一种基于射线追踪的城市环境太赫兹无线通信基站选址方法技术

本发明专利技术涉及一种基于射线追踪的城市环境太赫兹无线通信基站选址方法，属于太赫兹通信技术领域。本发明专利技术建立城市建筑三维仿真模型，根据所选频段设定建筑材料的相对介电常数，电导率和厚度等、设定太赫兹波传输环境参数，包括载波频率，频带宽度，发射功率，天线参数等，放置相应的发射器与接收器、根据所设定的参数，射线追踪每条从发射端到接收端的传播路径，仿真出接收功率、路径损耗、SNR等信道参数，并生成所研究区域的信号强度温度图、根据仿真结果和实际建筑分布情况，调整基站的位置或添加基站，减少覆盖盲区、对信号强度较弱的区域，使用波束成形、天线分集等技术增强信号强度。天线分集等技术增强信号强度。天线分集等技术增强信号强度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于射线追踪的城市环境太赫兹无线通信基站选址方法


[0001]本专利技术涉及一种基于射线追踪的城市环境太赫兹无线通信基站选址方法，属于太赫兹通信


技术介绍

[0002]射线追踪法是利用几何光学和几何一致性绕射原理(UTD)来预测高频电磁波的传输特性，根据建筑的结构、材料的特性、地形特征等一系列具体的环境条件，来进行信道的仿真。仿真场景的建模方式多样，可以根据建筑大致结构用CAD软件绘制，但还原度较低。本专利技术是利用Blender软件在地图上截取城市中心的地形和建筑等模型，再导入到电磁仿真软件中进行信道建模，此方法对解决真实环境基站选址问题有很大的帮助。
[0003]提高网络传输的可靠性和稳定性是当前基站选址中亟待解决的技术问题。由于频率越高，基站信号的波长越短，很难逾越高楼、树木等障碍物，未来基站的部署密度可能会越来越高，因此，通讯基站的选址和规划的好坏，直接关系到通讯的整体质量和使用成本。本专利技术在遵循基站选址原则的基础上，根据城市建筑分布情况合理选择基站位置，并且可以灵活改变基站位置通过仿真验证合理性。
[0004]在对基站完成选址的基础上，进行模型的信道建模仿真，得出接收功率、路径损耗、信噪比等一些信道特性参数。仿真结果中可能会发现还是存在一些信号强度较弱或者接收不到信号的区域，本专利技术设置了一条模拟用户在街道行走的接收机直线路径，使用波束成形和天线分集等技术，来提升用户的通信质量。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于射线追踪的城市环境太赫兹无线通信基站选址方法，从而解决城市环境的太赫兹波传播和基站选址问题。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种基于射线追踪的城市环境太赫兹无线通信基站选址方法，首先建立城市建筑三维仿真模型，根据所选频段设定建筑材料的相对介电常数，电导率和厚度等、设定太赫兹波传输环境参数，包括载波频率，频带宽度，发射功率，天线参数等，放置相应的发射器与接收器、根据所设定的参数，射线追踪每条从发射端到接收端的传播路径，仿真出接收功率、路径损耗、SNR等信道参数，并生成所研究区域的信号强度温度图、根据仿真结果和实际建筑分布情况，调整基站的位置或添加基站，减少覆盖盲区、对信号强度较弱的区域，使用波束成形、天线分集等技术增强信号强度。
[0007]具体步骤为：
[0008]Step1：建立城市建筑三维仿真模型，根据所选频段设定建筑材料的相对介电常数，电导率和厚度。
[0009]Step2：设定太赫兹波传输环境参数，所述参数包括载波频率，频带宽度，发射功率，天线参数，放置相应的发射器与接收器。
[0010]Step3：根据所设定的参数，射线追踪每条从发射端到接收端的传播路径，仿真出
信道参数，并生成所研究区域的信号强度温度图，所述信道参数包括接收功率、路径损耗、自由空间损耗、信道容量、信噪比。
[0011]Step4：根据仿真结果和实际建筑分布情况，调整基站的位置或添加基站，减少覆盖盲区。
[0012]Step5：对信号强度较弱的区域，使用波束赋形、天线分集技术，增强信号强度。
[0013]从信号接收强度温度图来看，整个场景中会存在一些被遮挡导致信号覆盖不到或强度弱的区域，对这些区域用一条接收机路径模拟用户移动，使用波束成形、天线分集等技术增强信号接收强度。
[0014]所述城市场景模型包括高楼建筑、街道地形等。
[0015]所述材料相关参数包括介电常数、电导率和厚度。根据相关文献设定所使用频率下建筑材料的参数，或使用相关公式推导。
[0016]所述Step1中，建立城市建筑三维仿真模型具体为：利用Blender软件在地图上截取某城市中心区域，导出城市地形、建筑模型，再经过渲染处理后导入到电磁仿真软件中进行通信信道建模，射线接触的物体的表面设置为不同的材料。
[0017]所述材料指的是仿真中对路径或者能量损耗的影响，不代表仿真物体的物理特性，为建筑材料设置所用载波频率的相关介电常数和电导率。
