KR100948186B1 - Device for generating electromagnetic wave propagation model using 3-d ray tracing, method for generating electromagnetic wave propagation model using 3-d ray tracing, storage media recording program for method execution in computer for generating electromagnetic wave propagation model using 3-d ray tracing - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전파 경로를 추적하여 전파 모델을 생성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of generating a propagation model by tracking a propagation path.
본 발명에 따르면, 상기 전파 모델의 대상 지역의 3차원 건물 정보를 읽고, 송신점을 설정한다. 상기 송신점으로부터 탐색되는 건물면에 대해 대칭점을 찾고, 반사되는 전파가 생성하는 3차원 레이 튜브를 생성한다. 상기 송신점으로부터 탐색되는 건물면 모서리에 의해 회절되는 전파가 생성하는 3차원 레이 튜브를 생성한다. 상기 반사 및 회절에 의해 생성된 3차원 레이 튜브의 영역에 포함되거나 교차하고 상기 대칭점 또는 건물면 모서리에서 탐색되는 건물면에 대해 상기 반사 및 회절에 의한 3차원 레이 튜브의 생성단계를 반복하고 생성되는 3차원 레이 튜브를 상기 3차원 레이 튜브와 연결한다.According to the present invention, three-dimensional building information of the target area of the radio wave model is read and a transmission point is set. Find the point of symmetry with respect to the building surface searched from the transmission point, and generate a three-dimensional ray tube generated by the reflected radio waves. It produces a three-dimensional ray tube generated by radio waves diffracted by the building surface edges searched from the transmission point. Repeating the generation of the three-dimensional ray tube by the reflection and diffraction with respect to the building surface included in or intersecting the area of the three-dimensional ray tube generated by the reflection and diffraction and being searched at the symmetry point or building surface edge. A 3D ray tube is connected with the 3D ray tube.
따라서, 실제 전파가 수신되는 위치에서 정확한 전파 모델을 생성할 수 있다.Therefore, it is possible to generate an accurate propagation model at the position where the actual radio wave is received.
레이 튜브, 영상 점, 회절 Ray tube, imaging dots, diffraction
Description
도 1은 종래 레이 튜브(ray tube) 방법을 이용하여 전파 경로를 찾는 예시도이다. 1 is an exemplary view of finding a propagation path using a conventional ray tube method.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광선 추적법에서 건물면에 반사되는 전파가 형성하는 3차원 레이 튜브를 도시한 것이다.Figure 2 shows a three-dimensional ray tube formed by the radio waves reflected in the building surface in the three-dimensional ray tracing method according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광선 추적법에서 건물의 모서리에서 회절하는 전파에 의해 형성되는 3차원 레이 튜브를 도시한 것이다.Figure 3 shows a three-dimensional ray tube formed by radio waves diffractive at the corner of the building in the three-dimensional ray tracing method according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반사에 의해 형성된 레이 튜브가 다시 다른 건물면에 의해 반사되어 형성되는 3차원 레이 튜브를 도시한 것이다.4 illustrates a three-dimensional ray tube in which a ray tube formed by reflection according to an embodiment of the present invention is reflected by another building surface again.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반사에 의한 전파 경로로 형성되는 3차원 레이 튜브에서 다른 건물면의 모서리에서 회절되어 형성되는 3차원 레이 튜브를 도시한 도면이다.5 is a view showing a three-dimensional ray tube formed by diffraction at the edge of the other building surface in the three-dimensional ray tube formed by the propagation path by the reflection according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 전파 모델 생성 장치의 구성을 도시한 블록도이다.6 is a block diagram showing the configuration of a three-dimensional propagation model generation device according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전파 모델을 구성하는 전파 경로를 찾는 방법을 도시한 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a method for finding a propagation path constituting a propagation model according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 수신점에서 전파 모델 생성 방법을 도시한 순서도이다. 8 is a flowchart illustrating a method of generating a propagation model at a reception point according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전파 모델 생성 방법에서 수신점을 지나는 3차원 레이 튜브의 도면이다.9 is a view of a three-dimensional ray tube passing through the receiving point in the propagation model generation method according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 전파 모델을 형성하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명은 3 차원 광선 추적법을 이용하여 전파 경로를 해석하고 그에 따른 전파 모델을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a propagation model, and in particular, the present invention relates to a method for analyzing a propagation path using a three-dimensional ray tracing method and forming a propagation model accordingly.
최근에 개인통신 서비스의 수요 증가로 인해 도심지의 전파환경에 대한 관심이 증가하고 있다. 도심지의 전파환경은 서비스 반경이 1km이내인 소규모 셀이다. 소규모 셀에는 마이크로 셀과 피코 셀이 있는데, 이런 셀들은 서비스 반경이 상대적으로 큰 매크로 셀과는 달리 수신 전력이 기지국과 이동국간의 전파환경에 크게 의존한다. 따라서, 정확한 수신 전력의 예측을 위해서는 정밀한 분석이 요구되며, 그에 따른 전파 경로를 기초로 형성된 전파 모델의 필요가 더욱 절실하다.Recently, due to the increasing demand for personal communication services, interest in the radio environment in urban areas is increasing. The urban radio environment is a small cell with a service radius of less than 1 km. Small cells include micro cells and pico cells, which, unlike macro cells with a relatively large service radius, receive power greatly depending on the radio environment between the base station and the mobile station. Therefore, precise analysis is required for accurate prediction of the received power, and the necessity of a propagation model formed based on the propagation path is more urgent.
