Εκτίμηση &amp; πειραματική επιβεβαίωση του τρόπου διάδοσης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε αστικό περιβάλλον
Creators: name: Δημητρίου, Αντώνιος Γ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2006
Subjects: Μοντέλα διάδοσης
Κυψελικά συστήματα επικοινωνιών
Propagation models
Cellular communications

description: Στο πρώτο κεφάλαιο, το οποίο αποτελεί τη εισαγωγή της διατριβής, περιγράφεται το επιστημονικό υπόβαθρο γύρω από τη μοντελοποίηση των χαρακτηριστικών της διάδοσης ΗΜ κυμάτων σε αστικό πειβάλλον, τα κίνητρα που οδήγησαν στη συγκεκριμένη ερευνητική δραστηριότητα καθώς και οι αντικειμενικοί στόχοι της εργασίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται το απαραίτητο θεωρητικό υπόβαθρο που αφορά την εκπομπή, τη διάδοση και την αλληλεπίδραση ΗΜ κυμάτων με διαφορετικά μέσα, χρησιμοποιώντας ασυμπτωματικές τεχνικές υψηλής συχνότητας. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται αναλυτικά το προτεινόμενο ντετερμινιστικό μοντέλο εκτίμησης του τρόπου διάδοσης ΗΜ κυμάτων. Το μοντέλο βασίζεται στην εφαρμογή τεχνικών ακτίνων και της ενιαίας θεωρίας της περίθλασης. Οι εκτιμήσεις που λαμβάνονται είναι πιο ακριβείς από τις αντίστοιχες των υπαρχόντων προσεγγίσεων, ενώ ο χρόνος περάτωσης του μοντέλου είναι ο συντομότερος. Επίσης, προτείνεται μία νέα μέθοδος ανίχνευσης της τομής μιας ημιευθείας με ένα εμπόδιο στο χώρο, η οποία επιταύνει τη διαδικασία πρόβλεψης και δύναται να εφαρμοστεί και στα υπόλοιπα υπάρχοντα μοντέλα. Η ακρίβεια των λαμβανόμενων εκτιμήσεων επιβεβαιώνεται από πλήθος μετρήσεων που παρατίθενται αναλυτικά. Η δυνατότητα λήψης ενδιάμεσων εκτιμήσεων από εργαλεία πρόβλεψης βασισμένα σε τεχνικές ακτίων ερευνάται διεξοδικά στο τέταρτο κεφάλαιο. Προτείνεται ένα κριτήριο αξιολόγησης της τοπολογικής κατανομής ενδιάμεσων εκτιμήσεων, υποθέτοντας περιοχές είτε διαφορετικού, είτε ίσου ενδιαφέροντος σε αστικό περιβάλλον. Αναπτύσσονται δύο νέες στρατηγικές δόμησης του μοντέλου, κατάλληλες για κεραία εκπομπής τοποθετημένη πολύ κάτω του μέσω ύψους των γύρω κτιρίων, ικανές να προσαρμόζουν τη διαδικασία πρόβλεψης στις διαφορετικές τοπολογικές απαιτήσεις κάθε προβλήματος. Παρατίθενται συγκρίσεις με την καλύτερη προϋπάρχουσα στρατηγική σε τρία σενάρια. Σε όλες τις περιπτώσεις η πρώτη στρατηγική είναι καλύτερη της προϋπάρχουσας. Η δεύτερη στρατηγική εξασφαλίζει γρήγορα ικανοποιητική εποπτεία του τελικού αποτελέσματος του μοντέλου. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται ένα νέο ημιντετερμινιστικό μοντέλο εκτίμηση της διάδοσης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, το οποίο είναι κατάλληλο για κεραία εκπομπής τοποθετημένη πολύ κάτω του μέσου ύψους των κτιρίων σε αστικό περιβάλλον. Για τη μείωση της διάρκειας της διαδικασίας πρόβλεψης, διερευνήθηκε η δυνατότητα προσέγγισης της συνεισφοράς των πολλαπλώς ανακλώμενων οδεύσεων σε κάθε θέση μέσω μιας κατάλληλης γεωμετρικής προόδου. Αναλύθηκε ο τρόπος καθορισμού των χαρακτηριστικών της προόδου. Σε κάθε θέση, ο πρώτος όρος εκφράζει τη συμβολή της απευθείας όδευσης από μια κύρια ή δευτερεύουσα πηγή, ενώ οι επόμενοι όροι αντιπροσωπεύουν τις πολλαπλώς ανακλώμενες οδεύσεις. Ο λόγος της προόδου καθορίζεται βάσει των ηλεκτρομαγνητικών και γεωμετρικών χαρακτηριστικών του συγκεκριμένου περιβάλλοντος και της σχετικής θέσης της κεραίας του δέκτη ως προς την κεραία εκπομπής. Επομένως, πρεσβεύει ένα νέο μέτρο της "σκεδαστικής" συμπεριφοράς του περιβάλλοντος. Το κεφάλαιο ολοκληρώνεται παρουσιάζοντας συγκρίσεις μεταξύ των εκτιμήσεων του μοντέλου και ακριβέστερων λύσεων, όπου επιδεικνύεται οκανοποιητική συμφωνία. Στο έκτο κεφάλαιο διερευνώνται τα χαρακτηριστικά της σκέδασης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από τις επιφένειες των κτιρίων. Οι επιφάνειες των κτιρίων αντικαθίστανται από δύο ορθογώνειες σειρές από ακμές, οι οποίες υποκαθιστούν τους πραγματικούς σκεδαστές που βρίσκονται στην επιφάνεια των κτιρίων. Στη συνέχεια, εξετάζεται αναλυτικά η επίδρασ'η τους σε προσπίπτον ηλεκτρομαγνητικό κύμα, θεωρώντας την κεραία εκπομπής αρχικά κάτω και στη συνέχεια πάνω από το μέσο