ES2302775T3 - Procedimiento para determinar los valores del campo electromagnetico generado por una estacion radioelectrica de base en un entorno urbano. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para determinar los valores de un campo electromagnético generado por una estación radioeléctrica de base en un entorno urbano, utilizando un algoritmo de trazado de rayos inverso para calcular los rayos que conectan a una fuente de transmisión (T) con un punto de recepción (R), considerando que los rayos se pueden reflejar y difractar por la superficie de objetos del entorno durante su camino, donde se utiliza una técnica de eliminación de superficies traseras para excluir todos los objetos que no intersecan con los rayos reflejados desde las superficies que se consideran, y se genera una estructura de árbol de visibilidad almacenando las relaciones de visibilidad entre los diferentes objetos bajo prueba, caracterizado por el hecho de que: dicho árbol de visibilidad se construye entre la fuente (T) y el punto de recepción (R), donde la fuente (T) se conecta a un conjunto inicial de nodos que representan a las imágenes (I1 (Wn)) asociadas con una primera reflexión, estando conectado cada nodo de primer orden a varios nodos de segundo orden que representan a las imágenes (I2 (Wn)) de una segunda reflexión, etcétera, conteniendo cada nodo las coordenadas de la imagen y una referencia a la superficie que la ha generado; y dicho árbol de visibilidad se construye según la técnica de memoria intermedia z, en la cual los objetos del entorno (OD) se proyectan en perspectiva sobre un plano (PP) de la superficie de reflexión (FQ) que ha generado la imagen (Im (Wn)) de la fuente (T), la visibilidad de la cual se encuentra bajo prueba, siendo dicho plano (PP) paralelo al plano (x,y) del sistema de referencia (x,y,z), el origen del cual se encuentra en la imagen (I).
Description
Procedimiento para determinar los valores del
campo electromagnético generado por una estación radioeléctrica de
base en un entorno urbano.
La presente invención se refiere a medios para
planificar sistemas de telecomunicación sobre portadoras
radioeléctricas, y en concreto se refiere a un procedimiento para
determinar los valores de un campo electromagnético generado por
una estación radioeléctrica de base en un entorno urbano.
La evaluación precisa de los niveles de campo
electromagnético cerca de estaciones radioeléctricas de base para
comprobar que se cumplen las restricciones legales, es hoy en día
uno de los aspectos fundamentales del diseño de redes
radioeléctricas móviles. Puesto que la medida in situ de
niveles de campo electromagnético es a menudo prohibitiva en
términos de coste, y además no es muy selectiva cuando se
determinan las contribuciones a la radiación, se utilizan cada vez
con más frecuencia instrumentos en forma de programa para estimar
los niveles de campo.
En US 5,949,988 se describe un procedimiento
para simular la distribución de energía RF, que comprende obtener
una representación en árbol binario de un entorno geométrico en tres
dimensiones y formar un modelo geométrico de base de datos en
3-D a partir del mismo, obteniendo una o más
localizaciones de recepción especificadas dentro del modelo
geométrico de base de datos en 3-D en las cuales se
desea obtener la distribución de energía RF, simulando la
propagación de una señal de RF dentro del modelo geométrico de base
de datos, representándose la señal de RF como un haz con magnitud y
dirección, comprendiendo la propagación consultar el modelo de base
de datos para trazar el haz dentro del entorno geométrico; y,
determinar una o más intersecciones del haz trazado con una o más
localizaciones de recepción para determinar la distribución de
energía RF en las localizaciones de
recepción.
recepción.
A partir de WO 96/31099 se conoce un
procedimiento para la planificación de sistemas de telecomunicación
inalámbricos que comprende determinar un árbol de imagen basándose
en una localización de transmisor y las superficies reflectoras y
difractoras dentro de una región de cobertura, y limitando el árbol
de imagen para excluir la ramificación en imágenes de orden
superior que requieren más de un número predeterminado de
reflexiones y/o difracciones, o potenciales imágenes hijas que
corresponden a superficies que no se encuentran dentro del ámbito
de la imagen madre. Sobre la base del árbol de imagen y del trazado
inverso del camino de propagación se determina una medida de la
calidad de la señal recibida (por ejemplo la potencia) para cada
localización de recepción. Por medio de comparar las diferentes
potencias de señal recibidas, se determina una localización de
unidad de recepción óptima.