종래 전파 모델을 얻기 위한 방법으로는 실험을 통한 결과를 바탕으로 통계를 구해 전파 모델을 얻는 통계적 방법과 이론을 바탕으로 컴퓨터를 통한 전파 경로를 예측하여 전파 모델을 얻는 컴퓨터 예측 방법이 있다. 통계적 방법에 의한 전파 모델을 얻는 방법은 예측 값을 얻기 쉬운 장점이 있으나, 실제 지형과 건물의 분포가 고려되지 않기 때문에 정확한 전파 모델을 얻는데는 한계가 있다. 반면에 컴퓨터 예측 방법은 실제 건물 데이터를 이용하여, 가능한 전파 경로를 모두 계산하여 결과를 얻기 때문에 매우 정확한 전파 모델을 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나 가능한 모든 전파 경로를 예측하는데는 한계가 있고, 가능한 많은 수의 전파 경로를 예측하는데 많은 시간이 소요되는 단점이 있다. Conventional methods for obtaining a propagation model include a statistical method of obtaining statistics based on experimental results and a computer prediction method of obtaining a propagation model by predicting a propagation path through a computer based on a theory. The method of obtaining a propagation model by a statistical method has an advantage of easily obtaining prediction values, but there is a limit in obtaining an accurate propagation model since the distribution of the actual terrain and buildings is not taken into account. On the other hand, the computer prediction method has the advantage of obtaining a very accurate propagation model because the actual building data is used to calculate all possible propagation paths and obtain the result. However, there are limitations in predicting all possible propagation paths, and it takes a long time to predict as many propagation paths as possible.
컴퓨터 예측 방법은 전파 경로를 추적하는 방법에 따라 두 가지로 나눌 수 있다. 첫 번째는 송신 안테나의 위치에서 모든 방향으로 반 무한 직선을 생성하여 직선이 건물 면과 만나는 지점을 확인하는 방법이다. 실제 전파 현상과 엄밀하게 동일한 것은 아니지만, 직선을 이용하는 이유는 건물 면의 면적이 해당 전파의 파장에 비해 매우 큰 경우, 회절에 의한 영향을 받는 영역이 상대적으로 협소하여 무시할 수 있기 때문이다. 건물 면과 송신 안테나에서 방사된 전파가 만나면 건물 면과 직선의 각도에 따라 반사파에 해당하는 직선을 만들 수 있고, 이렇게 생성된 직선이 다시 건물 면과 만나는가를 검사하고, 전파 모델의 측정점에 해당하는 지점을 지나는가를 검사한다. 만약 전파의 경로에 측정점이 포함되면, 송신점으로부터 측정점까지의 거리에 의한 전파의 감쇄, 벽면 반사에 의한 감쇄 등을 계산하여 예측 결과를 구한다. 이런 방식으로 실제 전파 모델을 계산하는데는 무한 직선의 개수에 따라 정확도가 달라진다. 많은 무한 직선을 사용할수록 전파 모델의 정확도는 향상되지만 전파 모델을 계산하는데 더 많은 시간이 소요된다. 두 번째 방법은 이런 문제점을 개선한 것으로서, 송신 안테나에서 보이는 건물 면에 1개의 직선만을 방사하여 반사된 직선으로 생성되는 레이 튜브(ray tube)를 형성하는 방법이다. 레이 튜브(ray tube)란 다수의 레이(ray)의 묶음으로, 같은 레이 튜브(ray tube)내의 모든 레이는 같은 전파 경로 값을 가진다.Computer prediction methods can be divided into two types according to the method of tracking propagation paths. The first method is to identify the point where the straight line meets the building surface by generating a semi-infinite straight line in all directions from the position of the transmitting antenna. Although not exactly the same as the actual propagation phenomenon, the reason for using a straight line is that if the area of the building surface is very large compared to the wavelength of the radio wave, the area affected by diffraction is relatively narrow and can be ignored. When the radio waves emitted from the building surface and the transmitting antenna meet, a straight line corresponding to the reflected wave can be made according to the angle of the building surface and the straight line, and the generated straight line meets the building surface again. Check for passing through the point. If the measurement point is included in the path of the radio wave, the attenuation of the radio wave by the distance from the transmission point to the measurement point, the attenuation due to reflection on the wall, etc. are calculated to obtain a prediction result. In this way, the accuracy of calculating the propagation model depends on the number of infinite straight lines. The more infinite straight lines you use, the better the accuracy of the propagation model, but the more time it takes to calculate the propagation model. The second method is to solve this problem, and to form a ray tube (ray tube) generated by the reflected straight line by radiating only one straight line on the building surface visible from the transmitting antenna. A ray tube is a bundle of a plurality of rays, in which all rays in the same ray tube have the same propagation path value.
도 1은 종래 레이 튜브 방법을 이용하여 전파 경로를 찾는 적용예를 도시한 것이다. 송신점으로부터 등간격으로 다수의 전파를 발사한 후에 각각의 전파를 추적하여 다수의 전파가 형성하는 경로의 집합이 레이 튜브를 형성한다. 이렇게 형성된 레이 튜브 중 수신점에 도달하는 레이 튜브를 찾는다. 형성된 레이 튜브의 모든 경로는 동일한 전파 경로 값을 갖는다. 먼저, 전파 송신 안테나 위치가 송신점이 되고, 송신점에서 보이는 건물 면을 찾는다. 건물면(#1)에 대해 송신점이 대칭인 영상점(I1)을 찾고, 다음으로 영상점(I1)으로부터 건물면(#2)에 대해 대칭인 영상점(I2)를 찾는다. 같은 방식으로 영상점(I3)를 찾는다. 영상점(I1-I3)의 위치를 찾아 송신점으로부터 발사된 전파가 반사되는 경로를 찾는다. 이때, 전파 가능 경로 범위 각도(Φ1-Φ3)를 고려한다. 영상점(I1-I3)의 위치, 송신점으로부터 보이는 건물면(#1-#3) 및 전파 가능 경로 범위 각도(Φ1-Φ3)의 파라미터들을 이용하여 반사된 전파로 인한 레이 튜브를 형성한다. 이 방식은 송신 안테나 위치에서 보이는 어떤 건물 면을 선택하느냐에 따라 전파 경로를 계산하는 속도, 정확도, 복잡도가 달라진다. 그런데 이 방식에서 송신점에서 보이는 건물 면을 찾기 위해 건물의 면과 모서리에 관련된 정보 중에 수평면의 꼭지점에 해당하는 2차원 정보만을 이용한다. 따라서 지면에 수직 방향으로의 전파 진행은 고려되지 못하는 문제점이 있다. 실제 수신점(R)에 도달하는 전파 경로의 집합인 레이 튜브와 컴퓨터를 이용하여 예측한 전파의 경로에 따른 수신점(R)에서의 레이 튜브 사이에 오차가 발생한다. 1 illustrates an application for finding a propagation path using a conventional ray tube method. After firing a plurality of radio waves at equal intervals from the transmission point, each radio wave is traced to form a ray tube of a set of paths formed by the plurality of radio waves. The ray tube reaching the receiving point is found among the ray tubes thus formed. All the paths of the formed ray tubes have the same propagation path values. First, the position of the radio wave transmission antenna becomes a transmission point, and the building surface seen from the transmission point is found. The image point I1 whose transmission point is symmetric with respect to the
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 실제 전파 경로를 예측하여 정확한 전파 모델을 구성하는 전파 경로 추적 방법을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a propagation path tracking method for constructing an accurate propagation model by predicting an actual propagation path.
