【導(dǎo)讀】取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計）。出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。有權(quán)將論文（設(shè)計）用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文（設(shè)。計）進(jìn)入學(xué)校圖書館被查閱。保密的論文（設(shè)計）在解密后適用本規(guī)定。UWB技術(shù)具有傳輸速率高、系統(tǒng)容量大、抗。多徑干擾能力強(qiáng)、功耗和成本低等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為無線通信領(lǐng)域研究開發(fā)的一個熱點(diǎn)，并被視為下一代無線通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。為保證UWB信號在室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境傳輸?shù)挠行?。本主要對UWB室內(nèi)信道模型進(jìn)行了探討和仿真研究?；靖拍罴疤攸c(diǎn)，并對UWB信道的基本理論做了簡要的介紹。建模的仿真分析。標(biāo)準(zhǔn)模型能夠較好的擬合室內(nèi)NLOS信道環(huán)境，但對室內(nèi)LOS信道環(huán)境的性能尚顯不足。而室內(nèi)LOS半確定模型在LOS環(huán)境下能夠很好的擬合實(shí)驗數(shù)據(jù)。最后對本文所做的工作和結(jié)論進(jìn)行了匯總，指出不足之處及改進(jìn)方向。

　　

【正文】 成簇分布的現(xiàn)象。 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)。 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 1?k 個時間段內(nèi)有一徑到達(dá)，則第 k 個時間段的到達(dá)率為 kk? 。這里 K 表示的是路徑到達(dá)的成批性。當(dāng)1?K 時， K?? 模型成為泊松模型；當(dāng) 1?K 時，信道出現(xiàn)分簇的現(xiàn)象；當(dāng) 1?K 時，多徑的出現(xiàn)比較均勻。 kk? 定義為 : 2,)1( 111??????????krKrrkkk?? （ ） 式中： kr 是第 k 個微小時間段的占據(jù)率 在用 K?? 模型擬合 UWB 信道的實(shí)測數(shù)據(jù)時，第 k 個微小時間段上的沖激響應(yīng)的幅度 k? 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： ? ? ),(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)測數(shù)據(jù)。 第 3 章 超寬帶室內(nèi)信道模型 17 修正的 K?? 模型 修正的 K?? 模型是在 K?? 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?K 。如果第 1?k 個微小時間段 ? 內(nèi)處于狀態(tài) 1，且第 1?k 個微小時間段 ? 內(nèi)，有路徑到達(dá)，則在第 k 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 ik? 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。 K 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 K 的取值，一般情況下， K 取典型值 2 或 ，1?K 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： !)( 111 keknpkk ?? ??? （ ） 狀態(tài) 2： !)( 22 keknp kkl?? ??? （ ） 其中， )( knp l ? 第 l 個微小時間段內(nèi)有 k 個路徑到達(dá)的概率 ?? cT dtt)(11 ?? 狀態(tài) 1 的泊松參數(shù) （ ） 111 )( ??? KdttcT?? ? 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： 20/)( ,10 kk Xkk P ??? ?? （ ） 其中： 20 )10ln (10ln /)(10)ln (10 220 ???? ???? kk （ ） ),0( 21, ?? NX k ? （ ） 式中： kP 信號隨機(jī)翻轉(zhuǎn)， 1??kp 是等概率發(fā)生的。 在修正 K? 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)。 第 3 章 超寬帶室內(nèi)信道模型 18 這個模型由五個參數(shù)描述： ? 