通信仿真论文：通信站点辐射模拟研究

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本文作者：陈习权孙杰韩海林作者单位：浙江省计量科学研究院

反向射线跟踪的三维路径搜索

在建立城市小区地理信息系统的基础上，分别以基站天线和待测点所在位置为射线的起点和终点，只要知道建筑物与建筑物上的铝合金门窗及其外表面的长宽高等三维数据信息，并将其用作射线跟踪算法中的相交测试，就可为辐射场强的计算提供所需的辐射射线的波程、角度和相位等信息。考虑到辐射信号的衰减，可忽略到达待测点幅值较小和对综合场强影响较小的辐射射线，即忽略三次以上的反射及绕射传播路径的影响。反向射线跟踪的三维路径搜索算法主要包括直射、一次反射、一次绕射、一次反射加上一次绕射、一次绕射加上一次反射、二次反射、二次绕射。其中，直射是发射点到待测点间的视距传播;一次反射是指发射点的射线遇到建筑物表面发生首次反射后刚好到达待测定点;一次绕射是指发射点的射线遇到建筑物的边缘棱线发生首次衍射后刚好到达待测点;一次反射加上一次绕射是指发射点的射线遇到建筑物表面发生首次反射后刚好通过建筑物的边缘棱线发生再次衍射后刚好到达待测点;一次绕射加上一次反射是指发射点的射线遇到建筑物的边缘棱线发生首次衍射后再通过建筑物表面发生反射并刚好到达待测定点;二次反射是指发射点的射线连续两次遇到建筑物表面发生两次反射后刚好到达待测定点;二次绕射是指发射点的射线连续两次遇到建筑物的边缘棱线发生两次衍射后刚好到达待测点。运用反向射线跟踪算法进行路径搜索，最主要的是进行射线与建筑物表面的求交运算。采用基于计算机图形学的二叉树分区算法和八叉树分区算法即可求得相应的结果［9—13］。

结果和讨论

以杭州市某小区移动基站附近的辐射场强情况为例，首先对该小区的建筑物环境进行三维系统建模，利用建筑物模型的三维数据信息进行射线跟踪的路径搜索，并根据射线跟踪搜索结果对小区不同空间分布点1—4进行辐射场强的数值计算与仿真，合成场强计算结果如表2所示。为进一步验证上述数值仿真计算的正确性，采用意大利PMM公司生产的PMM8053A型电磁辐射分析仪按测试标准要求进行实测，实验期间天气晴朗，测试时间为16:00—19:00，室外温度13—21℃，相对湿度50%－70%，每个测试点重复测量10次，现场测量结果如下表2所示。软件数值仿真计算结果和实地测量值的比较如图3所示。通过上述软件数值仿真计算结果和现场实测结果的对比分析，发现实测值与数值仿真计算结果较为接近，二者的变化趋势也完全一致。该数值仿真计算方法可较好地满足城市小区移动通信基站附近电磁辐射场强理论预测的科学性要求，实践证明其实用、正确、有效。该系统建模与数值仿真计算方法适合不同小区的辐射场强计算，但计算值与测量值有一定的误差，可能由以下几方面的原因造成:(1)在三维建模方面，考虑到计算时间和计算成本，忽略了建筑物表面的细节信息，可能会影响到系统的计算精度;(2)由于建筑物的材料比较复杂，而且分布不均匀，建筑物的等效电参数不易确定，也会影响到软件预测的精确度;(3)忽略周围汽车、电线杆等散射体影响也会给计算结果带来一定的误差;(4)天气原因或者人为读取数据的读数误差都可能造成测量值的误差。但误差是在允许范围之内(一般不超过±4dB)，总体能很好地预测通信基站附近城市小区任意场点的电场强度。