CN116318488A - 基于射线追踪的人员密集场所太赫兹mimo通信系统评估方法 - Google Patents

基于射线追踪的人员密集场所太赫兹mimo通信系统评估方法 Download PDF

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CN116318488A CN202310362750.2A CN202310362750A CN116318488A CN 116318488 A CN116318488 A CN 116318488A CN 202310362750 A CN202310362750 A CN 202310362750A CN 116318488 A CN116318488 A CN 116318488A
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沈韬
王青旺
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Abstract

本发明涉及太赫兹MIMO无线通信系统领域，具体涉及一种基于射线追踪的人员密集场所太赫兹MIMO通信系统评估方法。本发明通过建立仿真环境模型，基于射线追踪法预测太赫兹信道模型，根据发射功率、MIMO天线角度、噪音系数等参数，得出通信系统的接收功率、SNR、路径损耗等信道模型参数。根据太赫兹通信系统仿真的数据结果分析均方根时延扩展、BER和信道容量等通信系统性能。通过改变室内不同环境状态，研究了三种不同的太赫兹通信系统模型，具有一定实用性，对人员密集场所的太赫兹通信系统设计与评估具有重要意义。

Description

基于射线追踪的人员密集场所太赫兹MIMO通信系统评估方法
技术领域
本发明涉及太赫兹通信技术领域，具体涉及一种基于射线追踪的人员密集场所太赫兹MIMO通信系统评估方法。
背景技术
太赫兹通信具有超高带宽，方向性较强，安全性较高等优点，在室内场景中，也存在随着人员的走动带来的阴影损失问题，本发明对人员密集的办公室场景太赫兹通信信道特性分析，进而对系统进行评估，从而不断改善网络环境，提高用户体验感。
本发明运用射线追踪方法，首先建立3D确定性办公室场景模型，根据使用的太赫兹频段来设定室内不同材料的相关参数，然后在室内中央合适的位置放置发射器，根据仿真不同情形来放置接收器，最后预测太赫兹传输通信信道和信道模型中的路径损耗、接收功率、均方根时延扩展等相关参数。
然而，目前室内人员不同情形对太赫兹频段下室内使用MIMO天线并运用波束赋形和分集接收技术的通信系统的影响尚未做深入分析。现有人体遮挡对10GHz,28GHz,60GHz三个频段下的影响，静止状态下不同人员密度对2.6GHz频段的影响，太赫兹频段下天线方向性对人体堵塞的信号影响等，对太赫兹频段的密集人员通信场景研究较少，且不同状态下的密集人员研究不够深入，同时实验数据也不够全面。
发明内容
为了对人员密集场所的太赫兹通信做进一步分析，本发明提供一种基于射线追踪的人员密集场所太赫兹MIMO通信系统评估方法。
本发明提供一种基于射线追踪的人员密集场所太赫兹MIMO通信系统评估方法，具体步骤如下：
S1：建立室内场所三维仿真模型，设置墙壁厚度和高度，根据所选频段设定室内建筑材料的相对介电常数和电导率；
S2：设定太赫兹电磁波传输环境参数，包括载波频率，频带宽度，发射功率，噪音系数，MIMO天线以及天线角度等；
S3：根据S1-S2所设定的参数，射线追踪从发射端到接收端预测信道路径，仿真出接收功率、路径损耗、RMS到达角扩展等通信系统信道参数，并最终生成发射器下方区域的信号强度覆盖图；
S4：根据通信系统信道参数得到自由空间传输损耗，分子吸收损耗，冲激响应，功率时延谱等，分析均方根时延扩展、信道容量，SNR等信道统计特性，评估人员密集场所下的太赫兹通信系统的性能；
S5：调整仿真环境，通过改变不同人员密度，行走路径及速度，人员移动状况，回到环节S1，产生新的传输信道，分析太赫兹通信系统；
