校园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外的无线电信号场强值，掌握室内外电波传播的规律。
2.熟练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、电磁波的传播方式
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、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分布或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收功率(Pr)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]=PL(d0)+10nlog(d/d0)
即平均接收功率为：
Pr(d)[dBm]=Pt[dBm]-PL(d0)-10nlog(d/d0)=Pr(d0)[dBm]-10nlog(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：
1)自由空间模型
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：
Lp=32.4+20Lgd+20Lg
其中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+40Lgd-20Lght-20Lghr
3)EgLi模型
EgLi公式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=88+40Lgd-20Lght-20Lghr+20Lgf-G
其中G为地形修正因子(单位：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△h有关，地形起伏越大，则路径损耗也越大。当△h用米来测量时，可按下式近似的估计地形的影响：
4)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：
Lp1=69.55+26.2Lgf-13.82Lght+(44.9-6.55Lght)Lgd开阔地：
Lp2=Lp1-4.78(Lgf)2+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同一位置室内测量的信号中值电场场强之差(dB)。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：
△P是穿透损耗，单位是dB;
P,是在室内所测的每一点的功率，单位是dBμv,共M个点：
P?是在室外所测的每一点的功率，单位是dBμv,共N个点。
三、实验内容
(1)根据不同的地形地貌条件，归纳总结各种环境条件下可能采用的各种电波传输模型；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；
(5)