Статья

Название статьи ПРИБЛИЖЕННЫЙ УЧЕТ ДИФРАКЦИИ РАДИОВОЛН В ЗАДАЧАХ РАСЧЕТА ЗОНЫ ПОКРЫТИЯ БЕСПРОВОДНОЙ СЕТИ
Автор А.И. Панычев, А.А. Ваганова
Рубрика РАЗДЕЛ III. РАДИОТЕХНИКА И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ
Месяц, год 05, 2017
Индекс УДК 621.396
DOI
Аннотация Статья посвящена разработке способа приближенного учета дифракции радиоволн, позволяющего определить распределение интенсивности дифракционного поля внутри помещения. Предложены аналитические и вычислительные приемы ускорения вычисления коэффициентов дифракции на бесконечном клине, позволяющие проводить приближенный расчет дифракционного поля при уменьшении вычислительных затрат в задачах многолучевого распространения радиоволн в закрытых помещениях. Упрощение в аналитической части состоит в использовании асимптотик интеграла Френеля при значениях аргумента, характерных для геометрических размеров помещения. Упрощение в вычислительной части состоит в том, что предварительно отсекается область, в которой коэффициенты дифракции имеют величину первого и меньшего порядка малости. Приведенные результаты позволили определить зависимость направления максимумов коэффициентов дифракции от угла падения, что дало возможность при расчете интенсивности поля учитывать дифракционные лучи только в узких секторах углов, в которых дифракция вносит заметный вклад в общую интенсивность электромагнитного поля. В работе установлено, что области с заведомо низким уровнем интенсивности дифракционного поля составляют значительную часть помещения, и исключение их из рассмотрения позволяет существенно уменьшить затраты вычислительных ресурсов в задачах расчета зоны покрытия. Это подтверждается проведенными расчетами интенсивности поля показывающими, что при использовании предложенных упрощений время расчета уменьшается в 80 раз. С использованием всех разработанных приемов приближенного вычисления коэффициентов дифракции выполнено моделирование зоны покрытия. Выявлено хорошее совпадение результатов точного и приближенного расчетов интенсивности в зонах с наибольшим уровнем дифракционных лучей. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что использование предложенного способа приближенного расчета является целесообразным по совокупности точности получаемого результата и требуемых затрат вычислительных ресурсов.