可选的，步骤S1中，对室内场所人员进行随机分布构成不同的人口密度，形成仿真模型一；步骤S5在模型一的基础上，接收端以不同的速度进行移动，形成模型二；在模型一的基础上，接收端静止，工作人员移动，形成模型三。
可选的，接收功率是指接收器接收的有效路径的功率之和，表达式为：
Figure SMS_1
；
其中，
Figure SMS_3
表示信号波长，/>
Figure SMS_7
表示发射信号的频谱/>
Figure SMS_9
与接收器接收的频谱/>
Figure SMS_4
的重叠，/>
Figure SMS_6
表示自由空间阻抗，/>
Figure SMS_8
表示第i条射线到达接收端的俯仰方向的电场强度，/>
Figure SMS_10
表示第i条射线到达接收端的水平方向的电场强度，/>
Figure SMS_2
和/>
Figure SMS_5
表示射线的到达角度。
以dBm为单位的接收功率如下式表示：
Figure SMS_11
其中，
Figure SMS_12
表示通信系统中的其他所有的损耗。总接收功率在当所有场相干组合的情况下，表达式为：
Figure SMS_13
；
可选的，所述路径损耗就是信号从发射器到接收器传播时能量功率的损耗。当收发天线不是理想的各向同性天线，有各自的增益，发射天线的增益为
Figure SMS_14
，接收天线的增益为/>
Figure SMS_15
，路径损耗为：
Figure SMS_16
；
其中，
Figure SMS_17
表示该发射天线的最大增益，/>
Figure SMS_18
表示该接收天线的最大增益，/>
Figure SMS_19
表示系统中所有其他损耗的总和，路径损耗等于负的路径增益。在定向天线中，天线的方向决定了路径损耗的大小，定向天线并不像全向天线一样完全依赖于频率和场景。在太赫兹通信中，使用MIMO定向天线可以提高抗衰落的增益。
可选的，所述所述RMS到达角扩展是到达角在所有MIMO元素和元素路径上的垂直，水平和总角扩展。RMS到达角表达式为:
Figure SMS_20
；
Figure SMS_21
；
其中，
Figure SMS_22
是垂直到达角，/>
Figure SMS_23
是水平到达角，/>
Figure SMS_24
是总到达角。
Figure SMS_25
；
Figure SMS_26
；
可选的，所述自由空间损耗，指的是电磁波在空气中传播时候的能量损耗，手机、无线遥控器、无线路由器、蓝牙、物联网等采用扩频和其他宽带调制技术的无线设备，会在载波频率之外很宽的频率范围内产生带外发射和杂散发射，这些发射会对其他无线电设备产生干扰，故太赫兹在自由空间损耗
Figure SMS_27
可以表示为
Figure SMS_28
；
其中，λ是载波波长，
Figure SMS_29
是发射天线的增益，/>
Figure SMS_30
是接收天线的增益，R是发射机和接收机之间的距离。
可选的，所述自由空间传输损耗，指的是电磁波在空气中传播时候的能量损耗，电磁波在穿透任何介质的时候都会有损耗，故太赫兹在自由空间损耗
Figure SMS_31
可以用弗里斯传输公式表示为：
Figure SMS_32
；
其中，d为传输的距离（km），f为载波频率（MHz），收发天线为理想的全向天线。
所述分子吸收损耗是太赫兹波长接近大气中的气体分子尺寸，大气气体造成共振导致的特定频段受到分子吸收的影响。由于大气中吸收微波的气体分子，主要是氧分子和水汽分子，因此氧气分子衰减、水蒸气分子衰减对太赫兹衰减的影响不可忽略的，故大气中氧分子和水汽分子对太赫兹波段的分子吸收损耗
Figure SMS_33
可以表示为：
Figure SMS_34
；
其中，
Figure SMS_35
为大气中氧气的衰减率；/>
Figure SMS_36
为水汽的衰减率;/>
Figure SMS_37
为干燥空气的有效高度;
Figure SMS_38
