基于贝克曼-基尔霍夫散射的太赫兹传播的射线追踪方法技术

本发明专利技术公开了一种基于贝克曼

【技术实现步骤摘要】
基于贝克曼
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基尔霍夫散射的太赫兹传播的射线追踪方法


[0001]本专利技术涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于贝克曼
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基尔霍夫散射的太赫兹信道建模方法，本专利技术对太赫兹信道模型进行修正，给出了统一完善的太赫兹信道模型，实现对太赫兹信道的精准预测。

技术介绍

[0002]在过去的三十年中，无线通信速率每18个月翻一番，现有无线通信系统已然接近其容量极限。随着智能电子设备的普及，人们对通信的带宽要求越来越高，太赫兹通信技术逐渐进入人们的视野。太赫兹较丰富的频谱资源，使其成为未来无线通信的关键太赫兹因而得到各国工业界与学术界的重视，成为各国争夺“5G+”乃至“6G”通信系统主动权的关键点。然而太赫兹信道仍然缺少统一的信道模型，需要开发信道模型实现对太赫兹传播的精准预测。
[0003]太赫兹信道是指利用射线追踪技术实现对太赫兹波的传播预测。目前对于太赫兹的传播预测没有统一的信道模型，主要是由于太赫兹波的频率较高，波长较短，使其散射成为其传播的显著特征，无法满足实际应用中的多种需要。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种基于贝克曼
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基尔霍夫散射的太赫兹传播的射线追踪方法，本专利技术通过对粗糙表面的散射特性分析，得到了不同粗糙度下的太赫兹信道模型，该模型能够实现对太赫兹的精准预测，利用该信道模型，给出了一种太赫兹传播的射线追踪算法，该算法解决了计算复杂、预测不精确的问题，提高了射线追踪的精度，详见下文描述：
[0005]一种基于贝克曼
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基尔霍夫散射的太赫兹传播的射线追踪方法，所述方法实现了对太赫兹信道的精准预测，所述方法包括以下步骤：
[0006]对贝克曼
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基尔霍夫散射理论的反射和散射进行推导并给予低粗糙度的散射系数进行修正，并在信道模型中引入高粗糙度的散射系数；
[0007]弥补中等粗糙度信道模型的空缺，引入了有效粗糙度理论；采用修正后的反射、散射系数对太赫兹信道模型进行修正，并基于现有的实验数据对信道模型进行验证；
[0008]基于修正后的太赫兹信道模型对射线进行追踪。
[0009]其中，所述方法还包括：采用贝克曼
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基尔霍夫散射理论对散射进行分析，基于基尔霍夫积分对散射进行计算。
[0010]进一步地，所述方法包括：
[0011]发射端和接收端到小块的距离远大于小块的尺寸，对每一个小块的散射路径进行求解，包括：振幅、路径长度、传播延迟和偏振特性。
[0012]进一步地，所述方法还包括：引入瑞利因子对反射系数进行修正，使用泰勒近似对反射系数进行优化。
[0013]其中，所述基于修正后的太赫兹信道模型对射线进行追踪具体为：
[0014]通过射线追踪模拟散射环境来获取镜面反射点；在每个镜面反射点周围划分预设尺寸的小块，确定散射点的坐标，每个小块的散射多路径与镜面反射共同起作用；
[0015]根据射线追踪计算出所有路径的入射角、反射角和散射角；
[0016]计算所有分散多径路径的信道传输函数，对所有路径的信道传输函数进行矢量叠加；基于叠加后的结果实现对射线的追踪。
[0017]本专利技术提供的技术方案的有益效果是：本专利技术能够实现对太赫兹的精准预测，利用修正后的信道模型，设计了一种太赫兹传播的射线追踪算法，通过该算法降低了计算复杂度、提高了预测精度，能够为太赫兹通信的设计与网路布局提供重要的参考价值。
附图说明
[0018]图1为一种基于贝克曼
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基尔霍夫散射的太赫兹传播的射线追踪方法的流程图；
[0019]图2为粗糙表面的散射图；
[0020]图3为粗糙因子示意图；
[0021]其中，(a)为60
°
入射角时的粗糙度因子与频率的关系图；(b)为45
°
入射角时的粗糙度因子与频率的关系图；(c)为30
°
入射角时的粗糙度因子与频率的关系图。
[0022]图4为反射系数与入射角的关系图；
[0023]图5为散射系数示意图；
[0024]其中，(a)为45
°
角入射的散射损耗图(三维)；(b)为45
°
角入射的散射损耗图(二维)；(c)为300GHz入射的散射损耗图(三维)；(d)为300GHz入射的散射损耗图(二维)。