전술한 본 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 특징에 따른 3차원 광선을 추적하여 전파 모델을 생성하는 방법은,In order to solve the above-mentioned problems, a method of generating a propagation model by tracking a three-dimensional ray according to a feature of the present invention,
a) 상기 전파 모델의 대상 지역의 3차원 건물 정보를 읽고, 송신점을 설정하는 단계; b) 상기 송신점으로부터 탐색되는 건물면에 대해 대칭점을 찾고, 반사되는 전파가 생성하는 3차원 레이 튜브를 생성하는 단계; c) 상기 송신점으로부터 탐색되는 건물면 모서리에 의해 회절되는 전파가 생성하는 3차원 레이 튜브를 생성하는 단계; d) 상기 b), c) 단계에서 생성된 상기 3차원 레이 튜브의 영역에 포함되거나 교차하고 상기 대칭점 또는 건물면 모서리에서 탐색되는 건물면에 대해 상기 b), c)단계를 반복하고 생성되는 3차원 레이 튜브를 상기 3차원 레이 튜브와 연결하는 단계를 포함한다.a) reading 3D building information of a target area of the propagation model and setting a transmission point; b) finding a symmetry point with respect to the building surface searched from the transmission point and generating a three-dimensional ray tube generated by the reflected radio waves; c) generating a three-dimensional ray tube generated by radio waves diffracted by building surface edges searched from the transmission point; d) repeating steps b) and c) for the building surface included in or intersecting the area of the three-dimensional ray tube generated in steps b) and c and searched for at the symmetry point or building surface edge. Coupling a dimensional ray tube with the three dimensional ray tube.
또한, 본 발명의 특징에 따른 프로그램을 저장한 기록 매체는, In addition, a recording medium storing a program according to a feature of the present invention,
a) 상기 전파 모델의 대상 지역의 3차원 건물 정보를 읽고, 송신점을 설정하 는 단계; b) 상기 송신점으로부터 탐색되는 건물면에 대해 대칭점을 찾고, 반사되는 전파가 생성하는 3차원 레이 튜브를 생성하는 단계; c) 상기 송신점으로부터 탐색되는 건물면 모서리에 의해 회절되는 전파가 생성하는 3차원 레이 튜브를 생성하는 단계; d) 상기 b), c) 단계에서 생성된 상기 3차원 레이 튜브의 영역에 포함되거나 교차하고 상기 대칭점 또는 건물면 모서리에서 탐색되는 건물면에 대해 상기 b), c)단계를 반복하고 생성되는 3차원 레이 튜브를 상기 3차원 레이 튜브와 연결하는 단계가 컴퓨터에서 실행되도록 한다.a) reading 3D building information of a target area of the propagation model and setting a transmission point; b) finding a symmetry point with respect to the building surface searched from the transmission point and generating a three-dimensional ray tube generated by the reflected radio waves; c) generating a three-dimensional ray tube generated by radio waves diffracted by building surface edges searched from the transmission point; d) repeating steps b) and c) for the building surface included in or intersecting the area of the three-dimensional ray tube generated in steps b) and c and searched for at the symmetry point or building surface edge. Coupling the dimensional ray tube with the three dimensional ray tube is performed on a computer.
또한, 본 발명의 특징에 따른 3차원 전파 모델 생성 장치는,In addition, the three-dimensional propagation model generation device according to a feature of the present invention,
특정 지역에 관한 지형 정보 및 송수신에 사용되는 전파에 관한 정보를 입력받는 정보 입력부;An information input unit configured to receive terrain information on a specific region and information on radio waves used for transmission and reception;
상기 지역에 관한 지형 정보를 입력받아 가상의 지형을 생성하는 지형 생성부;A terrain generation unit configured to generate virtual terrain by receiving terrain information about the area;
송신 위치로부터 발사된 전파를 3차원 추적하여 3차원 레이 튜브를 생성하는 전파 추적부;A radio wave tracking unit configured to three-dimensionally track radio waves emitted from the transmission position to generate a three-dimensional ray tube;
상기 전파 추적부로부터 상기 3차원 레이 튜브를 입력받아 상기 3차원 레이 튜브의 경로 길이를 계산하고, 임계거리와 상기 경로 길이를 비교하고, 상기 3차원 레이 튜브중 수신 위치를 통과하는 3차원 레이 튜브를 제어부; 그리고The 3D ray tube receives the 3D ray tube from the radio wave tracking unit, calculates the path length of the 3D ray tube, compares the critical distance with the path length, and passes the receiving position among the 3D ray tubes. A control unit; And
상기 3차원 레이 튜브 중 수신 위치를 통과하는 3차원 레이 튜브를 선택하여 수신 위치에서 감지되는 전파의 에너지 세기를 계산하는 전파 모델 생성부를 포함한다.And a propagation model generator for selecting a three-dimensional ray tube passing through a reception position among the three-dimensional ray tubes and calculating an energy intensity of a radio wave detected at the reception position.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.
