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城市环境下通信信号穿透损耗的定量研究

王召召  
【摘要】: 随着科学技术的发展,我国城市化进程也得到迅猛发展,城市空域的电磁环境更为复杂。通信信号在空间的传输机制包括直射、透射、反射、衍射,因此通信信号的衰耗包含直射损耗、透射损耗、反射损耗、衍射损耗。在城市坏境下的无线通信,通信信号穿透障碍物时会发生反射和透射,使信号衰减,障碍物对信号的透射衰减就是衡量通信质量的一个重要方面。随着人们对通信质量的要求越来越高,城市环境中通信信号衰减的问题也越来越得到重视。本文旨在研究城市环境中通信信号穿透建筑物墙体的透射损耗。 本文研究主旨是基于城市环境下通信信号衰减的定量研究,首先通过对城市电磁环境中通信信号和地物环境分析,确定被测物体的类型以及被测信号频率范围。由于障碍物对信号衰减的大小主要是由其体积以及等效电参数来决定,等效电参数的变化对通信信号的透射衰减起着重要影响,本文介绍了实地测量建筑物等效电参数的几种方法,重点阐述了利用自由空间测量法来测量通信信号的透射衰减。采用自由空间法测量方法建立测试系统,对频率在10KHz和3GHz之间的通信信号进行穿透建筑物墙体等障碍物的实地测量。根据频率的不同选择对应的天线进行测量,分别对两种钢筋密度不同的建筑物墙体、玻璃幕墙、树林进行了实地测量。 本文详细介绍了时域有限差分法的基本原理、边界条件和数值稳定性的问题,并利用基于时域有限差分差分法的XFDTD软件建立与实际测量环境相仿的电磁模型,通过程序设计和对软件参数的设置进行计算机仿真计算,并简单讨论了仿真计算过程中的关键参数设置问题。 通过透射波与空旷地测量的数据进行比较计算,得出不同频率下的该建筑物墙体的透射系数,同时采用加权的方法计算该墙体的等效介电常数。利用上述的固定频率下透射系数和等效介电常数结合菲涅尔公式反演其该频率下的等效电导率,得出建筑物墙体等障碍物的在不同频率下的等效电导率,通过曲线拟合绘制出电导率随频率变化的曲线,将得到的电导率设置为计算机仿真所需的电磁参数,将仿真计算结果与实验测量结果的比较分析来验证结果的正确性,通过两种数据的比较观察到实验数据与仿真数据基本吻合。


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