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[en] 3-D RAY TRACING TECHNIQUES FOR INDOOR AND OUTDOOR FIELD CALCULATIONS / [es] TÉCNICAS DE TRAZADO DE RAYOS EN TRES DIMENSIONES PARA CÁLCULO DE CAMPOS EN AMBIENTES INTERIORES Y EXTERIORES / [pt] TÉCNICAS DE TRAÇADO DE RAIOS EM TRÊS DIMENSÕES PARA CÁLCULO DE CAMPOS EM AMBIENTES INTERIORES E EXTERIORESMARCIO EDUARDO DA COSTA RODRIGUES 01 August 2000 (has links)
[pt] O problema do cálculo de cobertura em sistemas celulares operando em regiões urbanizadas
tem sido bastante estudado por diversos autores, existindo um conjunto de métodos de
previsão amplamente testados e implementados em ferramentas computacionais. Atualmente,
com a aplicação da tecnologia celular a sistemas de transmissão de dados de faixa larga, o
foco dos estudos nesta área deslocou-se para o cálculo de cobertura em micro e picocélulas.
Este trabalho apresenta uma revisão dos principais métodos empíricos para a previsão da
propagação em sistemas micro e picocelulares. A seguir é realizado o estudo de uma técnica
mais precisa para estes cálculos, empregando traçado de raios e o rastreamento do campo
eletromagnético ao longo dos mesmos segundo a Teoria Uniforme da Difração (UTD).
É desenvolvido todo um conjunto de algoritmos para a aplicação do traçado de raios,
considerados os problemas de reflexão, refração (transmissão) e difração num cenário
tridimensional (problema vetorial). A difração é tratada a partir da generalização das
formulações assintóticas disponíveis para tratar o espalhamento por obstáculos perfeitamente
condutores.
Parte destes algoritmos, referentes aos problemas de reflexão múltipla, foi implementada em
linguagem C++
e alguns exemplos de aplicação são apresentados neste trabalho. / [en] The problem of the electromagnetic coverage in cellular
systems designed to operate in urban regions has being
massively studied by many authors, existing a set of
prediction models largely tested and implemented in
computational tools. Nowadays, with the application of the
cellular technology in broadband data transmission systems,
the focus of the research in this area has moved to the
coverage computation in micro and picocells.
This work presents a review of the main empirical methods
for the propagation prediction in micro and picocellular
systems. Following it, a study is made of a more precise
technique for these computations, employing ray tracing and
the tracking of the electromagnetic field in each point of
the ray trajectory by using the Uniform Theory of
Diffraction (UTD).
It is developed a pack of algorithms for the application of
the ray tracing techniques, to the problems of reflection,
refraction (transmission through slabs) and diffraction in
a tridimensional scene (vectorial problem). Diffraction is
dealed with by extending available asymptotic formulations
for scattering by perfectly conducting obstacles.
A portion of these algorithms, refering to the problem of
multiple reflections, has been implemented in a C++
computer code and applied herein to selected case studies. / [es] El problema del cálculo de cobertura en sistemas celulares que operan en regiones urbanizadas ha sido bastante
estudiado por diversos autores. Como resultado, existe un conjunto de métodos de previsión ampliamente
probados e implementados computacionalmente. Actualmente, con la aplicación de la tecnología celular a
sistemas de transmisión de datos de larga faja, el foco de los estudios en esta área ha pasado a ser el cálculo de
cobertura en micro e picocélulas. Este trabajo presenta una revisión de los principales métodos empíricos para la
previsión de propagación en sistemas micro e picocelulares. A seguir se estudia una técnica más precisa para
estos cálculos, que utiliza trazado de rayos y rastreamiento del campo eletromagnético según la Teoría Uniforme
de la Difracción (UTD). Se desarrolla un conjunto de algoritmos para la aplicación del trazado de rayos,
considerando los problemas de reflexión, refracción (transmisión) y difracción en un escenario tridimensional
(problema vectorial). La difracción es tratada a partir de la generalización de las formulaciones asintóticas
disponibles para tratar la dispersión por obstáculos perfectamente conductores. Una parte de estos algoritmos,
referidos a los problemas de reflexión múltiple, fueron implementada en lenguaje C++ y algunos ejemplos de
aplicación se apresentan en este trabajo.
