Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2017, № 10 · RADIO WAVE PROPAGATION

Учет неровности поверхностей при анализе многолучевого распространения радиоволн в помещениях

A.I. Panychev1, A.V. Maksimov1, A.A. Vaganova1

1 Южный федеральный университет, Институт радиотехнических систем и управления, Russia
Full text (PDF) UDC 621.371.3 EDN ZTLVQR

Abstract

To estimate the distribution of the signal strength of a wireless network indoor, simulation models of spatial frequency planning based on ray tracing of signals are used. The main limitation of these models is the approximation of the smoothness of the walls and ceilings of the building. In this paper, the problem of accounting for irregularities of reflecting surfaces in the multipath analysis of WLAN signal indoors is solved. Presence of door and window apertures, beams of overlapping, niches, columns, pilasters, furniture items is taken into account with the help of statistical estimation of influence of constructive irregularities of reflecting surfaces. This method is the best option for the proportion between the preparatory stage, the required computing resources and the result accuracy. The analysis is based on the method of deterministic calculation of the volumetric distribution of the intensity of a WLAN signal in a room with obstacles. The deviations of the reflecting surface from the flat profile are simulated by randomly changing the coordinates that determine the position of the plane. The normal and uniform law of distribution of a random coordinate value is considered. A set of simulation tests was performed, which resulted in the getting of the aggregate values of the WLAN transmission factor for each room volume point. Statistical processing of these data sets has been performed. The statistical characteristics of the set of calculated arrays are calculated: arithmetic mean, variance, standard deviation, skewness. It is established that the maximum deviation of the arithmetic mean from the deterministic value of about 5% is observed in the region of predominance of reflected rays, for which the position of the reflecting surface is the determining one. The minimum deviation of the arithmetic mean from the deterministic value is less than 1% in the shadow area of the obstacle for the direct beam, where the effect of the reflected rays is insignificant. The results of modeling using the normal and uniform laws of the distribution of coordinate values differ by not more than 0.5%. The distributions of the WLAN transmission coefficient module are significantly different from the normal distribution.

  • multipath propagation
  • ray tracing
  • geometrical optics
  • algorithm
Аннотация (на русском)

Учет неровности поверхностей при анализе многолучевого распространения радиоволн в помещениях

Для оценки распределения уровня сигнала беспроводной сети в помещении применяются имитационные модели территориально-частотного планирования, базирующиеся на лучевой трассировке сигналов. Основное ограничение этих моделей - приближение гладкости стен и перекрытий здания. В данной работе предложен способ учета неровностей отражающих поверхностей помещения. Статистическая оценка влияния неровностей отражающих поверхностей получена посредством случайного изменения координат, определяющих положение плоскостей в пространстве. Показано, что при неровностях величиной до двух длин волны математическое ожидание уровня сигнала отличается от детерминированного расчета не более чем на 5 %.

For citation

Panychev A.I., Maksimov A.V., Vaganova A.A. Учет неровности поверхностей при анализе многолучевого распространения радиоволн в помещениях // Journal of Radio Electronics. – 2017. – No. 10.

References

  1. Nitin Bhas. Data Offload & Onload. [Электронный ресурс]. URL: https://www.juniperresearch.com/researchstore/enabling-technologies/ mobile-data-onload-offload/wi-fi-small-cell-network-strategies (дата обращения: 27.09.2017).
  2. Банков С.Е., Курушин А.А. Расчет и моделирование распространения радиоволн в городской среде и пересеченной местности с помощью программы Wireless InSite. // EDA Express. 2004. № 9. С. 35-39.
  3. Wireless InSite® Propagation Software. [Электронный ресурс]. URL: http://www.remcom.com/wireless-insite (дата обращения: 27.09.2017).
  4. TamoGraph® Site Survey. [Электронный ресурс]. URL: http://www.tamos.ru/products/wifi-site-survey (дата обращения: 27.09.2017).
  5. Madej P. 3D Wireless Networks Simulator - Visualization of Radio Frequency Propagation for WLANs. Dissertation. Univ. of Dublin. Trinity College. 2006.
  6. Dimitriou A.G., Bletsas A., Bessis N., Polycarpou A.C., Sahalos G.N. Theoretical Findings and Measurements on Planning a UHF RFID System Inside a Room. Radioengineering. June 2011. Vol. 20. No. 2. pp. 387-397.
  7. Lay Z., De La Roche G., Bessis N., Kuonen P., Clapworthe G., Zhou D., Zhang G. Statistical Intelligent Ray Launching Algorithm for Indoor Scenarios. Radioengineering. June 2011. Vol. 20. No. 2. pp. 398-408.
  8. Maltsev A., Maslennikov R., Lomayev A., Sevastyanov A., Khoryaev A. Statistical Channel Model for 60 GHz WLAN Systems in Conference Room Environment. Radioengineering. June 2011. Vol. 20. No. 2. pp. 409-422.
  9. Chung H.K. and Bertony H.L. Rang-dependent path-loss model in residential areas for the VHF and UHF bands. IEEE Trans. on Anten. and Propag. 2002. Vol. 50. No. 1. pp. 1-11.
  10. Панычев А.И. Трехмерное моделирование зоны радиопокрытия WLAN в помещении. // Техника радиосвязи. 2014. Вып. 2(22). С. 23-32.
  11. Панычев А.И. Алгоритм трехмерной трассировки радиоволн локальной беспроводной сети. // Известия ЮФУ. Технические науки. 2012. № 11(136). С. 31-41.
  12. Панычев А.И., Дубинская И.В. Синтез лучевой траектории проникновения сигналов WLAN в смежные помещения. // Известия ЮФУ. Технические науки. 2013. № 5(142). С. 116-122.
  13. Panychev A.I., Vaganova A.A. Three-dimensional Tracing of WLAN Signals Between Rooms. 25th Int. Crimean Conference "Microwave & Telecommunication Technology" (CriMiCo'2015). 2015. Vol. 1. pp. 211-212.
  14. Панычев А.И. Учет поляризационных эффектов в канальной матрице локальной MIMO-системы. // Известия ЮФУ. Технические науки. 2014. № 11(160). С. 86-93.
  15. Панычев А.И., Ваганова А.А. Анализ многолучевой структуры электромагнитного поля в помещении с группой препятствий. // Известия ЮФУ, Технические науки. 2016. № 3(176). С. 53-65.
  16. Panychev A.I., Vaganova A.A. Modeling of Ray Refraction of WLAN Signals on the Structural Elements of the Building. 2016 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). Proceedings. Moscow. 2016. IEEE Catalog Number: CFP16794-CDR. С. 7491718.