Desgraciadamente la complejidad del entorno
urbano hace difícil solucionar el problema mediante cálculos
teóricos basados en las ecuaciones de Maxwell.
Por esta razón, y debido también a la
descripción aproximada de los edificios del entorno bajo prueba, se
han utilizado procedimientos que estiman el campo electromagnético
como la suma de contribuciones de rayos reflejados y difractados
que se propagan en línea recta desde la fuente.
Una aplicación de evaluación de campo
electromagnético, como por ejemplo la que se describe en "The
Mobile Radio Propagation Channel", 2ª edición, por J. D. Parsone,
editorial John Wiley & Sons Ltd., trabaja de forma general de
la siguiente forma:
comenzando a partir de una base de datos que
contiene un mapa vectorial de los edificios y una base de datos de
las fuentes de radiación, se calculan los caminos ópticos de la
señal que alcanza a un área genérica del entorno urbano.
Subsiguientemente, los caminos ópticos calculados con los modelos de
cálculo numérico se pueden utilizar para encontrar los valores del
campo electromagnético, que se pueden utilizar para estimar el
impacto ambiental que es un elemento fundamental en el diseño de
una red celular.
En el entorno urbano, el cálculo de los caminos
ópticos es la parte que consume más tiempo de la aplicación. La
complejidad del algoritmo, de hecho, es tal que incluso el análisis
de pequeñas áreas de pocos cientos de metros toma demasiado tiempo
utilizando los instrumentos de cálculo actuales, a no ser que se
utilicen procedimientos de optimización. Por esta razón, se han
desarrollado varias técnicas para introducir aproximaciones que
hagan posible realizar este tipo de cálculo en una cantidad de
tiempo razonable. Estas técnicas se pueden dividir en dos categorías
diferentes:
- algoritmos de trazado de rayos directo;
- algoritmos de trazado de rayos inverso.
En los algoritmos de trazado de rayos directo,
se considera un número finito de rayos que se radian
isotrópicamente a partir del transmisor y su propagación en el
espacio, tomando en consideración posibles reflexiones y
difracciones con elementos del entorno. Para establecer si un rayo
alcanza al receptor, se supone que el receptor se encuentra situado
en el centro de una esfera que constituye el volumen de captura, y
se determina si el rayo intersecta con la esfera. este tipo de
algoritmo es adecuado para estudiar la propagación en un entorno
bidimensional, mientras que no es muy eficiente cuando se estudia un
entorno tridimensional. Esto se debe al número considerable de
rayos que se deben radiar isotrópicamente en el ángulo sólido,
indiferentemente de la dirección en la cual existen objetos que
pueden interactuar. Se trata de una operación que conlleva un gran
número de cálculos innecesarios.
Por otro lado, los algoritmos de trazado de
rayos inverso calculan los rayos que conectan a una fuente de
transmisión con un punto de recepción, considerando que, a lo largo
de su camino, se pueden reflejar y difractar un número considerable
de veces.
El aspecto más crítico de un algoritmo de
trazado de rayos, desde el punto de vista de tiempo de cálculo, es
la "prueba de visibilidad" que se realiza entre la fuente y el
receptor, es decir la comprobación de que no existen obstáculos
entre la fuente y el receptor que puedan interrumpir a los rayos.
Para realizar esta prueba, los algoritmos más eficientes se
disponen para realizar dos operaciones principales:
- generar una estructura, denominada "árbol de
visibilidad", en la cual se almacenan las relaciones de
visibilidad entre los diferentes objetos bajo prueba;
- calcular los caminos ópticos.
La primera operación construye las relaciones de
visibilidad entre los diferentes objetos del entrono urbano bajo
prueba. En la práctica, se definen los objetos que pueden ser
alcanzados por un rayo que se refleja o difracta por parte de otro
objeto. La construcción del árbol de visibilidad conlleva el
problema de generar imágenes bidimensionales (2-D)
de entornos tridimensionales (3-D), que se denomina
"síntesis de imagen", y se realiza por medio de procesadores
electrónicos. De hecho, estas técnicas son muy refinadas y solamente
es necesario extrapolar para los modelos de propagación las partes
que se requieren para la prueba de visibilidad, como se explicará
más adelante.
La segunda operación de un algoritmo de trazado
de rayos consiste en buscar todos los caminos ópticos posibles
entre transmisor y receptor, utilizando el árbol de visibilidad.
