【正文】 15 每個(gè)居于顯著地位的多徑幅度服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，多徑的幅度為： 20/)( ,10 kk Xkk P ??? ?? （ ） 式中： kP 信號(hào)隨機(jī)翻轉(zhuǎn) Mkk ??? 0,20 )10ln (21?? （ ） MkNX k ??? 0),0( 21, ?? （ ） 設(shè)最先到達(dá)的多徑延遲 00?? ，它由反射引起的信號(hào)符號(hào)翻轉(zhuǎn)為正極性，即 10 ??p ，因?yàn)樵?LOS 條件下直射的路徑可以假設(shè) 為符號(hào)沒(méi)有經(jīng)過(guò)翻轉(zhuǎn)。 K?? 模型作為室內(nèi)寬帶信道的模型，同 SalehValenzuela 模型一樣也是假設(shè) UWB 信道中多徑成分成簇到達(dá)。 K 的值由測(cè)試決定，但迄今還沒(méi)有試驗(yàn)測(cè)試在特定的 UWB 系統(tǒng)中 K 的取值，一般情況下， K 取典型值 2 或 ，1?K 時(shí)，信道出現(xiàn)成簇的現(xiàn)象。對(duì)各個(gè)模型的原理和信道參數(shù)進(jìn)行了介紹，為介紹超寬帶室內(nèi)多徑的標(biāo)準(zhǔn)模型 IEEE 做了理論準(zhǔn)備。 室內(nèi)多徑信道的主要參數(shù) 根據(jù) Foerster 和 Hashemi 的研究結(jié)果，用來(lái)表征室內(nèi)多徑信 道的主要參數(shù)為： （ 1） 可分辨多徑分量的數(shù)目； （ 2） 多徑時(shí)延； （ 3） 多徑強(qiáng)度分布； （ 4） 多徑幅度衰落分布； （ 5）多徑到達(dá)時(shí)間。比如： 在每個(gè)可分辨的延遲時(shí)間內(nèi)（分辨路徑為 3cm），只有極少的多徑成分重疊，因此中心極限定理不再適用，幅度衰落統(tǒng)計(jì)不再表現(xiàn)為 Rayleigh 衰落的特征。通常每一簇中包含大量射線(xiàn)，即 ???? 。 幅 度 時(shí) 間 延 遲??1 ?1 ? 圖 41 SV 模型原理圖 SV 模型的信道沖激響應(yīng) SV 模型的信道沖 激響應(yīng)可以表示為 ? ????? ??? 0 0 , )()(,l k lkljlk Tteth lk ??? ? （ ） 其中， ,...3,2,1,0, ?lTl 為第 l 個(gè)到達(dá)簇的到達(dá)時(shí)間， ,...3,2,1,0, ?klk? 為第 l 個(gè)簇中第 k 個(gè)到達(dá)射線(xiàn)的到達(dá)時(shí)間， 00?T 為第一個(gè)到達(dá)簇的到達(dá)時(shí)間， 01,0 ?? 為第 l 個(gè)簇中第一條射 第 4 章 超寬帶室內(nèi)多徑傳播模型 21 線(xiàn)到達(dá)時(shí)間。先后到達(dá)的多徑信號(hào)增益統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，多徑信號(hào)的平 均功率（幅度的均方值）隨簇和簇內(nèi)射線(xiàn)成雙指數(shù)衰減，其幅 第 4 章 超寬帶室內(nèi)多徑傳播模型 20 度呈瑞利分布。由于室內(nèi)環(huán)境中天花板、墻壁、門(mén)、家具、陳設(shè)品、人等均能造成信號(hào)的多徑傳播，同時(shí)超寬 帶脈沖信號(hào)又具有較高的多徑分辨率，這就導(dǎo)致超寬帶信號(hào)在室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生所謂密集多徑傳播的現(xiàn)象。這里時(shí)間間隔 ? 與采樣頻率有關(guān)。 kk? 定義為 : 2,)1( 111??????????krKrrkkk?? （ ） 式中： kr 是第 k 個(gè)微小時(shí)間段的占據(jù)率 在用 K?? 模型擬合 UWB 信道的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，第 k 個(gè)微小時(shí)間段上的沖激響應(yīng)的幅度 k? 可以用對(duì)數(shù)正態(tài)分布近似，且隨時(shí)間延遲呈指數(shù)衰減，即： ? ? ),(l o g20 210 ??? kk N? （ ） 也就是： ? ? 20/10 ??? Xk k ?? ，且多徑的能量為： ?? /02)( kTk eE ??? （ ） 20 )10ln (10ln /)(10)ln (10 220 ???? ???? kk （ ） 式中： 0? 第 1 徑的平均功率 k? 第 k 徑的時(shí)間延遲 ? 包絡(luò)衰減因子 雖然 K?? 模型提供了描述 UWB 信道多徑按簇到達(dá)現(xiàn)象的方法，但在很多的情況下并不能很好的擬合 UWB 信道中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。 MkW Mkk ?????? ,20 10ln10ln /)(1022????? （ ） MkNX k ?? ),0( 22, ?? （ ） K? 模型 多徑到達(dá)的一個(gè)簡(jiǎn)單、常用模型是泊松過(guò)程模型。 在 LOS 環(huán)境下，最先到達(dá)的多徑幅度比后到達(dá)的多徑幅度要強(qiáng)，強(qiáng)度居顯著地位的多徑數(shù) 目 M 是隨機(jī)的，且 4。