北邮校园场强测量实验报告

1、王墨雪2014-4-16北京邮电大学校园无线信号场强特性的研究信息与通信工程学院姓名： 姓名： 班级： 班级：学号： 学号：班内序号： 班内序号： 目录一、实验目的2二、实验内容2三、实验原理2四、实验步骤51、选择实验对象52、数据采集63、数据录入64、数据处理流程7五、实验结果与分析71、实验处理结果72、实验数据总结213、结果分析221、室外空间：222、教二楼单个楼层信号的强度分析：223、教二楼各个楼层之间的比较：224、室外不同高度比较空旷地区的信号比较：226、同一地点不同频率损耗比较：23八、实验心得：23王文雪：23张玉洁：24附录一：matlab数据处理241.数据导入

2、matlab242.绘图24附录二：原始数据表格251、室外：252、室内：28一、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、实验内容利用DS1131场强仪，实地测量信号场强1) 研究具体现实环境下阴影衰落分布规律，以及具体的分布参数如何；2) 研究在校园内电波传播规律与现有模型的吻合程度，测试值与模型预测值的预测误差如何；3) 研究建筑物穿透损耗的变化规律

3、。三、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) 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

4、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：其中，为0均值的高斯分布随机变量，单位为，标准偏差为，单位也是。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：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。阴影衰落的标准差同地形、建筑物类型、建筑物密度等有关

5、，在市区的频段其典型值是。除了阴影效应外，大气变化也会导致慢衰落。但在测量的无线信道中，大气变化所造成的影响要比阴影效应小得多。阴影衰落分布的标准差s（dB）频率（MHz）准平坦地形不规则地形h（米）城市郊区501503001503.55.5479111345067.51115189006.581418212) 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，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。

6、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，为路径损耗指数，表明路径损耗随距离增长的速度；为近地参考距离；为发射机与接收机之间的距离。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。i. 自由空间模型ii. 布灵顿模型iii. EgLi模型iv. Hata-Okumura模型3) 建筑物的穿透损耗定义建筑物的穿透损耗大小对于研究室内无线信道具有重要意义。穿透损耗又称大楼效应

7、，一般指建筑物一楼内的中值电场强度和室外附近街道上中值电场强度之差。发射机位于室外，接收机位于室内，电波从室外进入到室内，产生建筑物的穿透损耗，由于建筑物存在屏蔽和吸收作用，室内场强一定小于室外的场强，造成传输损耗。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在同一位置室内测量的信号平均场强，用公式表示为：是穿透损耗，单位，是在室内所测的每一点的功率，单位，共M个点，是在室外所测的每一点的功率，单位，共N个点。四、实验步骤1、选择实验对象N北邮教二鸟瞰图在实验课上老师讲解时，要求我们对室内信号或者室外信号进行测量。经过我们组内协商，决定对教二的周边室外信号和教二个楼层的信号进行

8、测量。为了研究室外高度对于信号的影响，我们还对教二5楼的天台进行了信号的测量。 教二既临近人员密集的主干道又临近人员稀少的窄胡同。在选频方面，我们采用的是低频测量，选用的频道2，其伴音频率是57.75MHz。因为和另外一组的同学合作准备一起测量同一地点高低频的场强，所以她们选择了高频，我们选择了低频，且这个频段的信号强度较为理想。2、数据采集start测量行进方向图利用场强仪DS1131测量无线信号的强度（单位），每走2步读一次数并进行记录。我们测量共测量的9组数据进行分析比较，分别是 主楼前空旷广场，教二楼室外周边（教二一周按照西南东北的顺序逆时针测量），教二楼一层，教二楼二层，教二楼三层，

