摘要：工作在24GHz频段和5GHz频段的双频无线路由器正在成为各种无线通信环境中的首选无线网络设备。本文对两种频段的室内环境传播过程中的穿墙能力及衍射特性进行了二维时域有限差分数值计算模拟。结果显示24GHz频段信号具有更强的穿墙能力，而5GHz频段的信号在跨房间传播过程中通过门窗的衍射才能实现有效传播。
　　关键词：双频无线路由器；室内环境；数值模拟
　　[FL（K2]一、引言
　　無线路由器的发展和应用极大地方便了人们生活。双频无线路由器工作的频段分为24GHz和5GHz两种。传统24GHz频段的信号优点是穿墙性好，但是传输速率较慢，已经不能满足当下人们的需求；加上与手机等设备处于同一频段，导致网络拥堵。所以5GHz频段的信号被引入以提供速度更快的高效传播。
　　在生活中，墙壁及家具等障碍物会导致无线网络传输质量的下降。办公或者家居室内环境中，电磁信号的跨房间传播能力影响了无线设备。无线信号在室内跨房间传播通过两个途径实现：穿墙或者门窗衍射。24GHz和5GHz两个频段的信号不同的穿墙能力和门窗衍射特性决定了在使用中的实际效果。5GHz频段虽然具有更快的传输速率，但是如果不能有效实现跨房间传播，其实际使用效果必然大打折扣。
　　本文使用时域有限差分算法对24GHz和5GHz频段无线信号的室内环境传播过程中的穿墙能力及衍射特性进行二维模拟计算。计算结果对于室内环境条件下网络科学设置具有借鉴意义。
　　二、模拟计算
　　[JP2]本研究使用的计算软件为MIT大学材料与工程科学中心的研究小组编写的开源FDTD仿真软件meep。在模拟过程中，选取的墙壁厚度为03m，相对介电常数为65，相对磁导率为10。该参数选择对应的墙壁为含钢筋较少的普通混凝土墙壁。24GHz频段信号的波长为0125m，而5GHz频段的信号波长为006m。在传播模拟中，S点为点波源，分别在A与B处接收信号。模拟中采用的光源为高斯波包，其中对应频率的信号通量被记录，以计算信号的通过率。图1中的（a，b）两图显示了不同频段的S点光源信号透过墙壁分别向A、B观察点传播。（c，d）两图在墙壁上面开了一个宽为12m的门。
　　传播过程中没有墙壁的情况也进行了计算，其结果用来对有障碍物的情况进行信号强度归一。计算结果如表1及表2所示。
　　由表1和表2的数据可见，在穿墙条件下，5GHz频段的信号会大幅衰减。24GHz频段信号的穿墙效果要强于5GHz频段。如果在墙壁上开门，则5GHz频段信号的穿过能力将大幅提升，而24GHz频段的信号提升有限。在A观测位置，24GHz频段的信号在开门后强度减少是衍射现象所导致。
　　三、结论
　　由计算结果可知，24GHz频段的信号虽然传输速率慢，但是具有较强的穿墙能力。5GHz具有高传输速率，但是在实际使用过程中，需要借助于门窗才能进行有效跨房间传播。
　　参考文献：
　　郭山红，孙锦涛，谢仁宏，等.电磁波穿透墙体的衰减特性[J].强激光与粒子束，2009，21（1）：113-117.