校园内电波传播模型的研究

1、校园内电波传播模型的研究一. 实验目的1. 通过实地测量校园内室内外的无线电信号场强值，掌握室内外电波传播的规律。2. 熟悉并掌握无线电中的传输损耗，路径损耗，穿透损耗，衰落等概念。3. 熟练使用无线电场强仪测试空间电场强的方法。4. 学会对大量数据进行分析，并得到统计分析结果的方法。二. 实验原理1. 电波传播方式：电磁场在空间屮的传输方式主要有反射、绕射、散射三种模式。当电磁波传播 遇到比波长大很多的物体时，发生反射。当接收机和发射机之间无线路径被尖锐物 体阻挡吋发生绕射。当电波传播空间中存在物理尺寸小于电波波长的物体、且这些 物体的分布较密集时，产生散射。散射波产生于粗糙表面，如小物体或

2、其它不规则 物体、树叶、街道、标志、灯柱。2. 电磁波的损耗：电磁波在空间传播是不可避免地会受到各种因素的影响而产生损耗，这些损耗 主要分为：建筑物穿透损耗，阴影损耗，路径损耗等。在本实验屮，我们小组做的 是学十楼周围地区的室外测量，借以研究信号的阴影损耗特点，并和其他小组实验 结果対比以得出信号的建筑物穿透损耗特点。下面主要对电磁波的阴影损耗加以讨 论：信号在传播的过程中受到较大建筑物或较高的地形单位的阻挡，这样信号会产 生衰落，不同时间或接受方位的遮挡情况不同，接收功率也不同，由于这种原因造 成的衰落叫“阴影效应”或“阴影衰落”。在阴影衰落的情况下，移动台与信号源的直达 路径被建筑物所遮挡

3、，它收到的信号是各种绕射、反射、散射波的合成。所以，在 离基站距离相同的地方，由于阴影效应的不同，它们收到的信号功率有可能相差很 大。由于影响阴影衰落的因素众多，且这些因素相互独立，并不应存在一个后少数 儿个影响明显大于其他因素的影响因素，所以经阴影衰落以后的信号功率（以db值 度量）应该符合gaussian分布，也即正态分布。3. 实验地点：影响信号的阴影衰落的因素很多，但最主要的是测试地点周围的地形情况，和所 测量信号的所在波段。我们选择的实验地点是教三楼内部1 5楼自动扶梯北面的空间。观测波段是 487. 25mhz的电视视频信号。三. 实验内容1. 实验数据每层均在同一位置以半波长30

4、cm （约为正常行走的一步大小）为前后间隔，50cni为左 右间隔，來回重复测量5次，每次数据约为20个，每层数据约为100个。第一层：数据单位（一dbmw）71.184.276.971.677.582.27167.873.269.183.571.265.466.467.185.183.776.372.274.372.778.870.569.571.766.273.268.976.275.971.96&173.164.77282.87065.46572.77&373.669.76&468.6数76.374.181.169.26971.368.769.165.665.76

5、9.27&482.676.275.270.16766.662.968.7687573.979.171.266.575.973.764.574.875.27877.576.169.782.476.86&16780.274.272.679.476.976.675.275.274.773.277.978.976.279.173.469.875.974.576.567.270.27770.583.271.475.1第二层：据单位（一dbmw）74.180.472.477.181.572.1717&37075.179.779.275.970.877.877.269.775.272

6、.27179.883.670.174.371.471.775.468676&669.670.676.369.371.570.270.971.370.767.674.879.275.97573.577.270.574.676.673.871.466.376.475.371.379.984.370.575.764.770.371.781.580.56&467.270.4736673.373.475.678.771.674.477.473.368.269.668.772.577.277.768.874.369.670.367.265.269.371.167.879.173.575.6

7、70.46&869.466.675.175.5807&879.171.674.162.373.270.869.3第三层：数据单位（一dbmw）67.177.567.373.56466.36471.664.77063.965.572.883.362.960.470.76&667.765.563.466.662.766.259.964.265.762.770.474.866.766.559.971.975.167.567.463.968.376.961.164.571.164.273.866.264.662.56365.464.573.269.371.564.665.763

8、.163.66&174.872.36571.266.566.162.780.771.162.576.971.87372.566.478.166.6675&861.765.462.766.671.262.870.172.771.261.958.758.463.466.46466.176.679.772.556.962.179.166.26472.767.767.570.761.463.85861.7第四层:数据单位（dbmw)6375.569.662.465.364.464.566.265.462.667.371.267.160.962.861.879.767.762.66873

9、.264.367.566.562.660.869.673.664.167.968.964.457.763.169.778.573.163.460.968.762.675.263.660.572.662.772.561.55&16062.566.371.464.560.861.364.577.962.66&171.577.263.460.579.66965.973.661.65&464.667.764.955.760.374.460.762.557.660.169.560.961.960.666.96563.159.955.467.764.662.555.35&7

