Fakulta elektrotechnická

České vysoké učení technické v Praze

ČVUT v Praze

Šíření rádiových vln

Katedra elektromagnetického pole
Technická 2, 166 27 Praha 6
tel. 224352280, fax. 233339958

ODKAZ NA STRÁNKY SKUPINY - PROPAGATION.ELMAG.ORG

Kdo jsme?

Jsme výzkumná skupina zabývající se šířením rádiových vln v atmosféře. Cílem výzkumu je především vývoj modelů šíření různých typů signálů pro potřeby plánování moderních komunikačních systémů, např. mobilních sítí.
Obecně se zabýváme výzkumem šíření elektromagnetické vlny, resp. signálu, v Zemské atmosféře pro potřeby plánování rádiových systémů. Cílem je, na základě teorie i experimentů, najít vhodné modely šíření signálu pro dané prostředí a danou aplikaci. Problematika šíření elektromagnetických vln pro rádiové komunikační systémy je značně rozsáhlá a rozmanitá. Na šíření signálu mají zásadní vliv mnoho faktorů. Patří mezi ně náhodné, obtížně popsatelné jevy jako jsou počasí, nebo statické překážky na zemském povrchu, typicky zástavba. Experimentální pozorování a hledání zjednodušení obecných scénářů jsou tak nevyhnutelné. Požadavky na příslušný model šíření vycházejí z daného rádiového systému, součástí naší činnosti jsou tak i simulace na systémové úrovni. Některé vybrané problémy, kterými se zabýváme, jsou uvedeny níže.

Náš tým

Pavel Pechac
koordinuje aktivity v oblasti šíření rádiových vln na katedře Eelektromagnetického pole.

Stanislav Zvánovec
je zaměřen především na šíření vln v pásmu milimetrových, submilimetrových a terahercových vln. Také se zabývá vláknovou a "free-space" optikou. V rámci výzkumu šíření vln pro systémy typu point-to-multipoint vyvinul novou metodu klasifikace dešťových událostí.

Martin Mudroch
se věnuje aplikací neuronových sítí v oblasti šíření vln v troposféře.

Robert Urban
se zaměřuje na šíření signálů v časové oblasti a šíření širokopásmévých signálů (Ultra Wide Band - UWB), dále se věnuje kognitivnímu radiu (cognitive radio) a spojení těchto dvou technologií. Dále se zabývá na širokopásmové snímání spektra jako jeden ze základních vstupů pro kognitivní rádio.

Luděk Šubrt (first man)
se zabývá modelováním šíření elektromagnetických vln ve vnitřních prostorách. V rámci této činnosti vyvíjí nový 3D model šíření vln. Jeho nejnovější výzkum je zaměřen na inteligentní řízení signálového pokrytí za pomoci inteligentních stěn

Petr Horák
zabývá se vlivem vegetace na procházející signál pro spoje s vysokou elevací.

Milan Kvičera
se věnuje šíření družicového signálu do budov v pásmech L, S, C a polarizačnímu měření antén.

Michal Šimůnek
zabývá se modely šíření elektromagnetických vln pro komunikační spoje mezi bezpilotními letouny (UAV) a pozemním přijímačem.

Otakar Jícha
bádá nad novými metodami odhadu výškového profilu indexu lomu v nejnižších vrstvách troposféry na základě radiometeorologických měření.

K čemu to je

Žádný rádiový systém, tj. systém, který využívá bezdrátový přenos informace, se nevyhne plánování z hlediska šíření vlny - signálu. Vhodný model šíření signálu umožní vybrat typ a umístění antén, optimalizovat kvalitu a spolehlivost dané služby, analyzovat interference atd. Nové perspektivní rádiové systémy přinášejí stále nové požadavky na výzkum šíření signálu v nejrůznějších frekvenčních pásmech. Při podrobném výzkumu výzkumů nových technologií je možné se prosadit i na mezinárdoní scéně.

Na čem konkrétně pracujeme

všechny projekty

Simulace šíření rádiových vln

  • predikce šíření úzkopásmové vlny (signálu) ve smyslu prostorového určení "parametrů signálu" na základě popisu přenosového prostředí a konkrétního prostorového uspořádání mobilního či pevného spoje uvnitř i vně budov
  • modelování rozložení výkonové úrovně, impulzové odezvy a dalších charakteristik pro systémy GSM, WLAN, UMTS, MIMO...

