Die Modellierung von Kommunikationssystemen in geschlossenen Räumen, wie z. B. Durchlässen, Minen oder Tunneln, kann aufgrund der im geschlossenen Raum auftretenden Wechselwirkungen schwierig sein. Zu diesen komplizierten Wechselwirkungen gehören Mehrfachreflexionen, mehrfache Bodenabprallungen, Beugungen um Ecken usw. Jede dieser Wechselwirkungen ist ein wesentliches Element zur genauen Berechnung der empfangenen Leistung. Wireless InSite von Remcom modelliert nicht nur jede Wechselwirkung, sondern bietet auch eine effiziente, rationalisierte Methode zur Erstellung eines geschlossenen Modells.
Kommunikationsanalysen, die sich auf Durchlässe oder andere geschlossene Räume konzentrieren, sind wichtig, da die Umgebung des Systems ganz anders ist als in offeneren Bereichen. Die Kommunikation mit verschiedenen Teilen eines Dükers ist für die Sicherheit und Effizienz des Betriebs von entscheidender Bedeutung. Zu wissen, wie sich die Kommunikationsausrüstung in der Praxis verhält, hilft den Konstrukteuren, die Abdeckung des gesamten Durchlasses zu gewährleisten.
Eine Anwendung, bei der eine genaue Kommunikation erforderlich ist, ist die Bergwerksrettung, bei der die Kommunikation mit eingeschlossenen Personen oder Rettungsteams lebenswichtig ist. Eine andere Anwendung sind automatisch gesteuerte Wagen oder Fahrzeuge im Bergwerk, die Personal, Ausrüstung oder Produkte zu und von verschiedenen Teilen des Bergwerks transportieren. Dies sind nur einige der Anwendungen, die ein zuverlässiges Kommunikationssystem innerhalb des Bergwerks oder des Stollens erfordern. Die Modellierung dieser Szenarien vor der Installation der Ausrüstung ist entscheidend für die korrekte Auslegung dieser Systeme. Es spart Zeit, da verschiedene Eingaben geändert werden können, um die bestmögliche Lösung zu erzielen, bevor die schwere, teure Ausrüstung gekauft und die tatsächlichen Messungen durchgeführt werden.
Wireless InSite verfügt über einen Assistenten zur Erstellung von Durchlässen, der auf der Registerkarte Erweiterungen im Einstellungsfenster verfügbar ist. Das Erstellungsfenster ermöglicht die Definition von Durchlässen mit beliebiger Länge, beliebigem Durchmesser, 4 bis 32 Seiten und einer einzelnen Biegung von 0, 45, -45, 90 oder -90 Grad.
In diesem Beispiel wird ein gerader, quadratischer Durchlass mit dem Wireless InSite-Assistenten für Durchlässe erstellt und ein Sender am Eingang des Durchlasses platziert. Anschließend wird ein Abdeckungsdiagramm der Ergebnisse angezeigt, das Ergebnisse für den gesamten Durchlass liefert, um zu ermitteln, wie gut der Sender kommunizieren kann. Alle diese Schritte können in Wireless InSite einfach und effizient durchgeführt werden, und zwar schneller als bei einer Messung im Feld. Es hat sich gezeigt, dass die von Wireless InSite gelieferten Ergebnisse gut mit den gemessenen Daten übereinstimmen[1].
Abbildung 1 zeigt das Erstellungsfenster. Es wird ein 30 m langer, 4-seitiger gerader Durchlass definiert. Das zugewiesene Material ist Wet Earth, dessen Definition in der Materialbibliothek von Wireless InSite zu finden ist. Abbildung 2 zeigt den Düker in der Software.
Abbildung 1: Fenster des Modellierungswerkzeugs für Durchlässe in Wireless InSite.
Abbildung 2: Fenster des Kanalmodellierungswerkzeugs im Wireless InSite-Fenster.
Der nächste Schritt besteht darin, die Sender und Empfänger zu definieren, die dem zu modellierenden System entsprechen. In diesem Fall befindet sich der Sender am Eingang des Dükers und ist als Halbwellendipol definiert, der mit 1,3 GHz arbeitet. Der erste Empfängersatz ist eine vertikale Reihe von Empfängern, die sich vom Boden bis zur Decke des Dükers erstreckt und über die gesamte Länge des Dükers verläuft. Die zweite Empfängergruppe ist eine horizontale Linie, die sich über den Durchmesser der Dükeröffnung erstreckt und in Höhe des Senders an der Länge des Dükers entlang verläuft. Die Empfängergruppen sind durch isotrope Antennen definiert, die bei 1,3 GHz empfangen. Abbildung 3 zeigt die Lage der Sender und Empfänger innerhalb der Szene.
Abbildung 3: Sender- und Empfängerpositionen innerhalb der Wireless InSite GUI.
