Das Ausbreitungsmodell Vertical Plane von Wireless InSite verwendet die UTD-Keilbeugungskoeffizienten mit den Modifikationen für endliche Leitfähigkeit nach Luebbers [1] und für Mehrfachbeugung nach Luebbers [2] . Die Vorteile der Keilbeugung gegenüber Messerbeugungsmodellen und halb-empirischen Modellen bei der Ausbreitungsvorhersage wurden in mehreren Artikeln [1,3] behandelt. Zu den Vorteilen gehören die Fähigkeit, Reflexionen einzubeziehen, das tatsächliche Gelände genau zu modellieren und die Auswirkungen der endlichen Leitfähigkeit und der Oberflächenrauhigkeit zu berücksichtigen. Das UTD-basierte Modell kann präzise Vorhersagen für Situationen liefern, in denen das Geländeprofil genau bekannt ist, insbesondere für kürzere Pfade, da seine Berechnungen die Reflexionen und Beugungen für das jeweilige Geländeprofil berücksichtigen.
In vielen Fällen ist es möglich, den Pfadverlust und andere Ausbreitungsmerkmale zu berechnen, indem nur die Merkmale in der vertikalen Ebene verwendet werden, in der sich der gewünschte Sender und Empfänger befindet. Wireless InSite extrahiert die vertikalen Ebenen automatisch aus den dreidimensionalen Geländedaten. Die Berechnungen werden für alle aktiven Sender- und Empfängergruppen durchgeführt.
Wireless InSite ist genauer als andere Modelle, da es sowohl die Amplitude als auch die Phase der elektrischen Felder für alle Pfade vom Sender zum Empfänger berechnet und die komplexwertigen Felder summiert, um das gesamte elektrische Feld und andere abgeleitete Größen zu bestimmen. Die Pfade können maximal vier Beugungen und eine beliebige Anzahl von Reflexionen erfahren.
Zur Validierung der Fähigkeit von InSite, die Ausbreitung über unregelmäßiges Gelände zu modellieren, wurden die Ergebnisse der vertikalen Ebene mit Pfadverstärkungsmessungen verglichen, die vom Institute for Telecommunication Sciences (ITS) in der Nähe von Longmont, Colorado, durchgeführt wurden [4]. Die Messungen von verschiedenen Sendestandorten wurden von einem gemeinsamen Empfangsmast aus durchgeführt. Die Pfadverstärkungsmessungen und die Breiten-/Längenkoordinaten des Empfängers und des Senders wurden von der ITS-Website bezogen.
Importieren von Geländedaten
Auf der Grundlage der Breiten-/Längenkoordinaten der Sender und Empfänger wurden die Geländedaten der Umgebung in Wireless InSite aus den Digital Terrain Elevation Data (DTED) des Gebiets importiert. Die Ausdehnung des Geländes wurde durch Eingabe der Längen- und Breitengradkoordinaten der südwestlichen und nordöstlichen Ecken des Geländes festgelegt. Mit dem InSite-Geländeimporter kann der Benutzer auch die Abtastrate des Geländes festlegen. In diesem Beispiel wurde jeder zweite Punkt der DTED-Daten importiert, um das Geländemerkmal zu erstellen.
Projekt einrichten
Dem importierten Terrain wurde eine relative Permittivität von 4,0 und eine Leitfähigkeit von 0,001 S/m zugewiesen. Nach der Erstellung des Geländes können die Sender und Empfänger im Projekt platziert werden, indem ihre Längen- und Breitenkoordinaten sowie die Höhe des Senders über dem Gelände eingegeben werden. Alle sieben Sender befinden sich 7,3 Meter über dem Boden, und der Empfängerturm erstreckt sich vertikal vom Boden bis auf 13 Meter. Sowohl den Sendern als auch dem Empfänger wurden horizontal polarisierte isotrope Antennen zugewiesen, und zur Beschreibung der Wellenform wurde eine 910-MHz-Sinuskurve verwendet. Abbildung 2 zeigt das importierte Terrain zusammen mit den Sender- und Empfängerstandorten im Wireless InSite-Projekt. Die Pfadprofile sind über den Senderstandorten in der Abbildung beschriftet.
Optionen für die Geländedarstellung
Wireless InSite enthält mehrere Funktionen, die bei der Platzierung von Antennen auf dem Gelände und bei der Darstellung der Geländemerkmale helfen. Zur Hervorhebung von Höhenunterschieden, die aufgrund der Gesamtgröße des Geländes möglicherweise schwer zu erkennen sind, kann ein "Z-Skalierungsfaktor" eingegeben werden. Das in Abbildung 2 gezeigte Gelände ist in z-Richtung um den Faktor 5 skaliert. Zusätzlich zur Z-Skalierung können Geländeerhebungen 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.
Abbildung 1: Terrain Import Controller
Abbildung 2: Importiertes Terrain mit Sendern (grün) und Empfängerturm (rot)
Abbildung 3: Geländeerhebungen, die mit der InSite-Option "Farbe nach Höhe" angezeigt werden
Abbildung 4: Terrain mit importiertem Bild der Umgebung
Abbildung 5: Vergleich des Pfadgewinns mit der Höhe der Empfangsantenne für das Profil R1-003-T4 bei 910 MHz
Abbildung 6: Vergleich des Pfadgewinns mit der Höhe der Empfangsantenne für das Profil R1-005-T1 bei 910 MHz
Abbildung 7: Vergleich des Pfadgewinns mit der Höhe der Empfangsantenne für das Profil R1-005-T2 bei 910 MHz
Abbildung 8: Vergleich des Pfadgewinns mit der Höhe der Empfangsantenne für das Profil R1-005-T6 bei 910 MHz
Abbildung 9: Vergleich des Pfadgewinns mit der Höhe der Empfangsantenne für das Profil R1-010-T1 bei 910 MHz
Abbildung 11: Vergleich des Pfadgewinns mit der Höhe der Empfangsantenne für das Profil R1-010-T5 bei 910 MHz
Abbildung 10: Vergleich des Pfadgewinns mit der Höhe der Empfangsantenne für das Profil R1-010-T3 bei 910 MHz
Berechnungsparameter und Ergebnisse
Pfadverstärkungsvorhersagen wurden mit dem Modell der Vertikalen Ebene 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). Die Pfadverstärkung im freien Raum ist in jeder Abbildung als blaue Linie dargestellt.
Für die ausgewählten Pfade zeigen die Vorhersagen des Vertical-Plane-Modells von Wireless InSite eine gute Übereinstimmung mit den ITS-Messungen.
Referenzen
R. J. Luebbers, "Finite conductivity uniform GTD versus knife-edge diffraction in prediction of propagation path loss", IEEE Trans. Antennas Propagat. Vol. AP-32, pp. 70-76, Jan. 1984.
R. J. Luebbers, "Propagation prediction for hilly terrain using GTD wedge diffraction," IEEE Trans. Antennas Propagat. Vol. 32, Nr. 9, S. 951-955, Sept. 1984.
K. Chamberlin und R. Luebbers, "An evaluation of Longley-Rice and GTD propagation models," IEEE Trans. Antennas Propagat. Vol. AP-30, pp. 1093-1098, Nov. 1982.
McQuate, P. L., J. M. Harman, und A. P. Barsis (1968), "Tabulations of propagation data over irregular terrain in the 230-9200 MHz frequency range", Part I: Gunbarrel Hill receiver site, ESSA Tech. Report ERL 65-ITS.