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Human Body Scattering Effects at Millimeter Waves Frequencies for Future 5G Systems and BeyondRomero Peña, Johan Samuel 13 January 2023 (has links)
[ES] Se espera que las futuras comunicaciones móviles experimenten una revolución técnica que vaya más allá de las velocidades de datos de Gbps y reduzca las latencias de las velocidades de datos a niveles muy cercanos al milisegundo. Se han investigado nuevas tecnologías habilitadoras para lograr estas exigentes especificaciones. Y la utilización de las bandas de ondas milimétricas, donde hay mucho espectro disponible, es una de ellas.
Debido a las numerosas dificultades técnicas asociadas a la utilización de esta banda de frecuencias, se necesitan complicados modelos de canal para anticipar las características del canal de radio y evaluar con precisión el rendimiento de los sistemas celulares en milimétricas. En concreto, los modelos de propagación más precisos son los basados en técnicas de trazado de rayos deterministas. Pero estas técnicas tienen el estigma de ser computacionalmente exigentes, y esto dificulta su uso para caracterizar el canal de radio en escenarios interiores complejos y dinámicos. La complejidad de la caracterización de estos escenarios depende en gran medida de la interacción del cuerpo humano con el entorno radioeléctrico, que en las ondas milimétricas suele ser destructiva y muy impredecible.
Por otro lado, en los últimos años, la industria de los videojuegos ha desarrollado potentes herramientas para entornos hiperrealistas, donde la mayor parte de los avances en esta emulación de la realidad tienen que ver con el manejo de la luz. Así, los motores gráficos de estas plataformas se han vuelto cada vez más eficientes para manejar grandes volúmenes de información, por lo que son ideales para emular el comportamiento de la propagación de las ondas de radio, así como para reconstruir un escenario interior complejo. Por ello, en esta Tesis se ha aprovechado la capacidad computacional de este tipo de herramientas para evaluar el canal radioeléctrico milimétricas de la forma más eficiente posible.
Esta Tesis ofrece unas pautas para optimizar la propagación de la señal en milimétricas en un entorno interior dinámico y complejo, para lo cual se proponen tres objetivos principales.
El primer objetivo es evaluar los efectos de dispersión del cuerpo humano cuando interactúa con el canal de propagación. Una vez evaluado, se propuso un modelo matemático y geométrico simplificado para calcular este efecto de forma fiable y rápida. Otro objetivo fue el diseño de un reflector pasivo modular en milimétricas, que optimiza la cobertura en entornos de interior, evitando la interferencia del ser humano en la propagación. Y, por último, se diseñó un sistema de apuntamiento del haz predictivo en tiempo real, para que opere con el sistema de radiación en milimétricas, cuyo objetivo es evitar las pérdidas de propagación causadas por el cuerpo humano en entornos interiores dinámicos y complejos. / [CA] S'espera que les futures comunicacions mòbils experimenten una revolució tècnica que vaja més enllà de les velocitats de dades de Gbps i reduïsca les latències de les velocitats de dades a nivells molt pròxims al milisegundo. S'han investigat noves tecnologies habilitadoras per a aconseguir estes exigents especificacions. I la utilització de les bandes d'ones millimètriques, on hi ha molt espectre disponible, és una d'elles.