이제 본 발명의 실시예에 따른 전파 경로를 추적하여 전파 모델을 생성 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Now, a method of generating a propagation model by tracking a propagation path according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광선 추적법에서 건물면에 반사되는 전파가 형성하는 3차원 레이 튜브를 도시한 것이다. 이때, 건물의 모양은 직육면체라고 가정한다. 이하 실시예에서 동일하다.Figure 2 shows a three-dimensional ray tube formed by the radio waves reflected in the building surface in the three-dimensional ray tracing method according to an embodiment of the present invention. At this time, it is assumed that the shape of the building is a cuboid. The same is true in the examples below.
도 2에 도시된 바와 같이, 3차원 레이 튜브는 각뿔의 형태를 갖는다. 각뿔의 꼭지점은 송신점의 위치에 의해 결정된다. 송신점의 위치(A1)에서 보이는 건물면(100)에 대해서 송신점의 위치(A1)가 면 대칭에 의해 형성되는 위치가 각뿔의 꼭지점(B)이 된다. 이는 전파 이론에서 영상 점(image point)이라고 한다. 꼭지점(B) 및 건물면(100)의 꼭지점(C1, C2, C3, C4)을 연결하는 반직선은 각뿔의 모서리가 된다. 이렇게 형성된 각뿔 모양의 레이 튜브는 송신점(A1)으로부터 발사된 전파가 건물면(100)에 의해 반사되는 경로의 전체 집합과 동일할 수 있다.As shown in FIG. 2, the three-dimensional ray tube has the shape of a pyramid. The vertex of the pyramid is determined by the position of the transmission point. The position where the position A1 of the transmission point is formed by plane symmetry with respect to the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광선 추적법에서 건물의 모서리에서 회절하는 전파에 의해 형성되는 3차원 레이 튜브를 도시한 것이다.Figure 3 shows a three-dimensional ray tube formed by radio waves diffractive at the corner of the building in the three-dimensional ray tracing method according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 건물의 모서리에서는 전파의 회절이 발생할 수 있다. 전파의 회절현상은 전파 경로를 예측하는데 있어, 전파의 반사와 함께 고려되어야 할 중요한 사항이다. As shown in FIG. 3, diffraction of radio waves may occur at the corners of the building. Diffraction of radio waves is an important consideration to consider with reflection of radio waves in estimating propagation paths.
송신점(A2)에서 발사한 전파는 건물의 모서리(a-a')를 만나면, 전파가 모서리(a-a')와 만나는 회절점(D)에서 회절을 일으킨다. 송신점의 위치(A2) 및 회절점(D)이 이루는 각도(θ1)를 유지하며, 회절점(D)에서 전파는 개방되어 있는 모든 방향으로 방사된다. 회절점(D)에서 회절을 일으키는 전파는 모서리(a-a')에 인접하는 건물면을 통과하여 건물내부로 투과하지 않는다고 가정하면, 건물면(200, 250)을 경계로 하여 회절점(D)에서 건물면(200, 250)까지 전파가 회절되는 것을 알 수 있다. 따라서, 모서리(a-a')에 인접하는 두 건물면(200, 250) 및 각도(θ1)를 갖고 방사되는 회절한 전파로 구성된 3차원 레이 튜브가 형성된다. 이런 3차원 레이 튜부는 전파가 모서리(a-a')에서 어떤 회절점에서 회절을 일으키는지에 따라 그 모양이 달라질 수 있다. 도 3의 우측에 도시한 도면은 형성된 3차원 레이 튜브를 위에서 바라본 평면도이다. The radio wave emitted from the transmission point A2 causes diffraction at the diffraction point D where the radio wave meets the corner a-a 'when the building meets the corner a-a'. The angle θ1 formed between the position A2 of the transmission point and the diffraction point D is maintained, and at the diffraction point D, radio waves are radiated in all open directions. Assuming that the radio waves causing diffraction at the diffraction point (D) do not pass through the building surface adjacent to the edge (a-a ') and penetrate into the building, the diffraction point (D) is defined around the building surfaces (200, 250). It can be seen that the radio wave is diffracted from the building surface (200, 250). Thus, a three-dimensional ray tube is formed, consisting of diffracted radio waves radiated with two building
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광선 추적법에서 도 2 및 도 3에 각각 도시한 반사에 의해 형성된 레이 튜브의 꼭지점(B) 및 회절에 의해 형성된 레이 튜브의 꼭지점(D)은 다음 레이 튜브를 형성하는 시작점이 될 수 있다. 즉, 꼭지 점(B, D)을 포함하는 각뿔 모양의 레이 튜브의 영역안에 포함되는 건물면에 대하여 꼭지점(B, D)의 대칭점으로부터 다시 반사되거나 회절하는 3차원 레이 튜브를 형성할 수 있다.As described above, in the three-dimensional ray tracing method according to the embodiment of the present invention, the vertex B of the ray tube formed by the reflection shown in FIGS. 2 and 3 and the vertex D of the ray tube formed by diffraction are as follows. It can be a starting point to form a ray tube. That is, it is possible to form a three-dimensional ray tube that reflects or diffracts again from the point of symmetry of the vertices B, D with respect to the building surface included in the region of the pyramidal ray tube including the vertices B, D.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반사에 의해 형성된 레이 튜브가 다시 다른 건물면에 의해 반사되어 형성되는 3차원 레이 튜브를 도시한 것이다.4 illustrates a three-dimensional ray tube in which a ray tube formed by reflection according to an embodiment of the present invention is reflected by another building surface again.