10、57.962.263.556.554.964.159.96466.964.761.364.25165.963.469.4第五层：数据单位（一dbmw）69.668.962.467.365.663.765.677.371.471.171.863.36&474.672.972.667.763.469.372.457.463.664.565.463.365.862.271.75965.967.27()66.766.864.461.861.261.677.172.967.971.262.467.670.267.565.762.765.758.566.965.970.468.766.763.77

11、0.957.361.962.160.36160.963.461.661.760.470.761.967.362.859.86156.660.454.562.763.460.760.169.95&8762.657.462.461.763.158.460.55862.25659.356.365.270.153.562.650.560.362.648.567.753.965.659.253.458.162.559.42. 数据处理：clear all;close all;%从文件读入数据al=xlsread(, data xls,' sheett );a2=xlsretid(，del

12、ta xls',' sheel2);a3=xlsread(，data xls',' sheet3"):a4=xlsread(, data xls，,j shoet4,);a5=xlsread(，data xls，, ' sheet5,);bl二reshape (al, 1,110);b2二reshape (a2, 1, 110);b3=reshape(a3, 1,110);b4二reshape(a4, 1, 110);b5=reshape(a5, 1, 110);%对数据进行插值cl=interp2(cil, 2,' cubic，);c

13、2=interp2(a2, 2,' cubic');c3=interp2 (ci3, 2,' cubic，);c4=interp2(a4, 2、' cubic');c5=interp2(a5, 2,' cubic');ct=af , nan*ones (5, 2), a2", nan*oncs (5, 2), a3, nan*ones (5, 2), a4, nan*ones (5, 2), a5 ;ct2=cl，, ncin*ones(17, 2), c2, nan*ones(17, 2), c3, nan*ones(17,

14、2), c4, nan*ones(17, 2), c5 ;%数据分析并作图%1 层 figure(ll) subplot (1, 2, 1); histfit (bl);axis(55, 90, 0, 25);grid on;titlec教三北门大厅电视信号电平概率分布');x 1 abe 1( 电平值(db)');ylabel ('样本数量(个)');legendc理想概率分布曲线'，实际样本分布'); subplot (1, 2, 2);hl,si = cdfplot(bl)hold on;text (76, 0. 23,'最小值二&

15、#39;,num2str(si. min); text (76, 0. 1& '最大值二',num2str (si. max); text (76,0.13,'均 值二',num2str(sl. mean); text (76, 0. 08,'中值=',num2str (si. median); text (76, 0. 03,'标准差二',num2str (si. std); titlec对应累积概率分布')；figure (12)surf (ct );titlec 一层信号电平空间分布(经过二重三次方插 值)；

16、xlabelc<-西东-')；ylabelc <-北南->');view(-30,60);figurc(13)subplot (2, 1, 1);surf(cl');title('信号电平分布图')；xlabel (* <西东一>');ylabel c <-南北-')；view(o, 90);colorbar (* horiz1):subplot (2, 1, 2);c, h=contour (ct ):clabel (c, h);titlec信号电平等高线分布，)xlabel (j <西东一;y

17、labelc<一南北一>');colormap hot;%2 层figure(21)subplot (1, 2, 1);histfit(b2);axis(55, 90, 0, 25);grid on;titlec教三北门二层大厅电视信号电平概率分布 ');xlabel c 电平值(db);ylabelc样本数量(个)j;legendc理想概率分布曲线'，实际样本分布'); subplot (1, 2, 2);h2, s2 = cdfplot(b2)hold on;text (76, 0. 23,'最小值=',num2str (s2.

18、mi n); text (76, 0. 18,'最大值二',num2str (s2. max);text(76, 0. 13,'均 值二 *, num2str(s2. mean): text (76, 0. 08,'中值二',num2str(s2. median);text (76, 0. 03,'标准差=',num2str(s2. std); titlec对应累积概率分布')；figure (22)surf (c2j);titlec二层信号电平空间分布(经过二重三次方插 q)；xlcibel c <-西东->'

19、;)；ylabel (' <-北南->');view(-30, 60);figure(23)subplot (2, 1, 1);surf (c2);titlec二层信号电平分布图')； xlabelc <西东一>');ylcibel <南北->');view(0, 90);colorbar horiz，);subplot (2, 1, 2);c, h=contour (c2,);clcibel (c, h);titlec二层信号电平等高线分布')xlabelc <西东->)；ylabelc <

20、-南北->');colormap hot;%3 层figure(31)subplot (1, 2, 1);histfi t (b3);axis(50, 85, 0, 25);grid on;titlec教三北门三层大厅电视信号电平概率分布')；xlabel c 电平值(db);ylabel c样木数虽(个);legendc理想概率分布曲线'，实际样本分布');subplot (1, 2, 2);h3, s3 = cdfplot(b3)hold on;text (76, 0. 23,'最小值二',num2str(s3. min):text (

