校园内电波传播模型的研究

校园内电波传播模型的研究一．实验目的（1）通过实地测量校园里室内室外的无线信号场强，掌握室内室外电波传播规律。（2）熟悉并掌握无线通信中，路径损耗，穿透损耗，衰落的概念。（3）熟练掌握用场强仪测试空间电场场强的方法。（4）学会对大量数据进行统计分析，得出相关传播模型。二．实验原理11．．电电波波传传播播方方式式电磁场在空间中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时发生绕射。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，如小物体或其它不规则物体﹑树叶﹑街道﹑标志﹑灯柱。22．．无无线线信信道道中中信信号号衰衰减减无线信道中的信号衰减分为衰落，路径损耗，建筑物穿透损耗。此外还有多径传播的影响。（1）移动环境下电波的衰落包括快衰落和慢衰落（又叫阴影衰落），快衰落的典型分布为Rayleigh分布或Rician分布；阴影衰落的典型分布为正态分布，即高斯分布。快衰落和慢衰落两者构成移动通信系统中接收信号不稳定因素。（2）路径损耗：测量发射机和接收机之间信号的平均衰落。定义:有效发射功率(Pt)和平均接收功率(Pr)之差(db)。距离是决定路径损耗大小的首要因素;除此之外,还与接收点的电波传播条件密切相关。人们根据不同的地形地貌条件,总结出各种电波传播模型：距离幂指数模型，自由空间模型，布灵顿模型，Egli模型，HaTa-Okumura模型。（3）建筑物的穿透损耗定义：建筑物外测量的信号的中值电场强度和同一位置室内测量的信号中值电场强度之差（db）。建筑物穿透损耗的大小同建筑物的材料、结构、高度、室内陈设、工作频率等多种因素有关。三．实验要求我们组的实验地点是教二楼，包括室内一楼至四楼的楼道，二楼至四楼西边的大教室，室外绕教二楼一周。观测波段是190.75MHZ电视音频信号。室外测试：测本建筑物的室外信号，即围绕该建筑物的马路上绕一圈测试，每半个波长记录一个数据。室内测试：将建筑物每一层的房间、走廊、水房等作为一个测试地点，每一组在该楼同一个位置的不同层测试数据，比如某一个房间对应的楼上楼下同一个位置的房间，或每一层的走廊水房等，测试数据不少于300个，将每一个地点的数据取均值和标准差，与该建筑物的室外信号均值比较得出穿透损耗。每一组画出穿透损耗随楼层的变化规律。四组分别选择不同建筑材料（钢筋和砖石）及不同频率测量，综合得出穿透损耗在不同的建筑材料和频率下随楼层的变化规律。或作建筑物内部不同分隔空间穿透损耗。四．实验数据：五．数据处理，MATLAB程序与结果%教2走廊clearall;closeall;%---------从文件读入数据-------------a1=xlsread('floor1.xls','Sheet1');a2=xlsread('floor2.xls','Sheet1');a3=xlsread('floor3.xls','Sheet1');a4=xlsread('floor4.xls','Sheet1');b1=reshape(a1,1,102);b2=reshape(a2,1,98);b3=reshape(a3,1,90);b4=reshape(a4,1,89);%-----------数据分析并作图-----------%---------------1层-----------------figure(11)subplot(1,2,1);histfit(b1);axis([50,80,0,25]);gridon;title('教二1层走廊电视信号电平概率分布');xlabel('电平值(dB)');ylabel('样本数量(个)');legend('理想概率分布曲线','实际样本分布');subplot(1,2,2);[h1,s1]=cdfplot(b1)holdon;text(30,0.8,['最小值=',num2str(s1.min)]);text(30,0.73,['最大值=',num2str(s1.max)]);text(30,0.65,['均值=',num2str(s1.mean)]);text(30,0.58,['中值=',num2str(s1.median)]);text(30,0.4,['标准差=',num2str(s1.std)]);title('对应累积概率分布');%---------------2层-----------------figure(21)subplot(1,2,1);histfit(b2);axis([40,80,0,25]);gridon;title('教二2层走廊电视信号电平概率分布');xlabel('电平值(dB)');ylabel('样本数量(个)');legend('理想概率分布曲线','实际样本分布');subplot(1,2,2);[h2,s2]=cdfplot(b2)holdon;text(20,0.8,['最小值=',num2str(s2.min)]);text(20,0.73,['最大值=',num2str(s2.max)]);text(20,0.65,['均值=',num2str(s2.mean)]);text(20,0.58,['中值=',num2str(s2.median)]);text(20,0.4,['标准差=',num2str(s2.std)]);title('对应累积概率分布');%---------------3层-----------------figure(31)subplot(1,2,1);histfit(b3);axis([30,85,0,25]);gridon;title('教二3层走廊电视信号电平概率分布');xlabel('电平值(dB)');ylabel('样本数量(个)');legend('理想概率分布曲线','实际样本分布');subplot(1,