為以后建立 UWB 信道模型及仿真做了充足的準(zhǔn)備。通常數(shù)據(jù)處理中均選擇相對(duì)門(mén)限作為 Clean 算法的截止門(mén)限。（即收發(fā)天線(xiàn)正對(duì)）的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，如圖 24 所示，用做提取模板信號(hào)使用。確 定去卷積后的信道沖激響應(yīng)的時(shí)間起點(diǎn)，并設(shè)置為時(shí)間零點(diǎn)，以確定后續(xù)到達(dá)多徑分量的到達(dá)時(shí)間。 Clean 算法是一種時(shí)域去卷積方法。 ② 路徑損耗特性測(cè)量。室內(nèi)傳輸環(huán)境（如辦公室、住宅），多徑信號(hào)的時(shí)延通常小于幾十納秒，擴(kuò)頻法限制了測(cè)量系統(tǒng)的帶寬，在室內(nèi)環(huán)境下很難分辨具有較小時(shí)延的多徑信號(hào)，所以當(dāng)前對(duì)室內(nèi)超寬帶信道基本都采用時(shí)域法或頻域法。 信道測(cè)量技術(shù) 概述 獲得信道沖激響應(yīng)是研究信道傳播特性的核心問(wèn)題，這主要是由于： （ 1） 信道沖激響應(yīng)包含所有信道信息，輸入信號(hào)與信道沖激響應(yīng)的卷積就是經(jīng)過(guò)信道傳輸后的接收信號(hào)；（ 2） 由信道沖激響應(yīng)計(jì)算得出的各種統(tǒng)計(jì)量，如平均附加時(shí)延、 RMS（ Root Mean Square）時(shí)延擴(kuò)展、平均多徑數(shù)目、功率延遲分布等，不但能夠更好地了解在各種不同信道下信號(hào)的傳播特性，還可以用于優(yōu)化接收機(jī)的設(shè)計(jì)； （ 3） 在對(duì)實(shí)測(cè)信道沖激響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、分析和建模的基礎(chǔ)上建立的數(shù) 學(xué)解析模型（即信道模型）可以對(duì)實(shí)際信道進(jìn)行模擬，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真或解析分析計(jì)算，可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)信道后的特性，繼而可以準(zhǔn)確分析接收機(jī)在相應(yīng)信道下的性能，提高接收機(jī)的設(shè)計(jì)效率。 由于超寬帶信號(hào)傳播所具有的上述兩個(gè)特殊性質(zhì)，使得對(duì)超寬帶信道的測(cè)量、數(shù)據(jù)處理分析以及信道建模均與傳統(tǒng)方法有所不同。國(guó)家自然科學(xué)基金和 “863”計(jì)劃己開(kāi)始支持這方面的研究和開(kāi)發(fā)工作，并已取得了初步進(jìn)展。 20xx 年， 、 等人首先提出了一種基于時(shí)域窄脈沖測(cè)量方法得到的統(tǒng)計(jì)抽頭延時(shí)線(xiàn)模型（ STDL） ，其時(shí)間分辨率為2ns，反映典型室內(nèi)環(huán)境 1GHz 頻段的信道傳播特征，多徑衰落服從納卡伽米 （ Nakagami）分布。這種環(huán)境包括生活環(huán)境、生產(chǎn)環(huán)境、辦公環(huán)境等，主要用于對(duì)各種對(duì)象（人和物）進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別、控制和通信。在家辦公室中，各種計(jì)算機(jī)、外設(shè)和數(shù)字多媒體設(shè)備根據(jù)需要，利用UWB 技術(shù)，在小范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)地組成分布式自組織（ Ad Hoc）網(wǎng)絡(luò)，協(xié)同工作，連接，傳送高速多媒體數(shù)據(jù)，并可通過(guò)寬帶網(wǎng)關(guān)，接入高速互聯(lián)網(wǎng)或其帶網(wǎng)絡(luò)。 FCC 對(duì)于超寬帶信號(hào)的定義為任何相對(duì)帶寬（信號(hào)帶寬與中心頻率之比）大于 20%或絕對(duì)帶寬大于 500MHz，并滿(mǎn)足 FCC 功率譜密度限制要求的信號(hào)。由于 UWB 技術(shù)的種種優(yōu)點(diǎn)， UWB 技術(shù)通信系統(tǒng)獲 得了業(yè)界、媒體與學(xué)術(shù)界的極大重視，使其成為無(wú)線(xiàn)個(gè)人局域網(wǎng)絡(luò) WPAN（ Wireless Personal Area Network） 的主要技術(shù)之一。文中首先簡(jiǎn)要介紹了超寬帶的基本概念及特點(diǎn)，并對(duì) UWB 信道的基本理論做了簡(jiǎn)要的介紹。