窄角近似下物理光学法与分步抛物线方程的等价性证明及毫米波阴影效应仿真验证

《IEEE Transactions on Human-Machine Systems》：Equivalence of split-step parabolic equation and physical optics approximation to predict shadowing gain

　　

摘要：

分步抛物线方程（SSPE）和物理光学（PO）已被广泛用于预测毫米波（mmWave）的阴影效应。本文提出了一种数学推导，严格证明了应用窄角近似的PO等同于SSPE。仿真场景包括半无限导电屏、无限高度导电圆柱和导电球，在窄角（小于20°）和广角（大于20°）区域以及毫米波频段（即3.7、4.5和28 GHz）下进行。仿真结果与提案一致，即在窄角区域SSPE与PO相同，而在广角区域存在差异。在窄角区域，与精确解相比，SSPE和PO的均方误差均小于0.1 dB。此外，还比较了2D和3D环境中的平均计算时间。本研究发现，SSPE和PO之间的关键差异不在于频率，而在于角度。