为水汽的有效高度;/>
Figure SMS_39
为通信仰角。
可选的，所述冲激响应是线性时不变系统的输入输出关系的基本特征，任何形式的输入信号，分解成无穷多个不同比例的冲激，而输出是相应的不同比例的响应的累加。信道脉冲响应是指在发送端发送一个脉冲信号，在接收端产生的响应。由于多径时延扩展和多普勒平移的原因，不同接收端会有着不同的信道脉冲响应，故基带信道冲激响应表达为：
Figure SMS_40
；
可选的，所述功率时延谱就是信道经过不同路径到达接收端的时间存在差异，在时间上的色散，它是某一时延处接收信号功率的期望。通过对信道冲激响应CIR(ChannelImpulse Response)进行时域上的平均处理后进行求平方获得：
Figure SMS_41
；
其中，此时令t趋于0，
Figure SMS_42
为信道脉冲响应。
可选的，所述均方根时延扩展可通过它来观察多径传播的现象，公式为：
Figure SMS_43
；
其中，
Figure SMS_44
是阵列中天线单元数量，/>
Figure SMS_45
是天线单元e的传输路径数，/>
Figure SMS_46
是传输路径i对天线单元e的功率，/>
Figure SMS_47
是天线单元e的路径i到达的时间，/>
Figure SMS_48
是所有路径和天线单元的平均到达时间，/>
Figure SMS_49
是所有路径和天线单元的功率之和。/>
Figure SMS_50
的表达式为：
Figure SMS_51
；
可选的所述信道容量是通信信道中最大可能数据传输速率，表达式为：
Figure SMS_52
；
其中B表示信道带宽，SINR表示线性信噪比。在建立通信系统中可以使用WiMax、LTE以及WiFi现有的通信协议和用户自定的通信协议，用于信道容量分析。
所述SNR信噪比的表达式为：
Figure SMS_53
；
其中，
Figure SMS_54
表示从发射器接收的功率，/>
Figure SMS_55
表示噪音之和。
可选的，所述MIMO天线，通过进一步在通信系统中使用所要运用的MIMO技术，包括空间复用，发射天线使用波束赋形，接收天线使用天线分集。波束赋形中使用MRT技术，MRT是在TX点到RX点之间根据权重值建立一支最佳波束。信噪比低时，适合使用波束赋形发射和天线分集接收，当信噪比高时，适合使用空间复用。
可选的，所述产生新的传输信道，调整仿真中不同的人员密集环境，一方面可以研究有无人员及人员密度方面对太赫兹信道的影响，一方面可以研究在有人员的情况下，不同移动速度的终端对太赫兹通信系统的影响，另外一方面可以研究在人员移动的环境下对静止的发送端和接收端构成的太赫兹通信系统的影响。对三个模型下产生新的信道特性，分析对人员的不同状况对太赫兹通信系统的影响。
本发明的有益效果体现在：
通过建立仿真环境模型，基于射线追踪法预测太赫兹信道模型，根据发射功率、MIMO天线角度、噪音系数等参数，得出通信系统的接收功率、SNR、路径损耗等信道模型参数。根据太赫兹通信系统仿真的数据结果分析均方根时延扩展、BER和信道容量等通信系统性能。更为重要的是在已建立好的仿真环境基础上，再次改变室内不同环境状态，研究了有无静止人员对静止接收器通信系统SNR值的影响，研究了静止人员对移动终端通信系统SNR值、路径损耗、均方根时延扩展、RMS到达角的影响，以及终端以不同速度运动下的太赫兹通信系统，研究了人员和终端均移动下的太赫兹通信，这三种太赫兹通信系统模型具有一定实用性，对人员密集场所的太赫兹通信系统设计与评估具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明的人员密集场所太赫兹通信系统信道建模的流程示意图；
图2是人员密集办公室场所环境模型图；
图3是办公室内接收功率覆盖三维图；
图4是接收机静止状态下有无人员遮挡的SNR对比数据图；
图5是有无静止人员遮挡时接收机移动路径Rout-1的SNR对比数据图；
