Home Column レイトレース法とFDTD法の比較(トンネル内電波伝搬) コラム技術コラム2023.06.30 レイトレース法とFDTD法の比較(トンネル内電波伝搬) レイトレース法は電波を光に見立てて、直接波や正規反射と回折のパスで近似したものです。おおよその精度はあると一般的には言われていますが、レイトレース法の精度を心配する研究者はまだ多いと言えます。そこで、実際にシンプルなトンネルという環境で、レイトレース法と厳密な解析である電磁界解析(FDTD法)を比較してみました[1]。 モデル モデルケースは二つあり、一つはトンネルのみのモデル、もう一つはトンネル内に車両を入れたモデルです。トンネルの寸法は断面が4.3 m×3.8 m、長さが100 mです。車両の寸法は断面が2.0 m×2.8 m、長さが20 mです。 トンネルと車両のモデルの寸法 送受信点の位置 送信点はトンネルの入り口から10 m、高さ2.82 mの位置に、Center(断面の中心位置、トンネル端から1.9 m)とSide(断面の中心位置、トンネル端から1.02 m)の二点を配置しています。受信点はトンネル内部に直線状に10 mの長さで配置してあり、髙さはLow(1.47 m)とHigh(2.82 m)の二通り、トンネル両端からはRightとLeft(それぞれ左右のトンネル端から1.183 m)の二通り、計四通りに配置しています。 送受信点位置 トンネル内での伝搬利得比較 送信点がトンネル断面中心の場合、FDTD法とレイトレース法はよく一致しています。 同様に、送信点がトンネル断面壁側の場合にも、FDTD法とレイトレース法はよく一致しています。 トンネル+車両モデルでの伝搬利得比較 トンネル内に車両が一つある場合、FDTD法とレイトレース法はよく一致しています。 車両が二つの場合でも同様に、FDTD法とレイトレース法はよく一致しています。 下記はFDTD法でのトンネル上面から見た図で、左がトンネルモデル、右がトンネル+車両モデルの結果です[2]。 まとめ FDTD法とレイトレース法では、平均で3 dBの誤差となり、レイトレース法の精度が実証されたといえます。 [1]Gilbert Siy Ching, Kensuke Tsuda, Yukiko Kishiki,"Comparison of Propagation Characteristics Using Ray Tracing Method and FDTD for Wireless Services inside Tunnels," IEICE Technical Report, AP2012-37, July 2012. [2]Gilbert Siy Ching, Kensuke Tsuda, Yukiko Kishiki, Masahiko Kawamura, "Field Predictions inside Electrically Large Tunnel with Objects Using FDTD," 2012 IEICE General Conference, Sep. 2012. (Toyama, Japan). 参考:共通の計算条件 周波数やアンテナ、トンネル、車両の材質は以下の通りです。 参考:二つの手法の計算条件 レイトレース法とFDTD法で特有の計算条件は以下の通りです。レイトレース計算には電波伝搬解析ツール「RapLab」を、FDTD計算には電磁界シミュレーションソフトウェア「XFdtd」を使用しました。 以上、「レイトレース法とFDTD法の比較(トンネル内電波伝搬)」でした。 構造計画研究所では、目的に合わせた多種多様な電波伝搬解析ツールを取り扱っております。レイトレース法とFDTD法を使用した今回の解析ツールは以下をご覧ください。 高速・高精度かつグラフィカルな電波伝搬解析ツール「Wireless InSite」 イメージング法による高精度な電波伝搬解析ツール「RapLab」 FDTD法による電磁界解析ツール「XFdtd」 一覧へ戻る 前の記事へ DXのための無線通信システム検討法 2/2 次の記事へ 電波伝搬シミュレーション「レイトレース法」とは?? 最新記事 2023.12.08 Wireless InSite ver.3.4の新機能 ~RIS反射・透過板機能のご紹介~ 2023.11.14 衛星測位シミュレーションとは?測位精度を予測する技術を紹介 2023.11.09 PLATEAU 3D都市モデルを活用した電波伝搬シミュレーション 2023.09.25 より測定に近い電波伝搬シミュレーションを実現 実践!フェージングシミュレーション 2023.08.01 28GHz無線通信実験(その2) ~OSSベースのミリ波5G基地局~ 関連記事 2023.12.08 Wireless InSite ver.3.4の新機能 ~RIS反射・透過板機能のご紹介~ 2023.06.30 電波伝搬シミュレーション「レイトレース法」とは?? 2023.06.30 電波はどのように届く?? 2022.12.19 任意地点、時刻のGNSS信号を自由に模擬GNSSジェネレータ -SDR-SATの開発現場より- 2023.06.27 ワイヤレス環境改善の新アプローチ「ネットワークシミュレーション」