[0018]所述Step2中，载波频率选择110GHz太赫兹频段，发射功率为35dBm，基站放置在建筑楼顶，把要研究区域的地面铺满接收器，仿真出信号的覆盖范围和接收强度，再把接收器放置成沿着街道移动的直线路径，分析这条路径上的信号强度。
[0019]所述Step3中，接收功率接收功率是指接收器接收的有效路径功率之和，计算了从多个发射机到单个接收机的总接收功率，当电场无相组合时，作为功率和，所有运行发射机的总接收功率为：
[0020][0021]其中，P
i
是由第i个发射机而产生的接收功率。
[0022][0023]其中，λ表示信号波长，β表示发射信号的频谱S
T
(f)与接收器接收的频谱S
R
(f)的重叠，η0表示自由空间阻抗，E
α，i
表示第i条射线到达接收端的俯仰方向的电场强度，E
γ，i
表示第i条射线到达接收端的水平方向的电场强度，α
i
和γ
i
表示射线的到达角度。
[0024]g
α
(α，γ)和β的计算公式如下：
[0025][0026][0027]其中，G
α
表示接收天线在α方向上的增益，ψ
α
表示电场α的相对相位，将g
γ
以此类推。f
T
表示发射电磁波信号的中心频率，B
T
表示发射信号的带宽。
[0028]假定发射信号的频谱和接收器接收的频谱都为理想情况下的频谱，以dBm为单位的接收功率由下式表示：
[0029]P
R
(dBm)＝10log
10
[P
R
(W)]+30dB
‑
L
S
(dB)
[0030]总接收功率在当所有场相干组合的情况下，表达式为：
[0031][0032]其中，L
S
表示通信系统中的其他所有损耗。
[0033]所述Step3中，路径损耗就是信号从发射器到接收器传播时能量功率的损耗，当收发天线不是理想的各向同性天线，有各自的增益，发射天线的增益为G
T
，接收天线的增益为G
R
，路径损耗为：
[0034]L
Path
(dB)
[0035]＝P
T
(dBm)
‑
P
R
(dBm)+G
T，Max
(dBi)+G
H，Max
(dBi)
‑
L
S
(dB)
[0036]其中，G
TMax
表示该发射天线的最大增益，G
RMax
表示该接收天线的最大增益，L
S
表示系统中所有其他损耗的总和，路径损耗等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于射线追踪的城市环境太赫兹无线通信基站选址方法，其特征在于：Step1：建立城市建筑三维仿真模型，根据所选频段设定建筑材料的相对介电常数，电导率和厚度；Step2：设定太赫兹波传输环境参数，所述参数包括载波频率，频带宽度，发射功率，天线参数，放置相应的发射器与接收器；Step3：根据所设定的参数，射线追踪每条从发射端到接收端的传播路径，仿真出信道参数，并生成所研究区域的信号强度温度图，所述信道参数包括接收功率、路径损耗、自由空间损耗、信道容量、信噪比；Step4：根据仿真结果和实际建筑分布情况，调整基站的位置或添加基站，减少覆盖盲区；Step5：对信号强度较弱的区域，使用波束赋形、天线分集技术，增强信号强度。2.根据权利要求1所述的基于射线追踪的城市环境太赫兹无线通信基站选址方法，其特征在于，所述Step1中，建立城市建筑三维仿真模型具体为：利用Blender软件在地图上截取某城市中心区域，导出城市地形、建筑模型，再经过渲染处理后导入到电磁仿真软件中进行通信信道建模，射线接触的物体的表面设置为不同的材料；所述材料指的是仿真中对路径或者能量损耗的影响，不代表仿真物体的物理特性，为建筑材料设置所用载波频率的相关介电常数和电导率。3.根据权利要求1所述的基于射线追踪的城市环境太赫兹无线通信基站选址方法，其特征在于，Step2中：所述载波频率选择110GHz太赫兹频段，发射功率为35dBm，基站放置在建筑楼顶，把要研究区域的地面铺满接收器，仿真出信号的覆盖范围和接收强度，再把接收器放置成沿着街道移动的直线路径，分析这条路径上的信号强度。4.根据权利要求1所述的基于射线追踪的城市环境太赫兹无线通信基站选址方法，其特征在于，Step3中：所述接收功率接收功率是指接收器接收的有效路径功率之和，表示为：其中，P
i
是由第i个发射机而产生的接收功率；其中，λ表示信号波长，β表示发射信号的频谱S
T
(f)与接收器接收的频谱S
R
(f)的重叠，η0表示自由空间阻抗，E
α,i
表示第i条射线到达接收端的俯仰方向的电场强度，E
γ,i
表示第i条射线到达接收端的水平方向的电场强度，α
i
和γ
i
表示射线的到达角度。5.根据权利要求1所述的基于射线追踪的城市环境太赫兹无线通信基站选址方法，其特征在于，Step...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海斌，聂云锋，马怀庆，李锐鹏，杨亚，李海华，张宇捷，
申请(专利权)人：云南省通信产业服务有限公司，
类型：发明
国别省市：