9、教二楼四层，教二楼五层，教二楼五层室外天台。在测量建筑物外的信号强度时，采用围绕该建筑物一周的测量方法。在测量室内信号时，则采用由西到东或由东向西逐步测量的方法。测量地点：（1）教二楼室外周边（2）教二楼一至四层（3）教二楼五层及室外天台天气情况：晴、微风频点选择：57.75MHZ3、数据录入将测量得到的数据录入Excel表格，室外的总结为一个表格，分别以东、南、西、北每个方向为一张单独的sheet。室内的总结为一个表格，各楼层一个单独的sheet。4、数据处理流程采集到的数据有500多组，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。五、实验结果与分析1、实验处理结

10、果（1）教二楼西侧（2）教二楼南侧（3）教二楼东侧（4）教二楼北侧（5）教二楼一层（6）教二楼二层（7）教二楼三层（8）教二楼四层（9）教二楼五层2、实验数据总结组单位：-dBm最大值最小值均值中值方差1教二楼西侧53.500073.300061.001860.300023.24612教二楼南侧49.60007158.946558.500018.81993教二楼东侧54.100069.600061.029861.100016.66344教二楼北侧4974.900058.875058.100024.02835教二楼一层59.100080.700072.452472.750018.96356教二楼

11、二层50.600076.400062.512862.750033.11787教二楼三层50.200070.100059.039459.500017.51478教二楼四层45.200076.800057.176856.800035.94159教二楼五层43.100078.600057.996256.950085.82393、结果分析1、室外空间：由实验数据组1-4的数据可以看出，在室外空间中，由于南北两侧的遮蔽物相对于东西两侧要少（西侧为教三，东侧为信息网络中心，离得较近；南侧为家属楼，且离得较远，北侧为主楼广场），对于信号的阻挡较小，因此信号的衰减也比较小。三组信号的标准差都在5db左右，因此

12、与理论值吻合较好。2、教二楼单个楼层信号的强度分析：分别单独观察一层到四层的信号，会发现从东到西，信号强度没有明显的规律，甚至相邻的位置有很大的差异。在教二楼的1到4层靠近东西两侧的位置，由于有楼梯，信号遮蔽较小，因此普遍的信号强度较大。而教二楼的5层，情况较为特殊，所以单独拿出来分析：教二楼的五层课大致分为三部分，由西向东分别为铁皮房，天台，楼内，天台和铁皮房。而今年开始由于作为考研自习室的东侧铁皮房被封，所以东侧的天台和铁皮房都进不去，只能测西边的三个部分。由图表可得铁皮房的信号衰减非常大，基本上都在80dB左右，而天台和高楼层的楼房信号衰减都非常小，大概原因不光是楼层高，也是因为没有遮蔽

13、物。正因为五楼的情况极其复杂，所以导致五层的方差特殊地大。标准差基本都到9dB了。不过这也是在情理之中。除五楼外各个楼层信号的标准差都在5dB左右，因此与理论值吻合较好。3、教二楼各个楼层之间的比较：分别观察实验组56789可以看出，不同楼层的信号平均强度不同。在教二楼一层，信号强度的平均值为-72.4524；在教二楼二层，信号强度的平均值为-62.5128；在教二楼三层，信号强度的平均值为-59.0394；在教二楼四层，信号强度的平均值为-56.8000；在教二楼五层，信号强度的平均值为-56.9500；由此可以看出，随着楼层的增加，信号的平均强度基本逐步提高：由一层到二层信号强度提高了10

14、dB；由二层到三层信号强度提高了3.5dB；由于三层到四层信号强度提高了2.2dB；在教二楼五层可能由于铁皮房的原因，信号强度和四层基本持平。由电磁波理论可知，电磁波的接收会受到高度的影响，随着高度的增加，遮蔽物减少，接收的电磁波衰减减小，接收到的信号的质量越好。4、室外不同高度比较空旷地区的信号比较：由实验数据组2和实验组8可以看出，同样地理位置，不同高度处信号的强度变化。由实验数据组2可以看出，在教二楼地面位置的室外地区，信号的平均强度为-59.9633,；而在教二楼5层的天台处，由于没有建筑物的穿透损耗，相当于5层高度的室外空间，信号的平均强度为-47.7975,。由此可以看出，在室外空