La construcción del árbol de visibilidad, que es
el objeto de la primera operación, presenta una complejidad
algorítmica que crece exponencialmente con el número de reflexiones
que se utilizan. Por esta razón, como ya se ha mencionado, se
utilizan técnicas de procesado electrónico de imagen para acelerar
la construcción y reducir la complejidad del árbol.
El número de superficies posibles que
interactúan con los rayos radiados desde la fuente se puede reducir
por medio de evaluar el ángulo formado entre el segmento que une a
la fuente con uno de los puntos de superficie bajo prueba y la
perpendicular al punto de superficie, según la técnica de
"eliminación de superficie trasera", que se describe en las
páginas 663-664 del libro titulado "Computer
graphics: Principles and practice", 2ª edición, por J. D. Foley
y otros. Cuando dicho ángulo excede los noventa grados la superficie
se puede ignorar por el hecho de que es físicamente imposible que
un rayo radiado desde la fuente se refleje sobre la misma.
El número de superficies se puede reducir
todavía más por medio de identificar las superficies que se
encuentran totalmente escondidas por otros objetos. Para realizarlo,
el artículo "Efficient ray-tracing technique for
three-dimensional analyses of propagation in mobile
communications: application to picocell and microcell
scenarios", por M. F. Cattedra y otros, IEEE Antennas &
Propagation Magazine, volumen 40, páginas 15-28,
abril de 1998, presenta una serie de relaciones geométricas para
verificar si una superficie esconde completamente a otra superficie
respecto a la fuente. La desventaja de esta técnica reside en el
hecho de que es necesario definir un número considerable de
relaciones angulares que son función de cómo se encuentran situadas
en el espacio las dos superficies
(vertical-vertical,
vertical-horizontal,
vertical-oblicua, etc.), y en el hecho de que deben
tratarse todos los casos especiales (superficies que se observan
bajo un ángulo que comprende la dirección 0 o 2\pi).
Para superar este problema, F. Brunello, D.
Disco y G. Gambin, en "An acceleration technique using a 3D
representation for ray tracer in a urban environment", IEEE
Antenna and Propagation Symposium 2000, sugieren que se utilice una
representación en perspectiva centrada en la fuente y se implemente
con técnicas bien conocidas de procesado de gráficos por
ordenador.
Por medio de representar las superficies
comenzando con las más alejadas de la fuente, las superficies más
cercanas se superponen sobre las otras haciéndolas desaparecer de la
imagen global. Las superficies "supervivientes" son las que
serán tenidas en cuenta por el trazador de rayos.
El principal problema con esta técnica es la
introducción de distorsión de segmento en la representación en
perspectiva, si los segmentos se representan a través del segmento
que une sus extremos: de hecho se utilizan transformaciones no
lineales que en consecuencia distorsionan las superficies.
La utilización considerable de funciones
trigonométricas hace también que el procesado relacionado sea
particularmente difícil desde un punto de vista de computación.
El procedimiento para determinar los valores de
un campo electromagnético generado por una estación radioeléctrica
de base en un entorno urbano, que es el sujeto de la presente
invención, elimina las desventajas arriba mencionadas y soluciona
los problemas técnicos que se han descrito. Da una predicción
exacta, mientras que el tiempo de procesado que requieren los
equipos de procesado de datos para realizar el cálculo es mucho
menor. Esto se debe a: a) la reducción de la estructura que almacena
las relaciones de visibilidad entre los diferentes objetos bajo
prueba, es decir el árbol de visibilidad, y b) a la simplificación
de la prueba de visibilidad que se utiliza para determinar los
caminos ópticos.
El sujeto de la presente invención es un
procedimiento para determinar los valores de un campo
electromagnético generado por una estación radioeléctrica de base
en un entorno urbano, como se describe en la parte caracterizadora
de la reivindicación 1.
