北京邮电大学电磁场场强仪实验报告

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业电磁场与电磁波实验报告题目：校园无线信号场强特性的研究班级：成员：时间：2019.5目录 TOC o 1-3 h z u 实验目的掌握在移动环境下阴影衰落的概念以及正确测试方法。研究校园内各种不同环境下阴影衰落的分布规律。掌握在室内环境下场强的正确测试方法，理解建筑物穿透损耗的概念。通过实地测量，分析建筑物穿透损耗随频率的变化关系。研究建筑物穿透损耗与建筑材料的关系。实验内容利用DS1131场强仪，实地测量信号场强。在室外或者室内条件下，阴影衰落服从的分布规律，并且画出

2、概率分布柱状图和累积分布曲线，求出具体分布参数如均值和标准差。实验原理【阴影衰落】背景知识：无线通信系统是由发射机、发射天线、无线信道、接收机、接收天线所组成。对于接收者，只有处在发射信号覆盖的区域内，才能保证接收机正常接收信号，此时，电波场强大于等于接收机的灵敏度。因此，基站的覆盖区的大小，是无线工程师所关心的。决定覆盖区大小的因素主要有：发射功率、馈线及接头损耗、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、建筑物的穿透损耗、同播、同频干扰。理论原理：此次实验，我们研究的是建筑物外围的阴影衰落服从的分布规律，故此处主要说明阴影衰落相关原理。阴影衰落，又称慢衰落

3、，是指在移动通信中，由障碍物阻挡造成的阴影效应，接受信号强度下降，但该场强中值随地理改变缓慢变化。慢衰落有三大形成原因，分别为：路径损耗（也是其主要原因）、障碍物阻挡电磁波产生的阴影区以及大气变化（对慢衰落影响较小）。阴影衰落是由于在电波传输路径上受到建筑物或山丘等的阻挡所产生的阴影效应而产生的损耗，反映了中等范围内数百波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，一般遵从对数正态分布。传播路径上的建筑物或其他物体对电波的遮挡效果会因其位置的不同而变化，接收到的信号功率可能相差较大。并且处于遮挡产生的阴影区的信号是由各种绕射、反射及散射波合成而来。由于在传播路径上的各个物体的作用相互独立，如果有N个

4、物体，每个物体引起的衰减的分贝值分别为L1，L2，LN，则整个衰减值可以以分贝表示为而式中Li是随机变量，按照中心极限定理，当N很大时，Li是高斯随机变量。所以，当各物体引起的衰减值以真数表示时，服从对数正态分布；各物体引起的衰减值若以对数表示时，服从正态分布。即场强中值随移动台位置变化的慢衰落服从正态分布(信号用分贝表示)式中：信号U(t)是信号中值的分贝值；m为信号中值U(t)的均值的分贝值；为信号中值U(t)的标准方差的分贝值。实验步骤1. 实验对象选取测量信号选择为：ch6信号。测量频率选择为：ch6信号的伴音频率174.75HZ。室外环境选择为：具有砖石结构的北邮的教二，其结构为拱形

5、结构实验测量时间及天气情况：2019.4.18，多云，1023，东北风3-4级教二俯瞰图教二周围环境同时，ch6信号发射塔位于测量地点的西北方向约1.6公里处2. 实验数据采集实验过程中数据选择为：场强仪平放于距离胸前一拳的位置，只拉出最长一格的天线；没有特殊标志物的位置距离半波长采集一个数据，且在看到屏幕三秒时采集一个数据；在拐角或者有特殊参照物（比如窗户、空调、水管等）处密集测量数据。共计测量500个数据。起点测量方向：从教二的西北角开始，按逆时针方向进行测量。测量方向示意图五、实验数据1. 实验数据将测量得到的数据录入Excel表格，分别以东、南、西、北以及拐角方向为单独的列。记录了时间

6、、地点、电平值的同时记录测量时周围的可能影响电平值因素（比如窗户，空调，门，交通工具等），便于后期数据分析。（在图表中数据省略了负号和单位dBmW）以下图为例：教二ch6频道信号场强原始数据记录表原始记录表格见纸质版附录数据处理流程图采集到的数据有近500组，需要对数据进行细致的处理以便得到明确的结论。下图所示为数据处理的流程图：实验数据采集与录入导入MATLAB画散点图，计算均值，方差画信号电平概率分布直方图与正太分布拟合曲线画信号概率累积分布曲线绘制场强空间分布图实验结果分析与完成报告六、实验结果与分析1. 教二外侧东侧DCBA红线为平均值A到B、C到D信号的突然降低是因为收到了高楼的影响

