北邮电磁场实验报告

1、信息通信工程学院电磁场和电磁波的实验报告校园无线信号电场强度特性的研究姓名班级学号序列号。常晓东03目录实验目的1实验内容1实验原理1实验结果和分析5解决问题和分析16分工安排17心得十七数据处理相关函数17附件：磁场测定原始数据19实验的目的1 .掌握移动环境下阴影衰退的概念和准确的测试方法2 .研究校园内不同环境下阴影衰退的分布规律3 .掌握室内环境下结果强、准确的测试方法，了解建筑物透射损失的概念4、通过实地测量，分析建筑物透射损失随频率的变化关系5 .研究建筑物透射损失与建筑材料的关系。实验内容使用DS1131场强计现场测量信号的电场强度。1 .研究具体现实环境中阴影的衰退分布规律，以

2、及具体分布参数如何2 .研究校园内电波传播规则与现有模型的一致度、测试值和模型预测值的预测误差是否3 .研究建筑物透射损失的变化规律。实验原理无线通信系统由发送机、发送天线、无线信道、接收机、接收天线构成。 对于接收者，只要在发送信号被垄断的区域，就能够保证接收机能够正常接收，在该情况下，电波的电场强度在接收机的灵敏度以上。 因此，基站的霸复盖区域的大小受到无线技术人员的关注。 确定霸盖区尺寸的因素主要有发射功率、馈电线和连接器损耗、天线增益、天线架设高度、路径损耗、衰落、接收机高度、人体效应、接收机灵敏度、建筑物透射损耗、广播和同频干扰。1 )阴影落下无线信道引起慢衰落的最大原因是建筑物和其

3、他物体遮挡电波。 测量过程中，建筑物的遮挡状况根据测量位置而不同，所以接收功率不同，观察到衰落现象。 当进行阴影衰落时，移动站被建筑物遮挡，接收到的信号是各种衍射、反射、散射波的合成。 因而，在距基站的距离相同的地方，阴影效应使得他们接收到的信号功率可能大不相同，并且理论和测试指示对于任何d值，在特定地方的接收功率为随机对数正态分布其中，0平均高斯分布概率变量可以是单位，标准偏差可以是单位。在传播路径上具有相同T-R距离的情况下，对数正态分布描述了不同的随机阴影效果。 通过这样利用高斯分布，可以容易地分析阴影的随机效果。 概率密度函数如下所示当应用于阴影衰落时，上式中的x表示通过某测量所获得的

4、接收功率，m表示用表示的接收功率的平均值或中值，以接收功率的标准偏差为单位。 阴影衰退的标准偏差与地形、建筑物类型、建筑物密度等有关，市区频带的代表值是。除了阴影的效果外，大气的变化还会导致衰退。 然而，在所测量的无线信道中，大气变化的影响远小于影响效果。阴影衰落分布的标准偏差s(dB )频率(MHz )平坦的地形不规则地形h (米)城市郊区501503001503.55.54到79111345067.51115189006.581418212 )大规模路径的衰退在移动通信系统中，路径损耗是影响通信质量的重要因素之一。大规模的平均路径损耗：平均接收信号功率被定义为有效发射功率和平均接收功率之差

5、(dB )，以测量发射机和接收机之间的信号的平均衰落，并且根据理论和测试传播模型，平均接收信号功率随着距离而对数衰减，而无论室内和室外信道如何，该模型已经被广泛使用任意传播距离。大规模的平均路径损失如下所示即，平均接收功率其中，发射机和接收机之间的距离是参考近地距离的，该距离显示了由于路径损耗指数，路径损耗随距离增加的速度。确定路径损耗的大小的第一因素是距离，并且与接收点的电波传播条件密切相关。 因此，我们导入了路径损失中值的概念。 中央值是实测数据的一半大于其，另一半小于其的数值(正态分布的中央值为平均值)。 人们根据地形的地形条件，总结了各种各样的电波传播模型。1 .自由空间模型2 .布林

