基于CUDA技術(shù)的城市小區(qū)電波傳播并行計(jì)算研究.pdf

1、隨著高頻移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，一方面用戶(hù)急增，對(duì)系統(tǒng)容量提出了更高的要求；另一方面輻射源有增無(wú)減，電磁污染越發(fā)嚴(yán)重。在此背景下預(yù)測(cè)復(fù)雜地理環(huán)境下的電波傳播已成為一個(gè)重要的研究課題，這將是移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、組網(wǎng)、優(yōu)化的重要參考依據(jù)。近年來(lái)，隨著蜂窩的小型化，波長(zhǎng)的趨短化，射線跟蹤方法被廣泛地應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境下的電波傳播預(yù)測(cè)。但是傳統(tǒng)的深度遞歸搜索式射線跟蹤算法耗時(shí)長(zhǎng)、對(duì)計(jì)算機(jī)硬件配置要求高。
　　在統(tǒng)一計(jì)算設(shè)備架構(gòu)（CUDA）被提出用于

2、通用計(jì)算的背景下，本文提出了CUDA技術(shù)與射線跟蹤相結(jié)合的電波傳播并行射線跟蹤方法。本文從電磁輻射以及天線的基本原理出發(fā)，通過(guò)數(shù)值計(jì)算并給出了本文所用單偶極子的E面、H面方向圖。分析了電波傳播的直射、反射、繞射機(jī)制，并對(duì)各種傳播機(jī)制進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算，給出了自由空間衰減隨距離、反射系數(shù)與入射角、繞射系數(shù)與繞射角的關(guān)系曲線。介紹了傳統(tǒng)串行射線跟蹤方法，為了與后續(xù)并行射線跟蹤進(jìn)行有效的對(duì)比，作者設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的三維地理數(shù)據(jù)庫(kù)，給定了各元素

3、的幾何尺寸以及電磁特性參數(shù)，經(jīng)串行跟蹤之后，得出了接收終端與距離的關(guān)系曲線圖并分析了此圖的相關(guān)特征，還記錄了計(jì)算所用時(shí)間以備后續(xù)參考。
　　本文研究和發(fā)展了并行射線跟蹤方法，搭建了本次所用的CUDA硬件架構(gòu)。在熟悉 CUDA硬件以及軟件環(huán)境的基礎(chǔ)上，針對(duì)本次任務(wù)提出了自己的并行射線跟蹤框圖和算法。研究了將單偶極子天線輻射出的遠(yuǎn)場(chǎng)球面波按天頂角、方位角劃分為射線管，并將所有射線管與GPU硬件上block和thread索引編號(hào)一一對(duì)應(yīng)

4、，從而正確有效地配置 Kernel核函數(shù)的執(zhí)行參數(shù)。研究了并行射線跟蹤直射、反射、繞射等主要機(jī)制的kernel函數(shù)內(nèi)部框架。最后通過(guò)數(shù)值計(jì)算給出了在同一地理數(shù)據(jù)庫(kù)下并行射線跟蹤結(jié)果，并在相同的條件下與串行射線跟蹤進(jìn)行了接收?qǐng)鰪?qiáng)對(duì)比，分析其結(jié)果說(shuō)明并行射線跟蹤不但可以適當(dāng)?shù)靥岣哂?jì)算精度耏而且還節(jié)省了耗時(shí)。另外，還給出了天線高度對(duì)終端接收?qǐng)鰪?qiáng)的影響，不同路徑下建筑物對(duì)終端接收?qǐng)鰪?qiáng)的影響。
　　利用面向?qū)ο蟮乃枷?，將所有元素?lèi)化并給出相