도 4에 도시된 바와 같이, 송신점(A3)에서 보이는 건물면(300)에 대한 송신점의 대칭점은 3차원 레이 튜브의 꼭지점(E1)이 된다. 송신점(A3)으로부터 전파가 발사되어 건물면(300)에 의해 반사된 전파가 제1차 3차원 레이 튜브를 형성한다. 제1차 3차원 레이 튜브 영역안에 포함되는 건물면(350)에서 전파는 다시 반사된다. 본 발명의 실시예에서 건물면(350)은 제1차 3차원 레이 튜브 영역안에 전면적이 포함되는 것으로 가정한다. 꼭지점(E1)이 건물면(300)에 대해 대칭인 점(E2)은 다시 3차원 레이 튜브의 꼭지점이 된다. 이 때, 꼭지점(E1)은 송신점의 역할을 하게 된다. 즉 전파를 발사하는 원천이 되고 대칭점(E2)은 반사된 전파가 다시 반사되어 형성하는 새로운 3차원 레이 튜브의 꼭지점(E2)이 되고, 제2차 3차원 레이 튜브가 형성된다. 이러한 과정을 반복하여 3차원 레이 튜브를 생성하여 가능한 전파 경로를 모두 구하면, 실제 전파를 발사하여 전파 경로를 측정한 결과와 동일할 수 있다. 또한, 전파가 각 3차원 레이 튜브를 진행하면 에너지가 감쇄하므로 일정한 에너지 세기를 정해 이 에너지 이하의 세기를 갖는 전파의 경로 길이를 구하여 이를 임계치로 정할 수 있다. 경로 길이가 임계치를 초과하면 3차원 레이 튜브 진행을 중지한다. As shown in FIG. 4, the symmetry point of the transmission point with respect to the
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반사에 의한 전파 경로로 형성되는 3차원 레이 튜브에서 다른 건물면의 모서리에서 회절되어 형성되는 3차원 레이 튜브를 도시한 도면이다.5 is a view showing a three-dimensional ray tube formed by diffraction at the edge of the other building surface in the three-dimensional ray tube formed by the propagation path by the reflection according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 송신점에서 전파가 발사되고 건물면(400)에 대해 송신점의 대칭점(F1)이 3차원 레이 튜브의 꼭지점이 된다. 3차원 레이 튜브를 구성하는 반사된 전파중 하나가 건물면(450)의 모서리(b-b')를 지나면 전파와 모서리가 만나는 점(p)에서 각도(ω)를 갖는 회절파가 형성된다. 회절파는 도 3에서 설명한 것과 같이, 모서리에 인접하는 두 건물면에 의해 3차원 레이 튜브가 형성된다. 회절파에 의해 생성된 3차원 레이 튜브는 다른 건물면에 의해 다시 회절되거나 반사되어 3차원 레이 튜브를 생성할 수 있다. 다시 반사되는 경우 회절점은 반사되는 다른 건물면에 대해서 대칭되는 점이 반사에 의해 생성되는 레이 튜브의 꼭지점이 될 수 있다.As shown in FIG. 5, radio waves are emitted at the transmission point and the symmetry point F1 of the transmission point with respect to the
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 전파 모델 생성법은 수직 성분을 고려하여 보다 정확한 전파 모델을 제공할 수 있다.As such, the three-dimensional propagation model generation method according to the embodiment of the present invention may provide a more accurate propagation model in consideration of the vertical component.
이하 본 발명의 실시예에 따른 전파 모델 생성 장치에 대해서 설명한다.Hereinafter, a radio wave model generating apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전파 모델 생성 장치의 구성을 간략히 나타낸 블록도이다.6 is a block diagram briefly illustrating a configuration of an apparatus for generating a propagation model according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전파 모델 생성 장치는 정보 입력부(100), 지형 생성부(200), 전파 추적부(300), 전파 모델 생성부(500), 제어부(400)를 포함한다.As shown in FIG. 6, the apparatus for generating a radio wave model according to an exemplary embodiment of the present invention includes an
정보 입력부(100)는 전파 모델을 생성하려는 지역에 분포해 있는 건물의 수 , 모양 및 위치 등 지형 정보를 입력받는다. 전파를 송신하는 위치에 따라 마이크로 셀 또는 피코 셀 단위의 전파 환경에서 지형 정보가 변경되므로, 송신 위치에 따라 새로운 지형 정보가 입력된다. 또한, 정보 입력부(100)는 전파 모델 대상 지역에 전파되는 전파의 주파수 대역 및 안테나 특성등 그 밖에 전파 모델에 필요한 정보를 입력받을 수 있다. The
지형 생성부(200)는 정보 입력부(100)에 입력된 지형 정보를 바탕으로 가상의 지형을 3차원으로 생성한다. 건물간의 위치, 각 건물의 높이, 모양, 도로, 전파 모델 지역의 고도등에 관한 정보를 사용하여 3차원 지형을 생성한다.The
전파 추적부(300)는 송신 위치가 설정되면, 송신 위치로부터 발사된 전파를 3차원으로 추적하여, 전파가 건물면등에 반사되거나 모서리에 의해 회절되어 형성하는 3차원 레이 튜브를 생성한다. 전파 추적부(300)는 생성된 3차원 레이 튜브를 저장할 수 있는 데이터 베이스를 포함할 수 있다. 전파 추적부(300)는 데이터 베이스에 저장된 3차원 레이 튜브를 제어부(400) 또는 전파 모델 생성부(500)로 전송할 수 있다.When the transmission position is set, the
제어부(400)는 정보 입력부(100) 및 지형 생성부(200)로부터 입력된 정보 및 전파 모델 대상 지역의 지형을 입력받는다. 또한, 전파 추적부(300)로부터 3차원 레이 튜브를 입력받아 전파 추적부(300)에서 생성된 3차원 레이 튜브의 경로를 계산하여 임계치와 비교한다. 임계치는 3차원 전파 모델을 생성하는데 있어서, 전파 에너지가 특정 값이하의 값을 갖게 되는 전파 경로 길이를 의미한다. 3차원 전파 모델을 생성하는데 있어서, 특정 값 이하의 에너지를 갖는 전파는 수신측에서 감지되기 어렵고, 이런 전파까지 포함하여 3차원 전파 모델을 생성하는데 계산한다면, 더 많은 시간이 소요된다. 따라서 제어부(400)는 전파 경로 길이가 임계치 이상이 되면, 전파 추적부(300)로 송신 위치에서 보이는 복수의 건물면 중 현재 3차원 레이 튜브 생성 동작을 수행하고 있는 건물면 이외의 다른 건물면에 대한 3차원 레이 튜브 생성을 지시할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 전파의 송신 위치 및 수신 위치를 설정할 수 있다. 제어부(400)는 전파 경로 길이가 임계치 미만이면 전파 추적부(300)가 3차원 레이 튜브 생성 동작을 지속시킬 수 있다. The
