【文章內(nèi)容簡介】 低的次序，每次只找到一條多徑，當(dāng)多徑幅度低于某個門限值時迭代過程截止，得到多徑分布結(jié)果就是信道沖激響應(yīng)。 后期數(shù)據(jù)處理過程 設(shè)脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖信號波形為，抽樣示波器得到的接收信號波形為 （）其中，代表卷積運(yùn)算，和分別是發(fā)射和接收天線的時域沖激響應(yīng)，是信道沖激響應(yīng)，是加性高斯白噪聲。時域信道測量的后期數(shù)據(jù)處理的主要任務(wù)就是從接收信號中提取信道沖激響應(yīng)。根據(jù)前面的描述，時域信道測量的后期數(shù)據(jù)處理主要包括以下過程：（1）利用Clean算法對接收信號進(jìn)行去卷積。利用模板信號與接收信號間的相關(guān)特性，提取時域?qū)崪y接收信號中的多徑分量，獲得信道沖激響應(yīng)。（2）設(shè)置時間零點(diǎn)。確定去卷積后的信道沖激響應(yīng)的時間起點(diǎn)，并設(shè)置為時間零點(diǎn)，以確定后續(xù)到達(dá)多徑分量的到達(dá)時間。（3）確定系統(tǒng)分辨率，并重新計算多徑增益。直接用Clean算法處理得到的信道沖激響應(yīng)中的多徑分量的時間間隔遠(yuǎn)小于系統(tǒng)的實際時間分辨率，需要按照系統(tǒng)的時間分辨率分成相等的時間片（Bin）；將每個時間片內(nèi)的所有多徑幅度相加作為此時間片多徑分量增益。 Clean算法的實現(xiàn)Clean算法首先通過實測的方法，獲得模板信號為 （） 其中，是模板測量中的加性高斯白噪聲。繼而通過迭代算法利用模板信號從接收信號中去掉、和的影響，計算信道沖激響應(yīng)的近似值。模板信號的獲得方法是：在暗室中將收發(fā)天線對齊，在滿足遠(yuǎn)場要求的距離進(jìn)行測量，并從接收信號中直接分離出完整的最強(qiáng)脈沖信號作為模板信號。模板信號的獲取與實際測量的關(guān)系如圖23所示。圖23 模板信號的截獲與實際測量的關(guān)系南加州時域?qū)崪y數(shù)據(jù)中專門給出一組收發(fā)天線相距1m、最大輻射方向夾角為0176。（即收發(fā)天線正對）的實測數(shù)據(jù)，如圖24所示，用做提取模板信號使用。從其中提取具有最大幅度完整的脈沖信號作為時域單模板Clean算法去卷積處理的模板信號。圖24 模板信號在得到接收信號及模板脈沖后，單模Clean算法迭代步驟如下：（1）計算模板信號的自相關(guān)函數(shù) （23）（2）計算接收信號和模板脈沖的自相關(guān)函數(shù) （24）（3）尋找互相關(guān)函數(shù)中的幅度極大值，取其時延，用此極大值除的最大值，得到幅度值保存數(shù)據(jù)和。（4）在位置做如下運(yùn)算 （25）并更新；尋找極大值，如此值大于門限則轉(zhuǎn)至步驟（3），如小于門限則轉(zhuǎn)至步驟（5）。（5）得到的信道沖激響應(yīng)（26）所示，其中N為多徑總數(shù)。 （26） Clean算法門限選擇由Clean算法步驟（4）可知，判斷迭代過程是否截止的唯一標(biāo)準(zhǔn)就是門限，所以門限的選擇對Clean算法性能至關(guān)重要。門限通常分為絕對門限和相對門限兩類，絕對門限由測量系統(tǒng)噪聲決定，定義為測量系統(tǒng)噪聲以上的某個確定值。相對門限由信道沖激響應(yīng)中最大多徑增益確定，定義為相對于最大增益衰減的某個確定值。通常數(shù)據(jù)處理中均選擇相對門限作為Clean算法的截止門限。在使用相對門限對實測數(shù)據(jù)處理中，當(dāng)逐漸降低門限值時，恢復(fù)接收信號的能量誤差逐漸變少，其他各項信道指標(biāo)統(tǒng)計量逐漸變大。如果只保證恢復(fù)接收信號能量誤差最小，則應(yīng)該將門限一直降低。然而，當(dāng)門限下降到一點(diǎn)程度時會出現(xiàn)主要多徑前20ns的區(qū)域出現(xiàn)小增益多徑信號。因此，應(yīng)用相對門限時，門限值選取除保證恢復(fù)接收信號的能量誤差小于特定值之外，還應(yīng)該保證在噪聲區(qū)無多徑分量。 