北郵電磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)無(wú)線(xiàn)信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的研究實(shí)驗(yàn)報(bào)告_陳佳熠_宋周銳_王健恒

1、電磁場(chǎng)與電磁波實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：陳佳熠 學(xué)號(hào)：2012210970姓名：宋周銳 學(xué)號(hào)：2012210971姓名：王健恒 學(xué)號(hào)：2012210972 摘要3關(guān)鍵字3實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)要求3實(shí)驗(yàn)儀器4問(wèn)題分析4實(shí)驗(yàn)步驟5實(shí)驗(yàn)結(jié)果8實(shí)驗(yàn)結(jié)論17心得體會(huì)17參考文獻(xiàn)17附錄18校園內(nèi)無(wú)線(xiàn)信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)特性的研究摘要使用無(wú)線(xiàn)電場(chǎng)強(qiáng)儀測(cè)試北京郵電大學(xué)校園內(nèi)室內(nèi)外的無(wú)線(xiàn)電場(chǎng)強(qiáng)值，利用典型環(huán)境對(duì)典型的信號(hào)衰減模型做匹配，比較理論值與實(shí)際值的差異，進(jìn)行誤差分析。關(guān)鍵字無(wú)線(xiàn)電場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)衰減模型誤差分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 通過(guò)實(shí)地測(cè)量校園內(nèi)室內(nèi)外的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)值，掌握室內(nèi)外電波傳播的規(guī)律；2、 熟悉并掌握無(wú)線(xiàn)電中的傳輸損耗、路徑損耗、

2、穿透損耗、衰落等概念；3、 熟悉使用無(wú)線(xiàn)電場(chǎng)強(qiáng)儀測(cè)試空間電場(chǎng)強(qiáng)度的方法；4、 學(xué)會(huì)對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并得到相關(guān)傳播模型。實(shí)驗(yàn)要求利用DS1131場(chǎng)強(qiáng)儀，實(shí)地測(cè)量信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)1) 根據(jù)不同的地形地貌條件，歸納總結(jié)各種環(huán)境條件下可能采用的各種電波傳播模型。在數(shù)據(jù)測(cè)試前，先用理論模型在理論上對(duì)待側(cè)區(qū)域進(jìn)行分析。根據(jù)不同的地形地貌條件，歸納出電波傳播模型，如表3-15所示。理論模型適用的物理場(chǎng)景自由空間理論模型發(fā)射天線(xiàn)與接收臺(tái)之間不存在影響電波傳播的物體布靈模型理想平面大地HaTa-Okumura模型移動(dòng)臺(tái)高度為h = 1.5m 時(shí)EgLi模型地形起伏地區(qū)（2）觀(guān)測(cè)波段和實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)的確定1) 例如選擇

3、頻段：940MHz 或其他。2) 地點(diǎn)：可以選擇例如操場(chǎng)地面開(kāi)闊，遮擋物較少，空間相對(duì)開(kāi)放；教學(xué)樓里開(kāi)闊地帶；研究陰影衰落相當(dāng)合適；用來(lái)研究建筑物穿透損耗的地帶。（3）數(shù)據(jù)的測(cè)量。第一組數(shù)據(jù)在空間開(kāi)放區(qū)域，地點(diǎn)自行選擇，每半個(gè)波長(zhǎng)測(cè)量一個(gè)數(shù)據(jù)，每個(gè)地點(diǎn)的數(shù)據(jù)應(yīng)該在50-100個(gè)。（4）第二組數(shù)據(jù)可以選在室內(nèi)，例如，樓道或房間，仍以半個(gè)波長(zhǎng)為單位記錄數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。（5）第三組數(shù)據(jù)在建筑物的阻擋下，觀(guān)察“陰影衰落”，總結(jié)衰落服從的分布規(guī)律。（6）第四組數(shù)據(jù)可以找個(gè)地方，以反映建筑外和建筑物內(nèi)的之間的場(chǎng)強(qiáng)差異。對(duì)建筑物穿透損耗的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，用室外平均信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)減去同一位置室內(nèi)的所測(cè)信號(hào)的

