北邮-电磁场与电磁波实验报告-无线信号场强特性研究

电磁场与电磁波实验报告

姓名 班级 学号 序号

目录

一、实验目的................................................................................................................ 2 二、实验原理................................................................................................................ 2 三、实验内容................................................................................................................ 4 四、实验步骤................................................................................................................ 5

（1） 测量（数据采集）................................................................................... 5 （2） 数据录入................................................................................................... 5 （3） 数据处理................................................................................................... 5 五、实验数据整理及分析............................................................................................ 6

（1） 阴影衰落的分布规律............................................................................... 6 a) 概率分布柱状图.............................................................................................. 6 b) 累积分布曲线.................................................................................................. 9 c) 具体分布参数................................................................................................ 12 （2） 场强地理分布与拟合残差图................................................................. 13 （3） 不同频率衰落的对比............................................................................. 17 六、实验总结.............................................................................................................. 18

（1） 分工安排................................................................................................. 18 （2） 心得体会................................................................................................. 18

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实验五校园内无线信号场强特性的研究

一、实验目的

1、 掌握在移动环境下阴影衰落的概念以及正确测试方法； 2、 研究校园内各种不同环境下阴影衰落的分布规律；

3、 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； 4、 通过实地测量，分析建筑物穿透损耗随频率的变化关系； 5、 研究建筑物穿透损耗与建筑材料的关系。

二、实验原理

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。

（1） 大尺度路径衰落

在移动通信系统中，路径损耗是影响通信质量的一个重要因素。

大尺度平均路径损耗：用于测量发射机和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受功率之间的（dB）差值，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，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：

PL?d??dB??PL?d0??10nlog?d/d0?即平均接收功率为：

Pr(d)[dBm]?Pt[dBm]?PL(d0)?10nlog(d/d0)?Pr(d0)[dBm]?10nlog(d/d0)

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(T-R)之间的距离。以上两公式中横杠表示给定值d 的所有可能路径损

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耗的综合平均。坐标为对数-对数时，平均路径损耗或平均接收功率可表示为斜率10ndB/10 倍程的直线。n 值取决于特定的传播环境。例如在自由空间，n为2，当有阻挡物时，n比2大。

决定路径损耗大小的首要因素是距离，此外，它还与接收点的电波传播条件密切相关。为此，我们引进路径损耗中值的概念。中值是使实测数据中一半大于它而另一半小于它的一个数值（对于正态分布中值就是均值）。人们根据不同的地形地貌条件，归纳总结出各种电波传播模型。常见的电波传播模型有： a) 自由空间模型 b) 布灵顿模型 c) EgLi模型

d) Hata-Okumura模型

（2） 阴影衰落

在无线信道里，造成慢衰落的最主要原因是建筑物或其他物体对电波的遮挡。在测量过程中，不同测量位置遇到的建筑物遮挡情况不同，因此接收功率不同，这样就会观察到衰落现象。在阴影衰落的情况下，移动台被建筑物遮挡，它所收到的信号是各种绕射、反射、散射波的合成。所以，在距基站距离相同的地方，由于阴影效应的不同，他们收到的信号功率有可能相差很大，理论和测试表明，对任意的d值，特定位置的接收功率为随机对数正态分布即：

Pr(d)[dBm]?Pr(d)[dBm]?X??Pr(d0)[dBm]?10nlog(d/d0)?X?

其中，

X?为0均值的高斯分布随机变量，单位为dB，标准偏差为?，单位也是dB。

对数正态分布描述了在传播路径上，具有相同的T-R距离时，不同的随机阴影效应。这样利用高斯分布可以方便的分析阴影的随机效应。它的概率密度函数是：

(x?m)2 f(x)?e?222?2??1应用于阴影衰落时，上式中的x表示某一次测量得到的接受功率，m表示以dB表示的接收功率的均值或中值，?表示接收功率的标准差，单位为dB。阴影衰落的标准差同地形、建筑物类型、建筑物密度等有关，在市区的150MHz频段其典型值是5dB。

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