經(jīng)過實驗驗證，認(rèn)為滿足如下兩個準(zhǔn)則的Clean算法門限為最優(yōu)門限：（1）噪聲區(qū)無多徑分量；（2）恢復(fù)接收信號的能量誤差小于30%。 本章小結(jié)本章主要介紹了UWB信道的基本理論。首先，簡單介紹了超寬帶信號的傳播特性，即超寬帶信號的傳播的弱衰落性和強(qiáng)透射性；其次，重點(diǎn)介紹了超寬帶信道的測量技術(shù)，并以時域測量技術(shù)為重點(diǎn)，介紹了時域測量的測量過程；最后系統(tǒng)的講述了時域測量案例中的后期數(shù)據(jù)處理方法Clean算法，對Clean算法的原理及門限選擇都做了詳細(xì)的講述。為以后建立UWB信道模型及仿真做了充足的準(zhǔn)備。 第3章 超寬帶室內(nèi)信道模型 第三章 超寬帶室內(nèi)信道模型為評估各種UWB通信實現(xiàn)方案的性能以及標(biāo)準(zhǔn)化工作，通常需要根據(jù)其工作環(huán)境建立一個比較精確的信道模型。大量的實驗數(shù)據(jù)表明在UWB中多徑的到達(dá)呈現(xiàn)出成簇到達(dá)的特性，UWB信道多徑模型應(yīng)該體現(xiàn)出這些新的特性，因此UWB信道的建模成為一個難點(diǎn)。經(jīng)過大量的測量，已經(jīng)建立了許多UWB信道模型，為進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計提供了重要依據(jù)。 簡單的泊松模型簡單的泊松模型是最早引入的UWB模型。假設(shè)在脈沖響應(yīng)中只有一簇多徑存在，到達(dá)的多徑看成為到達(dá)率為泊松過程，路徑是按指數(shù)衰減的，時間衰減常數(shù)為，路徑的幅度服從標(biāo)準(zhǔn)方差為的對數(shù)正態(tài)分布。因此，這個模型涉及三個參數(shù)為：1． 平均路徑到達(dá)率2． 衰減指數(shù)3． 路徑幅度的標(biāo)準(zhǔn)方差單一的泊松模型并沒有反應(yīng)出路徑成簇到達(dá)以及早期到達(dá)的路徑的能量居顯著地位的特征，但卻表達(dá)出了多徑到達(dá)的次數(shù)服從泊松分布和多徑增益服從對數(shù)正態(tài)分布的特點(diǎn)。 修正的泊松模型相對單一的泊松模型而言，修正的泊松模型能更好的表達(dá)出早期到達(dá)的多徑成分居顯著地位的UWB室內(nèi)LOS信道環(huán)境。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)目是隨機(jī)的，且是等概率出現(xiàn)的。這些特性可從許多室內(nèi)LOS信道測量實驗分析得出。在此模型中，居顯著地位的多徑成分到達(dá)的時間服從指數(shù)分布： （）式中：是居顯著地位路徑的平均到達(dá)率， 是第個多徑到達(dá)時間 每個居于顯著地位的多徑幅度服從對數(shù)正態(tài)分布，多徑的幅度為： （）式中： 信號隨機(jī)翻轉(zhuǎn) （） （）設(shè)最先到達(dá)的多徑延遲，它由反射引起的信號符號翻轉(zhuǎn)為正極性，即，因為在LOS條件下直射的路徑可以假設(shè)為符號沒有經(jīng)過翻轉(zhuǎn)。當(dāng)時，是等概率發(fā)生的。隨后到來的比較弱的多徑成份也遵循指數(shù)分布，但是它們的平均到達(dá)率為，多徑到達(dá)時間為： （）比較弱的多經(jīng)成份的平均能量分布服從參數(shù)為的傳統(tǒng)指數(shù)衰落分布，這一組多徑成份第一徑的平均能量WdB比居顯著地位的多徑的平均能量要弱，緊隨其后到來的多徑成份也要以其為參考。它們的多徑幅度仍然服從對數(shù)正態(tài)分布，標(biāo)準(zhǔn)方差為。 （） （） 模型多徑到達(dá)的一個簡單、常用模型是泊松過程模型。這一模型將時間長度劃分為許多長度為的微小時間段，在一個時間片中的徑的數(shù)目的平均值為，其中稱為這一泊松過程的到達(dá)率。則在時間片中，有個徑的概率為： （）多徑成份成簇到達(dá)的現(xiàn)象是實際物理環(huán)境中散射體群集的直接結(jié)果，也是在UWB信道中觀察到的特性，而且，在信道的測試中發(fā)現(xiàn)若在某一時間間隔內(nèi)有沒有路徑到達(dá)，則下一時間間隔內(nèi)路徑到達(dá)的概率表現(xiàn)出增加或減少，因此可分辨路徑的到達(dá)時間呈非均勻分布。