[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

说明书

本发明属于射频无线通信技术领域，尤其涉及一种联合射线追踪和时域有限差分法的信道建模方法，采用基于射线追踪和FDTD(时域有限差分法)的信道建模方法，针对现有技术存在的问题，使用射线跟踪技术来得到电磁波传播过程中的各种特性参数，针对每条路径可以得到幅度、角度、相位和时延等特性参数从而进行分析计算，除此之外结合FDTD方法在发射端对天线和靠近天线的电磁波辐射过程进行仿真分析，得到天线远场辐射特性，同时在接收端建立虚拟空间来对接收天线和散射体建模分析，从而得到相应的电磁参数。最后，根据射线传播过程中得到的信道参数给出信道建模。

技术领域

本发明属于射频无线通信技术领域，尤其涉及一种联合射线追踪和时域有限差分法的信道建模方法。

背景技术

无线信号通常从发射端在复杂的传播环境中经过一系列的直射、反射、绕射、散射或透射等方式到达接收端，从而会产生由路径损耗和阴影衰落引起的大尺度衰落和由多径效应引起的小尺度衰落。为了更好的评估无线通信系统，需要对无线信道进行建模，即对信道进行总结抽象和模拟以求寻找电磁波在不同典型场景下的传播规律。出于对研发成本和研发周期的考虑，通常在进行信道建模时都采用仿真的方式。其中具有代表意义的技术就是射线追踪技术和FDTD(Finite Difference Time Domain，时域有限差分法)，通过对电磁波传播路径的仿真模拟来得到大尺度或小尺度衰落的计算参数，根据计算参数进行信道建模。

射线追踪技术是确定性信道建模方式的一种，该技术可以预测无线信道收发端之间所有有效电磁波的传播路径，并且可以直接得到电磁波传播过程中的各种特性参数，例如针对每条路径可以得到幅度、角度、相位和时延等特性参数从而进行分析计算，除此之外还可以结合天线的方向图与系统的带宽，在接收端通过合成所有传播路径得到最终的合成结果。与此同时，射线追踪技术的复杂性一方面体现在在进行射线追踪的过程中需要设置路径最大的反射、绕射等次数，通常次数越多准确性越高，然而由于多径数目较多，每一条径的反射、绕射次数如果增多那么势必就导致计算的复杂性增高。另一方面如果追求较高的计算速率和较低的复杂度，在建模时就要对微小物件或介电系数区分明显的材料进行忽略，同时由于移动车辆、行人引发的散射和树木遮挡等因素也不在考虑范围内，因此会对准确性有一定的影响。

FDTD采用差分格式来求解麦克斯韦旋度方程，可以在时域内通过交叉迭代来求解差分方程。时域有限差分法通过计算所有网格节点的场值可以分析散射、绕射、折射现象带来的影响，因为这些特点所以FDTD比较适用于电磁波与复杂媒质相交互的场景下，而射线追踪方法在室内电大尺寸环境下对电波传播预测较为准确，但对于预测室内复杂又损耗结构的散射场较为困难，因此无法针对整个室内场景进行分析，通常需要与FDTD进行结合使用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种联合射线追踪和时域有限差分法的信道建模方法解决了现有确定性建模技术对于电小尺寸环境下电波传输过程无法准确预测的问题，并且对建模过程中遇到的具有复杂结构的媒质进行了改进，对散射、绕射等现象带来的场值进行了准确预测。

为了达到上述发明目的，本发明提供一种联合射线追踪和时域有限差分法的信道建模方法，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。