7、。其余信号的升高、减弱有墙壁上的空调、铁管以及门等材质的影响。 最大值 最小值 平均值 标准差 -55.90dbmw -69dbmw -61.86dbmw 3.15教二楼东侧紧挨通信网络研究所，两楼中间的道路狭窄。从上面两图可知，由于近处建筑影响，电平分布与正态分布有一些差别，低电平相对其他三侧较多。尤其是东侧的南北两头信号强度格外小，中间部分由于研究所和前面的小灰楼之间有一条宽路，所以信号比较强。信号最大值为-55.9 dbmw，最小值为-69 dbmw，信号主要处于-65-60之间。2. 教二外侧西侧BA A、B两处信号是因为路边停放有汽车的影响，AB之间有较多的低于平均值的电平，是因为有

8、大量的自行车停放。 最大值 最小值 平均值 标准差 -55.30dbmw -67.60dbmw -61.14dbmw 2.88教二楼西侧为主干道，主干道西侧为高楼教三，侧边停有大量的自行车。由图可知，电平分布与正态分布有一定差距，可见高大建筑会对信号强度产生影响。3. 教二外侧南侧ABA、B两处信号的减小是因为有高大的松树的影响。东侧信号普遍低于平均值是因为教二南侧的东边楼旁堆放大量的杂物，比如有铁皮三轮车、铁棒、卫星天线，会干扰信号的测量。 最大值 最小值 平均值 标准差 -47.00dbmw -69.50dbmw -57.21dbmw 4.72教二楼南侧地形也较为空旷，但是有一些高大松树可

9、能会产生影响。由图可知，电平分布相对比较集中，基本符合正态分布。信号增长较为平缓，信号最大值为-47 dbmw，最小值为-69 dbmw。4. 教二外侧北侧教二北侧的东边信号标记比较低，是因为此处前面有主楼的影响，西边是因为停放有车辆，中间因为地形开阔，所以信号较好 最大值 最小值 平均值 标准差 -44.00dbmw -67.90dbmw -55.99dbmw 5.43教二北侧电平分布和累积概率分布如上图所示，教二楼北侧地形较为空旷，仅有一些树木可能影响较大。由图可知，电平分布基本服从正态分布，最小值为-67.90dBm，最大值为-44dBm，均值为55.99dBm，标准差为5.43，信号大

10、部分在-50-60dBm之间，信号强度较好。5. 教二楼外侧全部数据由正态拟合曲线和概率分布曲线可知，总体信号基本上满足正太分布曲线。信号主要处于-65到-55之间，信号质量很高。由概率累积分布曲线（图）可知，教二外围信号强度概率分布较为接近S型曲线，说明此次测量时教二外围总体信号环境较好，突发干扰较少。从信号总体来看，信号处于-70到-45 dbmw之间，说明了所测的信号总体质量比较高，因为距离信号发射塔很近，受到的衰弱比较小。 最大值 最小值 平均值 标准差 -44.00dbmw -69.50dbmw -57.64dbmw 5.12实验数据汇总位置 最大值 最小值 平均值 标准差教二南侧

11、-47.00dbmw -69.50dbmw -57.21dbmw 4.72教二北侧 -44.00dbmw -67.90dbmw -55.99dbmw 5.43教二东侧 -55.90dbmw -69.00dbmw -61.9dbmw 3.15教二西侧 -55.30dbmw -67.60dbmw -61.14dbmw 2.88教二西北角 -52.80dbmw -64.50dbmw -59.00dbmw 3.98教二西南角 -53.80dbmw -63.00dbmw -59.13dbmw 2.96教二东南角 -52.70dbmw -64.00dbmw -57.01dbmw 3.46教二东北角 -48

12、.20dbmw -61.80dbmw -55.71dbmw 4.40教二总体数据 -44.00dbmw -69.50dbmw -57.64dbmw 5.12北侧南侧西侧东侧从上表中可以看出，因为信号发射源在西北方向，所以西侧的信号强度比东侧的信号高，北侧的信号强度比南侧的高。并且四个方向中北侧信号最高，因为北侧周围最开旷，而西侧有教三的高大建筑物的阻拦，东侧有距离过近的矮楼，南侧有非常多的树木。虽然信号发射点在西北方向，但是西北角上的信号强度并不是最高的，是因为所测处有车辆停放，影响了信号的测量。 由场强空间分布图可直观比较得出，北侧信号强度明显好于其他侧。并且无论是北侧还是南侧，中间的信号都