Скачать в PDF

Ключевые слова Дифракция на клине; коэффициенты дифракции; беспроводная сеть; WLAN; интенсивность; интеграл Френеля; распространение в помещении; лучевая трассировка; зона покрытия; многолучевое распространение.
Библиографический список 1. Весник М.В. Детерминированная теория распространения радиоволн в условиях город-ской застройки // Труды Междунар. научн. конф. «Излучение и рассеяние электромаг-нитных волн – ИРЭМВ-2015». – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2015. – С. 378-383.
2. Dimitriou A.G., Bletsas A., Bessis N., Polycarpou A.C., Sahalos G.N. Theoretical Findings and Measurements on Planning a UHF RFID System Inside a Room // Radioengineering.
– June 2011. – Vol. 20, No. 2. – P. 387-397.
3. Lay Z., De La Roche G., Bessis N., Kuonen P., Clapworthe G., Zhou D., Zhang G. Statistical Intelligent Ray Launching Algorithm for Indoor Scenarios // Radioengineering. – June 2011.
– Vol. 20, No. 2. – P. 398-408.
4. Maltsev A., Maslennikov R., Lomayev A., Sevastyanov A., Khoryaev A. Statistical Channel Model for 60 GHz WLAN Systems in Conference Room Environment // Radioengineering.
– June 2011. – Vol. 20, No. 2. – P. 409-422.
5. Пермяков В.А., Жексенов М.А. Методы расчета распространения радиоволн в городе (обзор) // Труды Междунар. научн. конф. «Излучение и рассеяние электромагнитных волн – ИРЭМВ-2009». – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. – С. 36-40.
6. Барабашов Б.Г., Дроган Ю.В., Пелевин О.Ю. Расчет многолучевой структуры поля УКВ в городе // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. – 2009.
– № 4. – С. 42-44.
7. Стрельницкий А.А., Стрельницкий А.Е., Цопа А.И., Шокало В.М. Теория и практика построения радиоканалов локальных беспроводных сетей с заданным качеством передачи информации // 18th Int. Crimean Conference «Microwave & Telecommunication Technology» (CriMiCo’2008), 8-12 september 2008, Sevastopol, Crimea, Ukraine. – P. 3-9.
8. Авдеев В.Б., Катруша А.Н. Расчет и анализ многокомпонентного состава поля радиоволн на трассах распространения внутри зданий // Антенны. – 2007. – Вып. 4 (119). – С. 6-11.
9. Madej P. 3D Wireless Networks Simulator – Visualization of Radio Frequency Propagation for WLANs // Dissertation. Univ. of Dublin, Trinity College, 2006.
10. Банков С.Е., Курушин А.А. Расчет и моделирование распространения радиоволн в город-ской среде и пересеченной местности с помощью программы Wireless InSite // EDA Ex-press. – 2004. – №. 9. – С. 35-39.
11. Гуреев А.В., Кустов В.А. Волноводная модель беспроводных каналов связи внутри зданий // Электронный журнал «Исследовано в России». –2002. – № 2. – С. 1519-1536.
12. O’Brien W., Kenny E., Culler P. An efficient implementation of a three-dimensional microcell propagation tool for indoor and outdoor urban environments // IEEE Trans. Veh. Tech. – 2000. – Vol. 49, No. 2. – P. 622-630.
13. Chung H.K. and Bertony H.L. Rang-dependent path-loss model in residential areas for the VHF and UHF bands // IEEE Trans. on Anten. and Propag. – 2002. – Vol. 50, No. 1. – P. 1-11.
14. Torres R.P. a.o. CINDOOR: An Engineering Tool for Planning and Design of Wireless System in Enclosed Spaces // Antennas and Propagation Magazine. – 1999. – Vol. 41, No. 4.
– P. 11-21.
15. Пономарев Г.А., Куликов А.М., Тельпуховский Е.Д. Распространение УКВ в городе.
– Томск: МП «Раско», 1991.
16. Grishchenko S.G., Kisel N.N. Research of the Underlying Surface Model // 25th Int. Crimean Conference «Microwave & Telecommunication Technology» (CriMiCo’2015). – 2015, 6-12 September. – Sevastopol, Crimea. – Vol. 1. P. 1126-1127.
17. Grishchenko S.G., Kisel N.N. Microwave Model of a Scatterer, located on the underlying sur-face // 25th Int. Crimean Conference «Microwave & Telecommunication Technology» (CriMiCo’2015). – 2015, 6-12 September. – Sevastopol, Crimea. – Vol. 1. – P. 1198-1199.
18. Грищенко С.Г., Кисель Н.Н, Ваганова А.А. Численный анализ многослойной модели земной поверхности // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2013. – № 11 (148).
– С. 105-116.
19. Грищенко С.Г., Кисель Н.Н, Ваганова А.А. Рассеяние электромагнитных волн телом вращения, расположенным на многослойном полупространстве // Известия ЮФУ. Тех-нические науки. – 2013. – № 11 (148). – С. 141-150.
20. Панычев А.И. Алгоритм трехмерной трассировки радиоволн локальной беспроводной сети // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2012. – № 11 (136). – С. 31-41.
21. Панычев А.И. Трехмерное моделирование зоны радиопокрытия WLAN в помещении // Техника радиосвязи. – 2014. – Вып. 2 (22). С. 23-32.
22. Панычев А.И., Дубинская И.В. Синтез лучевой траектории проникновения сигналов WLAN в смежные помещения // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2013. – № 5 (142). – С. 116-122.
23. Panychev A.I., Vaganova A.A. Three-dimensional Tracing of WLAN Signals Between Rooms // 25th Int. Crimean Conference «Microwave & Telecommunication Technology» (CriMiCo’2015). 2015, 6-12 September. Sevastopol, Crimea. – Vol. 1. – P. 211-212.
24. Панычев А.И. Ваганова А.А. Анализ многолучевой структуры электромагнитного поля в помещении с группой препятствий // Известия ЮФУ, Технические науки. – 2016. – № 3 (176). – С. 53-65.
25. Panychev A.I., Vaganova A.A. Modeling of Ray Refraction of WLAN Signals on the Structural Elements of the Building // 2016 International Siberian Conference on Control and Communi-cations (SIBCON). Proceedings. Russia, Moscow, May 12−14, 2016. IEEE Catalog Number: CFP16794-CDR. С. 7491718.
26. Панычев А.И., Ваганова А.А. Оценка объемного распределения интенсивности прони-кающих в помещение сигналов WLAN // 26th Int. Crimean Conference «Microwave & Tel-ecommunication Technology» (CriMiCo’2016), 2016, 4-10 September, Sevastopol, Crimea.
– Vol. 3. – P. 437-444.
27. Милютин Е.Р., Василенко Г.О., Сиверс М.А., Волков А.Н., Певцов Н.В. Методы расчета поля в системах связи дециметрового диапазона. – СПб.: Триада, 2003 – 159 с.
28. Боровиков В.А., Кинбер Б.Е. Геометрическая теория дифракции. – М.: Связь, 1978. – 248 с.
29. Фок В.А. Проблемы диффракции и распространения электромагнитных волн. – М.: Изд-во «Советское радио», 1970. – 520 с.
30. Кинг Р., Тай-Цзунь У. Рассеяние и дифракция электромагнитных волн. – М.: Изд-во иностранной литературы, 1962. – 193 с.
31. Stratis G., Anantha V., Taflove A. Numerical calculation of diffraction coefficients of generic conducting and dielectric wedges using FDTD // IEEE Transactions on Antennas and Propaga-tion. – 1997. – Vol. 45, No. 10. – P. 1525-1529.
32. Deng S., MacCartney G.R., Rappaport T.S. Indoor and Outdoor 5G Diffraction Measurements and Models at 10, 20, and 26 GHz // 2016 IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM), 4-8 Dec. 2016.
33. Barratt T.H., Mellios E., Cain P., Nix A.R., Beach M.A. Measured and modelled corner dif-fraction at millimetre wave frequencies // 2016 IEEE 27th Annual International Symposium on Personal, Indoor, and Mobile Radio Communications (PIMRC), 4-8 Sept, 2016.
34. Fuks I.M. Backscattering from a statistically rough 2-D surface: Diffraction corrections to geometrical optics cross sections // Radio Science. – 2007. – Vol. 42, No. 6. – P. 1-11.
35. Kouyoumjian R.G., Manara G., Nepa P., Taute B.J.E. The diffraction of an inhomogeneous plane wave by a wedge // Radio Science. – 1996. – Vol. 31, No. 6. – P. 1387-1397.
36. Смирнов В.И. Курс высшей математики. В 5 т. Т. 3. Ч. 2. – М.: Изд-во «Наука», 1974.
– 672 с.

Comments are closed.