A causa de les nombroses dificultats tècniques associades a la utilització d'esta banda de freqüències, es necessiten complicats models de canal per a anticipar les característiques del canal de ràdio i avaluar amb precisió el rendiment dels sistemes cellulars en millimètriques. En concret, els models de propagació més precisos són els basats en tècniques de traçat de rajos deterministes. Però estes tècniques tenen l'estigma de ser computacionalment exigents, i açò dificulta el seu ús per a caracteritzar el canal de ràdio en escenaris interiors complexos i dinàmics. La complexitat de la caracterització d'estos escenaris depén en gran manera de la interacció del cos humà amb l'entorn radioelèctric, que en les ones millimètriques sol ser destructiva i molt impredicible.
D'altra banda, en els últims anys, la indústria dels videojocs ha desenrotllat potents ferramentes per a entorns hiperrealistes, on la major part dels avanços en esta emulació de la realitat tenen a veure amb el maneig de la llum. Així, els motors gràfics d'estes plataformes s'han tornat cada vegada més eficients per a manejar grans volums d'informació, per la qual cosa són ideals per a emular el comportament de la propagació de les ones de ràdio, així com per a reconstruir un escenari interior complex. Per això, en esta Tesi s'ha aprofitat la capacitat computacional d'este tipus de ferramentes per a avaluar el canal radioelèctric millimètriques de la manera més eficient possible.
Esta Tesi oferix unes pautes per a optimitzar la propagació del senyal en millimètriques en un entorn interior dinàmic i complex, per a la qual cosa es proposen tres objectius principals. El primer objectiu és avaluar els efectes de dispersió del cos humà quan interactua amb el canal de propagació. Una vegada avaluat, es va proposar un model matemàtic i geomètric simplificat per a calcular este efecte de forma fiable i ràpida. Un altre objectiu va ser el disseny d'un reflector passiu modular en millimètriques, que optimitza la cobertura en entorns d'interior, evitant la interferència del ser humà en la propagació, per a així evitar pèrdues de propagació addicionals. I, finalment, es va dissenyar un sistema d'apuntament del feix predictiu en temps real, perquè opere amb el sistema de radiació en millimètriques, l'objectiu del qual és evitar les pèrdues de propagació causades pel cos humà en entorns interiors dinàmics i complexos. / [EN] Future mobile communications are expected to experience a technical revolution that goes beyond Gbps data rates and reduces data rate latencies to levels very close to a millisecond. New enabling technologies have been researched to achieve these demanding specifications. The utilization of mmWave bands, where a lot of spectrum is available, is one of them.
Due to the numerous technical difficulties associated with using this frequency band, complicated channel models are necessary to anticipate the radio channel characteristics and to accurately evaluate the performance of cellular systems in mmWave. In particular, the most accurate propagation models are those based on deterministic ray tracing techniques. But these techniques have the stigma of being computationally intensive, and this makes it difficult to use them to characterize the radio channel in complex and dynamic indoor scenarios. The complexity of characterizing these scenarios depends largely on the interaction of the human body with the radio environment, which at mmWaves is often destructive and highly unpredictable.
On the other hand, in recent years, the video game industry has developed powerful tools for hyper-realistic environments, where most of the progress in this reality emulation has to do with the handling of light. Therefore, the graphic engines of these platforms have become more and more efficient to handle large volumes of information, becoming ideal to emulate the radio wave propagation behavior, as well as to reconstruct a complex interior scenario. Therefore, in this Thesis one has taken advantage of the computational capacity of this type of tools to evaluate the mmWave radio channel in the most efficient way possible. This Thesis offers some guidelines to optimize the signal propagation in mmWaves in a dynamic and complex indoor environment, for which three main objectives are proposed.
