射线模型基于几何光学（Geometrical Optics，GO）模型理论及其物体表面的反射和传输、边缘衍射（见4.2节）的扩展。几何光学理论的基础是所谓的射线近似，它在波长相对于环境障碍尺寸足够小时是有效的。它通常用在城市无线电传播中。根据这个假设，电磁场与多径传播可以用一组光束或射线束表示，这取决于其横向扩展。射线有一个空的横向层面，因此在原则上可以说场强有无限解。由于常常采用空间离散，光束（磁通管）有有限的横向界面。然而高斯光束虽能无限延长，但场强仍集中在一个轴上（见参考文献［TaLH02］）。如果采用光束，必须限制空间解。采用射线的模型通常称为RT模型。采用光束的模型通常称为光启动（Beam Launching，BL）模型，有时称为光束跟踪模型。在RT算法中，两个终端的位置在通用迭代的开始就被指定了。然后，通过几何方法，根据GO规则和到达的最大连续反射/衍射数目（通常被称为预测阶数），可以得到所有可能从TX到达RX的射线。在BL算法中通常只有一个终端（TX）的位置在开始时指定。然后把空间离散成为扇区，每一个扇区对应一个空间发射光束。每次遇到障碍，光线依据GO规则反射或衍射。然而在BL模型中，空间解会随着到TX的距离的增大而减少。像前面说的一样，RT法适合于精确的点对点预测，而BL法适合大面积覆盖的预测。BL法和RT法在一定程度上均模仿了多径传播过程。多径传播的多维现象（时间和角度分散，空间去相关，快衰落等）原则上可复制射线模型。然而，由于环境描述和传播过程建模的限制，现在多维性能模型还需要改进（见参考文献［Bert02］）。

计算时间几乎与输入数据库的大小和预测阶数呈指数关系增加，是光模型的主要缺点。因此，无论是通过把3D降至2D或2.5D这种降维方法还是在某种程度上限制射线或光追踪到一个优势射线的子集方式的研究均已经取得了很大的进展。在二维模型中，假定波在一个水平面上传播，此平面几乎平行于地面，并假设传播系统包含无线电终端。但是，这只有在无线电终端全在同一高度并且屋顶之上的（Over Roof Top，ORT）路径可以忽略不计的情况下是完全正确的。在2.5维模型而非完整的3D模型预测中，光线追踪是在两个或两个以上的2D平面之间进行的。两个平面通常被认为是:水平平面和垂直平面，后者是一个垂直于地面的平面，包含无线电终端和无线电主要的ORT无线路径。参考文献［Bert02］说明了在不同射线模型中存在的一个有趣的现象。特别

图4.9 空间衰减的测量和模拟值比较。（通过绘制:测量;虚线:模拟;方形:MRTo室;圆圈:操作室;X-标志:X光室）

是被称为垂直平面发射（Vertical Plane Launch，VPL）的原始2.5维的方法也在此文献中有所描述。由于满足GO规则的射线属于垂直折叠平面（见图4.10），而这些平面在地面上的投影呈现的分段线性也满足2D情况的GO规则，其基本思想是在水平平面上执行一个二维射线追踪。然后通过分析处理找到展开的垂直平面射线的实际三维路径。与在赫尔辛基进行的测量相比，VPL电场强度预测有更好的性能。特别地，平均误差是1/10dB，对于所有测量路线错误的标准偏差大约为4dB。其时延扩展预测性能不是很好。

图4.10 VPL射线追踪示例

参考文献［LoCo02a］，［CoLA03］和［LoCo05］提出了一种对室外和室内无线覆盖均可预测的复杂的光同步工具。该模型的基础是水平平面二维BL法和多刀边衍射方法的结合，包括垂直平面ORT的径向路径（见参考文献［Deyg66］）。因此，该方法针对一种2.5维的情况。在水平平面采用光线发射相对于RT多领域的预测节省了CPU时间。此外，该模型可以处理室内到室外的渗透以及预测室外基站的室内覆盖。大楼建筑物内渗透和路径损失可以用两种不同的计算方法计算。如果没有准确的室内数据库，每一个主导射线撞击建筑物外墙后都会在建筑物内部延伸，服从以下经验统计公式:

