Передача информации в условиях многолучевого распространения радиоволн (1104398), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Повышение точности наблюдалось впроведенных экспериментах как для физических параметров радиоканала, так и дляхарактеристик канала передачи информации.4. Применение метода конечных интегралов для расчета распространениярадиоволн на масштабах десятки и сотни длин волн. Используемая трехмернаямодель является строгой, ввиду чего позволяет производить оценку точностиприближенных методов, устанавливает достижимые пределы по точности расчета.Дисперсия отклонений результатов расчета уровня поля с помощью метода отизмерений составила 1.1 – 2.4 дБ.5.
Экспериментальная методика сверхширокополосного зондирования средыраспространения радиоволн короткими радиоимпульсами на различных несущих5частотах. Методика включает измерение профилей временного рассеяния,позволяющих судить о лучевой структуре, исследование зависимости параметровлучевой структуры (амплитуд, задержек при распространении и углов приходалучей) от частоты.
Использование методики позволяет оценивать применимостьи точность моделей многолучевого распространения радиоволн, а также определятьпараметры широкополосных радиоканалов.6. Экспериментальный метод усреднения по частоте сигнала для получениясредних значений уровня поля в λ / 2 -окрестностях точек пространства вместопространственного усреднения. Разработанный метод позволяет существенноупростить и автоматизировать процедуру проведения экспериментальныхисследований, повысить их точность.Апробация работы. Результаты, полученные в диссертации, докладывались наX Всероссийской школе-семинаре «Физика и применение микроволн» (Звенигород,2007), XI Всероссийской школе-семинаре «Волновые явления в неоднородныхсредах» (Звенигород, 2008), школе-семинаре «Волны-2009» (Звенигород, 2009), наIII Всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь» ИРЭ (Москва, 2009),на конференции по антеннам и распространению радиоволн в Логбороу (Логбороу,Англия, 2009), на 3-ем Международном симпозиуме общества IEEE помикроволнам, антеннам, распространению радиоволн и электромагнитнойсовместимости в беспроводных коммуникациях (Пекин, Китай, 2009), наМеждународной конференции общества IEEE по микроволнам, коммуникациям,антеннам и электронным системам (Тель-Авив, Израиль, 2009) и опубликованы втрудах этих конференций, а также в 3 статьях в рецензируемых журналах по спискуВАК.
Список публикаций приведен в конце автореферата.Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит извведения, 6 глав, заключения, списка литературы, иллюстрирована 85 рисунками.Полный объем диссертации 177 страниц.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВ Главе 1 представлен литературный обзор научных публикаций, посвященныхописанию радиоканала, канала передачи информации и методов расчетахарактеристик радиоканала в условиях многолучевого распространения радиоволн.Параграф 1.1 посвящен методам прогнозирования физических характеристикрадиоканала. В данном параграфе проводится сравнение существующих моделейраспространения радиоволн, описываются экспериментальные оценки точности иприменимости различных моделей.
Делается вывод о необходимости применениядетерминированных моделей распространения радиоволн для современных системпередачи информации. Среди рассмотренных методов, требованиям описаниярадиоканала в современных системах передачи удовлетворяют лишь методтрассировки лучей, основанный на приближениях геометрической оптики и теориидифракции, и методы численного решениях уравнений Максвелла.
При этомпоследние облают наибольшей точностью, однако вычислительная трудоемкость6данных методов затрудняет их применение на практике. Параграф 1.2 посвященсравнению существующих критериев описания качества радиоканала. Вбольшинстве известных автору работ для описания качества радиоканалаиспользуются его физические характеристики (чаще всего коэффициент затуханиялибо отношение сигнал/шум+помехи), усредненные в локальных окрестностяхточек пространства с целью сглаживания мелкомасштабных замираний. Приописании широкополосных каналов в ряде работ дополнительно учитываютсявременное рассеяние. В значительно меньшем количестве работ для описаниякачества радиоканала используются характеристики канала передачи информации(вероятность ошибки на бит, пропускная способность).