图6是有无静止人员遮挡时接收机移动路径Rout-1的路径损耗对比数据图；
图7是有无静止人员遮挡时接收机移动路径Rout-2的均方根时延扩展对比数据图；
图8是有无静止人员遮挡时接收机移动路径Rout-2的垂直到达角对比数据图；
图9是有无静止人员遮挡时接收机移动路径Rout-2的水平到达角对比数据图；
图10是有静止人员遮挡时接收机不同速度移动路径Rout-2的总接收功率对比数据图；
图11是有无运动人员对移动终端的BER对比数据图；
图12是有无运动人员对移动终端的信道容量对比数据图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进一步详细说明，具体实施例仅仅使本发明更加清楚明白，但本发明的保护范围不限于描述的实施例。
尽管太赫兹通信具有诸多优点，但随着电磁波频率的增高，高频段受人体遮挡的影响越明显，为了使人员密集场所的办公室MIMO太赫兹通信更加的完善，对人员密集场所太赫兹通信系统进行评估，提出一种基于射线追踪法的人员密集场所太赫兹通信系统评估方法。此模型使用MIMO天线，并在发射端采用波束赋形，接收端采用天线分集接收技术，建立信道模型，且仿真出太赫兹通信系统性能的相关数据。演示了办公室环境下常见的三种太赫兹通信场景。一是有无工作人员和静止的接收器的场景；二是不同路径以不同的速度在办公室内移动，有无静止的人员场景；三是在人员移动的情况下，以1.4m/s的速度运动的接收器进行太赫兹移动通信的场景。相比已有的室内太赫兹通信建模研究，为人员密集的场所从三个方面对信道进行预测和研究，仿真计算出信道模型参数和信道统计特性等一系列数据，提出了对太赫兹通信系统的评估方法。
本发明方法包括建立人员密集场景三维仿真模型、设定太赫兹电磁波传输参数、仿真出信道参数、分析信道统计特性、改变通信模型产生新的传输信道等环节。
本发明具体实施案例以办公室环境为例，提供一种人员密集场所太赫兹MIMO通信系统评估方法，该方法如图1-12所示，包括如下环节：
如图1所示，首先进行S1，建立办公室仿真环境模型，依据所选频段设定场景参数。
作为示例，如图3所示，所述建立办公室仿真环境包括室内尺寸、房屋高度、不同墙壁、室内常见物品等。其中，开阔办公室尺寸为20m×34m，房屋高度为3m，砖头墙壁和玻璃墙壁都有确定的相对介电常数和电导率，室内常见物品有桌子、凳子、柜子、人员等。
S2，设定太赫兹电磁波传输环节参数，包括载波频率设定为313GHz的太赫兹频段，频带宽度为26GHz，发射功率为30dBm，噪音系数为3dB，确定太赫兹发射器高度为2.9m，并采用8×8MIMO定向天线，将其调整到合适的天线方位角，接收器的高度为1m，并采用4×4MIMO半波偶极子天线。
如图3所示， S3，射线追踪发射器到接收器预测信道路径，一种是将发射器以一定的间隔距离铺满17m×17m的特定区域，仿真给出SNR值和该区域的信号强度覆盖图；一种是移动终端以1m的间隔形成两条行走路径，设置的行走路径速度有1.4m/s和0.7m/s，仿真出人员不动的情况下路径的SNR值、路径损耗、均方根时延扩展、RMS到达角等信道模型参数；另外一种是移动终端以1.4m的间隔形成行走路径，行走速度为1.4m/s，使路径周围的5个人员设置为移动状态，仿真出BER和信道容量。
在本发明实施例中，第三个仿真模型由于软件Wireless Insite不能自动使人员object运动，所以每手动移动人员就仿真一次，计算出通信系统的信道参数。
接收功率是指接收器接收的有效路径的功率之和，表达式为：
Figure SMS_56
；/>
Figure SMS_57
；
其中，
Figure SMS_59
表示信号波长，/>
Figure SMS_63
表示发射信号的频谱/>
Figure SMS_65
与接收器接收的频谱/>
Figure SMS_60
的重叠，/>
Figure SMS_62
表示自由空间阻抗，/>
Figure SMS_64
表示第i条射线到达接收端的俯仰方向的电场强度，/>
Figure SMS_66