Las anteriores y otras características de la
presente invención se harán más claras por medio de la siguiente
descripción de una forma preferida de la invención, que se da a modo
de ejemplo no limitativo, y por las figuras adjuntas, en las
cuales:
- la figura 1 es una representación esquemática
de un entorno urbano con un transmisor, un receptor y varios
edificios;
- la figura 2 es una representación esquemática
de un entorno urbano que ilustra la construcción de las imágenes
del transmisor;
- la figura 3 da un ejemplo de un árbol de
visibilidad;
- la figura 4 ilustra una proyección según una
técnica que se denomina de "memoria intermedia z";
- la figura 5 muestra un ejemplo de las matrices
F y Z según la técnica de "memoria intermedia z";
- la figura 6 es el diagrama de flujo que
ilustra el procedimiento de la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
El procedimiento de evaluación que aquí se
propone utiliza algoritmos de trazado de rayos inverso, que tienen
en consideración los rayos que conectan una fuente de transmisión T
con un punto de recepción R, como se ilustra en la figura 1. En
este caso, el camino directo desde T a R no es posible puesto que el
edificio C se encuentra en medio, mientras que son posibles los
caminos que explotan la reflexión sobre las superficies de los
edificios B, C y D y la difracción en la esquina del edificio A.
El entorno que se ilustra en la figura 2
contiene a la fuente de transmisión Tx y al punto de recepción Rx
que se encuentran rodeados por cuatro superficies W_{1}, W_{2},
W_{3} y W_{4}. Empezando desde Tx, se construye la imagen
I_{1}(W_{1}) respecto a la superficie W_{1}, a
continuación la imagen I_{2}(W_{3}) de la imagen
I_{1}(W_{1}) respecto a la superficie W_{3}, a
continuación la imagen I_{3}(W_{4}) de la imagen
I_{2}(W_{3}) respecto a la superficie W_{4} y
finalmente la imagen I_{2}(W_{2}) de la imagen
I_{2}(W_{3}) respecto a la superficie W_{2}. Empezando
desde el punto de recepción Rx, se trazan los rayos en la última
imagen hasta que alcanzan el punto de intersección con la superficie
W_{2}, obteniéndose de esta forma el punto de reflexión P_{1},
a continuación desde P_{1} a la penúltima imagen
I_{1}(W_{1}) para obtener P_{2}, y se continúa hasta
que se alcanza la fuente Tx.
Cuando se traza un rayo entre Rx y un punto de
reflexión o entre dos puntos de reflexión, es necesario comprobar
si existen obstáculos en el camino que pueden interrumpir al rayo,
es decir se debe realizar la prueba de visibilidad, que como ya se
ha indicado conlleva un número considerable de cálculos si se toman
en consideración todos los obstáculos posibles.
Para realizar esta prueba, se debe construir un
árbol de visibilidad. La figura 3 muestra una estructura típica de
árbol de visibilidad entre Tx y Rx. Para facilitar la comprensión,
el árbol se ha desarrollado solamente hasta la tercera reflexión
para los caminos que se ilustran en el entorno de la figura 2. Para
ser más precisos, las imágenes I_{1}(W_{n}) se asocian
con la primera reflexión, las imágenes I_{2}(W_{n}) se
asocian con la segunda reflexión y las imágenes
I_{3}(W_{n}) se asocian con la tercera reflexión. Cada
nodo contiene las coordenadas de la imagen y una referencia de la
superficie que la ha generado.
Como se ha indicado anteriormente, el árbol de
visibilidad es bastante complejo; de hecho el número de imágenes a
calcular para n reflexiones es N\cdot(N - 1)^{5},
siendo N el número de objetos dentro del entorno bajo prueba. Para
acelerar la construcción de este árbol, el procedimiento al cual se
refiere la presente invención utiliza tanto la técnica de
"eliminación de superficie trasera" mencionada anteriormente,
como una técnica para reducir la profundidad del árbol de
visibilidad que explota el procedimiento de proyección de memoria
intermedia z.
La técnica de "eliminación de superficie
trasera" se utiliza para excluir todos los objetos que no
intersectan con el rayo reflejado desde la superficie que se está
considerando. Para comprobar que un objeto no constituye un
obstáculo para el rayo, simplemente se comprueba que se cumple una
de las siguientes condiciones:
- el objeto no se encuentra dentro del
semi-espacio delimitado por el plano de la
superficie de reflexión, fuera del edificio;
- la superficie de reflexión no se encuentra
dentro del semi-espacio delimitado por el plano de
la superficie del objeto, fuera del objeto mismo.
La técnica se puede aplicar incluso si el rayo
procede de una fuente puntual, y no de una superficie de reflexión.
