北邮电磁场实验 无线信号场强特性的研究

1、北京邮电大学电磁场与微波测量实验实验七 无线信号场强特性的研究学院： 电子工程学院 班级： 2011211207 组员： 邹夫、马睿、李贝贝 执笔： 邹夫 目录1.实验内容11.1实验目的11.2实验步骤12.实验原理12.1电播传播方式12.2无线信道中信号衰减22.2.1自由空间模型22.2.2布灵顿模型22.2.3EgLi模型22.2.4HaTa-Okumura模型32.2.5建筑物的穿透损耗33实验数据33.1空间开放区域33.2室内区域53.3建筑物遮挡73.4建筑物内和建筑物外的区别94.思考题115.实验心得与体会11 1.实验内容1.1实验目的1.通过实地测量校园内室内外的无线

2、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，衰弱等概念；3.熟练使用无线电场强仪测试空间电场的方法；4.学会对大量数据进行统计分析，得到相关传播模型。1.2实验步骤1.根据不同的地形地貌条件，归纳总结各种环境条件下可能采用的各种点播传播模型；在数据测试之前，先用理论模型在理论上对待测区进行一下分析；2.观测波段的确定；实验地点的确定；3.数据的测量；第一组数据在空间开放区域，地点自行选择，每半个波长为单位记录数据；4.第二组数据可以选在室内，例如，楼道或房间，仍以半个波长为单位记录数据；5.第三组数据在建筑物的遮挡下，观察“阴影衰弱”；总结衰弱

3、服从的分布规律；6.第四组数据可以找个地点，以反映建筑物外和建筑物内之间的场强差异。对建筑物穿透损耗的测量结果进行分析，用室外平均信号场强减去同一位置室内的所测信号的额平均场强，得到的建筑物穿透损耗；7.数据处理：数据录用可以用excel表格等工具，表格设计要清晰，数据点评的分布和处理利用matlab等工具，得到不同区域下信号电平分布情况；得到累计概率分布曲线；得到理论值和实际值之间的标准差，进行误差分析；8.根据不同区域的测试结果，进行比较分析，分析不同环境下造成这些结果的原因；9.模型分析：根据自己所测试的数据，分析不同地带的测试结果，所适用的理论模型。2.实验原理2.1电播传播方式电磁场

4、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，且这些物体的分布比较密集时，产生散射。散射波产生于粗糙表面，如小物体或其他不规则物体，树叶，街道，标志，灯柱。2.2无线信道中信号衰减无线信道中的信号衰减分为衰弱，路径损耗，建筑物穿透损耗。此外还有很多路径传播的影响.1.移动环境下电波的衰弱包括快衰弱和慢衰弱（也叫慢衰弱），快衰弱的典型分布为Rayleigh分布和Rician分布；阴影衰弱的典型分布为正态分布。快速衰弱和满衰弱两者构成移动通信系统

5、中接受信号不稳定因素。2.路径损耗：测量发射机和接收机之间信号的平均衰弱。即定义为有效发射功率（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。根据理论和测试的传播模型，无论室内或室外信道，平均接受信号功率随距离对数衰减，对任意的传输距离，大尺度平局路径损耗表示为：PLddB=PLd0+10nlogdd0即平均接收功率为：PrddBm=PrdBm-PLd0-10nlogdd0=Prd0dBm-10nlogdd0其中n为路径损耗指数，表明路径损耗随距离增长的速度；d0为近地参考距离；d为发射机与接收机之间的距离。人们根据不同

6、地形地貌条件，总结出各种电波传输；自由空间模型，布灵顿模型，Egli模型，HaTa-Okumura模型。2.2.1自由空间模型我们说的自由空间一是指真空，二是指发射天线与接收平台之间不存在任何可能影响电波传播的物体，电波是以直射线的方式达到移动台的。自由空间模型计算路径损耗公式是：Lp=32.4+20lgd+20Lgf其中d是以公里为单位的移动平台和基站之间的距离。f是以MHz为单位的移动工作频点或工作频段的频率。2.2.2布灵顿模型布灵顿模型假设发射天线和移动平台之间的地面时理想平面大地，并且两者之间的距离d（单位：m）远大于发射天线的高度ht（单位：Km）或移动台高度hr（单位：Km），此

7、时的路径消耗（单位：dB）计算公式为：Lp=120+4-Lgd-20Lght-20Lghr2.2.3EgLi模型EgLi模型是从大量实测结果中归纳出来的中值预测公式，属于经验模型，其计算公式为：Lp=88+40Lgd-20Lght-20Lghr+20Lgf-G其中G为地形修正因子（单位：dB）。G反映了地形因素对路径损耗的影响。LgLi模型认为路径损耗同接收点的地形起伏h有关，地形起伏越大，则路径损耗也越大，当h用米来测量的时候，可按照下面的式近似的估计地形的影响：G= 0 h<15m 2.431-h15 h>15m 150MHz频段 3.051-h15 h>15m 280M

8、Hz频段 2.2.4HaTa-Okumura模型HaTa-Okumura模型也是一句实测数据建立的模型，当移动台高度为静电纸hr=1.5m时，按照HaTa-Okumura模型计算路径损耗的公式为：市区：Lp1=69.55+26.2Lgf-13.82Lght+44.9-6.55LghtLgd开阔地：Lp2=Lp1-4.78Lgf2+18.33Lgf-40.94一般情况下，开阔地的路径损耗都比市区小。2.2.5建筑物的穿透损耗定义：建筑物外测量的信号的中值电厂强度和同一位置室内测量的信号中值电厂强度之差(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。室外

9、至室内建筑物的穿透损耗定义为：室外测量的信号平均场强减去在同一位置室内测量的信号平均场强，用公式表示为：P=1Ni=1NPioutside-1Mj=1MPjinsideP为穿透损耗(dB)，Pj是在室内所测得没一点的功率（单位：dBv），共M个点。Pi是在室外所测的每一个点的功率（单位：dBv），共N个点。3实验数据3.1空间开放区域我们选取了北邮的主干道进行测量。选取的频率是91.75Mhz。得到的数据如下：（记录数据顺序为从上到下，再从左到右）电平值(dB)电平值(dB)电平值(dB)电平值(dB)电平值(dB)电平值(dB)-82.1-80.3-80-76.2-82.5-77.9-73.

