典型街道微小區(qū)場景下的幾何環(huán)境信息的建模方法，介紹了環(huán)境信息的主要來源；針對存儲(chǔ)街道微小區(qū)環(huán)境信息的數(shù)字地圖，描述了新型室外射線跟蹤模型的主要思路，概述了基于該新型射線跟蹤技術(shù)的室外預(yù)測的操作流程，詳細(xì)描述了構(gòu)建虛擬源樹的具體實(shí)現(xiàn)步驟以及如何在建立虛擬源樹的過程中避免不必要的遮擋判斷；實(shí)現(xiàn)了街道微小區(qū)環(huán)境下對于窄帶結(jié)果的準(zhǔn)確預(yù)測。5根據(jù)準(zhǔn)三維射線跟蹤算法的特性，提出了建筑物