전파 모델 생성부(500)는 전파 추적부(300)에서 생성된 3차원 레이 튜브 및 기 설정된 수신 위치 정보를 입력받아 3차원 전파 모델을 생성할 수 있다. 선택된 3차원 레이 튜브의 경로 길이를 계산하고, 그 경로에 따른 전파 감쇄를 구하여 수신 위치에서 감지되는 전파의 에너지 세기를 계산한다. 이와 같은 동작을 수신 위치를 지나는 모든 3차원 레이 튜브에 대해서 실행하고, 그 결과를 총합하면, 수신 위치에서 감지되는 전파의 에너지 세기를 구할 수 있고, 수신 위치를 변경하여 대상 지역에서 반복 수행하면, 전체적인 3차원 전파 모델을 생성할 수 있다. The
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 전파 모델을 구성하는 전파 경로를 찾는 방법을 도시한 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a method for finding a propagation path constituting a 3D propagation model according to an embodiment of the present invention.
도 7에 도시된 바와 같이, 먼저 전파 모델을 구성할 지역의 3차원 건물 정보를 읽어 들인다(S100). 건물은 예측의 편의를 위해 직육면체로 단순화하여 정보를 구성할 수 있다. 본 발명의 제4 실시예에서는 직육면체로 가정한다. 전파 모델을 계산하기 위하여 송신점을 설정하고 송신점의 위치와 송신점에서 전파를 발사하는 안테나 특성등의 수치값을 입력받는다(S200). 송신점에서 보이는 건물면을 탐색하고 탐색된 건물면들 중에서 우선 전파를 발사할 건물면을 선택한다(S300). 선택된 건물면에 대해 송신점의 대칭점을 찾아 설정한다(S400). 대칭점으로부터 건물면의 각 꼭지점을 반 직선으로 연결한다(S410). 그러면 반사되는 전파가 형성하는 3차원 레이 튜브가 형성되고, 대칭점은 3차원 레이 튜브의 꼭지점이 되며, 대칭점과 건물면의 각 모서리에의해 형성되는 삼각형이 옆면이 되는 각뿔 모양일 수 있다. 이렇게 형성된 3차원 레이 튜브를 저장한다(S420). 다시 이 전파는 레이 튜브를 진행하면서 에너지가 감쇄하므로 일정한 전파 경로 길이를 임계치로 정하여 임계치 이상의 전파로 형성되는 레이 튜브는 생성되지 않는 것으로 설정할 수 있다. 따라서 위의 동작을 반복할 때마다 저장된 3차원 레이 튜브가 서로 연결되어 형성하는 전파 경로의 길이를 임계치와 비교한다(S430). 그리고 임계치 미만이면 대칭점은 다른 3차원 레이 튜브를 형성하는 원천이 될 수 있다. 즉 송신점과 같이 전파를 발사하는 역할을 수행한다. 따라서 3차원 레이 튜브의 영역안에 포함되거나 3차원 레이 튜브의 영역과 만나고 대칭점에서 보이는 다른 건물면에 대해 반사 또는 회절에 의한 3차원 레이 튜브를 형성하는 동작을 반복한다. 임계치 이상이면, 해당 송신점에서 탐색된 다른 건물면에 대한 3차원 레이 튜브 생성을 시작한다. 다른 건물면에 대한 3차원 레이 튜브 생성 방법은 지금까지 설명한 방법과 동일할 수 있다. As shown in FIG. 7, first, three-dimensional building information of an area to construct a propagation model is read (S100). Buildings can be organized in a simple cube shape for ease of prediction. In the fourth embodiment of the present invention, it is assumed to be a cuboid. In order to calculate a propagation model, a transmission point is set, and numerical values, such as the position of the transmission point and the characteristics of the antenna that emits radio waves at the transmission point, are input (S200). The building surface visible from the transmission point is searched and a building surface for emitting radio waves is first selected from the found building surfaces (S300). Find and set the symmetry point of the transmission point for the selected building surface (S400). Each vertex of the building surface is connected in a half straight line from the symmetry point (S410). Then, a three-dimensional ray tube formed by the reflected radio waves is formed, and the symmetry point may be a vertex of the three-dimensional ray tube, and a triangle formed by the symmetry point and each corner of the building surface may have a pyramidal shape. The three-dimensional ray tube thus formed is stored (S420). Again, this propagation reduces energy as it travels through the ray tube, so that a constant propagation path length is set as a threshold, so that a ray tube formed by propagation above the threshold can not be generated. Therefore, each time the above operation is repeated, the length of the propagation paths formed by connecting the stored 3D ray tubes to each other is compared with a threshold (S430). If it is below the threshold, the symmetry point can be a source for forming another three-dimensional ray tube. That is, it plays a role of emitting radio waves like a transmission point. Therefore, the operation of forming the three-dimensional ray tube by reflection or diffraction is repeated with respect to another building surface which is included in the region of the three-dimensional ray tube or meets the region of the three-dimensional ray tube and is visible at the symmetry point. If it is above the threshold, three-dimensional ray tube generation starts for the other building surface found at that transmission point. The 3D ray tube generation method for the other building surface may be the same as the method described so far.