4、平均場(chǎng)強(qiáng)，得到建筑物穿透損耗。（7）數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)錄入可以用Excel表格等工具，表格設(shè)計(jì)要清晰，數(shù)據(jù)電平值的分布和處理可以利用MATLAB等工具，得到不同區(qū)域下信號(hào)電平分布情況，得到累積概率分布曲線(xiàn)，得到理論值和實(shí)際值之間的標(biāo)準(zhǔn)差，進(jìn)行誤差分析。（8）根據(jù)不同區(qū)域的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較分析，分析不同環(huán)境下造成這些結(jié)果的原因，測(cè)試結(jié)果流程圖如下所示。（9）模型分析。根據(jù)所測(cè)試的數(shù)據(jù)，分析下不同地帶的測(cè)試結(jié)果和所使用的理論模型。實(shí)驗(yàn)儀器DS1131 場(chǎng)強(qiáng)儀一臺(tái)問(wèn)題分析本實(shí)驗(yàn)要求使用場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量?jī)x測(cè)試北郵校內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)分布，并且要求測(cè)量地點(diǎn)地貌要符合幾大模型的的特點(diǎn)。經(jīng)查看地形發(fā)現(xiàn)，操場(chǎng)比較適合自由空間模型，主

5、樓前廣場(chǎng)比較適合布靈模型，同時(shí)測(cè)量學(xué)9周邊場(chǎng)強(qiáng)來(lái)測(cè)試陰影衰落和穿透衰落。實(shí)驗(yàn)步驟（1） 實(shí)驗(yàn)對(duì)象選擇我們?cè)诓賵?chǎng)、主樓廣場(chǎng)以及學(xué)生9公寓進(jìn)行了測(cè)量。其中操場(chǎng)使用自由空間理論模型、主樓廣場(chǎng)使用布靈模型，利用學(xué)9公寓進(jìn)行了陰影衰落和穿透衰落的研究。（2） 用繪圖工具簡(jiǎn)單的繪制剖面圖（3） 測(cè)量（數(shù)據(jù)采集）數(shù)據(jù)如下所示：操場(chǎng) f=600MHz 0.5m12.9 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

6、 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 室內(nèi) f = 600MHz 0.5m12.3 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

7、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 陰影衰減 f = 600MHz 0.5m10.4 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

8、 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 室內(nèi)數(shù)據(jù) f = 300MHz 1m22.422.821.921.921.519.719.118.818.118.116.816.416.416.815.821.121.221.320.52117.818.117.817.817.115.415.815.815.516.5室外數(shù)據(jù) f = 300MHz

9、1m16.216.216.215.917.216.216.515.915.916.216.916.517.217.916.514.917.217.515.516.915.916.215.915.215.218.518.618.318.216（4） 數(shù)據(jù)錄入 將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)錄入Excel表格，得到一個(gè)原始數(shù)據(jù)表。數(shù)據(jù)處理我們利用matlab軟件強(qiáng)大的分析功能，對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行編程處理，計(jì)算其均值與標(biāo)準(zhǔn)差，并且畫(huà)出概率的累積分布曲線(xiàn)，與標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的累積曲線(xiàn)比較，得出室外陰影衰落的分布規(guī)律，此外，作出場(chǎng)強(qiáng)空間分布圖，具體流程圖如下。數(shù)據(jù)處理流程圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果以上3張圖均是操場(chǎng)測(cè)量所得數(shù)據(jù)分析所得，分別

10、對(duì)應(yīng)數(shù)值分布直方圖、頻率累計(jì)分布圖和與正態(tài)分布做對(duì)比的分布圖。從結(jié)果來(lái)看，操場(chǎng)上實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)分布與理論分布相差較大，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整體數(shù)值偏小，個(gè)別極大值影響了均值和方差。主要的誤差來(lái)源是移動(dòng)通信設(shè)備，其場(chǎng)強(qiáng)干擾了正常的測(cè)量活動(dòng)，導(dǎo)致了錯(cuò)誤值，影響了結(jié)果的準(zhǔn)確性。以上3張圖均是室內(nèi)測(cè)量所得數(shù)據(jù)分析所得，分別對(duì)應(yīng)數(shù)值分布直方圖、頻率累計(jì)分布圖和與正態(tài)分布做對(duì)比的分布圖。從結(jié)果來(lái)看，室內(nèi)上實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)分布與理論分布相差較大，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整體數(shù)值偏小，個(gè)別極大值影響了均值和方差。主要的誤差來(lái)源是移動(dòng)通信設(shè)備以及各個(gè)寢室安裝的路由器等無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備，出現(xiàn)了多個(gè)場(chǎng)源，其場(chǎng)強(qiáng)干擾了正常的測(cè)量活動(dòng)，導(dǎo)致了錯(cuò)誤值，影響了結(jié)果