3D model šíření vln

  • založený na kombinaci deterministického a stochastického přístupu
  • uvažuje nerovnosti povrchu
  • materiálové konstanty nahrazeny pravděpodobnostními parametry
  • výpočty prostorového rozložení pole (signálového pokrytí), impulzní odezvy, úhlů příchodu paprsků k přijímači

3D model

demonstrační video

Inteligentní řízení signálového pokrytí za pomoci inteligentních stěn

  • řízení pokrytí pomocí inteligentních stěn na základě aktuální pozice uživatelů ve scénáři
  • inteligetní stěny obsahují senzory a aktivně frekvenční selektivní povrch
  • bezdrátová kognitivní síť je schopná pozorovat, učit se, optimalizovat a rozhodovat se na základě dat získaných ze základnových stanic a senzorů umístěných na stěnách
  • kognitivní řízení sítě zvyšuje výkon až o několik desítek procent

Intelligent control

Vliv deště na systémy pracující v milimetrových pásmech

  • analýzy a metodiky pro výpočet časoprostorových statistik point-to-multipoint systémů pro specifické oblasti a za daných srážkových událostí
  • zkoumání účinků srážkových událostí na chování systémů využívajících prostorové diverzity
  • nová metodika pro klasifikaci prostorových charakteristik srážek v závislosti na chování systémů typu point-to-multipoint

Vliv vegetace na procházející signál pro spoje s vysokou elevací

Se zvyšujícími se nároky na bezdrátovou komunikaci, kvalitu přenosu a množství přenesených dat, se také zvyšuje nutnost hlubšího zkoumání vlivu vegetace na procházející signál nejen pro pozemní, ale i pro satelitní spoje. Za posledních několik desítek let byla provedena měření, za účelem zjištění různých vlivů na procházející signál skrz vegetaci, především pro pozemní spoje. Pro spoje s vysokou elevací byla tato měření provedena pouze v malém množství případů, a když, tak pouze pro omezené měřené scénáře. Z tohoto důvodu byla navržena nová měřící kampaň za účelem zkoumání vlivu vegetace na spoje s vysokou elevací, tak aby během měření byly postiženy vlivy různých měřících scénářů, frekvencí a ročních období. Byly vybrány dva základní měřící scénáře, z nichž první definuje pozemní terminál umístěn vně vegetace tak, že pro všechny elevace je spoj zcela zakryt vegetací. Ve druhém měřícím scénáři je pozemní terminál umístěn do určité vzdálenosti od osamoceného stromu. Z obou měřících scénářů byly následně odvozeny modely šíření zahrnující vliv ročního období a frekvence.

Stratosférické platformy ve velkých výškách

  • aplikace Platforem ve velkých výškách (HAP) pro systémy UMTS a WiMAX
  • predikce šíření v 3G a WiMAX frekvenčních pásmech pro pozemní a HAP sítě, ověření na základě měření
  • využitím platforem ve vysokých výškách pro pokrývání území signálem
  • nalezení největší možné buňky pro jednotlivé služby

Intelligent control

Troposférická refrakce

  • modelování šíření vln v troposféře
  • nové metody nepřímého určování výškového profilu refraktivity

 

Šíření v časové oblasti

  • modelovaní šíření pulzů v časové oblasti
  • využití UWB pro komunikační řetězec a detekci signálů
  • aplikace kognitivního rádio spolu s technologií UWB
  • tvarování signálů UWB pro optimalizaci přenosové rychlosti a využítí frekvenčního spektra

UWB

Kdo financuje náš výzkum

Zde je několik grantových projektů našeho pracoviště, které se tematicky výhradně zaměřují na problematiku šíření vln. Výzkumu šíření vln se dále zabýváme v rámci výzkumného záměru.

  • Basic Research of Radiometeorology Properties of Tropospheric Ducting Layers by Using Artificial Intelligence Methods, Czech Science Foundation, grant no. P102/10/1901, 2010-2012
  • Propagation Modeling of Shadowing by Vegetation for Mobile Satcom & Satnav Systems, Czech Ministry of Education, Youth and Sports, grant no. OC09074,2009-2012
  • Building Penetration Measurement and Modelling for Satellite Communications at L, S and C-Band, ESA PECS project No. 98069, 2009-2010

  • více

S kým spolupracujeme

V oblasti šíření vln pro tzv. platformy ve velkých výškách (HAP) spolupracujeme s univerzitou v Yorku a dalšími partnery v rámci mezinárodního projektu COST 297. S Českým metrologickým institutem spolupracujeme v oblasti experimentálního výzkumu šíření vln v troposféře. V oblasti modelování šíření vln pro družicové rádiové spoje a spoje s UAV spolupracujeme s univerzitou ve španělském Vigu a dalšími partnery v rámci mezinárodního projektu COST IC0802.

Vybrané publikace


Za obsah odpovídá: doc. Ing. Milan Polívka, Ph.D.