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）授權(quán)使用說(shuō)明 本論文（設(shè)計(jì)）作者完全了解紅河學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保留論文（設(shè)計(jì)）并向相關(guān)部 門(mén)送交論文（設(shè)計(jì)）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設(shè)計(jì)）用于非贏(yíng)利目的的少量復(fù)制并允許論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)入學(xué)校圖書(shū)館被查閱。在信道基本理論的介紹中重點(diǎn)介紹了時(shí)域測(cè)量 技術(shù)及建模過(guò)程中的后期數(shù)據(jù)處理方法 —CLEAN 算法，以便于信道建模的仿真分析。 超寬帶（ UWB）無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)概述 超寬帶（ UWB， Ultra Wideband）技術(shù)最早可以追溯到 100 年前波波夫和馬克尼發(fā)明的越洋無(wú)線(xiàn)電報(bào)的時(shí)代。這里中心頻率和相對(duì)帶寬表達(dá)式如下： 2/)( LH ff ??中心頻率 （ ） 2/)( LH LH ff ff ??相對(duì)帶寬 （ ） 式中， Hf 為能量功率譜密度的上限頻率， GHz； Lf 為能量功率譜密度的下限頻率， GHz。這一領(lǐng)域?qū)⑷诤嫌?jì)算機(jī)、通信和消費(fèi)娛樂(lè)業(yè)，被視為具有超過(guò)電話(huà)的最大市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Α? UWB 信道與傳統(tǒng)信道的比較 傳統(tǒng)的窄帶和寬帶帶寬小于 20MHz，它的小尺度衰落分布服從 Rayleigh 分布或 Rician分布。 UWB 技術(shù)向民用領(lǐng)域的開(kāi)放極大地促進(jìn)了 UWB 信道測(cè)量和建模工作的開(kāi)展，測(cè)量頻率范圍延伸至 11GHz 甚至更高，測(cè)試環(huán)境涵蓋了家庭、辦公室、實(shí)驗(yàn)室、工廠(chǎng)等。我國(guó)應(yīng)該提出有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 UWB 技術(shù)的理論和技術(shù)成果，以此為支撐制定自主 第 1 章 緒論 5 的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，推動(dòng)我國(guó) UWB 產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，以便在激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取得應(yīng)有的地位。 UWB 信號(hào)的傳播特性 超寬帶信號(hào)傳播的弱衰落性 在傳統(tǒng)基于連續(xù)波的窄帶或?qū)拵到y(tǒng)（信號(hào) 帶寬通常小于 20MHz）中，由于傳輸中信道的隨機(jī)調(diào)制特性，使接受多徑信號(hào)在幅度和相位上發(fā)生隨機(jī)的變化，接受端信號(hào)進(jìn)行相干疊加，這種疊加可以是建設(shè)性或破壞性的，從而導(dǎo)致信號(hào)的幅度產(chǎn)生劇烈的波動(dòng)，也就是所謂的多徑衰落。獲得信道沖激響應(yīng)最直接和準(zhǔn)確的途徑就是對(duì)實(shí)際信道進(jìn)行測(cè)量，因此可以說(shuō)信道測(cè)量是研究信道傳輸特性的基礎(chǔ)和著眼點(diǎn)。 時(shí)域測(cè)量技術(shù) （ 1） 時(shí)域測(cè)量采用的設(shè)備 脈沖發(fā)生器、數(shù)字抽樣示波器、觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器、超寬帶天線(xiàn)（通常為 TEM 定向天線(xiàn)或雙錐 全向天線(xiàn)）、寬帶功放和寬帶低噪放等。應(yīng)以發(fā)射天線(xiàn)為圓心，以距離間隔為 1m作同心圓，將接收天線(xiàn)放置在同心圓周的不同位置，如圖 12 所示，通過(guò)對(duì)不同同心圓上實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析可以給出室內(nèi)信道 路徑損耗特性，測(cè)量距離一般選擇在 1～ 15m的范圍內(nèi)。接收信號(hào)可以看作模板脈沖與信道沖擊響應(yīng)作卷積的計(jì)算結(jié)果， Clean 算法就是使用模板脈沖對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行去卷積，然后得到信道沖激響應(yīng)。 （ 3） 確定系統(tǒng)分辨率，并重新計(jì)算多徑增益。從其中提取具有最大幅度完整的脈沖信號(hào)作為時(shí)域單模板 Clean 算法去卷積處理的模板信號(hào)。 在使用相對(duì)門(mén)限對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理中，當(dāng)逐漸降低門(mén)限值時(shí)，恢復(fù)接收信號(hào)的能量誤差逐漸變少，其他各項(xiàng)信道指標(biāo)統(tǒng)計(jì)量逐漸變大。 第 3 章 超寬帶室內(nèi)信道模型