电磁场与电磁波实验报告-实验7-校园无线信号场强特性的研究

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1、校园无线信号场强特性的研究一、实验目的1.通过实地测量校园内外的无线电信号场强值，掌握室内外电波传播的规律。2.熟练并掌握无线电中的传输损耗，路径损耗，穿透损耗，衰落等概念。3.熟练使用无线电场强仪测试空间电场强的方法。4.学会对大量数据进行统计分析，并得到相关传播模型。二、实验原理1、电磁波的传播方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

2、，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。2、无线信道中信号衰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：测量发射机与接收机之间信号的平均衰落，即定义为有效发射功率和平均接收功率（Pr）之间的（dB）差值，根据理论和测试

3、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，这种模型已被广泛的使用。对任意的传播距离，大尺度平均路径损耗表示为：即平均接收功率为：其中，定义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。人们根据不同放入地形地貌条件，归纳总结出各种电波传播模型。下边介绍几种常用的描述大尺度衰落的模型。常用的电波传播模型：1）自由空间模型我们所说的自由空间一是指真空，二是指发射天线与接收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到达移动台的。自由空间模型计算路

4、径损耗的公式是：其中d是以公里为单位的移动台与基站之间的距离，f是以MHz为单位的移动工作频点或工作频段的频率。2）布灵顿模型布灵顿模型假设发射天线和移动台之间的地面是理想平面大地，并且两者之间的距离d远大于发射天线的高度ht，或移动台的高度hr，此时的路径损耗计算公式为：3）EgLi模型EgLi公式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，其计算式为：其中G为地形修正因子（单位：dB）。G反应了地形因素对路径损耗的影响。EgLi模型认为路径损耗同接收点的地形起伏程度Δh有关，地形起伏越大，则路径损耗也越大。当Δh

5、用米来测量时，可按下式近似的估计地形的影响：4）Hata-Okumura模型Hata-Okumura模型也是根据实测数据建立的模型。当移动台的高度为典型值hr=1.5m时，按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。（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场强之差（dB

6、）。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同一位置室内测量的信号平均场强。用公式表示为：Δ是穿透损耗，单位是dB；是在室内所测的每一点的功率，单位是，共个点；是在室外所测的每一点的功率，单位是，共个点。三、实验内容（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电波传输模型；在数据测试前，先用理论模型在理论上对待测区域进行一下分析；（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

7、域，地点自行选择。每半个波长测量一个数据，每个地点的数据应该在50-100个；（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“阴影衰落”；总结衰落服从的分布规律；（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平均场强，得到建筑物穿透损耗；（7）数据处理：数据录入可以用excel表格等工具，表格设计要清晰，数据电平值的分布和处理可以利用matlab等工具，得到

8、不同区域下信号电平分布情况；得到累积概率分布曲线；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，分析下不同地带的测试结果，所适用的理论模型。四、数