21、76, 0. 18,'最大值二',num2str (s3. max);text (76, 0. 13,'均 值二',num2str(s3. mean);text (76, 0. 08,'中值二',num2str(s3. median);text (76, 0. 03,'标准差二',num2str (s3. std);titlec对应累积概率分布j ； figure (32)surf (c3)；titlec三层信号电平空间分布(经过二巫三次方插 值)；xlabel c <西东一>');ylcibel c <

22、北南一')；view(-30,60);figure(33)subplot (2, 1,1);surf (c3j);titlec三层信号电平分布图');xlabel c <-西东->');ylabel (* <南北一>');view(l0, 90j);colorbar horiz，);subplot (2, 1, 2);c, h-contour(c3)；clabel (c, h);titlec三层信号电平等高线分布')xlabel c一西东一>');ylabel c <-南 北一>'); color

23、map hot;%4 层figure (41) subplot (1,2, 1);histfit(b4);axis(45, 85, 0, 30);grid on;titlec教三北门四层大厅电视信号电平概率分布xlabelc 电平值(db)； ylabel c样本数量(个);legendc理想概率分布曲线'，实际样本分布')； subplot (1,2, 2);h4, s4 = cdfplot(b4)hold on;text (70, 0. 23,'最小值二',num2str (s4. min); text (70, 0. 18,'最大值二',n

24、um2str(s4. max); text (70, 0. 13, f 均 值二 *, num2str(s4. mean); text (70, 0. 08, u 中值二',num2str (s4. median); text (70, 0. 03,'标准差=',num2str (s4. std); titlec对应累积概率分布')；figure(42)surf (c4);titlec四层信号电平空间分布(经过二重三次方插 值)；xlabel (' <-西东->');ylabelc <jt 南一>');view(-

25、30,60);figure (43)subplot (2, 1, 1);surf (c4,);titlec四层信号电平分布图')；xlabel c <西 东->)；ylabel (* <南北一>');view(0, 90);colorbar (' horiz，);subplot (2, 1, 2);c,h二contour(c4);clabel (c, h);titlec四层信号电平等高线分布')xlabel c<-西东一，)；ylabel (* <南北一>');colormap hot;%5层figure (51

26、)subplot (1, 2, 1);histfit(b5);axis(45, 80, 0,30);grid on;titlec教三北门五层大厅电视信号电平概率分布 j；xlabel (j 电平值(db)');ylabel c样本数量(个)；legendc理想概率分布曲线','实际样木分布'); subplot (1, 2, 2);h5,s5 = cdfplot(b5)hold on;text (65, 0. 23,'最小值二',num2str (s5. min); text (65, 0. 18,'最大值二',num2str (

27、s5. max);text (65, 0. 13,均 值二',num2str(s5. mean); text (65, 0. 08,中值二',num2str(s5. median); text (65, 0. 03,'标准差二',num2str (s5. std); titlec对应累积概率分布')；figure (52)surf (c5);titlec五层信号电平空间分布(经过二重三次方插 值)')；xlabel c<-西东->)；ylabel (' <-北南-');view(-30,60);figure (5

28、3) subplot (2, 1, 1);surf (c5);titlec五层信号电平分布图')；xlabel c <西东一>');ylcibel c <南北一')；view(0, 90);colorbar horiz，);subplot (2, 1, 2);c, h=contour(c5,);clabel(c, h);titlec五层信号电平等高线分布')xlabel c <西东一>');ylabel (* <-南北->');colormap hot;%总体figure (61)subplot (2,

29、1,1);surf(ct) view(0, 90);titlec总体信号电平分布')；xlabel c 西东-> 层二层三层 四层五层')；ylabelc <南北一')；subplot (2, 1, 2);c, h=contour (ct2, 50, 60, 70, 80);clabel (c, h);titlec总体电平等高线图')；xlabel c <-西东->');ylabelc <南北一')；colorbar horiz，);colormap hot;3.数据分析图:药2060657075808590电平值(

30、db)5 o di di10.90.80.70.6s0.5u-0.40.30.20.106065707580859060657075808590电平值(db)2055 o di di25ol-55对应累积概率分布教三北门三层大厅电视信号电平概率分布电平值(db)理想概率分布曲线 实际样本分布5560657075808525201510305055606570758085电平值(db)20255151030l45教三北门五层大厅电视信号电平概率分布50556065707580电平值(犯)202551510信号电平分布图1614a 12壬10虺8'64210 2030405060<西东>7080二层信号电平分布图6466687072747678808284三层信号电平分布图6065707580四层信号电平分布图5560657075五层信号电平分布图505560657075五层信号电平等高线分布总体电平等高线图15a£ 10505055010015060ooo8 oo 怙 卜200250<西«东->65ioo 卜7030040075804. 数据分析：(1)单层空间分析由以上数据处理结果以及比较测量空间平面图可以看出，一层由于教三大门的原因， 因而北侧的信号较好，电磁波衰减小;而西南面因为有两根柱