《无线场强特性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无线场强特性（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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室外的无线电信号场强值，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电波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，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、。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分布和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 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二
3、PL （d 0 ）+lOnlog （d / d 0 ）即平均接收功率为：Pr (d)dBm二 Pt dBm- PL(d0)lOnlog (d / d0)= Pr (d0)ldBm-lOnlog (d / d0)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。人们根据不同的地形和地貌条件，总结出各种电波传播模型：自由空间模型，布灵顿模型, Egli 模型，HaTa-Okumura模型。1）自由空间模型自由空间模型假定发射天线和接收台都处在自由空间。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
4、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径损耗的公式是：Lp= 32.4+20Lgd+20Lgl其中Lp是以dB为单位的路径损耗，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：Lp = 120 + 4tLEd-20Lght-20Lghr其中距离d的单位是公里，天线高度ht及hr的单位是米，路径损耗Lp的单位是dB。3）EgLi模型前述的自由空间模型及布灵顿模型都是基于
5、理论分析得出的计算公式oEgLi公式则是从 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：Lp = 83 + 40Lgd- 2OLght-2OLghr+ 20Ltf- G其中路径损耗Lp的单位是dB,距离d的单位是公里，天线高度ht及hr的单位是米，工作 频率f的单位是MHz，地形修正因子G的单位是dBo 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Ah有关，地形起伏越大，则路径损耗也越 大。当Ah用米来测量时，可按下式近似的估计地形的影响：4b.05(l-Ah/15)Ah C 15mAh 15m濒段Ah 15m段4） Hata-Okumu
6、ra 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：Lpl = 69.55 + 26.2Lgf-13.82Lght+ （44.9-6.55Lght） 20Lgd开阔地：Lp2= Lp2 二 Lpl 4.78（Lgf 上 + 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室外附近街道上中值电场强度dB之差。 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
7、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：APi=1NP (outside)iP (inside) jP是穿透损耗，单位是dB； Pj是在室内所测的每一点的功率，单位是dB卩V，共M个点;Pi是在室外所测的每一点功率，单位是dB V，共N个点。三实验内容1）根据不同的地形地貌条件，归纳总结各种环境下可能采用的各种电磁波传播模型，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域，地点自行选择，每半个波长测量一下数据，每个地点的数据应该在50-100个；4）第
8、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计算数据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， 得到建筑务穿透损耗。7）数据处理：数据录用可以用excel工具，表格设计要清晰，数据电平值得分布和处理可以 利用 matlab 等工具，得到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
9、些结果的原因，9）模型分析：根据自己测试的数据，分析不同地带的测试结果，所适用的理论模型。四实验数据分析处理测量时所用的频率为200MHz那么波长为1.5m，则半波长为0.75m1）第一组空间开放区主楼前半波 长 入/212345678910信号 点电 平20.32223.627.624.222.220.525.423.231半波 长 入/211121314151617181920信号 点电 平22.626.223.423.823.322.822.524.624.222.9半波 长 入/221222324252627282930信号 点电 平23.224.922.922.822.123.123
10、.422.623.723.2半波 长 入/231323334353637383940信号 点电2323.423.624.525.122.821.223.921.121.3平半波 长 入/241424344454647484950信号 点电 平21.422.322.421.322.421.321.822.821.421.5比较地形对信号阴影衰落的影响可以发现，由于主楼前比较开阔，受到遮挡的影响较小。而 在其他地区，由于有树木，楼层的遮挡，使信号衰减较大。从概率上来看，信号在20db到 30db附近比较集中，收到环境因素的影响较小。2）室内教一一楼楼道半波 长 入/212345678910信号 点
11、电 平31.529.930.432.230.830.232.231.82928.2半波 长 入/211121314151617181920信号 点电 平26.22725.624.323.720.521.221.52021.4半波 长 入/221222324252627282930信号 点电 平20.120.819.920.319.919.220.319.919.919.5半波 长 入/231323334353637383940信号 点电 平2020.320.120.219.919.619.920.419.920.6半波 长 入/241424344454647484950信号 点电 平19.91
12、9.520.119.919.92018.919.219.219.5波形图室内教一楼道癥长从图上可以看出在教一楼道内靠西侧数值较大，而后面的数值基本上没有多大变化，可见由 于教一西侧遮挡比较少，越走近楼道信号的强度逐渐减小，故而遮挡物对信号强度的影响较 大。3）建筑物的遮挡下阴影衰落半波 长 入/212345678910信号 点电 平20.321.322.423.223.622.921.821.420.320.9半波11121314151617181920长入/2信号 点电 平22.923.22625.521.423.227.529.128.228.6半波 长 入/221222324252627
13、282930信号 点电 平24.523.324.824.421.6222322.821.922.1半波 长 入/231323334353637383940信号 点电 平21.822.421.521.62321.222.121.42221.6半波 长 入/241424344454647484950信号 点电 平2122.121.72121.821.420.921.72121.8波形图阴影衰落图主楼后面由于主楼的遮挡，树，人影的走动，所以信号强度存在起伏，而由于阳光的关系, 中间由于操场的原因，遮挡不那么明显，故而信号强度增大。4）室外教一外半波长12345678910入/2信号 点电 平33.433.834.234.732.833.533.632.833.433.8半波 长 入/211121314151617181920