在泊松模型的基礎(chǔ)上，Suzuki提出了模型，可以更好的描述多徑成簇分布的現(xiàn)象。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)。在這個模型中，將時間軸劃分為許多長度為的微小時間段，如果在第個時間段內(nèi)有一徑到達(dá)，則第個時間段的到達(dá)率為。這里表示的是路徑到達(dá)的成批性。當(dāng)時，模型成為泊松模型；當(dāng)時，信道出現(xiàn)分簇的現(xiàn)象；當(dāng)時，多徑的出現(xiàn)比較均勻。定義為: （）式中：是第個微小時間段的占據(jù)率在用模型擬合UWB信道的實測數(shù)據(jù)時，第個微小時間段上的沖激響應(yīng)的幅度可以用對數(shù)正態(tài)分布近似，且隨時間延遲呈指數(shù)衰減，即： （）也就是：，且多徑的能量為： （） （）式中： 第1徑的平均功率 第徑的時間延遲 包絡(luò)衰減因子雖然模型提供了描述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信道中的實測數(shù)據(jù)。 修正的模型修正的模型是在模型的基礎(chǔ)上，將兩態(tài)馬爾可夫模型和修正的泊松模型相結(jié)合。這個模型有兩個狀態(tài)，狀態(tài)1的平均的到達(dá)率為，狀態(tài)2的平均路徑到達(dá)率為。如果第個微小時間段內(nèi)處于狀態(tài)1，且第個微小時間段內(nèi)，有路徑到達(dá)，則在第個微小時間段內(nèi)轉(zhuǎn)到狀態(tài)2；在以后的若干個微小時間段內(nèi)將持續(xù)狀態(tài)2，直到第個微小時間段沒有路徑到達(dá)，狀態(tài)又轉(zhuǎn)回到狀態(tài)1。的值由測試決定，但迄今還沒有試驗測試在特定的UWB系統(tǒng)中的取值，一般情況下，時，信道出現(xiàn)成簇的現(xiàn)象。在每一個馬氏狀態(tài)下，每個微小時間段內(nèi)到達(dá)的多徑數(shù)量由泊松分布確定，到達(dá)多徑的數(shù)量服從修正的兩狀態(tài)泊松過程，到達(dá)時間服從基于此狀態(tài)的指數(shù)分布。具體的數(shù)學(xué)表示如下：狀態(tài)1： （）狀態(tài)2： 　 （）其中， 第個微小時間段內(nèi)有個路徑到達(dá)的概率 狀態(tài)1的泊松參數(shù) 　 （） 狀態(tài)2的泊松參數(shù) 　 （）多徑的幅度服從對數(shù)正態(tài)分布，隨時間延遲呈指數(shù)衰減，表示為： （）其中： （） （）式中： 信號隨機(jī)翻轉(zhuǎn)，是等概率發(fā)生的。在修正模型中，將時間軸分成許多時間間隔，每一個時間間隔內(nèi)的路徑的到達(dá)率依賴于前一個時間間隔內(nèi)是否有路徑到達(dá)。這里時間間隔與采樣頻率有關(guān)。這個模型由五個參數(shù)描述： 狀態(tài)1的平均到達(dá)率 狀態(tài)2的平均到達(dá)率的縮放比例 微小的時間間隔 包絡(luò)指數(shù)衰減因數(shù) 對數(shù)正態(tài)分布路徑能量的標(biāo)準(zhǔn)方差 本章小結(jié)在廣泛閱讀相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本章對超寬帶室內(nèi)小尺度信道模型進(jìn)行了詳盡的介紹，從最開始的單一的泊松模型到修正的泊松模型，相對單一的泊松模型而言，修正的泊松模型能更好的表達(dá)出早期到達(dá)的多徑成分居顯著地位的UWB室內(nèi)LOS信道環(huán)境。而在泊松模型的基礎(chǔ)上，又提出了模型，可以更好的描述多徑成簇分布的現(xiàn)象。之后又提出了修正的模型。對各個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 。 第4章 超寬帶室內(nèi)多徑傳播模型 第四章 超寬帶室內(nèi)多徑傳播參考模型 UWB多徑傳播模型多徑傳播模型主要描述無線信號經(jīng)短距離（幾個波長）或短時間（秒級）傳輸后經(jīng)兩個或多個路徑以微小的時間間隔到達(dá)接收天線的傳播特性，由于其能清晰地描述接收信號能量在短距離或短時間內(nèi)的快速變化，則對傳輸