Ausbreitungsprognose über Colorado Plains

Das Ausbreitungsmodell von Wireless InSite verwendet die UTD-Keilbeugungskoeffizienten mit den Modifikationen für die endliche Leitfähigkeit in Lübber[1] und für die Mehrfachbeugung in Lübber[2]. Die Vorteile der Keilbeugung gegenüber Messerkantenbeugungsmodellen und semi-empirischen Modellen in der Propagationsvorhersage wurden in mehreren Beiträgen behandelt[1,3]. Zu den Vorteilen gehören die Möglichkeit, Reflexionen einzubeziehen, das tatsächliche Gelände genau zu modellieren und Effekte der endlichen Leitfähigkeit und Oberflächenrauhigkeit einzubeziehen. Das UTD-basierte Modell kann präzise Vorhersagen für Situationen liefern, in denen das Geländeprofil genau bekannt ist, insbesondere für kürzere Wege, da seine Berechnungen die Reflexionen und Beugungen für das jeweilige Geländeprofil beinhalten.

In vielen Fällen ist es möglich, den Wegverlust und andere Ausbreitungseigenschaften nur aus den Merkmalen in der vertikalen Ebene zu berechnen, die den interessierenden Sender und Empfänger enthalten. Wireless InSite extrahiert automatisch die vertikalen Ebenen aus den dreidimensionalen Geländedaten. Die Berechnungen werden für alle aktiven Sender- und Empfängersätze durchgeführt.

Wireless InSite ist genauer als andere Modelle, da es sowohl die Amplitude als auch die Phase der elektrischen Felder für alle Wege vom Sender zum Empfänger berechnet und die komplexen Wertfelder summiert, um das gesamte elektrische Feld und andere abgeleitete Größen zu bestimmen. Die Bahnen können maximal vier Beugungen und eine beliebige Anzahl von Reflexionen erfahren.

Um die Fähigkeit von InSite zu validieren, die Ausbreitung in unregelmäßigem Gelände zu modellieren, wurden die Ergebnisse der Vertikalebene mit Pfadgewinn-Messungen des Institute for Telecommunication Sciences (ITS) in der Nähe von Longmont, Colorado[4] verglichen. Messungen von verschiedenen Sendeanlagen wurden von einem gemeinsamen Empfangsturm durchgeführt. Pfadgewinn-Messungen und die Breiten-/Längenkoordinaten des Empfängers und der Sender wurden von der ITS-Website bezogen ( http://flattop.its.bldrdoc.gov/propdata/phase_2.html .).

Geländedaten importieren

Basierend auf den Breiten-/Längenkoordinaten der Sender und Empfänger wurden die Geländedaten der Umgebung aus den digitalen Geländehöhendaten (DTED) des Gebiets in Wireless InSite importiert. Die Ausdehnung des Geländes wurde durch die Eingabe der Lang/Latz-Koordinaten der südwestlichen und nordöstlichen Ecken des Geländes festgelegt. Der Geländeinmporter von InSite ermöglicht es dem Benutzer auch, die Abtastrate des Geländes einzustellen. In diesem Beispiel wurde jeder zweite Punkt der DTED-Daten importiert, um das Geländemerkmal zu erstellen.

Abbildung 1 . Gelände-Import-Steuerung

Abbildung 2 . Importiertes Gelände mit Sendern (grün) und Empfängerturm (rot)

Abbildung 3. Geländehöhen, die mit der Option "Farbe nach Höhe" von InSite angezeigt werden.