6、顿模型3. EgLi模型4. Hata-Okumura模型3 )建筑物透过损失的定义建筑物透射损失的大小对研究室内无线频道有重要意义。 透过损失也被称为大楼效应，一般指建筑物1层内的中央值电场强度和室外附近街道的中央值电场强度的差。发射机在室外，接收机在室内，电波从室外进入室内，产生建筑物的透射损失，对建筑物有屏蔽和吸收作用，所以室内的电场强度一定小于室外的电场强度，导致传输损失。 从室外到室内的建筑物的透射损失定义为在室外测得的信号平均电场强度减去在相同地方的室内测得的信号平均电场强度，并且用公式表示透过损失、单位、室内测量的每一点的电力、单位、合计m点、室外测量的每一点的电力、单位、合计n

7、点。 实验顺序1 .选择被实验者n北邮图书馆鸟瞰图这次实验数据收集地点选择了北邮图书馆。 图书馆建筑比较规则，周围几乎是正方形，容易测量，测量点也比较整齐。 频率选择采用低频测量，频率选择采用97.5MHz。 这是比较清晰的信号的电视信号。2 .数据收集使用电场强度计DS1131测定了无线信号的强度(单位)，绕北邮图书馆一周，按东南西北的顺序顺时针测定。 另外，测定是一步一点地测定，数据几乎保证了平均分。start测定行进方向图3 .数据输入将测量的数据登录到Excel表中，在东、南、西、北各方向上制作各自的表，将数据记录在一列中。4 .数据处理流程收集的数据有600多组，为了得到明确的结论，

8、有必要仔细处理数据。 下图显示了数据处理的流程图。实验结果和分析1 .磁场强度地理分布西、北、东、南4个方向的电场强度平均值分别如下-63.498dBmW； -62.878dBmW； -63.257dBmW； -62.298dBmW西、北、东、南各方向的磁场强度的标准偏差分别如下3.767； 4.131； 4.479； 3.899由此可见，平均来说，图书馆南侧信号强度最好，西方最差的标准偏差是西方最小，变动最小，误差最小，东侧大，噪声多，所以有可能变得不稳定。 图书馆的南、西、北三边几乎是直线，向东只有两个凹陷的地方(上图)，所以可以预想到标准偏差大的现象。 平均南侧最大东侧最小，因为电磁波的

9、波源位置偏向西南，所以南侧受到的损失小的可能性很大。2 .磁场强度统计分布由于受到传播路径等多种因素的影响，磁场强度分布呈波动特性。 根据理论分析，磁场强度在一定范围内表现出高斯分布特性，对实测数据得到磁场强度的统计分布，对该分布进行高斯拟合，得到如下图所示的结果如上图所示，蓝色长方形的棒是长方体统计，红色曲线是高斯分布拟合曲线。 拟合方式，拟合参数如下表所示，明确了拟合状况有一定的偏差.的特征。下表显示了适用公式中使用的参数图书馆周围的拟合参数表.参数表.方向West区-63.4983.767诺斯-62.8784.131East (东)-63.2574.479南部-62.2983.899各方

10、向的概率累积分布图如下所示如上图所示，斜率越大，磁场的分布区间越窄，即分布集中。 几个方向的图基本符合s形曲线，其中图书馆北侧图最漂亮，中间斜率高，信号强度集中。 由此可见，北侧信号比其他方向更稳定。3 .部分地区的多路径衰落分析由于通信系统中通信地面站的天线波束宽，因此，受地面、地形、海况等的多因素的影响，接收器接收通过若干路径到达的电磁波的现象为多路径效应。 通过这些不同路径到达的电磁波的相位不一致，有时变，所接收的信号陷入衰落状态。电波传播的几何模型是分析电波传播特性的基本方法，几何模型通常传播直径小，其分析基于电波的直线传播特性和电波的反射、衍射、折射。图书馆的建筑体表面是正方形的长方

11、体，因此各面都是非常好的多径衰落模型。从上图可以看到，直射波的笔划反射波的行程是行程差是：如果设为dh1h2所以将地面上的反射波的反射系数设为反射波与直达波间存在相位差的话，其中行程差引起的相位差还会引起相位偏移。因此，如果分析在图书馆周围测量的数据，则发现电场强度几乎周期性地变化，即，在几个点直接波和反射波重叠，因为该点位于波节点，所以电场强度大幅衰减的其他几个点上的直接波和反射波的重叠实际上，无线电波的传播具有独占的特性，考虑到天线传播的环境的复杂性和特殊性，多径衰落普遍存在于无线通信中，这种更简单的分析可以得到比较准确的结论。问题的解决和分析1. Matlab仿真研究和分析这次实验前对M