최초 송신점에서 발사된 전파가 건물의 모서리에서 회절을 일으키는 경우, 전파를 발사한 위치와 회절이 발생하는 모서리를 구성하는 임의의 점을 연결하는 직선이 모서리에 수직선분과 이루는 각도를 계산한다(S500). 회절파는 모서리에서 모서리의 수직선분과 이 각도를 유지하며 회절을 일으킨다. 모서리에 인접하는 양 건물면을 경계로 갖고, 모서리에 수직선분과 일정한 각도를 이루는 회절파들의 집합으로 구성되는 3차원 레이 튜브를 형성한다. 이와 같은 방식으로 모서리를 구성하는 모든 점에 대해서 회절에 의한 전체 3차원 레이 튜브를 생성할 수 있다(S510). 생성된 전체 3차원 레이 튜브를 저장한다(S520). 회절에 의한 전체 3차원 레이 튜브의 경우에도, 전파는 레이 튜브를 진행하면서 에너지가 감쇄하므로 일정한 전파 경로 길이를 임계치로 정하여 저장한 3차원 레이 튜브를 서로 연결한 전파 경로 길이가 임계치 이상인 경우, 그후 형성되는 3차원 레이 튜브는 생성되지 않는 것으로 설정할 수 있다. 따라서 위의 동작을 반복할 때마다 임계치와 연결된 3차원 레이 튜브의 전파 경로 길이를 비교한다(S530). 회절이 일어나는 건물면의 모서리는 대칭점과 마찬가지로, 다른 3차원 레이 튜브를 생성하는 원천이 될 수 있다. 따라서 전파 경로 길이가 임계치 미만이면, 회절이 일어나는 모서리에서 생성되는 3차원 레이 튜브 영역이 포함하거나 3차원 레이 튜브 영역과 만나고 회절점에서 보이는 건물면에 대해서 반사에 의한 3차원 레이 튜브 또는 모서리에서 회절파에 의한 3차원 레이 튜브를 생성하는 동작을 반복한다. 반면에 임계치 이상이면 해당 송신점에서 탐색된 다른 건물면에 대한 3차원 레이 튜브 생성을 시작한다. 다른 건물면에 대한 3차원 레이 튜브 생성 방법은 지금까지 설명한 방법과 동일할 수 있다. When the radio wave emitted from the first transmission point causes diffraction at the corner of the building, the angle formed by the vertical line at the corner is formed by a straight line connecting the point where the radio wave is emitted and an arbitrary point constituting the corner where the diffraction occurs (S500). ). The diffraction wave maintains this angle with the vertical line of the edge at the edge and causes diffraction. It forms a three-dimensional ray tube having a boundary between two building surfaces adjacent to an edge, and composed of a set of diffraction waves formed at a constant angle with a vertical line at the edge. In this manner, the entire three-dimensional ray tube by diffraction may be generated for all points constituting the edge (S510). The generated three-dimensional ray tube is stored (S520). Even in the case of the entire three-dimensional ray tube by diffraction, since the radio waves propagate through the ray tube, the energy is attenuated. The three-dimensional ray tube to be formed can be set not to be generated. Therefore, each time the above operation is repeated, the propagation path length of the 3D ray tube connected to the threshold is compared (S530). The edges of the building surface where diffraction occurs can, like the point of symmetry, be a source for creating other three-dimensional ray tubes. Thus, if the propagation path length is below the threshold, diffraction occurs at the three-dimensional ray tube or edge by reflection to the building surface that includes or meets the three-dimensional ray tube region generated at the edge where diffraction occurs and is seen at the diffraction point. The operation of generating a three-dimensional ray tube by waves is repeated. On the other hand, if it is above the threshold, three-dimensional ray tube generation starts for the other building surface found at the corresponding transmission point. The 3D ray tube generation method for the other building surface may be the same as the method described so far.
이와 같이, 3차원 레이 튜브를 생성하여 이를 저장하고 서로 연결시키면 송신 안테나에서 발사된 전파의 경로를 예상하는데 있어서, 지면에 대한 수직성분이 고려되므로 보다 정확한 결과를 얻을 수 있다. 반사된 전파가 형성하는 3차원 레이 튜브가 다른 건물면에서 회절에 의한 3차원 레이 튜브를 생성할 수 있다. 반대로 회절에 의해 형성된 3차원 레이 튜브가 다른 건물면에서 반사에 의한 3차원 레이 튜브를 생성할 수 있다. 이처럼 복수의 반사에 의한 3차원 레이 튜브 및 회절에 의한 3차원 레이 튜브의 조합으로 송신점에서 발사된 전파의 경로를 실제와 유사하게 예측할 수 있다.As such, when the three-dimensional ray tube is generated, stored, and connected to each other, a more accurate result can be obtained because the vertical component of the ground is considered in estimating the path of the radio wave emitted from the transmitting antenna. The three-dimensional ray tube formed by the reflected radio waves can produce three-dimensional ray tubes by diffraction at different building surfaces. In contrast, a three-dimensional ray tube formed by diffraction can produce a three-dimensional ray tube by reflection in another building surface. As described above, the combination of the three-dimensional ray tube by the plurality of reflections and the three-dimensional ray tube by the diffraction can predict the path of the radio wave emitted from the transmission point similarly to the reality.
