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応用例

コロラド平原での伝播予測

Wireless InSite の Vertical Plane 伝搬モデルは、Luebbers [1] で示された有限導電率および Luebbers [2] で示された多重回折を修正した UTD ウェッジ回折係数を使用しています。伝搬予測におけるナイフエッジ回折モデルや半経験的モデルに対するくさび回折の利点は、いくつかの論文で取り上げられている[1,3]。その利点とは、反射を含めることができること、実際の地形を正確にモデル化できること、有限導電率や表面粗さの影響を含めることができることなどである。UTDに基づくモデルは、地形プロファイルが正確に分かっている場合、特に短い経路の場合、その計算が考慮されている特定の地形プロファイルの反射と回折を含むため、正確な予測を提供することができる。

多くの場合、対象となる送信機と受信機を含む垂直面の特徴のみを使用して、パスロスやその他の伝搬特性を計算することが可能です。Wireless InSiteは、3次元地形データから垂直平面を自動的に抽出します。計算は、すべてのアクティブな送受信機セットに対して実行されます。

Wireless InSiteは、送信機から受信機までのすべての経路について電界の振幅と位相の両方を計算し、複素数値の電界を合計して合計電界とその他の派生量を決定するため、他のモデルよりも正確です。パスは最大4回の回折と任意の数の反射を受けることができます。

InSiteの不規則な地形上の伝搬をモデル化する能力を検証するため、コロラド州ロングモント近郊の電気通信科学研究所(ITS)で実施されたパスゲイン測定と垂直平面の結果を比較した[4]。様々な送信サイトからの測定は、共通の受信タワーによって行われた。パスゲイン測定値と受信機と送信機の緯度経度座標はITSのウェブサイトから入手した。

地形データのインポート

送信機と受信機の緯度経度座標に基づき、周辺の地形データをその地域のデジタル地形標高データ(DTED)からWireless InSiteにインポートした。地形の範囲は、地形の南西角と北東角の緯度経度座標を入力して指定した。InSiteの地形インポーターでは、地形のサンプリングレートを設定することもできます。この例では、地形フィーチャを作成するために、DTEDデータの毎秒ポイントがインポートされた。

プロジェクト・セットアップ

インポートした地形には、比誘電率4.0、導電率0.001 S/mを割り当てた。地形を作成した後、緯度経度座標と地形からの送信機の高さを入力することで、送信機と受信機をプロジェクトに配置することができる。7つの送信機はすべて地上7.3メートルに設置され、受信タワーは地上から13メートルまで垂直に伸びている。送信機と受信機の両方に水平偏波の等方性アンテナを割り当て、波形を表現するために910MHzの正弦波を使用した。図2は、Wireless InSiteプロジェクトでインポートした地形と送信機および受信機の位置を示している。パスプロファイルは、図の送信機の位置の上にラベル付けされています。

地形表示オプション

Wireless InSiteには、地形にアンテナを設置したり、地形の特徴を見たりするのに役立つ機能がいくつかあります。地形全体の大きさのために見えにくい標高の変化を強調するために、「Zスケーリング」係数を入力することができます。図2に示す地形は、Z方向に係数5でスケーリングされている。Zスケーリングに加えて、図3に示すように、「高さによる色分け」オプションを使用して、地形の高さをプロジェクトビューに表示することができます。ユーザーは、連続的なカラースケールまたは離散的なスケールのいずれかを選択できます。

 

図1.地形インポートコントローラ

図1:地形インポートコントローラー

 

図2.送信機(緑)と受信タワー(赤)のあるインポートされた地形

図2:送信機(緑)と受信タワー(赤)があるインポートされた地形

 

図3.InSiteの「高さによる色分け」オプションを使用して表示した地形標高

図3:InSiteの「高さによる色分け」オプションを使用して表示した地形標高

 

図4.周辺の画像を取り込んだ地形

図4:周辺の画像を取り込んだ地形

 

図 5.910 MHzにおけるプロファイルR1-003-T4の受信アンテナ高さに対する経路利得の比較

図5:910MHzにおけるプロファイルR1-003-T4と受信アンテナの高さに対する経路利得の比較

 

図 6.910 MHzにおけるプロファイルR1-005-T1の受信アンテナの高さに対する経路利得の比較

図6:910MHzにおけるプロファイルR1-005-T1と受信アンテナの高さに対する経路利得の比較

 

図 7.910 MHzにおけるプロファイルR1-005-T2の受信アンテナ高さに対する経路利得の比較

図7:910MHzにおけるプロファイルR1-005-T2の受信アンテナ高さに対する経路利得の比較

 

図 8.910 MHzにおけるプロファイルR1-005-T6の受信アンテナ高さに対する経路利得の比較

図8:910MHzにおけるプロファイルR1-005-T6と受信アンテナの高さに対する経路利得の比較

 

図 9.910 MHzにおけるプロファイルR1-010-T1の受信アンテナ高さに対する経路利得の比較

図9:910MHzにおけるプロファイルR1-010-T1の受信アンテナ高さに対する経路利得の比較

 

図 11.910MHzにおけるのの生育地 R1-010-T5 の生育地対受信アンテナ高さ経路利得比較

図11:910MHzにおけるプロファイルR1-010-T5と受信アンテナの高さに対する経路利得の比較

 

図 10.910 MHz におけるプロファイル R1-010-T3 と受信アンテナの高さに対する経路利得の比較

図10:910MHzにおけるプロファイルR1-010-T3と受信アンテナの高さに対する経路利得の比較

 

計算パラメーターと結果

パスゲイン予測は、InSiteのVertical Planeモデルを使用し、最大2回の反射と4回の回折を行った。地形プロファイルは、最大許容誤差3%で線形化した。各送信機の結果は、ITSの測定値(黒)と比較されている。自由空間経路利得は各図で青い線で表されている。

選択された経路については、Wireless InSiteのVertical Planeモデルによる予測は、ITSの測定値と良い一致を示している。

 

参考文献

R.J. Luebbers, "Finite conductivity uniform GTD versus knife-edge diffraction in prediction of propagation path loss," IEEE Trans.Antennas Propagat.AP-32, 70-76頁, 1984年1月.


R.J. Luebbers, "Propagation prediction for hilly terrain using GTD wedge diffraction," IEEE Trans.Antennas Propagat.32巻、9号、951-955頁、1984年9月。


K.Chamberlin及びR. Luebbers, "An evaluation of Longley-Rice and GTD propagation models," IEEE Trans.Antennas Propagat.AP-30 巻、1093-1098 頁、1982 年 11 月。


McQuate, P. L., J. M. Harman, and A. P. Barsis (1968), "Tabulations of propagation data over irregular terrain in 230-9200 MHz frequency range", Part I: Gunbarrel Hill receiver site, ESSA Tech.Report ERL 65-ITS.