En este caso, simplemente se comprueba que la fuente no se encuentra
dentro del semi-espacio delimitado por el plano de
la superficie del objeto.
Esta técnica no determina los objetos del
entorno que constituyen un obstáculo para los rayos, sino los que
no lo pueden ser.
La técnica de proyección, denominada de
"memoria intermedia z", se basa en la idea de proyectar en
perspectiva los objetos del entorno sobre el plano de la superficie
de reflexión W_{n} que ha generado la imagen
I_{m}(W_{n}) de la fuente, cuya visibilidad se va a
estudiar, como se ilustra en la figura 4. En esta figura, el objeto
OD se proyecta sobre el plano PP, sobre el que descansa la
superficie de reflexión FQ, paralelo al plano x, y del sistema de
referencia x, y, z, el origen del cual se encuentra en la imagen
I.
En términos de implementación, la técnica de
memoria intermedia z comprende dos matrices, F y Z,
con dimensiones m\cdotn, como se muestra en la figura 5.
Cada celda de la matriz F representa un
elemento geométrico del plano PP (figura 4) y cuando este elemento
coincide con un elemento de proyección de un objeto del entorno, se
almacena una referencia unívoca, por ejemplo un número entero
progresivo correspondiente al objeto que ha generado la
proyección.
De forma similar, cada celda de la matriz
Z contiene la coordenada z del elemento correspondiente al
objeto, la proyección del cual se representa en la matriz
F.
Para ser más precisos, si un objeto poligonal se
va a representar sobre la matriz F, sus vértices se
proyectan sobre el plano PP obteniéndose de esta forma las
coordenadas cartesianas respectivas u, v para cada
uno. El número que identifica al polígono se introduce en las celdas
f_{uv} de F; este número se introduce también en
todas las celdas que constituyen las f_{uv} relativas a los
vértices, situadas sobre segmentos rectos, y en cada celda
contenida dentro del perímetro que se acaba de trazar para así
completar la representación del polígono sobre la matriz.
Las proyecciones de varios objetos del entorno
puede caer sobre los mismos elementos geométricos del plano de
proyección PP, pero solamente se deben encontrar en las celdas
correspondientes de la matriz Z las coordenadas z del objeto
más cercano al plano de proyección. Por consiguiente, después de que
un objeto se ha proyectado en perspectiva sobre el plano que ha
generado la imagen, del cual se estudia la visibilidad, se calcula
la coordenada z del punto del objeto que la genera para cada
elemento geométrico de la proyección. Si el valor es menor que el
de uno que se pueda encontrar posiblemente ya en la celda como
resultado de una proyección anterior, entonces se introduce el
nuevo valor de z, y el número que identifica al objeto se introduce
en la celda correspondiente de la matriz F.
Finalmente, para tomar en consideración todos
los objetos que se observan en la imagen que se examina, y
solamente dichos objetos, deben eliminarse de las matrices todas las
celdas relacionadas con elementos geométricos que no pertenecen al
área de superficie FQ que ha generado el plano de proyección PP.
En el procedimiento al cual se refiere la
presente invención, la proyección de memoria intermedia z se
utiliza para construir el árbol de visibilidad. Para hacerlo es
necesario plantear la hipótesis de que todos los objetos del
entorno urbano se pueden aproximar por medio de la unión de
superficies planas.
Si esta hipótesis se cumple, entonces los
edificios se pueden describir como un conjunto de polígonos
elementales (triángulos, rectángulos).
De esta forma, todos los objetos que pueden ser
alcanzados por un rayo reflejado desde un polígono FQ coinciden con
los del plano de proyección para un sistema de coordenadas en el
cual:
a) el origen del sistema de ejes de coordenadas
coincide con la imagen I de la fuente respecto al plano sobre el
cual descansa el polígono FQ;
b) el plano de proyección Z es igual a la
distancia del polígono FQ desde la imagen I.
\vskip1.000000\baselineskip
La construcción del árbol de visibilidad se
reduce por tanto a tres etapas básicas:
- eliminación de superficie trasera para
determinar las superficies que miran al plano de reflexión;
- giro y traslación del sistema de ejes para
satisfacer las condiciones a) y b);
- proyección de memoria intermedia z.