[0025]图6为镜面反射系数图；
[0026]图7为反射系数和散射系数的验证图。
[0027]其中，(a)为350GHz频率时反射系数与入射角的关系图；(b)为25
°
和60
°
入射时反射系数与频率的关系图；(c)为30
°
入射时散射系数与散射角的关系图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。
[0029]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术实施例基于贝克曼
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基尔霍夫散射理论，在反射中引入瑞利因子对反射信道模型进行修正。即：在散射模型中，对低粗糙度下的贝克曼
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基尔霍夫散射系数进行修正，把镜面反射与非镜面散射进行系数分离，解决反射与散射重复计算的问题。同时在高粗糙度的情况下引入贝克曼
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基尔霍夫的散射系数，弥补了高粗糙度下散射求解的问题。
[0030]该修正过的反射信道模型能够对太赫兹的传输进行精准的预测，给出统一多射线信道模型并对信道特性进行深入的分析，为设计可靠、高效的太赫兹频段通信系统奠定了基础。
[0031]实施例1
[0032]本专利技术实施例提供了一种基于贝克曼
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基尔霍夫散射的太赫兹传播的射线追踪方法，参见图1
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图7，该方法包括以下步骤：
[0033]101：对贝克曼
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基尔霍夫散射理论的反射和散射进行推导并给予低粗糙度的散射
系数进行修正，并在信道模型中引入高粗糙度的散射系数；
[0034]其中，该步骤具体为：采用贝克曼
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基尔霍夫散射理论对散射进行分析。贝克曼
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基尔霍夫散射理论假定没有多重散射，没有阴影并且表面局部光滑，粗糙表面不存在尖锐，且服从高斯分布，然后基于基尔霍夫积分对散射进行计算。
[0035]对贝克曼
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基尔霍夫散射理论的反射和散射进行推导并给予低粗糙度的散射系数进行修正，并在信道模型中引入高粗糙度的散射系数。
[0036]102：弥补中等粗糙度信道模型的空缺，引入了有效粗糙度理论；
[0037]103：采用修正后的反射、散射系数对太赫兹信道模型进行修正，并基于现有的实验数据对信道模型进行验证；
[0038]104：基于修正后的太赫兹信道模型对射线进行追踪。
[0039]其中，传统射线追踪仅仅计算散射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于贝克曼
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基尔霍夫散射的太赫兹传播的射线追踪方法，其特征在于，所述方法实现了对太赫兹信道的精准预测，所述方法包括以下步骤：对贝克曼
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基尔霍夫散射理论的反射和散射进行推导并给予低粗糙度的散射系数进行修正，并在信道模型中引入高粗糙度的散射系数；弥补中等粗糙度信道模型的空缺，引入了有效粗糙度理论；采用修正后的反射、散射系数对太赫兹信道模型进行修正，并基于现有的实验数据对信道模型进行验证；基于修正后的太赫兹信道模型对射线进行追踪。2.根据权利要求1所述的一种基于贝克曼
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基尔霍夫散射的太赫兹传播的射线追踪方法，其特征在于，所述方法还包括：采用贝克曼
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基尔霍夫散射理论对散射进行分析，基于基尔霍夫积分对散射进行计算。3.根据权利要求1所述的一种基于贝克曼
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基尔霍夫散射的太赫兹传播的射线追踪方...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晋生，宗磊，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：