Nachdem Sender und Empfänger platziert wurden, müssen im nächsten Schritt die Grenzen des Untersuchungsgebiets festgelegt werden. Damit werden die Grenzen des Berechnungsraums in der Software festgelegt. In diesem speziellen Fall sollte das Untersuchungsgebiet direkt um den Düker herum definiert werden. Dies spart Zeit und Speicherplatz bei der Durchführung der Berechnung, da sich der interessierende Bereich nur auf den Durchlass bezieht. Alle Bereiche außerhalb des Dükers werden ignoriert. Abbildung 4 zeigt das Untersuchungsgebiet um den Düker.
Abbildung 4: Abgrenzung des Untersuchungsgebiets in Wireless InSite.
Abbildung 5: Fenster mit den Eigenschaften des Untersuchungsgebiets.
Das Ausbreitungsmodell wird im Menü für die Eigenschaften des Untersuchungsgebiets ausgewählt, wie in Abbildung 5 zu sehen ist. In diesem Fall wurde Full 3D gewählt. Full 3D ist ein Shooting and Bouncing Ray-tracing (SBR)-Modell in Wireless InSite. Die Interaktionen wurden auf 16 Reflexionen, 0 Übertragungen und 0 Beugungen festgelegt. Diese Grenzwerte geben der Engine vor, wie viele Interaktionen ein Strahl erfahren kann, bevor er als nicht mehr aktiv betrachtet wird. Der Strahlenabstand wurde auf 0,03 Grad festgelegt, was der Engine mitteilt, wie eng die Strahlen zusammengeschossen werden sollen. Eine höhere Strahldichte in der Szene führt zu einer höheren Anzahl von Interaktionen zwischen den Strahlen und den Gesichtern in der Szene, was theoretisch zu einer höheren Genauigkeit der Ergebnisse führt; es gibt jedoch einige Kompromisse. Der erste Nachteil ist, dass die Laufzeiten umso länger werden, je mehr Strahlen in der Szene aufgenommen werden. Der zweite Nachteil besteht darin, dass es einen Punkt gibt, an dem sich die Ergebnisse mit zunehmender Strahldichte nur noch wenig ändern. In den meisten Beispielen für Durchlässe kann der Strahlenabstand bei Full 3D auf 0,1 Grad eingestellt werden. In diesem Fall wurde ein dichteres Gitter verwendet, um die Möglichkeiten zu zeigen.
Nach der Berechnung können die Ergebnisse geprüft werden, um zu sehen, wie das System im Düker funktioniert. Abbildung 6 zeigt die empfangene Leistung des vertikalen Empfängersystems. Abbildung 7 zeigt die empfangene Leistung des horizontalen Empfängersystems. Der Düker wirkt in den Ergebnissen fast wie ein Wellenleiter. Wie in jeder Abbildung zu sehen ist, gibt es konstruktive und destruktive Interferenzen. Abbildung 8 zeigt die vertikale Empfangsleistung unter Verwendung eines anderen Blickwinkels in der Software.
Abbildung 6: Empfangene Leistung für die vertikale Ebene von Empfängern.
Abbildung 7: Empfangene Leistung für die horizontale Ebene von Empfängern.
Abbildung 8: Empfangene Leistung für die vertikale Ebene des Empfängers beim Blick in den Düker.
Neben der empfangenen Leistung können auch die Strahlengänge betrachtet werden. Abbildung 9 zeigt die Strahlengänge innerhalb des Dükers.
Abbildung 9: Strahlengänge für die vertikale Ebene von Empfängern.
Wireless InSite bietet die Möglichkeit, Filme der sich im Raum ausbreitenden Strahlen zu erstellen, wie in Video 1 zu sehen. EField kann auch in Filmform angezeigt werden. Video 1 zeigt die Ausbreitung der Strahlen durch den Düker.
Dieses Wireless Insite Beispiel zeigt die Leistung eines Senders, der in einer Dükerumgebung betrieben wird. Die Ergebnisse wurden in zwei verschiedenen Ebenen untersucht, um zu zeigen, wie die Durchlässe die Energieverteilung des Senders beeinflussen. Außerdem wurden die Strahlenpfade für verschiedene Punkte entlang der Empfängernetze untersucht. Wireless InSite bietet eine effiziente Möglichkeit, Durchlässe und andere geschlossene Szenarien mit genauen Ergebnissen zu modellieren. Der nächste Arbeitsschritt für dieses spezielle Beispiel könnte darin bestehen, weitere Hindernisse wie Kurven, Karren usw. in die Szene einzufügen. Außerdem wäre es interessant, die Materialbeschaffenheit des Durchlasses zu ändern. All dies lässt sich mit der Wireless InSite-Software leicht bewerkstelligen.
Referenz
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Jamie Knapil Infantolino, Adam J. Kuhlman, Manoja D. Weiss, und Randy L. Haupt; "Modeling RF Propagation in Mines Using Wireless InSite," Applied Computational Electromagnetics Society Conference, Monterey, CA, March 24-March 29, 2013.