La técnica de memoria intermedia z se utiliza de
una nueva forma para reducir en un nivel la profundidad del árbol
de visibilidad. Por medio de evaluar las distancias en la matriz Z
es posible identificar los objetos más cercanos al plano de
reflexión. Consecuentemente un punto de reflexión R es
"visible" si su coordenada z es menor que la coordenada z
relativa al elemento geométrico sobre el cual yace la proyección de
R.
El procedimiento de evaluación que utiliza las
técnicas anteriores se muestra en el diagrama de flujo de la figura
6.
El procedimiento comienza en la etapa 1,
entonces sigue en la etapa 2, donde se carga el entorno urbano bajo
prueba por medio de crear una lista de superficies de objeto, cada
una identificada por un número progresivo, por medio de las
coordenadas de sus vértices y por una matriz para las operaciones de
rotación y traslación en el cálculo de visibilidad, etc.
La etapa siguiente, número 3, es donde comienza
la construcción del árbol de visibilidad, cuya primera operación,
la etapa 4, es la eliminación de superficie trasera de cada elemento
de la lista de superficies, para excluir inicialmente cualquier
objeto que definitivamente no es visible.
La etapa 5 crea la lista de imágenes de origen e
introduce esta lista en el árbol de visibilidad en el nivel 1.
La etapa 6 inicializa el número de reflexiones,
estableciéndolo en 1.
La etapa 7 comprueba si el número de reflexiones
es menor que un número de reflexiones máximo establecido
previamente, y dependiendo del resultado, el procedimiento puede
continuar en diferentes direcciones.
En concreto, si es verdad que no se ha alcanzado
el número máximo de reflexiones, se contesta "sí" a la
comprobación, y a continuación la variable J que contiene un valor
desde 1 hasta el número de imágenes de cada nivel del árbol de
visibilidad, se inicializa a 1, en la etapa 8.
La etapa 9 comprueba si la variable J es menor o
igual que el número de imágenes del nivel actual del árbol de
visibilidad, y dependiendo del resultado el procedimiento puede
continuar en diferentes direcciones.
En concreto, si no es verdad que J es menor o
igual que el número de imágenes, la respuesta a la comprobación es
"no", el número de reflexiones se incrementa en una unidad,
etapa 10, y a continuación el procedimiento sigue en el siguiente
nivel del árbol de visibilidad, etapa 11, para a continuación volver
a la etapa 7.
Si, no obstante, es verdad que J es menor o
igual que el número de imágenes, se responde "sí" a la
comprobación, y a continuación se realizan las operaciones incluidas
en la técnica de eliminación de superficies traseras para cada
superficie de los objetos de la lista, etapa 12, obteniéndose de
esta forma una lista corta que contiene solamente las superficies
que se pueden ver en la imagen.
La etapa 13 inicializa la variable K en 1, que
se utiliza en la etapa siguiente 14 para examinar todas las
superficies que se acaban de identificar, y se comprueba si el
número es menor o igual al número de superficies, y dependiendo del
resultado el procedimiento puede continuar en diferentes
direcciones.
En concreto, si no es verdad que K es menor o
igual que el número de superficies, se contesta "no" a la
comprobación, y entonces la variable J, que representa el número de
imágenes, se incrementa en una unidad, etapa 15, para volver a
continuación a la etapa 9.
Si, sin embargo, es verdad que K es menor o
igual que el número de superficies, se responde "sí" a la
comprobación, se realiza la etapa 16 para trasladar la superficie
para hacerla coincidir con el origen del sistema de referencia, y
se realiza la etapa 17 para girar la misma superficie para hacerla
paralela al plano x, y.
Para cada superficie trasladada y girada, la
técnica de memoria intermedia z realiza la proyección, etapa 18, y
a continuación se realiza la prueba de visibilidad de los puntos de
recepción utilizando su proyección sobre el plano de la memoria
intermedia z y la comparación con la coordenada z, etapa 19.
En la siguiente etapa, etapa 20, es por tanto
posible crear la primera sección del camino, comenzando desde el
punto de recepción que se muestra visible en la prueba de
visibilidad anterior, hasta el punto de reflexión de primer
nivel.
A continuación se incrementa la variable K en
una unidad para examinar la siguiente superficie, etapa 21, y a
continuación se regresa a la etapa 14.
Cuando la etapa 7 muestra que el número de
reflexiones examinadas ha alcanzado el número máximo establecido
con anterioridad, se contesta "no" a la comprobación, el
procedimiento continúa en la prueba de visibilidad directa entre
transmisor y receptores, etapa 22, y a continuación se realiza la
prueba de visibilidad para completar los caminos ópticos, la
primera sección de los cuales ya se ha calculado, etapa 23.