13、比两边的信号要好，说明了两边的信号受到的阴影衰落比较严重。另外刘奕辰、郭媛媛组测量的是ch6信号在教四的阴影衰落（实验结果如下表），从他们的数据中也可以看出北边的信号相对比较好。郭媛媛、刘奕辰组数据实验问题及解决方法MATLAB问题：因为对MATLAB掌握不够灵活，在书写MATLAB的代码时出现了很多错误。MATLAB处理Excel表中的数据时处理的是列向量，在最开始时导入数据出现了错误。数据采集问题：在数据采集时，在四个方向上没有做到完全的平均，导致有的方向上测得数据比较多，有的方向测得数据比较少。在记录所测点的位置状态时，记录了的大量的无关状态，使得数据录入时非常麻烦，并且对实验没有很多帮

14、助。八、实验总结成员分工：数据采集两人共同完成，其中x负责测量，y负责录入。x：matlab数据导入、matlab代码、图像绘制、数据分析y：实验目的、原理、背景知识、心得，问卷实验心得：这次实验让我学会了使用matlab处理数据。散点图的绘制，概率累积分布图的绘制，以及直方图和正太分布的拟合。通过这次实验，我们第一次做了一个实地测量分析的实验，有趣且有意义，让我们亲身经历了实践当中电磁场分布的分析，收获了很多也学到了很多。这次实验实质上可以称为一次我们做的第一次科研任务。需要我们自己去测量数据，处理数据，分析数据，得出结论、本次试验的数据量样本比较大，所以极大考验了我们的耐心与毅力。从本次实

15、验我们可以看出，实验前周全的准备、科学严谨的态度、细致入微的分析、合理处理组员之间的分工合作都是实验成功完成的关键。这次的实验不仅对现有课程的学习大有帮助，对今后的研究和学习也打下了良好的基础。： 此次实验让我了解了信号被遮挡后产生的阴影衰落，看似空旷的室外，也会因为门窗、水管、车辆等因素对信号的接收产生影响，也令我明白了生活中经常出现的，走出门到比较空旷的地方接电话或者找wifi这一现象，其中蕴含的科学原理。这次的实验让我对信号的多径衰落有了更加深刻的了解和认识，同时也锻炼了我们脚踏实地，将学习到的理论知识运用到现实生活的实践中去。沿着教二楼一步一个脚印的测量，从花坛和树丛中钻过，观察仪器屏

16、幕上的数字一点点变化，并通过后期的数据分析明白它为何变化。这样从生活中走进研究报告的过程也将会是我们日后在科学研究中，不断重复的过程。九、附录实验代码1.画散点图data=xlsread(west.XLS); %读取表格中的数据Data=data; %将数据转置为行向量Data=-1.*Data;L=length(Data); %计算数据长度x=(1:1:L);figureplot(x,Data)meandata=mean(Data);hold onplot(x,meandata,-or)ylabel(信号强度)title(教二西侧信号强度散点图)功能：根据原始数据作出各信号强度的散点分布和平

17、均值曲线。2.画信号电平概率分布直方图与正太分布拟合曲线data=xlsread(west.XLS); %读取表格中的数据Data=data; %将数据转置为行向量Data=-1.*Data;L=length(Data); %计算数据长度figurey,x=hist(Data,10); %画样本数目直方图y=y/L/mean(diff(x);h1=bar(x,y,1);axis(-70,-40,0,0.20); %用来标注曲线中的最大最小值grid on %在曲线中显示网格线hold onn,m=hist(Data); %画概率分布线plot(m,n/L/mean(diff(m), Linew

18、idth,0.1, Color,0.3,0.3,1 )hold onmean1=mean(Data);std1=std(Data);y2=normpdf(x,mean1,std1);plot(x,y2,r,Linewidth,0.1,Color,1,0.4,0.6)axis(-70,-40,0,0.20);功能：根据原始数据的频率分布直方图作出统计概率曲线，并利用测量数据的均值和方差作出拟合的正态分布曲线。3.画信号强度累计分布曲线data=xlsread(west.XLS); %读取表格中的数据Data=data; %将数据转置为行向量Data=-1.*Data;L=length(Data); %计算数据长度figurecdfplot(Data)功能：根据原始数据作出信号强度概率累积分布图。4.画信号强度表面图Data2=Data,zeros(1,L),(1:L);%转换矩阵Data2=reshape(Data2,L,3);surf(Data2);%画surf图，表示统计分布功能：根据原始数据用不同颜色表示不同点的信号强度，可更加直观的展示出信号强度的变化和分布规律。注：原始数据见纸质版报告调查问卷频谱特性测量演示实验问卷ESPI 测试接收机所测频率范围为: 9KHz3GHzESPI 测试接收机的RF输入端口最大射频信号: +30 dbm，最大直流:50