ύψος των κτιρίων. Για κεράια εκπομπής τοποθετημένη κάτω του μέσου ύψους των κτιρίων, προβλέπεται για πρώτη φορά αύξηση της ισχύος σε πολύ μεγάλες αποστάσεις, παρά την απομάκρυνση του δέκτη από τον πομπό. Το φαινόμενο αυτό εξηγείται αναλυτικά. Η δημιουργία του βασίζεται στην ομοιότητα των σκεδαστών, η οποία συνεπάγεται τη συμφασική υπέρθεση των οδεύσεων που φτάνουν στον δέκτη από αυτούς σε μακρινές αποστάσεις. Οι προβλέψεις επαληθεύονται και πειραματικά, μέσω μετρήσεων που διενεργήθηκαν σε δύο δρόμους της Θεσσαλονίκης. Στο έβδομο κεφάλαιο παρατίθενται τα βασικά συμπεράσματα της ερευνητικής δραστηριότητας και προτείνονται οι κατευθύνσεις για πιθανές μελλοντικές επεκτάσεις της. Επίσης, συνοψίζεται η συνεισφορά της διδακτορικής διατριβής, με τον κατάλογο των σχετικών δημοσιεύσεων σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά και ανακοινώσεων σε εθνικά ή διεθνή συνέδρια
description: In the first chapter that represents the introduction of the thesis, the scientific background under propagation-prediction modeling is summarized. In short, we present the motivation and the aims of the specific research activity. In the second chapter, the necessary theoretical background regarding transmission and prediction model, based on a combination of ray-tracing and the Uniform Theory of Diffraction(UTD). When compared with the classic approach, the proposed model delivers more accurate estimations in a shorter model is verified by numerous measurements. The potential of recieving intermediate estimations from such a model is investigated in the fourth chapter. A new criterion for the evaluation of the topological estimation of intermediate predictions is put forward. It allows for setting areas of different priorities. Two strategies, capable of adjusting the estimation-process in the different constraints set by the user are developed. Both strategies are suitable for an antenna plac4ed well below the average rooftop level in an urban environment. Comparison with the best pre-existing technique are provided in three different scenarios. Each of the proposed strategies demonstrates optimum behavior in different applications and hence should be selected accordingly. In the fifth chapter, a new semi-deterministic propagation prediction model, suitable for an antenna placed well below rooftop level in an urban environment is presented. We investigated the potential in order to reduce the total running time. In each position, the first term of each progress represents the contribution of the direct ray from a main or a secondary source(wedge) and the following terms represent the multiply reflected rays.The ration of the progress is set based on the electromagnetic and geometric represents a new measure of the "scattering" behavior of the environment. The chapter is concluded by demonstrating comparisons among estimations of the model and other estimations obtained by a deterministic approach, where good agreement is maintained both in line-of-sight and non line-of-sight conditions. In the sixth chapter, we investigate the characteristics of scattering of EM waves by the facades of the buildings in represent the actual scatterers. Then we evaluate their influence on an incident EM wave, assuming the antenna is placed initially below and then above the average rooftop level. For a transmitting antenna placed below rooftop level, a field rise at longer distances is calculated, despite the fact that the distance among the transmitter and receiver is increased. This phenomenon is analytically explained. Its formation is based on the similarity among successive scatterers that results the constructive interference of the arriving waves at the receivers. The estimations are validated experimentally through measurements that were conducted in two different streets in Thessaloniki, Greece. In the final chapter we present the conclusions derived in this thesis and suggest new directions for future research. Also a list of publications in refered international journals and conferences is given