El procedimiento termina en la etapa 24.
Como se puede observar, la técnica de
aceleración de gráficos de memoria intermedia z no se ha utilizado
solamente para construir el árbol de visibilidad (etapa 18), sino
también para calcular la primera parte de los caminos ópticos
(etapa 20), eliminando la comparación de visibilidad entre el punto
de recepción y el último punto de reflexión. Realizando esto se
reduce la profundidad del árbol de visibilidad.
Obviamente esta descripción se da como ejemplo
no limitativo. Son posibles variantes y modificaciones, sin salir
del ámbito de protección de las reivindicaciones.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante es solamente para la conveniencia del lector. No forma
parte del documento de Patente Europea. Aunque se ha prestado gran
atención a la recopilación de las referencias, no se pueden
descartar errores u omisiones y la Oficina Europea de Patentes
declina cualquier responsabilidad respecto a la misma.
- \bullet US 5949988 A [0003]
- \bullet WO 9621099 A [0004]
\bullet The Mobile Radio Propagation Channel.
John Wiley & Sons Ltd. [0007]
\bullet Computer Graphics: Principles and
Practice. 663-664 [0015]
\bullet M. F. CATTEDRA y otros.
Efficient ray-tracing technique for
three-dimensional analyses of propagation in mobile
communications: application to picocell and microcell scenarios.
IEEE Antennas & Propagation Magazine, abril de
1998, volumen 40, páginas 15-28 [0016]
\bullet F. BRUNELLO; D. DISCO;
G. GAMBIN. An acceleration technique using a 3D
representation for ray tracer in a urban environment. IEEE
Antenna and Propagation Symposium, 2000 [0017].
Claims (6)
1. Procedimiento para determinar los valores de
un campo electromagnético generado por una estación radioeléctrica
de base en un entorno urbano, utilizando un algoritmo de trazado de
rayos inverso para calcular los rayos que conectan a una fuente de
transmisión (T) con un punto de recepción (R), considerando que los
rayos se pueden reflejar y difractar por la superficie de objetos
del entorno durante su camino, donde se utiliza una técnica de
eliminación de superficies traseras para excluir todos los objetos
que no intersecan con los rayos reflejados desde las superficies
que se consideran, y se genera una estructura de árbol de
visibilidad almacenando las relaciones de visibilidad entre los
diferentes objetos bajo prueba, caracterizado por el hecho de
que: dicho árbol de visibilidad se construye entre la fuente (T) y
el punto de recepción (R), donde la fuente (T) se conecta a un
conjunto inicial de nodos que representan a las imágenes (I_{1}
(W_{n})) asociadas con una primera reflexión, estando conectado
cada nodo de primer orden a varios nodos de segundo orden que
representan a las imágenes (I_{2} (W_{n})) de una segunda
reflexión, etcétera, conteniendo cada nodo las coordenadas de la
imagen y una referencia a la superficie que la ha generado; y dicho
árbol de visibilidad se construye según la técnica de memoria
intermedia z, en la cual los objetos del entorno (OD) se proyectan
en perspectiva sobre un plano (PP) de la superficie de reflexión
(FQ) que ha generado la imagen (I_{m} (W_{n})) de la fuente
(T), la visibilidad de la cual se encuentra bajo prueba, siendo
dicho plano (PP) paralelo al plano (x, y) del sistema de referencia
(x, y, z), el origen del cual se encuentra en la imagen (I).