15、旷地区，随着高度的增加，信号平均强度有所提高，这与理论相符。由地面到五层楼高度的地区，信号强度提高了8db左右。6、 同一地点不同频率损耗比较： 信号电平 西侧 南侧 东侧 北侧 高频（535.25MHz） -70.1778 -65.8644 -76.0391 -69.4128低频（57.75MHz） -61.0018 -58.9465 -61.0298 -58.8750 信号电平(dbmw) 一层 二层 三层 四层 五层高频（535.25MHz） -75.3429 -73.3209 -68.0047 -63.7930 -60.3256低频（57.75MHz） -72.4524 -62.512

16、8 -59.0394 -57.1768 -57.9962我们组与另一组同学合作，共同测试了同一个地点，但是使用的频率不同。我们组使用的低频，对方使用的高频。最后汇集我们的数据制成了如上的表格。经过对比，我们很容易看出高频的损耗要远大于低频的损耗。这也与理论符合。八、实验心得：王文雪：通过本次实验，我对电磁波在空间中传播的方式有了更加直观的认识，加深了对于电磁场与电磁波，移动通信等课程理论知识的理解，并且加强了我进一步学习通信相关理论与实验课程的兴趣。在这次实验中，我有一些心得体会：在两人一组的实验中，我们分工明确：同组的张玉洁负责拿着仪器读数，我负责记录数据和备注。我们测量了整个教二楼的四面和

17、一至五层。记录原始数据的本子上，我一页记一面或者一层，这样在查找录入的时候更加直观方便。两个人分工合作，基本上10分钟一层，这样不仅提高了测量的效率，也减少了出现错误的可能。在读数的时候，由于小尺度衰落的影响，频谱仪的读数在不停的跳变，这时只能人为地选取中间值进行记录，但是这样做的同时会引入读数的误差。由于本次实验测量的数据较多，因此无论是在测量的时候，还是在数据录入excel中的时候，都是一个巨大的考验。我们本次实验共记录了500多个数据，并且分了9个测量环境进行测量，在对数据进行excel录入的时候也是一个浩大的工程。通过本次实验，我们不仅掌握了基本的实验技能，数据录入的技能，同时也锻炼了

18、意志，增强了耐心。在编写MATLAB程序对数据进行分析时，一开始并没有对MATLAB的数据分析工具了如指掌，因此在使用MATLAB的过程中花费了很多时间。比如不知道该如何导入excel中的庞大数据，对于matlab矩阵各种操作函数的不熟练，不知道一些matlab内置的数据统计分析函数等等，因此走了不少弯路。后来在不断的学习和“百度”中，我逐渐熟练掌握了matlab的使用。Matlab是一款十分随意的编程软件，大概是因为它的专业性较强，而且它有庞大的内置函数库，可以用来多方面的分析仿真，非常实用。Matlab是我们通行工程专业进行通信仿真的必备软件，通过这次实验我也再次学会熟练使用matlab的

19、数据处理与绘图功能。在进行数据的MATLAB分析之后，得出了9组数据的均值和方差，此时要对这9组数据进行分析。在比较了教二四周的信号均值之后，我们得出了周围建筑物越近越高，信号越弱的结论。在比较了教二室内各层的信号后，得出了楼层越高，信号强度越大的结论。在对教二五层天台和教二周边地区信号强度比较后，得出了室外地区高度越高，信号强度越大的结论。而教二五层的铁皮房的骤然衰减说明铁皮房比钢筋混凝土的楼房对无线信号的衰减更大。原因可能是铁皮房是金属壳，有对电磁波的屏蔽作用。通过同一地区高低频损耗的对比，我更加深切了解到了电磁波不同频率的传输特性。电磁波频率越低，穿透力越强；频率越高，穿透力越差。联想到

