北邮电磁场实验无线信号场强的研究实验报告陈佳熠宋周锐王健恒.docx
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北邮电磁场实验无线信号场强的研究实验报告陈佳熠宋周锐王健恒
电磁场与电磁波实验报告
姓名：
陈佳熠学号：
2012210970
姓名：
宋周锐学号：
2012210971
姓名：
王健恒学号：
2012210972
校园内无线信号场强特性的研究
[摘要]
使用无线电场强仪测试北京邮电大学校园内室内外的无线电场强值，利用典型环境对典型的信号衰减模型做匹配，比较理论值与实际值的差异，进行误差分析。
[关键字]
无线电场强信号衰减模型误差分析
[实验目的]
1、通过实地测量校园内室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、熟悉使用无线电场强仪测试空间电场强度的方法；
4、学会对大量数据进行统计分析，并得到相关传播模型。
[实验要求]
利用DS1131场强仪，实地测量信号场强
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播模型。
在数据测试前，先用理论模型在理论上对待侧区域进行分析。
根据不同的地形地貌条件，归纳出电波传播模型，如表3-15所示。
理论模型
适用的物理场景
自由空间理论模型
发射天线与接收台之间不存在影响电波传播的物体
布灵模型
理想平面大地
HaTa-Okumura模型
移动台高度为h=1.5m时
EgLi模型
地形起伏地区
（2）观测波段和实验地点的确定
1）例如选择频段：
940MHz或其他。
2）地点：
可以选择例如操场地面开阔，遮挡物较少，空间相对开放；教学楼里开阔地带；研究阴影衰落相当合适；用来研究建筑物穿透损耗的地带。
（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，并进行数据处理。
（5）第三组数据在建筑物的阻挡下，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方，以反映建筑外和建筑物内的之间的场强差异。
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，测试结果流程图如下所示。
（9）模型分析。
根据所测试的数据，分析下不同地带的测试结果和所使用的理论模型。
[实验仪器]
DS1131场强仪一台
[问题分析]
本实验要求使用场强测量仪测试北邮校内场强分布，并且要求测量地点地貌要符合几大模型的的特点。
经查看地形发现，操场比较适合自由空间模型，主楼前广场比较适合布灵模型，同时测量学9周边场强来测试阴影衰落和穿透衰落。
[实验步骤]
（1）实验对象选择
我们在操场、主楼广场以及学生9公寓进行了测量。
其中操场使用自由空间理论模型、主楼广场使用布灵模型，利用学9公寓进行了阴影衰落和穿透衰落的研究。
（2）用绘图工具简单的绘制剖面图
（3）测量（数据采集）
数据如下所示：
操场f=600MHz0.5m
12.9
12.5
14.2
13.2
12.2
11.9
11.9
12.2
12.2
10.9
10.2
10.5
10.5
10.5
9.9
9.6
9.1
9.3
9.1
9.3
11.2
10.5
10.3
10.2
10.2
9.3
10.9
11.2
10.9
10.5
13.9
12.5
11.9
12.9
11.5
10.9
10.2
11.2
11.2
10.9
9.9
9.9
9.1
9.1
9.9
9.1
9.1
11.2
10.2
11.9
10.9
11.3
10.9
10.0
9.7
10.5
9.7
10.0
9.9
11.2
室内f=600MHz0.5m
12.3
11.3
12.0
11.7
13.7
10.7
10.7
12.0
13.0
10.3
10.2
10.1
9.8
9.8
10.4
12.1
12.8
11.8
10.8
9.8
10.2
10.4
10.1
10.0
10.4
9.9
10.2
9.9
9.7
9.6
13.3
12.0
11.0
10.0
11.3
10.7
10.7
10.4
10.8
10.5
11.1
10.8
9.8
9.3
10.4
9.9
10.4
9.5
9.1
10.1
10.8
11.1
11.2
10.9
11.5
12.5
14.9
18.6
17.2
16.2
阴影衰减f=600MHz0.5m
10.4
12.1
12.1
11.4
12.1
12.1
11.1
10.8
10.2
9.5
10.1
10.3
9.3
9.1
9.3
9.6
9.6
9.6
9.1
9.1
9.3
9.1
9.1
9.1
9.9
9.3
9.1
9.6
9.3
10.3
10.8
10.4
10.8
10.4
10.2
11.4
11.4
10.1
9.9
10.2
9.3
9.1
9.3
9.9
9.6
9.1
