校园无线信号场强特性北邮通信工程.docx

信息与通信工程学院电磁场与电磁波实验报告题目：校园无线信号场强特性的研究姓名班级学号序号xx20092111190921056x23xx20092111190921056x24实验目的掌握在移动环境下阴影衰落的概念以及正确的测试方法；研究校园内各种不同环境下阴影衰落的分布规律；掌握在室内环境下场强的正确测量方法理解建筑物穿透损耗的概念；通过实地测量分析建筑物穿透损耗随频率的变化关系；研究建筑物穿透损耗与建筑材料的关系。实验原理电磁波的传播方式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。对于接受者只有处在发射信号的覆盖区内才能保证接收机正常接受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。决定覆盖区的大小的主要因素有：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等。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。尺度路径损耗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：即平均接收功率为：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。公式中的横杠表示给定值d的所有可能路径损耗的综合平均。坐标为对数－对数时平均路径损耗或平均接收功率可以表示为斜率10ndB/10倍程的直线。n依赖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与接受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验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）。人们根据不同放入地形地貌条件归纳总结出各种电波传播模型。下边介绍几种常用的描述大尺度衰落的模型。常用的电波传播模型：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：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。空气的特性可近似为真空因此当发射天线与移动台距离地面都较高时可以近似使用自由空间模型来估计路径损耗。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：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。EgLi模型前述的自由空间模型及布灵顿模型都是基于理论分析得出的计算公式。EgLi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：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dB。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Δh有关地形起伏越大则路径损耗也越大。当Δh用米来测量时可按下式近似的估计地形的影响：若将移动台的经典高度值hr=1.5m代入EgLi模型则有：Hata-Okumura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：市区内的Hata模型为：简化后为：CCIR模型CCIR给出了反映自由空间路径损耗和地形引入的路径损耗联合效果的经验公式。具体公式请参见模型计算部分。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它物体对电波的遮挡。在测量过程中不同位置遇到的建筑物遮挡情况不同因此接收功率也不同这样就会观察到衰落现象。由于这种原因造成的衰落也叫“阴影效应”或“阴影衰落”。在阴影衰落的情况下移动台被建筑物所遮挡它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它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值特定位置的接受功率为随机对数正态