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【摘要】 时域射线跟踪技术是研究室内环境下超宽带信号透射特性的有效方法。本文利用时域射线跟踪方法研究了超宽带信号在室内环境的透射特性。然后对典型室内环境仿真，分析透射对超宽带信号功率延迟分布的影响。
【关键词】 时域射线追踪方法 透射 功率延迟分布
一、理论基础
在复杂室内环境中，UWB信号会产生空间扩散传播，墙面（包括室内的墙面）、地面、天花板、门窗等都会产生反射、透射等现象。根据射线跟踪方法就可以按照每一条径所遇到的电波传播现象卷积时域的传播系数，得到某一极化方式下的接收波形，从而得出功率等重要信息。
对于有耗介质，复介电常数为ε=ε0（εr+σg/jω），其中σg=120πσc。经过拉普拉斯变换，并根据拉普拉斯变换的性质，将频域反射系数变换得到时域反射系数[1、2]：
（1）
式中In（t）为n阶的贝塞尔函数，K=，a=τ/2，τ=σg/ε。
对于水平极化，κ=；对于垂直极化，κ=。其中“+”表示水平极化；“-”表示垂直极化，对下文中的表示都如此。
根据电磁理论，透射系数和反射系数存在以下的等式关系[3]：
T（t）=I+R（t） （2）
式中I为单位矩阵。
故在有耗介质中传播时，时域的透射系数为T（t）[3]：
（3）
式中各参数的含义与（2）式中一致。
二、环境仿真
本文采用文献[1]中的仿真环境是一个的空房间。在文献[1]中，研究者并没有考虑到透射现象对超宽带信号传播的影响。但是在复杂的室内环境中，透射也是一种非常重要的传播机制。本文对文献[1]中的环境进行改造，在房间中间加了一堵带有木门的墙，来代替室内实际环境中房间的墙，以讨论对超宽带信号传播的影响。并忽略了天线和波形的对传播的影响。房间的结构如图1所示。
经过对传播环境的仿真，分别在不同的极化方式下，逐渐增加透射的次数，得到图2和图3的数据。
如图2和图3所示，在考虑透射时，明显出现峰值减小，出现时间滞后的现象。但是而且增加了透射次数之后也并不能改变这种现象。图中三次反射三次透射曲线和三次反射二次透射曲线几乎是重叠的，也正说明了这一点。
三、结论
通过对室内复杂环境中UWB信号的透射特性分析，可以得到：第一，在考虑透射和不考虑透射时，接收机接收到的功率峰值大小以及峰值出现的时间有着明显不同。考虑透射时，会出现一个峰值减小且峰值出现的时间会滞后；第二，在考虑透射的影响之后，出现如第一点所示的结论之外，增加或减少透射次数并不能改变峰值大小和出现时间。对于在考虑透射时会出现峰值减小及峰值出现时间滞后现象的原因，由于电波在有耗介质中传播时，传播速度有所降低，且传播的能量也被有耗介质吸收。所以才会出现峰值减小和峰值出现时间滞后的现象。当然，对于不同电磁特性的介质，有着不一样的影响。这就使得在复杂室内环境中，超宽带通信系统的研究和设计都不能忽视这种影响。
参 考 文 献
[1] R. Yao， et al. UWB Multipath Channel Based on Time-Domain UTD Technique[C]. Globe Telecommunications Conference 2003 （GLOBCOM’ 03）， 2003：1205-1210.
[2] P. R. Barnes， Frederick M. Tesche. On the Direct Calculation of a Transient Plane Wave Reflected from a Finitely Conducting Half Space[J]. IEEE Transaction on Electromagnetic Compatibility， 1991， 33（2）：90-96.
[3] F. Saez de Adana， O. Gutierrez et al. Efficient Time-Domain Ray-Tracing Technique for the Analysis of Ultra-Wideband Indoor Environments Including Lossy Materials and Multiple Effects[J]. International Journal of Antennas and Propagation， 2009：1-8.
【关键词】 时域射线追踪方法 透射 功率延迟分布
一、理论基础
在复杂室内环境中，UWB信号会产生空间扩散传播，墙面（包括室内的墙面）、地面、天花板、门窗等都会产生反射、透射等现象。根据射线跟踪方法就可以按照每一条径所遇到的电波传播现象卷积时域的传播系数，得到某一极化方式下的接收波形，从而得出功率等重要信息。
对于有耗介质，复介电常数为ε=ε0（εr+σg/jω），其中σg=120πσc。经过拉普拉斯变换，并根据拉普拉斯变换的性质，将频域反射系数变换得到时域反射系数[1、2]：
（1）
式中In（t）为n阶的贝塞尔函数，K=，a=τ/2，τ=σg/ε。
对于水平极化，κ=；对于垂直极化，κ=。其中“+”表示水平极化；“-”表示垂直极化，对下文中的表示都如此。
根据电磁理论，透射系数和反射系数存在以下的等式关系[3]：
T（t）=I+R（t） （2）
式中I为单位矩阵。
故在有耗介质中传播时，时域的透射系数为T（t）[3]：
（3）
式中各参数的含义与（2）式中一致。
二、环境仿真
本文采用文献[1]中的仿真环境是一个的空房间。在文献[1]中，研究者并没有考虑到透射现象对超宽带信号传播的影响。但是在复杂的室内环境中，透射也是一种非常重要的传播机制。本文对文献[1]中的环境进行改造，在房间中间加了一堵带有木门的墙，来代替室内实际环境中房间的墙，以讨论对超宽带信号传播的影响。并忽略了天线和波形的对传播的影响。房间的结构如图1所示。
经过对传播环境的仿真，分别在不同的极化方式下，逐渐增加透射的次数，得到图2和图3的数据。
如图2和图3所示，在考虑透射时，明显出现峰值减小，出现时间滞后的现象。但是而且增加了透射次数之后也并不能改变这种现象。图中三次反射三次透射曲线和三次反射二次透射曲线几乎是重叠的，也正说明了这一点。
三、结论
通过对室内复杂环境中UWB信号的透射特性分析，可以得到：第一，在考虑透射和不考虑透射时，接收机接收到的功率峰值大小以及峰值出现的时间有着明显不同。考虑透射时，会出现一个峰值减小且峰值出现的时间会滞后；第二，在考虑透射的影响之后，出现如第一点所示的结论之外，增加或减少透射次数并不能改变峰值大小和出现时间。对于在考虑透射时会出现峰值减小及峰值出现时间滞后现象的原因，由于电波在有耗介质中传播时，传播速度有所降低，且传播的能量也被有耗介质吸收。所以才会出现峰值减小和峰值出现时间滞后的现象。当然，对于不同电磁特性的介质，有着不一样的影响。这就使得在复杂室内环境中，超宽带通信系统的研究和设计都不能忽视这种影响。
参 考 文 献
[1] R. Yao， et al. UWB Multipath Channel Based on Time-Domain UTD Technique[C]. Globe Telecommunications Conference 2003 （GLOBCOM’ 03）， 2003：1205-1210.
[2] P. R. Barnes， Frederick M. Tesche. On the Direct Calculation of a Transient Plane Wave Reflected from a Finitely Conducting Half Space[J]. IEEE Transaction on Electromagnetic Compatibility， 1991， 33（2）：90-96.
[3] F. Saez de Adana， O. Gutierrez et al. Efficient Time-Domain Ray-Tracing Technique for the Analysis of Ultra-Wideband Indoor Environments Including Lossy Materials and Multiple Effects[J]. International Journal of Antennas and Propagation， 2009：1-8.