表示第i条射线到达接收端的水平方向的电场强度，/>
Figure SMS_58
和/>
Figure SMS_61
表示射线的到达角度。
路径损耗是信号从发射器到接收器传播时能量功率的损耗，发射天线的增益为
Figure SMS_67
，接收天线的增益为/>
Figure SMS_68
路径损耗为：
Figure SMS_69
；
其中，
Figure SMS_70
表示该发射天线的最大增益，/>
Figure SMS_71
表示该接收天线的最大增益，/>
Figure SMS_72
表示系统中所有其他损耗的总和，路径损耗等于负的路径增益。在定向天线中，天线的方向决定了路径损耗的大小，定向天线并不像全向天线一样完全依赖于频率和场景。在太赫兹通信中，使用MIMO定向天线可以提高抗衰落的增益。
RMS到达角扩展是到达角在所有MIMO元素和元素路径上的垂直，水平和总角扩展。RMS到达角表达式为：
Figure SMS_73
；
其中，
Figure SMS_74
是垂直到达角，/>
Figure SMS_75
是水平到达角，/>
Figure SMS_76
是总到达角。
S4，根据信道模型参数得到自由空间损耗、分子吸收损耗、冲激响应、功率时延谱分析SNR、均方根时延扩展、信道容量等信道统计特性，评估人员密集的太赫兹通信系统性能。
自由空间损耗，指的是电磁波在空气中传播时候的能量损耗，手机、无线遥控器、无线路由器、蓝牙、物联网等采用扩频和其他宽带调制技术的无线设备，会在载波频率之外很宽的频率范围内产生带外发射和杂散发射，这些发射会对其他无线电设备产生干扰，故太赫兹在自由空间损耗可以表示为：
Figure SMS_77
；
其中，λ是载波波长，
Figure SMS_78
是发射天线的增益，/>
Figure SMS_79
是接收天线的增益，R是发射机和接收机之间的距离。
由于大气中吸收微波的气体分子，主要是氧分子和水汽分子，因此氧气分子衰减、水蒸气分子衰减对太赫兹衰减的影响不可忽略的，故大气中氧分子和水汽分子对太赫兹波段的分子吸收损耗可以表示为：
Figure SMS_80
；
其中，
Figure SMS_81
为大气中氧气的衰减率；/>
Figure SMS_82
为水汽的衰减率;/>
Figure SMS_83
为干燥空气的有效高度;
Figure SMS_84
为水汽的有效高度;/>
Figure SMS_85
为通信仰角。
脉冲
Figure SMS_86
信号产生冲激响应，由于多径时延扩展和多普勒平移的原因，不同接收端会有着不同的信道脉冲响应，故基带信道冲激响应表达为：
Figure SMS_87
；
在本发明实施例中，通过对信道冲激响应CIR进行时域上的平均处理后进行求平方获得功率时延谱PDP：
Figure SMS_88
；
其中，此时令t趋于0，
Figure SMS_89
为信道脉冲响应。
在本发明实施例中，均方根时延扩展可通过它来观察多径传播的现象，公式为：
Figure SMS_90
；
其中，
Figure SMS_91
是阵列中天线单元数量，/>
Figure SMS_92
是天线单元e的传输路径数，/>
Figure SMS_93
是传输路径i对天线单元e的功率，/>
Figure SMS_94
是天线单元e的路径i到达的时间，/>
Figure SMS_95
是所有路径和天线单元的平均到达时间，/>
Figure SMS_96
是所有路径和天线单元的功率之和。
信道容量是通信信道中最大可能数据传输速率，表达式为：
Figure SMS_97
其中B表示信道带宽，SINR表示线性信噪比。在建立通信系统中可以使用WiMax、LTE以及WiFi现有的通信协议和用户自定的通信协议，用于信道容量分析，在给出的通信协议中信号带宽最大仅有160MHz，本发明是使用自定义协议，信号带宽是26GHz。
SNR信噪比的表达式为：
Figure SMS_98
；
其中，
Figure SMS_99
表示从发射器接收的功率，/>
