基于点云的可微高性能光线追踪无线电传播仿真-计算机科学-光线追踪-可微分模拟.pdfVIP

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JOURNALOFLTXCLASSFILES,VOL.14,NO.8,JUNE20251

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基于点云的可微高性能光线追踪无线电传播

仿真

NiklasVaara,PekkaSangi,MiguelBordalloLópez,Member,IEEE,andJanneHeikkilä,SeniorMember,

IEEE

摘要—光线追踪是一种广泛用于无线电传播模拟的确定性到三角网格。重构后的点云[3]–[7]和重构后的三角网格

方法，能够产生物理上准确的多路径分量。准确性取决于环境模[8]–[13]都已证明可作为RT模拟的基础。然而，考虑到

型的质量及其电磁特性。计算机视觉和机器学习领域的必威体育精装版进展点云的噪声和三角网格映射的计算成本，直接在RT中

使得重建带有语义分割标签的详细环境模型成为可能。

使用点云变得更加吸引人。

本在这封信中，我们提出了一种基于可微分光线追踪的无线电

译传播仿真器，该仿真器直接作用于点云。通过在两个室内场景中环境建模的第二个方面是电磁材料属性的分配。文

中模拟最多五次与镜面反射和漫散射相互作用的多跳传播路径，展献中可用的材料数据库相对有限，一个值得注意的例子

示了我们方法的效率，每个场景完成时间少于90毫秒。最后，是ITU-R-P.2.040[14]，其中包含多个频率下的少量不

1我们演示了如何将电磁计算的可微分性与分割标签结合，以学习

v同材料参数。与其使用这些预定义的材料，机器学习领

1环境的电磁特性。

2域的必威体育精装版进展表明，可微渲染技术（RT）以及与RT结

0IndexTerms—光线追踪，可微分模拟，无线电传播，点云合的神经表示[15],[16]可用于学习电磁材料属性。结

4

0合点云，可以使用诸如[17],[18]之类的语义点云分割

.I.介绍

7模型自动根据其材料对点进行标记，并使用可微渲染技

0

5无线电传播模拟是现代无线通信系统研究、优化和术来学习它们的属性。此外，在通道测量数量较少的情

2设计的重要组成部分。在确定性模拟中，使用环境的物况下，使用点簇表示单一材料可能比神经表示更有益。

:

v理特性来预测无线电波的传播。一种这样的模拟方法

iRT算法通常分为两类：图像方法和光线发射[19]。

x是使用射线追踪（RT），它基于确定传播路径及其电磁

r前者分别计算每个收发机对（TX-RX）的确切路径，而

a（EM）属性。与RT相关的GPU计算的进步使得这种后者通过从一个TX均匀发射光线并追踪它们来同时

方法越来越高效，甚至有一些应用需要实时RT性能。近似计算所有TX-RX对的路径。环境驱动的光线发射

一个示例如[1]所述，其中配备软件定义无线电的机器通过以给定分辨率离散化环境并将光线仅投向这些元

人每秒传输数十次里程更新，并且机器人的每次移动都素[5],[20]来提高路径计算效率。所有元素与天线之间

需要重新计算传播路径。的可视性都保存在一个矩阵中，这计算起来成本较高，

环境模型的准确性显著影响RT中模拟路径的正确因此不适合实时应用。此外，所提出的方法使用体积光

性。从几何学角度来看，传统方法经常使用手工制作的线，这通常会在每次相交后增加需要发射的光线数量。

三角