11、的準(zhǔn)確性。以上3張圖均是測(cè)量陰影衰落所得數(shù)據(jù)分析所得，分別對(duì)應(yīng)數(shù)值分布直方圖、頻率累計(jì)分布圖和與正態(tài)分布做對(duì)比的分布圖。從結(jié)果來(lái)看，陰影衰落實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)分布與理論分布相差較大，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整體數(shù)值偏小，個(gè)別極大值影響了均值和方差。主要的誤差來(lái)源是移動(dòng)通信設(shè)備以及主樓周?chē)鸁o(wú)處不在的路由器等無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備，出現(xiàn)了多個(gè)場(chǎng)源，其場(chǎng)強(qiáng)干擾了正常的測(cè)量活動(dòng)，導(dǎo)致了錯(cuò)誤值，影響了結(jié)果的準(zhǔn)確性。 以上6圖是驗(yàn)證陰影衰落在學(xué)9室內(nèi)外測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度所得數(shù)據(jù)分析成圖。計(jì)算可得dp=-2.06dB。原因在于室內(nèi)有很多路由器，平均場(chǎng)強(qiáng)大于室外，從室內(nèi)外場(chǎng)強(qiáng)的顯著差異上可以驗(yàn)證陰影衰落。實(shí)驗(yàn)結(jié)論綜合以上幾個(gè)場(chǎng)景所得數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，

12、實(shí)際所得數(shù)據(jù)與理論模型吻合度均不高，究其原因，主要在于以下兩點(diǎn)：第一，選取的頻率過(guò)低，抗干擾能力差；第二，干擾源多。從以上分析也可以看出，第一類(lèi)，即自由空間模型符合度一般；而第二類(lèi)布靈模型符合度相對(duì)較好；第三類(lèi)、第四類(lèi)符合度也一般?？偨Y(jié)起來(lái)的原因是北郵主樓附近小型障礙物小，比較符合布靈模型的要求，而操場(chǎng)外就是馬路，川流不息，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)有干擾，至于第三、四類(lèi)，主要因?yàn)閷嬍覙莾?nèi)人比較多。但是從整體上來(lái)看，場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度的分布基本符合正態(tài)分布，與理論結(jié)論相符。心得體會(huì)通過(guò)各種曲線(xiàn)我們可以看到，雖然理論上場(chǎng)強(qiáng)的概率分布服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，但是實(shí)際測(cè)量結(jié)果卻是有所偏差的。其中部分原因是由于我們所測(cè)數(shù)據(jù)依然不夠多

13、，另外則是我們發(fā)現(xiàn)，測(cè)試過(guò)程中所經(jīng)過(guò)的小型障礙物（如車(chē)輛）都會(huì)對(duì)場(chǎng)強(qiáng)產(chǎn)生一定的干擾。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們可以定量地看到數(shù)據(jù)的變化，深切地感受到遮擋物對(duì)場(chǎng)強(qiáng)的衰落作用。同時(shí)，我們也學(xué)會(huì)了MATLAB的使用，實(shí)習(xí)了其常用函數(shù)的使用方法。參考文獻(xiàn)附錄MATLAB代碼繪制分布直方圖和正態(tài)性檢驗(yàn)圖%讀取數(shù)據(jù)data = xlsread('lab1.xlsx','A54:E59')% 轉(zhuǎn)換成列向量data3 = reshape(data,30,1)k=ceil(1.87*(length(data3)-1)0.4); %計(jì)算合適的組長(zhǎng)ni,ak=hist(data3,k); %以k

14、為單位將data3分為ni組，一并返回 間隔位置akfi=ni/length(data3); %mfi=cumsum(fi); %計(jì)算fi中包含的變量值 h=histfit(data3,k); set(h(1),'facecolor','b','edgecolor','w'); set(h(2),'color','r'); normplot(data3); %分布的正態(tài)性檢驗(yàn)計(jì)算頻率累積分布data = xlsread('lab1.xlsx','A54:E59')A = reshape(data,30,1)h,stats=cdfplot(A);hold onylabel('累積頻率')x=15:0.1:23;f=normcdf(x,stats.mean,stats.std);plot(x,f,'m') ;legend('概率累積分布曲線(xiàn)','標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布累積曲線(xiàn)','