Figure SMS_100
表示噪音之和。
S5，通过改变不同人员密度，行走路径及速度，人员移动状况，回到环节S1，产生新的传输信道，分析太赫兹通信系统。
在步骤S5中，改变人员密度和行走路径的设计方案为：通过开阔办公室中有无人员，可以研究变量对太赫兹通信系统的影响。本实施列中发射器距离地面高度2.9m，当接收器覆盖满17m×17m的区域时，从图4中可以观察到考虑人体和不考虑人体的静止的场景下，SNR值变化趋于一致。每一行的接收器都随着与发射器的距离越远，SNR值均呈下降的趋势。部分信道SNR会受到人员的影响上下波动，这主要是由于太赫兹信号以视距传输为主，其他多径信道为辅，人员的加入使得反射面增多，导致SNR值发生变化。当接收器以1.4m/s的速度运动时，仿真结果如图5、图6、图7、图8和图9所示，图5Rout-1的SNR值后半段由于行走路径与人之间的距离相对前半段较近，后半段受到人体的堵塞的影响较为明显,前半段中一接收器由于较近的人体的遮挡，SNR值从10dB左右降到-5dB，有无人员下的SNR平均值分别是1.248dB和8.029dB；图6Rout-1仿真结果有无人员的路径损耗平均值分别是119.1dB和112.8dB，行走路径在有人体的场景中，前半段路径损耗上下浮动，后半段路径损耗较大，是由于后半段受到人员的堵塞；图7Rout-2仿真结果显示人员会使得均方根时延扩展在一定程度上增大，有无人员的方差分别为2.58398×10-16和2.7032×10-17人员使得方差扩大近10倍，其中后半段波动较大，主要是因为后半段接收器处于人体的遮挡阴影中，使得射线原本可以直接到达接收器的路径经过多方向反射最终到达，从而传输路径变得更为复杂，多径效应越明显；Rout-2的仿真结果图8和图9显示，有无人员的RMS垂直到达角变化范围分别是0.074°～9.359°和0.597°～2.29°，RMS水平到达角变化范围分别是0.0005°～88.734°和1.839°～19°。在人员的影响下，无论是RMS水平到达角还是RMS垂直到达角都对其产生了很大的影响，都使得到达角变化范围不同程度的增大，信道空间自由度相对变大，MIMO天线获得的空间增益就增大。
在本发明实施例，S5步骤中，行走速度变化设计方案为：保持行走路径为Rout-2不变，行走速度分别设置为1.4m/s和7m/s，如图10所示，人员在室内以不同速度移动会使得太赫兹信号在传输过程中发生不同程度的衰落，中出现骤降的原因是受到人员的遮挡，且后半段处于遮挡阴影范围内。当行走速度为0.7m/s时，总接收功率很大可能比速度为1.4m/s时更低，受到人员遮挡的影响更大。
在步骤S5中，改变人员移动状况的设计方案为：接收器将原Rout-2的间隔改为1.4m形成新的行走路径，路径周围放置5个人员进行移动，仿真结果如图11和图12所示，图11随着接收器运动，BER的变化受人员的影响相对较小，没有出现误码率骤增的现象，且随着距离发射器越远，信道产生的误码率越高。图12中太赫兹通信系统无论有没有考虑人员，在此路径上信道容量的最大值都在130(GBit/sec)以上，考虑人员后信道容量发生上下浮动，最大使得降低3.2(GBit/sec)。随着人员的走动，相对与Rout-1路径仿真数据，人员遮挡对信道质量的影响减小了许多，这是因为接收器是运动的，人员也是移动的，产生的信道是随机的。
上述所设计的人员密集场所太赫兹通信系统评估方法，该方法主要包括建立确定性3D仿真场所模型、设定太赫兹传输环境参数、仿真得到通信系统信道参数、分析信道统计特性、调整仿真场景参数产生新的传输信道等流程。应用到实际中，室内可通过布置多个信源来减少人员对通信系统的遮挡。通过仿真分析得到许多评估通信系统的性能参数，人员使得均方根时延扩展增大，RMS到达角范围增大，表明多径效应越明显；不同1.4m/s和0.7m/s移动速度对比，0.7m/s因人员的遮挡通信系统质量不佳；接收器受人员密度的影响随着仿真环境的变化而变化，由于信道是随机的，有时对信道传输产生较大的堵塞，有时对信道传输影响不大，但都随着距离发射器越远，太赫兹通信质量越差。