L_in-building（dB）=L_outside（dB）+L_interface（dB）+d_indoor（m）+L_linear（dB/m）（4.¹）

式中，L_outside是计算渗透之前的路径损耗;L_interface是由于外墙传输造成的平均损耗;d_indoor是建筑物内的路径长度;L_linear是考虑装修和分区衰减的建筑物内传播造成的平均损耗。(www.daowen.com)

图4.11举了一个用式（4.1）计算室外到室内覆盖的例子。很明显，五楼覆盖率比地下要好，这在现实世界中很容易试行。

室外到室内的传播，尤其在大多数用户常常处于室内的公共移动无线电系统（全球通或UMTS）和数字视频广播系统中它是十分重要的。在参考文献［LoCo02b］，［CoLA03］和［LoCo05］提出了用在室内或者室外基站（WLAN网络）对室内预测的一个准三维RT工具，它是完全综合2.5维室外一体的方法，采用在水平平面二维方法（一个平面平行于每个楼层），加上地板和天花板的反射。当然，室内RT模型可以详细计算室内多径效应。但是参考文献［LoCo05］表明，对于室外到室内覆盖预测，经验统计的方法［见式（4.1）］优于三维RT法。这可能是由于没有在RT模型中考虑到室内环境（家具等）杂乱所造成的影响，室内环境只依靠电脑辅助设计（Computer AidedDesign，CAD）规划。

图4.11 室外到室内覆盖举例

另外参考文献［JePK05］研究了室内传播预测三维RT法。它用一个完整的三维RT工具结合测量数据确定墙壁的电磁参数（见4.3.2节），其中考虑了多次反射，使用UTD系数的边缘衍射（见4.2节）和通过墙壁的传送。这是射线模型一个非常重要的应用，这得益于它们坚持依附实际的物理过程，它也可用于建模和多径传播的研究。

参考文献［TaLH02］提出了一个基于高斯光束发射技术的有趣的方法，它可以作为多径传播三维物理模型射线追踪的备选。该方法适用于室内的情况。通过采用基于Gabor框架的源场强分解，它可以表示为一个辐射场，辐射场用转化成空间和角频谱域的高斯函数的叠加来表示。通过多个反射和传输追踪高斯光束的方式是一种与常规BL类似的方式，然后，可以通过总结代表高斯光束变化的分析体系评估场。衍射是不予考虑的，但由于高斯光束的近轴集中，衍射应该满足对平面或球面波影响较小的条件。必须指出，一个给定的高斯光束只能对所有观测点进行一次参数计算:因此计算时间是独立于评估区域的观测点数目的。振幅延迟剖面模拟是在60GHz下一个面积为（3.5m×6.5m×2.8m）的小实验室的室内环境下进行的。为了验证模拟结果，用网络分析仪测量在59～61GHz的频率宽度下的性能。无论是模拟还是测量，发射和接收天线均是开放式波导。测量过程包括4个位置点的10～30个不同的测量取样点振幅/相位，这些位置的选取是为了说明不同类型的信道［Line-of-Sight（视距）、Non-Line-of-Sight（非视距）］用的。从模拟振幅延迟剖面计算方均根（Root Mean Square，RMS）的延迟传播值，测量结果如图4.12所示。为清楚起见，图中仅显示一个给定区域，该区域包含所有取样点的测试值，连同每个位置的平均值。毫不奇怪，模拟值比信道分布低，但测量和模拟结果的相对差异，对于视距情况（RX1）是最低的，这与先前已知的类似的环境和频率范围的结果一致。

图4.12 方均根时延扩展:模拟和测量的比较