10、6-78.8-83.1-81.4-81.5-75.3-70.4-86.5-74.3-91.1-84.9-78.7-76.9-85.1-90.8-80.5-77.4-75.1-77.7-90.5-97.2-77.4-86.4-75.7-85.5-82.7-85.5-76.9峰值(dB)-82.1-80.6-83.5-82.1-80.8-70.4-87.2-78.8-93.6-86.6-81.4-75.8-81.8-92.9-79.7-73.3根据数据绘出的图如下所示：数据分布直方图为：累计概率分布曲线为：由图中数据可知，空间开放区域的信号强度出现多个峰值，且峰值大小成二次函数分布。由其累计概率分

11、布曲线可知，这块区域的电波传播比较符合布灵顿模型。3.2室内区域我们选取了北邮的教四内进行测量。选取的频率是91.75Mhz。得到的数据如下：（记录数据顺序为从上到下，再从左到右）电平值(dB)电平值(dB)电平值(dB)电平值(dB)电平值(dB)电平值(dB)-82.3-82.7-80.7-84.3-87.3-85.7-83.8-81.5-84.6-84.6-86.1-84.6-83.8-82.3-83.8-83.1-85-87.7-84.2-85-84.6-88.1-86.1-85-83.4-81.1-85-88.8-85.4-80.7-81.9-84.6-82.7-87.3-85-81

12、.5-82.7-82.3-84.6-87.3-83.4-83.1-82.3-84.2-81.5-87.7-84.6-84.2-82.7-83.8-86-86.9-85-83.8-84.2-84.2-83.7-85.7-86.1-86-83.1-82.7-88.1-83.4-87.3峰值(dB)-83.4-85.7-83.8-85-88.8-80.7根据数据绘出的图如下所示：数据分布直方图为：累计概率分布曲线为：由图中可以看出，教四一楼楼道内，信号衰减严重，但有几个位置信号衰减较小，分别是楼道西边门口，这里比较开阔，遮挡物不多，因此信号较好；相比楼道东边门口，对面是建筑物，且周围有树木遮挡，故信

13、号衰减相对较大。另外中间及靠近东边的位置较小衰减处，都分别对着门口或窗户，没有墙体遮挡，故信号较好。由其概率分布图可知，在楼道内，信号衰减很大，且因为楼道内部和门口位置环境情况差异较大，导致信号强度分布范围大，但衰减大是趋势。3.3建筑物遮挡我们选取了北邮的教四前进行测量。选取的频率是91.75Mhz。得到的数据如下：（记录数据顺序为从上到下，再从左到右）电平值(dB)电平值(dB)电平值(dB)电平值(dB)电平值(dB)电平值(dB)-88.7-84.9-84.7-82.4-90.3-94.6-82.7-84.4-82.3-85.2-88.4-86.4-80.9-79.5-90.4-80.

14、7峰值(dB)-81.3-80.8-82-82.7-76.7-76.7-87.5-81.6-79.6-85.7-77.5-89.1-87.9-82.7-78.6-85-81.6-80.1-83.9-97.2-82.1根据数据绘出的图如下所示：数据分布直方图为：累计概率分布曲线为：由图中数据可知，教四周围信号衰减较小，信号强度较好，并出现一些衰减很小的峰值点，第一个峰值点在第10个数据附近，这里测量的是是教四西南角位置，这里有一片开阔的空地，且没有建筑物遮挡，故信号较好；第二个是第20个数据附近，且在20-30范围内，信号衰减都较小，这个位置是教四南面正门位置，这里空间也比较开阔，没有什么遮挡，

15、故信号较好。由概率分布图可知，教四周围信号较好，衰减小，且分布范围集中。用第三组教四周围的数据的平均值减去第二组教四一楼楼道的数据进行计算，可以求得建筑物穿透损耗：P=-80.16-（-86）=5.84dBm3.4建筑物内和建筑物外的区别我们选取了北邮的教三到教四之间的道路进行测量。选取的频率是91.75Mhz。得到的数据如下：（记录数据顺序为从上到下，再从左到右）电平值(dB)电平值(dB)电平值(dB)电平值(dB)电平值(dB)电平值(dB)-85.5-87.5-85.9-87.5-75.3-83-84.6-85.1-78.1-81.5-77.5-84-83-83.3-90.5-76-8

16、0.3-87.3-77.9-78.4-78.1-78.5-87.8-75.5-75.1-83.3-90.5-80.2-82.6-83.9-82.5-85.5-86.6-88.1-76.9-78.5-90.2-80.3-75.8-79.8-77-78.7根据数据绘出的图如下所示：数据分布直方图为：累计概率分布曲线为：教四楼有较多建筑物遮挡，由图可以看出，这里信号衰减较大，且比较均匀，出现一些峰值，是因为测量时位于比较开阔区域，故信号较强；极小峰值是因为测量时，接近角落，进入墙壁死角，故在建筑物遮挡下，信号衰落较大；其他部分信号均匀，且衰落较大。由其概率分布可知，其很接近正态分布，正好符合阴影衰落的特点。4.思考题 无5.实验心得与体会本实验把仪器发放给学生，让学生自己课后测量。该实验让我们学会了如何使用仪器来测量无线型号的场