本发明该方法给出了三个太赫兹通信的场景，可以根据实际情况来配置终端移动速度，行走路径，人员运动状态等参数，从而更好的模拟出太赫兹通信系统并对其通信系统进行评估分析。
以上实施例对本发明进行了详细的说明，不限于本发明的上述例子，熟悉该领域的人员可根据具体仿真场景及参数作出变化，也属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.基于射线追踪的人员密集场所太赫兹MIMO通信系统评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1 建立室内场所三维仿真模型，设置墙壁厚度和高度，根据所选频段设定室内建筑材料的相对介电常数和电导率；
S2 设定太赫兹电磁波传输环境参数，包括载波频率，频带宽度，发射功率，噪音系数，MIMO天线以及天线角度；
S3 根据步骤S1-S2设定的参数，射线追踪从发射端到接收端预测信道路径，仿真出通信系统信道参数，包括接收功率、路径损耗、RMS到达角扩展，并最终生成发射器下方区域的信号强度覆盖图；
S4 根据通信系统信道参数得到自由空间传输损耗，分子吸收损耗，冲激响应，功率时延谱，分析均方根时延扩展，信道容量，SNR信道统计特性，评估人员密集室内场所的太赫兹通信系统的性能；
S5 调整仿真模型，包括改变人员密度，行走路径及速度，人员移动状况，返回步骤S1，产生新的传输信道，分析太赫兹通信系统。
2.根据权利要求1所述的基于射线追踪的人员密集场所太赫兹MIMO通信系统评估方法，其特征在于，所述步骤S1中，对室内场所人员进行随机分布构成不同的人口密度，形成仿真模型一；步骤S5在模型一的基础上，接收端以不同的速度进行移动，形成模型二；在模型一的基础上，接收端静止，工作人员移动，形成模型三。
3.根据权利要求1所述的基于射线追踪的人员密集场所太赫兹MIMO通信系统评估方法，其特征在于，步骤S2中所述MIMO天线，发射器采用8支定向天线，接收器采用4支半波偶极子天线。
4.根据权利要求1所述的基于射线追踪的人员密集场所太赫兹MIMO通信系统评估方法，其特征在于，步骤S3中，所述接收功率
Figure QLYQS_1
指接收器接收的有效路径的功率之和，表达式为：
Figure QLYQS_2
；
Figure QLYQS_3
；
其中，Np表示接收器的数量，
Figure QLYQS_5
表示第i个接收器的接收功率，/>
Figure QLYQS_7
表示信号波长，/>
Figure QLYQS_10
表示发射信号的频谱/>
Figure QLYQS_6
与接收器接收的频谱/>
Figure QLYQS_8
的重叠，/>
Figure QLYQS_11
表示自由空间阻抗，/>
Figure QLYQS_13
表示第i条射线到达接收端的俯仰方向的电场强度，/>
Figure QLYQS_4
表示第i条射线到达接收端的水平方向的电场强度，/>
Figure QLYQS_9
和/>
Figure QLYQS_12
分别表示第i条射线的俯仰到达角度和水平到达角度；
Figure QLYQS_14
；
Figure QLYQS_15
；
其中，
Figure QLYQS_16
表示接收天线在/>
Figure QLYQS_17
方向上的增益，/>
Figure QLYQS_18
表示电场/>
Figure QLYQS_19
的相对相位， />
Figure QLYQS_20
以此类推，/>
Figure QLYQS_21
表示发射电磁波信号的中心频率，/>
Figure QLYQS_22
表示发射信号的带宽，假定发射信号的频谱和接收器接收的频谱都为理想情况下的频谱，以dBm为单位的接收功率由下式表示：
Figure QLYQS_23
；
其中，
Figure QLYQS_24
表示通信系统中的其他所有的损耗，
总接收功率在当所有场相干组合的情况下，表达式为：