Abbildung 4 . Gelände mit importiertem Bild der Umgebung

Abbildung 5 . Pfadverstärkung im Vergleich zur Empfangsantennenhöhe für Profil R1-003-T4 bei 910 MHz

Abbildung 6 . Pfadverstärkung im Vergleich zur Höhe der Empfangsantenne für Profil R1-005-T1 bei 910 MHz

Abbildung 7 . Pfadverstärkung im Vergleich zur Empfangsantennenhöhe für Profil R1-005-T2 bei 910 MHz

Abbildung 8 . Pfadverstärkung im Vergleich zur Empfangsantennenhöhe für Profil R1-005-T6 bei 910 MHz

Abbildung 9 . Pfadverstärkung im Vergleich zur Höhe der Empfangsantenne für Profil R1-010-T1 bei 910 MHz

Abbildung 11 . Pfadverstärkung im Vergleich zur Höhe der Empfangsantenne für Profil R1-010-T5 bei 910 MHz

Abbildung 10 . Pfadverstärkung im Vergleich zur Höhe der Empfangsantenne für Profil R1-010-T3 bei 910 MHz

Projektaufbau

Dem importierten Gelände wurde eine relative Permittivität von 4,0 und eine Leitfähigkeit von 0,001 S/m zugewiesen. Nach der Erstellung des Geländes können Sender und Empfänger durch Eingabe ihrer Längen- und Breitenkoordinaten und der Höhe des Senders über dem Gelände in das Projekt platziert werden. Alle sieben Sender befinden sich 7,3 Meter über dem Boden, und der Empfängerturm erstreckt sich vertikal vom Boden bis 13 Meter. Sowohl den Sendern als auch dem Empfänger wurden horizontal polarisierte isotrope Antennen zugeordnet, und ein 910 MHz Sinusoid wurde zur Beschreibung der Wellenform verwendet. Abbildung 2 zeigt das importierte Gelände zusammen mit den Sender- und Empfängerpositionen im Wireless InSite Projekt. Pfadprofile sind über den Senderstandorten in der Abbildung beschriftet.

Optionen für die Geländedarstellung

Wireless InSite enthält mehrere Funktionen, die Ihnen helfen, Antennen auf Gelände zu platzieren und die Geländefunktionen zu betrachten. Um Höhenveränderungen hervorzuheben, die aufgrund der Gesamtgröße der Geländefläche schwer zu erkennen sind, kann ein Z-Skalierungsfaktor eingegeben werden. Das in Figur 2 dargestellte Gelände ist in z-Richtung um den Faktor 5 skaliert. Zusätzlich zur Z-Skalierung können Geländehöhen in der Projektansicht mit der Option'Farbe nach Höhe' angezeigt werden, wie in Abbildung 3 dargestellt. Der Benutzer kann entweder eine kontinuierliche Farbskala oder eine diskrete Skala wählen.

Berechnungsparameter und -ergebnisse

Die Pfadgewinn-Vorhersagen wurden mit dem Vertikalebenenmodell von InSite mit maximal 2 Reflexionen und 4 Beugungen durchgeführt. Die Geländeprofile wurden mit einem maximal zulässigen Fehler von 3% linearisiert. Die Ergebnisse für jeden Sender werden mit den ITS-Messungen verglichen (schwarz). Der Freiraumweggewinn wird in jeder Abbildung als blaue Linie dargestellt.

Für die ausgewählten Pfade zeigen Vorhersagen aus dem Vertikalebenenmodell von Wireless InSite eine gute Übereinstimmung mit den ITS-Messungen.

Referenzen

R. J. Luebbers, "Finite Leitfähigkeit einheitliche GTD versus Messerkantenbeugung bei der Vorhersage von Ausbreitungsverlusten", IEEE Trans. Antennen Propagat. Bd. AP-32, S. 70-76, Jan. 1984.
R. J. Luebbers, "Propagationsprognose für hügeliges Gelände mittels GTD-Keilbeugung", IEEE Trans. Antennen Propagat. Bd. 32, Nr. 9, S. 951-955, Sept. 1984.
K. Chamberlin und R. Luebbers, "An evaluation of Longley-Rice and GTD propagation models", IEEE Trans. Antennen Propagat. Bd. AP-30, S. 1093-1098, Nov. 1982.
McQuate, P. L., J. M. Harman und A. P. Barsis (1968), "Tabellierung von Ausbreitungsdaten über unebenes Gelände im Frequenzbereich 230-9200 MHz", Teil I: Gunbarrel Hill Empfängerstandort, ESSA Tech. Bericht ERL 65-ITS.