Die Unsicherheit in der Geometrie eines Szenarios ist eine grundlegende Einschränkung für die Genauigkeit von Ray-Tracing-Methoden, die zur Modellierung eines städtischen Szenarios verwendet werden. Bei der Modellierung der Energieausbreitung durch eine Stadt und in das Innere eines Gebäudes erfordern vollständige 3D-Strahlenverfolgungsmodelle, dass der innere Grundriss des Gebäudes bekannt ist und dass eine genaue Darstellung des Grundrisses in das Modell eingegeben wird. Empirische Modelle bieten eine Alternative, da der Innenraum nicht bekannt sein muss. Der Nachteil ist jedoch, dass sie die Auswirkungen anderer Elemente in einem städtischen Szenario auf die Ausbreitung der Energie nicht vollständig modellieren. Zu diesen Elementen gehören Wechselwirkungen zwischen der Energie und den Gebäuden oder Wechselwirkungen zwischen der Energie und dem Boden, die auf dem Weg zu dem betreffenden Gebäude auftreten. Um diese Einschränkung zu überwinden und gleichzeitig die Ungewissheit innerhalb der Innenstruktur zu modellieren, verfügt Wireless InSite über eine hybride Methode, die durch die Verwendung eines speziellen Empfängertyps aufgerufen wird, der als "Unknown Layout Receivers" bezeichnet wird.
Bei der hybriden Methode wird X3D verwendet, bis die Strahlen auf die Außenseite des Gebäudes treffen. X3D verwendet eine Methode für schießende und prallende Strahlen mit einer exakten Pfadkorrektur auf der Grundlage der einheitlichen Beugungstheorie. Diese Methode wird im gesamten Stadtgebiet angewandt, bis die Strahlen die Außenwand des betreffenden Gebäudes durchdringen. Die Methode verwendet dann ein modifiziertes empirisches COST 231-Modell, um den verbleibenden Energieverlust zu modellieren, der durch die innere Struktur des Gebäudes verursacht wird. Zu den Vorteilen des hybriden empirischen/Strahlenverfolgungsansatzes gehören kohärente Mehrwegberechnungen bis zum Gebäude von Interesse und die Möglichkeit, strukturelle und materielle Variationen innerhalb der städtischen Umgebung zu berücksichtigen. Durch die Kombination dieser beiden Modelle zu einer hybriden Methode ist Wireless InSite in der Lage, die Einschränkungen der beiden unabhängigen Modelle zu überwinden.
Das folgende Beispiel zeigt ein typisches Ausbreitungsszenario von draußen nach drinnen, bei dem der Innenraum eines Gebäudes unbekannt ist. Dieses Modell simuliert die Auswirkungen von zwei unabhängigen Sendern außerhalb des Gebäudes auf den Bereich innerhalb des Gebäudes.
Eine Stadtdatei wird in Wireless InSite geöffnet und auf einem flachen Gelände platziert, wie in Abbildung 1 zu sehen. Zwei Sender werden auf zwei verschiedenen Seiten des interessierenden Gebäudes platziert. Die Sender sind als kurze Dipole definiert, die bei 2,4 GHz mit einer Eingangsleistung von 25 dBm arbeiten (siehe Abbildung 2).
Abbildung 1: Urbane Stadt und Gelände innerhalb von Wireless InSite.
Abbildung 2: Senderstandorte rund um ein Gebäude in Wireless InSite.
Die Option Unbekanntes Layout wird auf der Registerkarte Erweiterungen im Menü Voreinstellungen aktiviert (siehe Abbildung 3). Wenn diese Option aktiviert ist, können Sie unbekannte Layout-Empfänger hinzufügen. Navigieren Sie im Fenster Projektansicht zu Auswählen -> Struktur, um die Struktur auszuwählen, zu der die unbekannten Layout-Empfänger hinzugefügt werden sollen. Wählen Sie die Gebäudestruktur, die dem Sender am nächsten ist. Sie wird gelb, wie in Abbildung 4 zu sehen. Wenn Sie mit der rechten Maustaste darauf klicken, wird ein Inhaltsmenü mit der Option "Unbekanntes Layout Rx Set hinzufügen" angezeigt. Mit dieser Option wird ein Empfänger-Set erstellt, das das Innere des ausgewählten Gebäudes abdeckt. Diese Empfänger werden durch lila Kästchen dargestellt, wie in Abbildung 5 zu sehen ist. In diesem Szenario wurde das X3D-Modell von Wireless InSite mit zwei Reflektionen und einer Beugung verwendet.
Abbildung 3: Das Menü Wireless InSite Preference zeigt die Registerkarte Extensions mit der Option Unknown Layout.
Abbildung 4: Auswahl der Struktur, um die unbekannten Layout-Empfänger in die Szene einzufügen.
Abbildung 5: Unbekannte Layout-Empfänger innerhalb der Gebäudestruktur.
Nach Abschluss der Berechnung kann die empfangene Leistung im Inneren des Gebäudes vom Sender auf der linken Seite untersucht werden. Dieses Ergebnis ist in Abbildung 6 zu sehen. Die empfangene Leistung im Inneren des Gebäudes vom Sender unten ist in Abbildung 7 zu sehen. Die Ergebnisse liefern eine Vorhersage darüber, wie die Energie abklingt, sobald sie in das Gebäude eindringt. Neben der empfangenen Leistung kann der Benutzer auch die Strahlenwege auf der Außenseite des Gebäudes untersuchen. Diese Strahlengänge stammen aus der X3D-Modellberechnung und werden als Input für das empirische Modell verwendet. Abbildung 8 zeigt die Ausbreitungspfade vom Sender auf der linken Seite. Diese Informationen geben Aufschluss darüber, woher die Energie kommt, die in das Gebäude eindringt, um den Mehrwegeteil der Berechnung zu verdeutlichen. Sobald die Pfade auf das Gebäude treffen, werden diese Informationen in das empirische Modell eingespeist, das zur Berechnung der Leistung innerhalb des Gebäudes verwendet wird. Die Möglichkeit, standortspezifische Informationen in eine empirische Berechnung einfließen zu lassen, zeigt, wie leistungsfähig die Kombination der beiden Methoden ist.
Abbildung 6: Empfangene Leistung im Gebäude vom Sender auf der linken Seite.
Abbildung 7: Empfangene Leistung im Gebäude vom Sender am Boden.
Abbildung 8: Ausbreitungswege vom Sender links.
Durch die Kombination des empirischen Modells COST 231 und des vollständigen 3D-Modells X3D bietet Wireless InSite eine Möglichkeit, ein typisches Problem der Energieübertragung durch ein Gebäude zu lösen, wenn das genaue Innere des Gebäudes nicht bekannt ist. Das Hybridmodell kann die detaillierten analytischen Ergebnisse von X3D nutzen, um möglichst genaue Ergebnisse außerhalb des betreffenden Gebäudes zu erzielen, und dann das empirische Modell verwenden, um die anderen fehlenden Teile des Szenarios zu behandeln.