Figure QLYQS_25
；
所述路径损耗就是信号从发射器到接收器传播时能量功率的损耗，当收发天线不是理想的各向同性天线，有各自的增益，发射天线的增益为
Figure QLYQS_26
，接收天线的增益为/>
Figure QLYQS_27
，路径损耗为：
Figure QLYQS_28
；
其中，
Figure QLYQS_29
表示该发射天线的最大增益，/>
Figure QLYQS_30
表示该接收天线的最大增益，/>
Figure QLYQS_31
表示系统中所有其他损耗的总和，路径损耗等于负的路径增益；
所述RMS到达角扩展是到达角在所有MIMO元素和元素路径上的垂直，水平和总角扩展，RMS到达角表达式为：
Figure QLYQS_32
；
Figure QLYQS_33
；
其中，
Figure QLYQS_34
是垂直到达角，/>
Figure QLYQS_35
是水平到达角，/>
Figure QLYQS_36
是总到达角
Figure QLYQS_37
；
Figure QLYQS_38
。
5.根据权利要求1所述的基于射线追踪的人员密集场所太赫兹MIMO通信系统评估方法，其特征在于，步骤S4中，所述自由空间损耗指电磁波在空气中传播时候的能量损耗，太赫兹在自由空间损耗表示为：
Figure QLYQS_39
；
其中，λ是载波波长，
Figure QLYQS_40
是发射天线的增益，/>
Figure QLYQS_41
是接收天线的增益，R是发射机和接收机之间的距离；
太赫兹在自由空间损耗可以用弗里斯传输公式表示为：
Figure QLYQS_42
；
其中，d为传输的距离，f为载波频率，收发天线为理想的全向天线；
所述分子吸收损耗是太赫兹波长接近大气中的气体分子尺寸，大气气体造成共振导致的特定频段受到分子吸收的影响，大气中氧分子和水汽分子对太赫兹波段的分子吸收损耗表示为：
Figure QLYQS_43
；
其中，
Figure QLYQS_44
为大气中氧气的衰减率；/>
Figure QLYQS_45
为水汽的衰减率;/>
Figure QLYQS_46
为干燥空气的有效高度;/>
Figure QLYQS_47
为水汽的有效高度;/>
Figure QLYQS_48
为通信仰角；
所述冲激响应是线性时不变系统的输入输出关系的基本特征，基带信道冲激响应表达为：
Figure QLYQS_49
；
其中，N为多径数目，an表示多径传播衰减因子，
Figure QLYQS_50
表示多径的时延，/>
Figure QLYQS_51
表示多径的相位；
所述功率时延谱是信道经过不同路径到达接收端的时间存在差异，在时间上的色散，它是某一时延处接收信号功率的期望，通过对信道冲激响应进行
Figure QLYQS_52
上的平均处理后进行求平方获得：
Figure QLYQS_53
；
所述均方根时延扩展可通过它来观察多径传播的现象，公式为：
Figure QLYQS_54
；
其中，
Figure QLYQS_55
是阵列中天线单元数量，/>
Figure QLYQS_56
是天线单元e的传输路径数，/>
Figure QLYQS_57
是传输路径i对天线单元e的功率，/>
Figure QLYQS_58
是天线单元e的路径i到达的时间，/>
Figure QLYQS_59
是所有路径和天线单元的平均到达时间，/>
Figure QLYQS_60
的表达式为：
Figure QLYQS_61
；
所述信道容量是通信信道中最大可能数据传输速率，表达式为：
Figure QLYQS_62
；
其中B表示信道带宽，SINR表示线性信噪比；
所述SNR信噪比的表达式为：
Figure QLYQS_63
；
其中，
Figure QLYQS_64
表示从发射器接收的功率，/>
Figure QLYQS_65
表示噪音之和。
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