9.3
9.6
9.9
9.9
9.6
9.3
9.6
10.2
9.1
10.5
12.2
11.2
10.9
9.9
室内数据f=300MHz1m
22.4
22.8
21.9
21.9
21.5
19.7
19.1
18.8
18.1
18.1
16.8
16.4
16.4
16.8
15.8
21.1
21.2
21.3
20.5
21
17.8
18.1
17.8
17.8
17.1
15.4
15.8
15.8
15.5
16.5
室外数据f=300MHz1m
16.2
16.2
16.2
15.9
17.2
16.2
16.5
15.9
15.9
16.2
16.9
16.5
17.2
17.9
16.5
14.9
17.2
17.5
15.5
16.9
15.9
16.2
15.9
15.2
15.2
18.5
18.6
18.3
18.2
16
（4）数据录入
将测量得到的数据录入Excel表格，得到一个原始数据表。
数据处理
我们利用matlab软件强大的分析功能，对大量数据进行编程处理，计算其均值与标准差，并且画出概率的累积分布曲线，与标准正态分布的累积曲线比较，得出室外阴影衰落的分布规律，此外，作出场强空间分布图，具体流程图如下。
数据处理流程图
[实验结果]
以上3张图均是操场测量所得数据分析所得，分别对应数值分布直方图、频率累计分布图和与正态分布做对比的分布图。
从结果来看，操场上实测的数据分布与理论分布相差较大，实测数据整体数值偏小，个别极大值影响了均值和方差。
主要的误差来源是移动通信设备，其场强干扰了正常的测量活动，导致了错误值，影响了结果的准确性。
以上3张图均是室内测量所得数据分析所得，分别对应数值分布直方图、频率累计分布图和与正态分布做对比的分布图。
从结果来看，室内上实测的数据分布与理论分布相差较大，实测数据整体数值偏小，个别极大值影响了均值和方差。
主要的误差来源是移动通信设备以及各个寝室安装的路由器等无线通信设备，出现了多个场源，其场强干扰了正常的测量活动，导致了错误值，影响了结果的准确性。
以上3张图均是测量阴影衰落所得数据分析所得，分别对应数值分布直方图、频率累计分布图和与正态分布做对比的分布图。
从结果来看，阴影衰落实测的数据分布与理论分布相差较大，实测数据整体数值偏小，个别极大值影响了均值和方差。
主要的误差来源是移动通信设备以及主楼周围无处不在的路由器等无线通信设备，出现了多个场源，其场强干扰了正常的测量活动，导致了错误值，影响了结果的准确性。
以上6图是验证阴影衰落在学9室内外测量场强强度所得数据分析成图。
计算可得dp=-2.06dB。
原因在于室内有很多路由器，平均场强大于室外，从室内外场强的显著差异上可以验证阴影衰落。
[实验结论]
综合以上几个场景所得数据，可以发现，实际所得数据与理论模型吻合度均不高，究其原因，主要在于以下两点：
第一，选取的频率过低，抗干扰能力差；第二，干扰源多。
从以上分析也可以看出，第一类，即自由空间模型符合度一般；而第二类布灵模型符合度相对较好；第三类、第四类符合度也一般。
总结起来的原因是北邮主楼附近小型障碍物小，比较符合布灵模型的要求，而操场外就是马路，川流不息，对测量数据有干扰，至于第三、四类，主要因为寝室楼内人比较多。
但是从整体上来看，场强强度的分布基本符合正态分布，与理论结论相符。
[心得体会]
通过各种曲线我们可以看到，虽然理论上场强的概率分布服从标准正态分布，但是实际测量结果却是有所偏差的。
其中部分原因是由于我们所测数据依然不够多，另外则是我们发现，测试过程中所经过的小型障碍物（如车辆）都会对场强产生一定的干扰。
通过实验，我们可以定量地看到数据的变化，深切地感受到遮挡物对场强的衰落作用。
同时，我们也学会了MATLAB的使用，实习了其常用函数的使用方法。
[参考文献]
[附录]
MATLAB代码
绘制分布直方图和正态性检验图
%读取数据
data=xlsread（'lab1.xlsx','A54:
E59'）
%转换成列向量
data3=reshape（data,[30,1]）
k=ceil（1.87*（length（data3）-1）^0.4）;%计算合适的组长
[ni,ak]=hist（data3,k）;%以k为单位将data3分为ni组，一并返回间隔位置ak
fi=ni/length（data3）;%
mfi=cumsum（fi）;%计算fi中包含的变量值
h=histfit（data3,k）;
set（h
（1）,'facecolor','b','edgecolor','w'）;
set（h
（2）,'color','r'）;
normplot（data3）;%分布的正态性检验
计算频率累积分布
data=xlsread（'lab1.xlsx','A54:
E59'）
A=reshape（data,[30,1]）
[h,stats]=cdfplot（A）;
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