[发明专利]联合射线追踪法和时域有限差分法的信道建模方法

权利要求书

1.联合射线追踪和时域有限差分法的信道建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据通信场景系统所处的通信环境，确定通信场景类型，并建立3D场景模型。

S2、根据通信场景类型利用FDTD方法模拟发射天线，计算宽频带内天线的频域特性，给出天线及其附近电磁波的辐射过程。

S3、根据通信场景类型设置接收点处的虚拟空间。

S4、根据通信系统场景类型设定接收点处物体元胞尺寸以及截断边界处的吸收边界条件。

S5、接收点处虚拟空间中散射目标、反射目标建模。

S6、根据通信系统场景类型计算接收点处场强。

S7、根据无线通信信道原理结合收集到的信道参数数据给出信道的时域表达式，根据完成信道建模。其中N为入射射线序号；M_rn为第n条射线反射的次数号；M_pn为第n条射线透射的次数号；Γ_n为第n条射线第u次墙壁反射系数；P_nv为第n条射线第v次透射系数；r_n为第n条射线路径长度；τ_n为第n条射线时延。

2.如权利要求1所述的联合射线追踪和时域有限差分法的信道建模方法，其特征在于，所述步骤S1中建立3D场景模型，主要包括所模拟环境中各种建筑物与物体的几何尺寸和形状以及不同材料电导率、介电系数等内容的数据记录。确定通信场景类的方法为：若无线信号可以在无遮挡情况下从发射端天线到达接收端，则判决通信场景为LoS，否则的话为NLoS。

3.根据权利要求1所述的联合射线追踪和时域有限差分法的信道建模方法，其特征在于，所属步骤S2中具体包括以下步骤：

S21、根据通信系统情况分析所需天线是否为轴对称情况，如果为轴对称情况则可以给出该天线的柱坐标下差分方程为：

其中，r、z为柱坐标，H为磁场分量，E为电场分量，ε₀为介电系数，μ₀为磁导系数。该差分方程为保证迭代方法解的稳定性，选择的时间步Δt满足的条件为c为光速。

S22、该天线区域的吸收边界在圆柱坐标系情况下，沿径向r＝(I_max+1/2)Δr截断边界I_max处关于的一阶近似吸收边界条件的FDTD差分公式为：

其中，

沿轴向z＝(J_max+1/2)Δz截断边界J_max处关于的一阶近似吸收边界条件的FDTD差分公式为：

4.如权利要求1所述的联合射线追踪和时域有限差分法的信道建模方法，其特征在于，所述步骤3中接收点处虚拟空间应该为包含接收点及接收点周围散射体的6面立方体。

5.如权利要求1所述的联合射线追踪和时域有限差分法的信道建模方法，其特征在于，所述步骤4中将虚拟空间中散射体进行剖分。FDTD离散网格尺寸δ的选取与入射波长有关，即满足条件δ≤λ/10，其中λ为计算区域内介质中波长的最小值。同时δ的确定还需要考虑目标上细小结构的几何尺寸，对于具有孔缝、薄板和薄涂层等结构的物体采用亚网格技术。假设虚拟空间中散射体的截断边界在空间直角坐标系中为0＜x＜a、0＜y＜b、0＜z＜d，虚拟空间截断边界处的吸收边界面上电场值为：