The first objective has been to evaluate the scattering effects of the human body when it interacts with the propagation channel. Once evaluated, a simplified mathematical and geometrical model has been proposed to calculate this effect in a reliable and fast way. Another objective has been the design of a modular passive reflector in mmWaves, which optimizes the coverage in indoor environments, avoiding human interference in the propagation, in order to avoid its harmful scattering effects. And finally, a real-time predictive beam steering system has been designed for the mmWaves radiation system, in order to avoid propagation losses caused by the human body in dynamic and complex indoor environments. / Romero Peña, JS. (2022). Human Body Scattering Effects at Millimeter Waves Frequencies for Future 5G Systems and Beyond [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/191325
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Inverse Methods In Freeform OpticsLandwehr, Philipp, Cebatarauskas, Paulius, Rosztoczy, Csaba, Röpelinen, Santeri, Zanrosso, Maddalena 13 September 2023 (has links)
Traditional methods in optical design like ray tracing suffer from slow convergence and are not constructive, i.e., each minimal perturbation of input parameters might lead to “chaotic” changes in the output. However, so-called inverse methods can be helpful in designing optical systems of reflectors and lenses. The equations in R2 become ordinary differential equations, while in R3 the equations become partial differential equations. These equations are then used to transform source distributions into target distributions, where the distributions are arbitrary, though assumed to be positive and integrable. In this project, we derive the governing equations and solve them numerically, for the systems presented by our instructor Martijn Anthonissen [Anthonissen et al. 2021]. Additionally, we show how point sources can be derived as a special case of a interval source with di- rected source interval, i.e., with each point in the source interval there is also an associated unit direction vector which could be derived from a system of two interval sources in R2. This way, it is shown that connecting source distributions with target distributions can be classified into two instead of three categories.
The resulting description of point sources as a source along an interval with directed rays could potentially be extended to three dimensions, leading to interpretations of point sources as directed sources on convex or star-shaped sets.:1 Abstract 4
2 Notation And Conventions 4
3 Introduction 5
4 ECMI Modeling Week Challenges 5
4.1 Problem 1 - Parallel to Near-Field Target 5
4.1.1 Description 5
4.1.2 Deriving The Equations 5
4.2 Problem 2 - Parallel Source To Two Targets 8
4.3 Problem 3 - Point Source To Near-Field Target 9
4.3.1 Deriving The Equations 9
4.4 Problem 4 - Point Source To Two Targets 11
5 Validation - Ray tracing 13
5.1 Splines 13
5.1.1 Piece-Wise Affine Reflectors 13
5.1.2 Piece-Wise Cubic Reflectors 14
5.2 Error Estimates For Spline Reflectors 14
5.2.1 Lemma: A Priori Feasibility Of Starting Values For Near-Field Problems 15
5.2.2 Estimates for single reflector, near-field targets 16
5.3 Ray Tracing Errors - Illumination Errors 17
5.3.1 Definition: Axioms For Errors 18
5.3.2 Extrapolated Ray Tracing Error (ERTE) 18
5.3.3 Definition: Minimal Distance Ray Tracing Error (MIRTE) 19
5.3.4 Lemma: Continuity Of The Ray Traced Reflection Projection Of Smooth Reflectors 19
5.3.5 Theorem: Convergence Of The MIRTE 20
5.3.6 Convergence Of The ERTE 21
5.3.7 Application 21
6 Numerical Implementation 21
6.1 The DOPTICS Library 21
6.2 Pseudocode Of The Implementation 21
6.2.1 Solutions Of The Problems 22
6.2.2 Ray Tracing And Ray Tracing Error 22
6.3 ERTE Implementation 25
7 Results 26
7.1 Problem 1: Results 26
7.2 Problem 2: Results 26
7.3 Problem 3: Results 27
7.4 Problem 4: Results 27
8 Generalizations In Two Dimensions 29
8.1 Directed Densities 29
8.2 Generalized, Orthogonally Emitting Sources in R2 30
8.2.1 Point Light Sources As Orthogonally Emitting Sources 30
9 Conclusion and Future Research 32
10 Group Dynamic 32
References 32
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Comportamiento Óptico y Térmico de un Concentrador Solar Lineal con reflector estacionario y Foco MóvilPujol Nadal, Ramon 30 July 2012 (has links)
El concentrador solar Fixed Mirror Solar Concentrator (FMSC) apareció en los años 70 con la finalidad de reducir costes en la producción de energía termoeléctrica. Este diseño consiste en un concentrador de reflector estacionario y foco móvil, presenta buena integrabilidad en cubiertas, y es capaz de alcanzar temperaturas entre 100 y 200ºC manteniendo una eficiencia aceptable.
