Υπολογιστική Ανάλυση Της Διάδοσης Ηλεκτρομαγνητικών Κυμάτων Σε Ασύρματες Επικοινωνίες Εσωτερικού Χώρου

Abstract

Στις σύγχρονες ασύρματες επικοινωνίες, για την σχεδίαση ενός δικτύου ιδιαίτερη βαρύτητα δίνεται στην απόδοση, στην μείωση του κόστους, στην ασφάλεια και στην συμμόρφωση με τους κανονισμούς ασφαλείας. Έτσι, για τη σχεδίαση δικτύων σε εσωτερικούς χώρους εφαρμόζονται υπολογιστικά μοντέλα για την πρόβλεψη της κατανομής του ηλεκτρικού πεδίου, των διαλείψεων και των φαινομένων πολλαπλών οδεύσεων σε εσωτερικούς χώρους. Οι κυρίαρχες μέθοδοι που χρησιμοποιείται για την προσομοίωση τέτοιων καναλιών διάδοσης ανήκουν στην οικογένεια των τεχνικών παρακολούθησης ακτίνας (ray-tracing). Οι μέθοδοι αυτές έχουν το μειονέκτημα ότι για την ακριβή περιγραφή όλων των μηχανισμών διάδοσης, όπως διαθλάσεις, ανακλάσεις και περιθλάσεις εντός κτιρίων πολύπλοκης γεωμετρίας απαιτείται η χάραξη τεράστιου αριθμού ακτίνων μαζί με την πλήρη τροχιά. Στην διατριβή αυτή προτείνεται μία νέα μέθοδος που συνδυάζει την ευρείας γωνίας παραβολική εξίσωση πολλαπλών βημάτων, βασισμένη στην προσέγγιση Pade και ολοκληρωτικές εξισώσεις. Στο πρώτο βήμα της μεθόδου η παραβολική εξίσωση εφαρμόζεται για τον υπολογισμό του πεδίου στο εσωτερικό των δομικών στοιχείων του κτιρίου. Η χρήση της παραβολικής εξίσωσης έχει το πλεονέκτημα ότι διασπά το τρισδιάστατο πρόβλημα στην διαδοχική επίλυση διδιάστατων προβλημάτων αλλά δεν λαμβάνει υπόψη κάποια σημαντικά φαινόμενα που έχουν να κάνουν με την προς τα πίσω σκέδαση. Έτσι στο δεύτερο βήμα θεωρώντας στο εσωτερικό των δομικών στοιχείων δευτερεύουσες πηγές εφαρμόζεται η μέθοδος των ολοκληρωτικών εξισώσεων με την οποία υπολογίζεται το πεδίο σε όλα τα σημεία του υπό εξέταση χωρίου. Για την επιβεβαίωση της καταλληλότητας της μεθόδου εφαρμόστηκε αρχικά η μέθοδος σε προβλήματα σκέδασης από διηλεκτρικό κύλινδρο και σφαίρα. Για την καλύτερη όμως τεκμηρίωση της ισχύος της μοντελοποιήθηκε ένα πολύπλοκο κτίριο αποτελούμενο από δώδεκα γραφεία συνολικού εμβαδού 535m2. Για τις προσομοιώσεις επιλέχθηκαν οι συχνότητες των 1 και 2.5GHz που είναι δύο από τις συνηθέστερες συχνότητες που χρησιμοποιούνται σε σύγχρονα ασύρματα συστήματα επικοινωνιών. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων συγκρίθηκαν με μετρήσεις σε 98 διαφορετικά σημεία του χωρίου υπολογισμού επιβεβαιώνοντας ότι η προτεινόμενη μέθοδος παρέχει ακριβή πρόβλεψη της λαμβανόμενης ισχύος σε κάθε σημείο του υπολογιστικού χωρίου και μπορεί να αποτελέσει μια ισχυρή μέθοδο για τον σχεδιασμό σύγχρονων ασυρμάτων δικτύων καθώς και δικτύων κινητής τηλεφωνίας.