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Métodos de trazado de rayos y simulaciones

Los métodos de trazado de rayos utilizan rayos discretos para representar el avance de los frentes de onda a medida que se propagan desde un transmisor a través de una escena.

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Los rayos interactúan con la geometría de la escena a través de reflexiones, difracciones y transmisiones. Los rayos que llegan a un receptor representan los caminos que pueden recorrer las ondas desde el emisor hasta el receptor. El campo eléctrico, la potencia recibida y otras magnitudes electromagnéticas pueden calcularse mediante la superposición de las contribuciones de todas las ondas en propagación que llegan a ese punto receptor.

Existen dos métodos dominantes utilizados en el trazado de rayos, que se explican a continuación.

Rayos que disparan y rebotan (SBR):

Este enfoque dispara rayos en todas direcciones, normalmente con un espaciado angular fijo, y los sigue mientras interactúan y se dividen en trayectorias adicionales, reflejándose en superficies, transmitiéndose a través de ellas o difractándose en cuñas.

Teoría de la imagen:

A partir de un par predefinido de puntos finales (por ejemplo, un transmisor y un receptor), este enfoque encuentra todas las trayectorias entre los puntos, utilizando el método de las imágenes para determinar dónde se producirán las interacciones de trazado de rayos. A continuación, se repite el proceso para cada par de puntos de un cálculo.

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Figura 1: Rayos disparados y rebotados
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Figura 2: Teoría de la imagen

El SBR es un enfoque relativamente eficaz para encontrar trayectorias de trazado de rayos a través de una escena compleja, pero a medida que los rayos se propagan, se extienden continuamente y corren el riesgo de omitir interacciones con objetos más pequeños, además de incurrir en un error cada vez mayor en el cálculo de la longitud y la fase de la trayectoria. La teoría de la imagen, por otra parte, es un método más preciso, pero como debe repetirse para cada par de puntos Tx y Rx, puede ser muy intensivo desde el punto de vista computacional en una escena con un gran número de facetas y un gran número de pares de transmisión y recepción.

Por estas razones, los modelos de trazado de rayos más avanzados de Remcom en Wireless InSite® y WaveFarer®, que se basan en el trazador de rayos X3D, combinan ambas técnicas. El SBR se utiliza para encontrar las cadenas iniciales de interacciones, mediante el trazado de rayos acelerado en la GPU. A continuación, se utiliza la teoría de la imagen para realizar una corrección exacta de la trayectoria (EPC), encontrando las trayectorias precisas entre cada par de puntos. El resultado es la capacidad de encontrar trayectorias de propagación de forma eficiente, a la vez que se obtienen cálculos precisos del tiempo de llegada, la fase y la polarización. Las estimaciones precisas de estas magnitudes son cada vez más importantes, si no necesarias, para muchos problemas de interés actual, como el análisis MIMO, el desvanecimiento debido a la movilidad y el efecto Doppler.

La forma en que se trazan los rayos y se utilizan las trayectorias de propagación depende en gran medida de las técnicas físicas que se emplearán para calcular los campos electromagnéticos y la potencia en las antenas receptoras. Dos grandes categorías de técnicas incluyen (1) Óptica Geométrica y la Teoría Uniforme de Difracción, y (2) Óptica Física aumentada por el Método de Corrientes Equivalentes u otras técnicas similares para ajustar los efectos de borde.

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