2. Procedimiento de la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que comprende las siguientes
etapas:
- comienzo (etapa 1);
- carga del entorno urbano por medio de crear
una lista de superficies de objeto, identificada cada una mediante
un número progresivo, sus coordenadas de vértice, y una matriz para
las operaciones de rotación y traslación (etapa 2);
- comienzo de la construcción del árbol de
visibilidad (etapa 3);
- eliminación de superficie trasera para cada
elemento de la lista de superficies, para excluir los objetos que
definitivamente no son visibles (etapa 4);
- creación de la lista de imágenes de fuente (T)
y su introducción en el primer nivel del árbol de visibilidad
(etapa 5);
- inicialización del número de reflexiones
(etapa 6);
- comprobación de si el número de reflexiones es
menor que el número máximo de reflexiones establecido con
anterioridad (etapa 7);
- si el número máximo de reflexiones no se ha
alcanzado todavía, se inicializa la primera variable (J), que varía
desde 1 hasta el número de imágenes para cada nivel del árbol de
visibilidad (etapa 8);
- comprobación de si la primera variable (J) es
menor o igual que el número de imágenes del nivel actual del árbol
de visibilidad (etapa 9);
- si la primera variable (J) no es menor o igual
que el número de imágenes, se incrementa en una unidad el número de
reflexiones (etapa 10);
- se continúa en el siguiente nivel del árbol de
visibilidad (etapa 11), y a continuación se comprueba si el número
de reflexiones es menor que el número de reflexiones máximo
establecido previamente (etapa 7);
- si, no obstante, la primera variable (J) es
menor o igual que el número de imágenes, se realizan las operaciones
contempladas en la técnica de eliminación de superficies traseras
para cada superficie de los objetos de la lista (etapa 12),
obteniéndose de esta forma una lista que contiene solamente las
superficies que se pueden ver de la imagen;
- inicializar la segunda variable (K), (etapa
13);
- comprobar si la segunda variable (K) es menor
o igual que el número de superficies identificadas (etapa 14);
- si la segunda variable (K) no es menor o igual
que el número de superficies, se incrementa la primera variable (J)
en una unidad (etapa 15), y a continuación la primera variable (J)
se comprueba de nuevo para ver si es menor o igual que el número de
imágenes del nivel actual del árbol de visibilidad (etapa 9);
- si la segunda variable (K) es menor o igual
que el número de imágenes, la imagen se traslada para hacer que la
imagen coincida con el origen de un sistema de referencia (x, y, z)
(etapa 16);
- girar la misma imagen para hacerla paralela al
plano (x, y) de dicho sistema de referencia (etapa 17);
- para cada superficie trasladada y girada, se
realiza la proyección según la técnica de memoria intermedia z
(etapa 18);
- realizar la prueba de visibilidad de los
puntos de recepción (R) por medio de proyectarlos sobre un plano de
memoria intermedia z (PP) y comparar la coordenada z (etapa 19);
- crear la primera sección del camino de rayo,
comenzando desde el punto de recepción (R) que es "visible" en
la prueba anterior, hasta el primer punto de reflexión (etapa
20);
- incrementar la segunda variable (K) en una
unidad para examinar la siguiente superficie (etapa 21), y a
continuación comprobar de nuevo si la segunda variable es menor o
igual que el número de superficies identificadas (etapa 14);
- si el número de reflexiones examinadas ha
alcanzado el número máximo establecido previamente (etapa 7), se
realiza la prueba de visibilidad directa entre la fuente (T) y los
puntos de recepción (R) (etapa 22);
- realizar la prueba de visibilidad para
completar los caminos ópticos, de los cuales ya se ha calculado la
primera sección (etapa 23);
- final (etapa 24).
3. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por el hecho de que se
construyen según la técnica de memoria intermedia z una primera
matriz (F) y una segunda matriz (Z) de dimensiones
m\cdotn, donde cada celda de la primera matriz (F), que
representa a un elemento geométrico del plano (PP) de la superficie
de reflexión (FQ), contiene una referencia unívoca al objeto que ha
generado la reflexión, cuando este elemento coincide con un
elemento de la proyección de un objeto del entorno.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado por el hecho de que cada celda de la segunda
matriz (Z) contiene la coordenada (z) del elemento
correspondiente del objeto, cuya proyección se representa en la
primera matriz (F).
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado por el hecho de que, si las proyecciones (OP)
de más de un objeto del entorno (OD) caen sobre los mismos
elementos geométricos del plano de proyección (PP), solamente las
coordenadas (z) menores, que corresponden a las del objeto
más cercano al plano de proyección (PP), se introducen en las
celdas de la segunda matriz (Z), y la referencia unívoca al
objeto se introduce en la celda correspondiente de la primera
matriz (F).
6. Procedimiento según la reivindicación 3, 4 o
5, caracterizado por el hecho de que todas las celdas
relativas a los elementos geométricos que no pertenecen al área de
superficie (FQ) que ha generado el plano de proyección (PP) se
eliminan de las matrices (F, Z).
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