20、现在的无线通信，之所以频谱资源宝贵，就是因为高频的频段损耗大，传输距离短。所以克服高频段无线传输的距离短问题一直都是研究的难点。通过本次实验，我对电磁波在空间中的传播相关知识有了更深刻的理解，锻炼了实际动手操作能力，了解了DS1131场强仪的使用方法，掌握了更多的工科实验技能以及相关软件使用方法，锻炼了意志品质，并且本次实验使我更加有信心和兴趣来进行以后相关课程的学习。张玉洁：通过本次电磁场的实验，我不仅掌握了场强仪的使用方法，MATLAB对数据进行分析的方法，也对团队合作有了新的认识。在测量的时候，我们一个负责拿着频谱仪读数，一个负责记录,分工明确，效率也比较高。我是负责读数的，度数的时候，

21、由于小尺度衰落的影响，频谱仪的读数在不停的跳变，这时只能人为的选取中间值进行记录，但是这样做的同时会引入不可避免的误差。在数据录入excel中的时候，才发现我们本次实验共记录了500多个数据，9个不同的环境，因此录入数据也是一个浩大的工程，需要耐心和细心。在编写MATLAB对数据进行分析时，我们花费了很多时间。我们在互联网上查找资料，还在宿舍内互相讨论研究。总之，这次实验让我见识了matlab数据处理和图形显示方面的优越性，也让我熟练地掌握了MATLAB进行数据分析拟合的方法。 对室外地区信号分析和与几种经典模型对比后，发现实际情况更接近于Hata市区模型。这些都让我对信号的传播和衰减有了更直

22、接的体会和认识。附录一：matlab数据处理1.数据导入matlab在数据处理部分，我们将数据录入excel，直接用matlab的导入数据功能即可。2.绘图matlab程序代码如下：（以教二西侧为例）附录二：原始数据表格1、 室外：教二西侧教二南侧教二东侧教二北侧方向：由北向南方向：由西向东方向：由南向北方向：由东向西衰减（-dBm）衰减（-dBm）衰减（-dBm）衰减（-dBm）54.257.956.657.753.866.162.564.954.458.35571.253.556.554.168.455.658.560.562.658.656.556.559.160.158.955.260

23、59.358.754.158.963.758.560.560.171.666.656.564.169.260.155.258.762.558.857.458.960.755.669.674.963.256.260.55862.863.557.651.958.352.858.950.559.253.25754.668.265.555.655.258.454.164.551.757.459.461.156.458.858.563.153.663.556.464.749626860.252.863.656.759.262.973.354.461.854.668.255.769.154.260.363

24、.367.658.260.256.867.759.861.760.365.858.361.660.162.957.666.257.964.455.171.264.968.258.769.458.759.568.862.555.562.164.65960.564.458.961.256.360.352.869.85963.153.163.555.863.258.261.754.861.255.560.856.162.655.359.162.164.359.258.763.162.464.660.665.856.163.658.955.663.355.653.849.662.753.254.653

25、.458.657.556.456.960.955.554.462.158.254.260.350.155.858.753.357.757.752.863.560.152.770.45859.263.254.858.855.26457.664.657.670.257.462.455.459.956.960675667.256.772.67163.460.557.463.259.560.861.969.557.861.960.759.461.359.362.257.658.565.153.258.654.354.458.454.256.854.357.158.264.360.856.358.359

26、.558.46159.655.560.855.857.655.261.257.265.760.22、 室内：教二一层教二二层教二三层教二四层教二五层方向：自西向东方向：自东向西方向：自西向东方向：自东向西方向：自西向东衰减（-dBm）衰减（-dBm）衰减（-dBm）衰减（-dBm）衰减（-dBm）72.876.46055.966.277.165.670.159.875.280.760.860.653.774.673.359.557.156.869.863.462.753.560.371.668.259.950.255.975.375.559.753.556.778.676.162.850.255.77275.770.153.558.16978.273.762.362.467.275.264.461.461.764.372.469.460.864.25973.260.860.566.154.777.865.560.476.85477.271.962.368.654.877.371.262.558.554.978.665.363.858.252746456.259.152.169.669.956.66151.469.170.26160.244.472.36559.559.145.775.863.45960.752.873.364.55