Автору удалось найти 2работы, в которых производится сравнение различных критериев описания качестварадиоканала и указывается на преимущества описания качества радиоканала спомощью характеристик канала передачи информации. В одной из работ былиполучены различные результаты планирования беспроводной системы прииспользовании в качестве критериев характеристик радиоканала и характеристикканала передачи информации. Однако, не удалось найти работ, в которыхколичественно оцениваются ошибки, возникающие при описании качестварадиоканала посредством статистических оценок его физических характеристиквместо строгого описания с помощью статистических оценок характеристик каналапередачи информации.
В параграфе 1.3 приводится обзор литературных источниковпо расчету характеристик канала передачи информации в условиях многолучевогораспространения радиоволн и экспериментальные оценки точности расчета.В Главе 2 проводится сравнительный анализ моделей распространениярадиоволн: метода трассировки лучей, метода численного решения уравненийМаксвелла (метода конечных интегралов, МКИ) и простой эмпирической моделиэкспоненциального затухания радиоволн с расстоянием. Анализ производится сиспользованием экспериментальных исследований. Моделирование и эксперимент,описываемые в главе, проводились для здания физического факультета МГУ. Примоделировании использовалось детальное описание среды, включающеегеометрическое описание и описание электрофизических характеристикматериалов.
Геометрическое описание среды включало в себя внутреннююгеометрическуюструктурузданияфакультета,наружнуюструктурублизкорасположенных зданий и описание местности. Электрофизическое описаниесреды включало в себя базу данных электрофизических характеристик элементовсреды, построенную на основе табличных значений для материалов.Модель трассировки лучей, использованная в работе, представляет собойтрехмерный алгоритм, основанный на принципах геометрической оптики и теориидифракции. Реализация алгоритма учитывает явления затухания, поглощения,отражения и дифракции при распространении радиоволн. Модель позволяетзадавать максимальное учитываемое число отражений и дифракционных эффектовпри распространении. Результатом вычислений являются пространственныераспределения задержек при распространении, амплитуд и углов прихода лучей,средних уровней поля в локальных окрестностях точек пространства, а такжепостроенные траектории лучей.
Модель позволяет учитывать различные типыприемных и передающих антенн.7Модель, реализующая метод конечных интегралов, была построена сиспользованием адаптированного для расчетов распространения радиоволнпрограммного обеспечения CST Microwave Studio. Были выполнены расчетыраспределения напряженности поля в горизонтальной плоскости на высоте 2 м отпола для различных частот и положений передатчика. Также были вычисленыпрофили временного рассеяния (отклики среды на радиоимпульс) в несколькихэкспериментальных точках (около 15). Пространственный шаг сетки составлял λ / 5 .Это существенно больше, чем принятый в литературе шаг сетки дляраспространенного метода FDTD λ / 20 − λ / 10 .
Ясно, что с уменьшением шагавозрастает вычислительная эффективность. Максимальное количество ячеек, длякоторого было возможно выполнить расчет (ввиду использованной оперативнойпамяти 2 Гб), составило около 8,6 млн. Технология подсеток не использовалась,поскольку, несмотря на уменьшение числа ячеек в 1,5-2 раза, она даваладополнительную нагрузку при расчетах, в результате чего максимально допустимоечисло ячеек существенно снижалось.В качестве эмпирической модели распространения радиоволн в работеиспользовалась простая изотропная модель, описываемая выражением:⎛ d ⎞⎟⎟ ,L = A + 10 ⋅ n log 10 ⎜⎜м1⎝⎠(1)где L – потери при распространении [дБ], d – расстояние между передающей иприемной антеннами [м], A и n – эмпирические параметры, выбираемые на основеэкспериментальных измерений в конкретных условиях распространения радиоволн.n является показателем ослабления при распространении радиоволн.Для измерения пространственных распределений уровня поля, а такжепрофилей временного рассеяния, было разработано два экспериментальныхизмерительных комплекса, описываемых в параграфе 2.2.Первый комплекс состоял из сверхширокополосного передатчика,сверхширокополосного приемника, двух всенаправленных сверхширокополосныхантенн типа АШП-2 (частотный диапазон 30 МГц – 3 ГГц), подводящих фидеров снизкими потерями и рабочей станции для управления и обработки результатовизмерений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