En esta tesis se expone una metodología para determinar el comportamiento del FMSC. Se ha desarrollado una herramienta de cálculo basada en el método de ray-tracing, que simula el trazado de los rayos solares en el sistema óptico. Con esta herramienta se ha analizado el comportamiento óptico y térmico del FMSC, y de la versión con espejos curvos Curved Slats Fixed Mirror Solar Concentrator (CSFMSC). Se ha realizado un análisis paramétrico para conocer la influencia de los distintos parámetros en el modificador de ángulo (IAM), y para obtener los diseños óptimos a una temperatura de 200ºC para tres climas en diferentes latitudes.
Se han comparado los valores teóricos obtenidos mediante ray-tracing con dos prototipos ensayados, obteniendo un buen ajuste en ambos casos. Los ensayos han sido utilizados para determinar la curva de rendimiento de uno de los prototipos. Se ha hecho uso del método propuesto en la norma EN-12975-2:2006, combinado con valores de IAM obtenidos mediante ray-tracing. Se prueba que esta combinación puede ser útil para obtener la curva de rendimiento de colectores complejos con un modelo biaxial para el IAM. / The Fixed Mirror Solar Concentrator (FMSC) appeared during the 70s with the aim of reducing costs in the production of electricity in solar thermal power plants. This design consists of a concentrator with fixed reflector and moving receiver, has a very good integrability into building roofs and can reach temperatures between 100 and 200ºC with an acceptable efficiency.
In this Thesis a methodology is presented for the determination of the behaviour of the FMSC. A simulation tool based on the forward ray-tracing method has been developed. The optical and thermal behaviour of the FMSC and its curved mirror variation called the Curved Slats Fixed Mirror Solar Concentrator (CSFMSC), have been analyzed with this tool. A parametric analysis has been carried out in order to determine the influence of the different parameters on the Incidence Angle Modifier (IAM) and to determine the optimal designs at a temperature of 200ºC for three different climates at different latitudes.
The theoretical values obtained from the ray-tracing code have been compared with two experimental prototypes. The experimental and numerical results obtained show a good fit. The efficiency curve of one of the prototypes has been determined from the experimental tests. The methodology proposed in the norm EN-12975-2:2006 has been used in combination with IAM values obtained by ray-tracing. It has been shown that this combination can be effectively used to obtain the efficiency curve of complex collectors with a bi-axial IAM model.
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Kirkpatrick-Baez Microscope for Hard X-Ray Imaging of Fast Ignition ExperimentsFriesen, Hal Unknown Date
No description available.
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Channel Probing for an Indoor Wireless Communications ChannelHunter, Brandon 13 March 2003 (has links) (PDF)
The statistics of the amplitude, time and angle of arrival of multipaths in an indoor environment are all necessary components of multipath models used to simulate the performance of spatial diversity in receive antenna configurations. The model presented by Saleh and Valenzuela, was added to by Spencer et. al., and included all three of these parameters for a 7 GHz channel. A system was built to measure these multipath parameters at 2.4 GHz for multiple locations in an indoor environment. Another system was built to measure the angle of transmission for a 6 GHz channel. The addition of this parameter allows spatial diversity at the transmitter along with the receiver to be simulated. The process of going from raw measurement data to discrete arrivals and then to clustered arrivals is analyzed. Many possible errors associated with discrete arrival processing are discussed along with possible solutions. Four clustering methods are compared and their relative strengths and weaknesses are pointed out. The effects that errors in the clustering process have on parameter estimation and model performance are also simulated.
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