12、atlab的理解很少，通过调查书，对Matlab的使用得到了基本的理解。 在此基础上，通过调查相关函数来处理数据。这次实验中的困难点是生成残差图，通过在图表的选择项中继续摸索，终于找到了相关部分。 同时，在数据处理中感受到了Matlab的强度。2 .特殊点的电场强度分布的研究电场强度分布的研究可以从地理位置和统计分布两个方面开始。 地理分布直观地反映了地理场所电场强度的大致分布情况，统计分布概率地更有效地反映了场所的电场强度特性。从这次实测数据的情况来看，主要影响图书馆磁场强度的是阴影的衰退，这种衰退效果在测量图书馆室外磁场强度时尤为显着，在东收集数据时，由于地方不同遮蔽物不同，接收功率有很大

13、差异，而西测量时，测量点会被图书馆遮挡但是，另一方面，收集的数据不充分，没有排除测量过程中人为误差干扰因素的加入，因此不能充分确定结论。 因此，更好的解决办法是整合其他同学的数据进行分析，这样的结论具有很高的可靠性。3 .多路径衰落的基本研究移动无线信道的主要特征是多路径传播。 在多路径传播中，受无线传播环境的影响，电波在电波的传播路径上被反射、衍射、散射，因此当电波传播到移动台的天线时，信号不是单个路径，而是叠加有来自多条路径的多个信号。 由于电波通过各路径的距离不同，所以各路径的电波到达接收机的时间不同，相位也不同。 不同相位的多个信号在接收侧叠加，既可以以同相叠加而增强，也可以以反相叠加

14、而减弱。 这样，发生了接收信号的振幅急剧变化的所谓的多路径衰落。应该说多路径衰落时总是不存在于任何地理空间中，但是在这次的电场强度测量中，教二楼和东侧的网络中心的中间的胡同中多路径衰落的表现很明显，测量中相邻的两个测量点之间的距离为半波长，测量中相邻的两个频率点的功率差显着分工安排这次实验两个人测量数据，宋世豪负责数据输入，常晓东负责数据处理。 实验报告是两个人共同完成的。心得通过这次实验，我对影响信号的一些因素(传播距离、遮蔽物、天气)等有基本的认识和理解，对通信系统的设计有简单的概念。 此外，根据实验中数据的处理，对Matlab的使用有了基本的认识，同时也认识到了其强度。数据处理相关函数1

15、 .导入1. Excel数据y=xls read (a)其中，a是文件名，y是读取数据而生成的阵列。 有趣的是，实验中的文件格式必须是xls格式。2 .室外电场强度地理分布处理bar(y )其中y是数据数组。3 .室外磁场强度统计处理histfit(y )其中y是数据数组。4 .室外磁场强度概率的累积处理和平均差、标准偏差的计算h，stats =CDF打印(y )其中y是数据数组。 运行此函数时，Matlab会生成概率累积图和数据，如最大值、中间值、平均值、标准偏差等。附属：磁场测量原始数据测量时间： 2015.5.20地点：图书馆天气：晴天注：其他环境数据记录在纸版上西方数据：-65.6-5

16、9-56.5-57-65-66.2-62-62.8-61.4-65-68.4-58.5-58.1-61.7-65.6-61.5-62-65.8-65.4-72.3-62.4-58.8-61.5-66.7-62.3-60.4-62.4-65-68.1-69-62.2-63-62.3-65.9-67.3-64.6-61.5-62.8-62.3-62.8-66.6-66.9-72.9-69.3-65.2-65.4-72-71.5-70.6-69.4-64.7-61.7-60.9-62.8-66.7-65.9-63.7-62.7-57.9-56.4-60.9-64.9-56.3-55.5-56.6-57.7-61.3-62.2-62.5-63-64.1-63.5-64.6-62.7-62.9-62.3-63.5-61-60.8-64.5-64.9-61.5-63.8-