이하, 도 8 및 도 9를 참조하여 전파 모델을 생성하는 방법에 대해서 설명한다.Hereinafter, a method of generating a propagation model will be described with reference to FIGS. 8 and 9.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 수신점에서 전파 모델 생성 방법을 도시한 순서도이다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전파 모델 생성 방법에서 수신점을 지나는 3차원 레이 튜브의 도면이다.8 is a flowchart illustrating a method of generating a propagation model at a reception point according to an embodiment of the present invention. 9 is a view of a three-dimensional ray tube passing through the receiving point in the propagation model generation method according to an embodiment of the present invention.
도 8에 도시한 바와 같이, 전파 모델을 생성하려는 셀내에서 수신점을 설정한다(S600). 형성된 복수의 3차원 레이 튜브중에서 수신점을 지나는 3차원 레이 튜브를 검출한다(S610). 이때, 수신점을 지나는 3차원 레이 튜브는 도 8에 도시된 방법을 사용하여 찾아 낼 수 있다. 수신점의 위치 벡터(), 대칭점의 위치 벡터( ), 건물면의 법선 벡터() 및 3차원 레이 튜브 경계를 이루는 옆면의 법선 벡터( ,i=1,2,3,4)를 이용하여 찾을 수 있다. [수학식 1] 및 [수학식 2]의 조건을 만족하는 대칭점의 위치 벡터, 건물면의 법석 벡터 및 3차원 레이 튜브 옆면의 법석 벡터로 특정되는 3차원 레이 튜브를 찾는다.As shown in FIG. 8, a reception point is set in a cell in which a propagation model is to be generated (S600). The 3D ray tube passing through the receiving point is detected from the formed plurality of 3D ray tubes (S610). At this time, the three-dimensional ray tube passing through the receiving point can be found using the method shown in FIG. The position vector of the receiving point ( ), The position vector of the symmetry point ( ), The normal vector of the building surface ) And the side normal vector ( , i = 1,2,3,4). The 3D ray tube identified by the position vector of the symmetry point which satisfy | fills the conditions of Formula (1) and (Equation 2), the rule vector of a building surface, and the rule vector of the side surface of a 3D ray tube is found.
[수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하여 수신점을 지나는 3차원 레이 튜브를 찾으면, 이 3차원 레이 튜브에서 송신점에서 수신점까지 전파 경로를 계산한다(S620). 수신점의 3차원 좌표는 (xr, yr, zr) 대칭점의 3차원 좌표는 (xs, ys, zs)로 가정하면, [수학식 3]에 의해 전파 경로 길이(R)를 구할 수 있다.When the 3D ray tube passing through the receiving point is found by using
전파 경로 길이(R) 및 건물면의 반사계수를 이용하여 전파 감쇄를 계산할 수 있다(S630). 수신점을 지나는 모든 3차원 레이 튜브에 대해 동일한 방법으로 전파 감쇄를 계산할 수 있다. 검출된 모든 3차원 레이 튜브에 대해 전파 감쇄 계산을 완료했는지 판단한다(S640). 판단 결과 전파 감쇄를 계산할 3차원 레이 튜브가 있으면 다시 처음부터 반복한다. 그렇지 않으면 전파 감쇄 계산을 종료한다. 전파 감쇄 계산을 마치면 이를 기초로 수신점에 도달하는 모든 전파들의 합으로 수신 전파의 세기를 예측할 수 있다(S650). 전파 모델의 대상인 지역에서 수신점의 위치를 변경하여 이와 같은 동작을 반복하면, 전파 모델을 완성할 수 있다. Propagation attenuation may be calculated using the propagation path length R and the reflection coefficient of the building surface (S630). Propagation attenuation can be calculated in the same way for all three-dimensional ray tubes passing through the receiving point. It is determined whether the propagation attenuation calculation has been completed for all detected 3D ray tubes (S640). As a result of the determination, if there is a three-dimensional ray tube to calculate the attenuation, the process is repeated from the beginning. Otherwise, the radio attenuation calculation ends. After completing the attenuation calculation, the strength of the received radio wave may be estimated based on the sum of all radio waves reaching the reception point (S650). The radio wave model can be completed by changing the position of the reception point in the region of the radio wave model and repeating such an operation.
이와 같이, 수신점을 지나는 모든 3차원 레이 튜브에 대해서 전파 감쇄를 구 하면 실제 전파 경로를 측정하여 구한 결과와 매우 유사할 수 있다. 또한, 회절에 의한 3차원 레이 튜브에 대해서도 수신점을 지나는 3차원 레이 튜브를 찾아서 전파 감쇄를 구할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가에게 자명하다.As such, the propagation attenuation of all three-dimensional ray tubes passing through the receiving point may be very similar to the result obtained by measuring the actual propagation path. In addition, it is apparent to those skilled in the art that the three-dimensional ray tube by diffraction can find the three-dimensional ray tube passing through the reception point to obtain radio wave attenuation.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. The embodiments of the present invention described above are not implemented only by the method, but may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiments of the present invention or a recording medium on which the program is recorded. From the description of the embodiments described above it can be easily implemented by those skilled in the art.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
전술한 구성에 의하여 실험을 통해 전파를 수신하는 위치에서 직접 전파 감쇄를 측정한 결과와 비교한 오차를 크게 줄일 수 있다. 따라서 전파가 수신되는 지점에서 보다 정확한 전파 모델을 얻을 수 있는 효과를 기대할 수 있다.According to the above configuration, the error compared to the result of measuring the radio wave attenuation directly at the position where the radio wave is received through the experiment can be greatly reduced. Therefore, the effect of obtaining a more accurate propagation model can be expected at the point where radio waves are received.
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