2,2);[h3,s3]=cdfplot(b3)holdon;text(0,0.8,['最小值=',num2str(s3.min)]);text(0,0.73,['最大值=',num2str(s3.max)]);text(0,0.65,['均值=',num2str(s3.mean)]);text(0,0.58,['中值=',num2str(s3.median)]);text(0,0.4,['标准差=',num2str(s3.std)]);title('对应累积概率分布');%---------------4层-----------------figure(41)subplot(1,2,1);histfit(b4);axis([30,85,0,30]);gridon;title('教二4层走廊电视信号电平概率分布');xlabel('电平值(dB)');ylabel('样本数量(个)');legend('理想概率分布曲线','实际样本分布');subplot(1,2,2);[h4,s4]=cdfplot(b4)holdon;text(20,0.8,['最小值=',num2str(s4.min)]);text(20,0.73,['最大值=',num2str(s4.max)]);text(20,0.65,['均值=',num2str(s4.mean)]);text(20,0.58,['中值=',num2str(s4.median)]);text(20,0.4,['标准差=',num2str(s4.std)]);title('对应累积概率分布');b=54.13;y2=[s1.mean-b,s2.mean-b,s3.mean-b,s4.mean-b]figure(51)gridonplot(y2,'b')title('教二穿透损耗(db)随楼层的变化曲线');xlabel('楼层');ylabel('穿透损耗');text(1,0,['教二1层(db)',num2str(s1.mean-b)]);text(1,1,['教二2层(db)',num2str(s2.mean-b)]);text(1,2,['教二3层(db)',num2str(s3.mean-b)]);text(1,3,['教二4层(db)',num2str(s4.mean-b)]);%教2教室clearall;closeall;%---------从文件读入数据-------------a1=xlsread('Book2.xls','Sheet1');a2=xlsread('Book3.xls','Sheet1');a3=xlsread('Book4.xls','Sheet1');b1=reshape(a1,1,39);b2=reshape(a2,1,37);b3=reshape(a3,1,37);figure(11)subplot(1,2,1);histfit(b1);axis([0,90,0,25]);gridon;title('教二4层西边教室电视信号电平概率分布');xlabel('电平值(dB)');ylabel('样本数量(个)');legend('理想概率分布曲线','实际样本分布');subplot(1,2,2);[h1,s1]=cdfplot(b1)holdon;text(0,0.8,['最小值=',num2str(s1.min)]);text(0,0.73,['最大值=',num2str(s1.max)]);text(0,0.65,['均值=',num2str(s1.mean)]);text(0,0.58,['中值=',num2str(s1.median)]);text(0,0.5,['标准差=',num2str(s1.std)]);title('对应累积概率分布');figure(12)subplot(1,2,1);histfit(b2);axis([0,90,0,25]);gridon;title('教二3层西边教室电视信号电平概率分布');xlabel('电平值(dB)');ylabel('样本数量(个)');legend('理想概率分布曲线','实际样本分布');subplot(1,2,2);[h2,s2]=cdfplot(b2)holdon;text(0,0.8,['最小值=',num2str(s2.min)]);text(0,0.73,['最大值=',num2str(s2.max)]);text(0,0.65,['均值=',num2str(s2.mean)]);text(0,0.58,['中值=',num2str(s2.median)]);text(0,0.5,['标准差=',num2str(s2.std)]);title('对应累积概率分布');figure(13)subplot(1,2,1);histfit(b3);axis([0,90,0,25]);gridon;title('教二2层西边教室电视信号电平概率分布');xlabel('电平值(dB)');ylabel('样本数量(个)');legend('理想概率分布曲线','实际样本分布');subplot(1,2,2);[h3,s3]=cdfplot(b3)holdon;text(0,0.8,['最小值=',num2str(s3.min)]);text(0,0.73,['最大值=',num2str(s3.max)]);text(0,0.65,['均值=',num2str(s3.mean)]);text(0,0.58,['中值=',num2str(s3.median)]);text(0,0.5,['标准差=',num2str(s3.std)]);title('对应累积概率分布');%教2楼外围clearall;closeall;%---------从文件读入数据-------------a1=xlsread('out.xls','short1');a2=xlsread