狀態(tài) 1 的平均到達(dá)率 K 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 K? 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 K? 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 做了理論準(zhǔn)備。 第 4 章 超寬帶室內(nèi)多徑傳播模型 19 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，則對傳輸技術(shù)的選擇和接收機(jī)的設(shè)計至關(guān)重要。 由于超寬帶信號帶寬通常大于 500MHz，其對應(yīng)的時域脈沖波形的持續(xù)時間在納秒級，因此超寬帶信道的多徑分辨率通常在納秒級。只要多徑信號的波程差大于 30cm，則此多徑信號在超寬帶信道中即可被分辨。由于室內(nèi)環(huán)境中天花板、墻壁、門、家具、陳設(shè)品、人等均能造成信號的多徑傳播，同時超寬 帶脈沖信號又具有較高的多徑分辨率，這就導(dǎo)致超寬帶信號在室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生所謂密集多徑傳播的現(xiàn)象。 信道的沖激響應(yīng) 這種多徑傳輸可以方便的在數(shù)學(xué)上表示為信道的離散沖激響應(yīng)，如下式 ??? ??10 )()(Ll ml lTtth ?? （ ） 其中 ， l? 是路徑 l 的幅度衰減因子，它是以傳輸延時和發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間距離為變量的函數(shù) ； mT 是最小的可分辨時間 。L 是可以分辨的多徑分量的數(shù)目。有時，式 （ ） 也可以表示多徑強(qiáng)度分布。 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)時間。 SV 模型 該模型首先由 Turin 于 1972 年提出，后來 Saleh 和 Valenzuela 在對寬帶信號的研究中提出了進(jìn)一步規(guī)范化的信道模型，得到了普遍認(rèn)可，即 SV 模型。 SV 模型的物理描述如下：多徑信道不是按著固定的速率均勻到達(dá)接收機(jī)，而是以簇 （ Cluster） 的形式，分成一簇一簇的到達(dá)。簇和簇內(nèi)射線的到達(dá)時間服從泊松隨機(jī)過程分布。先后到達(dá)的多徑信號增益統(tǒng)計獨(dú)立，多徑信號的平 均功率（幅度的均方值）隨簇和簇內(nèi)射線成雙指數(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。相位在 )2,0[ ? 內(nèi)均勻分布。 SalenValenzula 模型（簡稱 SV 模型）是室內(nèi)離散信道脈沖響應(yīng)最普遍的統(tǒng)計模型，盡管它主要用來刻畫 NLOS（ NonLineofSight，非視距）信道環(huán)境的，但仍然也可以大致的描述 LOS 環(huán)境下的信道情況，是一種描述多徑按簇分布現(xiàn)象的模型，在多數(shù)情況下，可以較好的擬合 UWB 信道中的實(shí)測數(shù)據(jù)。相對于傳統(tǒng)的無線信道模型， UWB 比較寬的帶寬能夠產(chǎn)生新的特征。比如： 在每個可分辨的延遲時間內(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)計不再表現(xiàn)為 Rayleigh 衰落的特征。甚至有可能在多徑延遲內(nèi)沒有多徑成份出現(xiàn)。為了與在 UWB 測量實(shí)驗中得到的數(shù)據(jù)更吻合， IEEE 工作組對 SV 模型進(jìn)行了一些修改。具體的說，用對數(shù)正態(tài)分布表示多徑增益幅度，用另外一個對數(shù)正態(tài)隨機(jī)變量表示總多徑增益的波動。 幅 度 時 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 個到達(dá)簇的到達(dá)時間， ,...3,2,1,0, ?klk? 為第 l 個簇中第 k 個到達(dá)射線的到達(dá)時間， 00?T 為第一個到達(dá)簇的到達(dá)時間， 01,0 ?? 為第 l 個簇中第一條射 第 4 章 超寬帶室內(nèi)多徑傳播模型 21 線到達(dá)時間。 lk,? 為第 l 個簇中第 k 個到達(dá)射線 的多徑增益，其相位為 ,kl? 。 SV 模型的主要參數(shù) 1．多徑到達(dá)時間分布 SV 模型中簇到達(dá)時間，也就是每一簇中的第一條射線到達(dá)的時間服泊松過程，其具有固定的到達(dá)率 ? （常數(shù)）。每一簇內(nèi)后續(xù)射線到達(dá)的時間也服從泊松分布，其具有固定到達(dá)率 ? （常數(shù)）。通常每一簇中包含大量射線，即 ???? 。如果在任一時間長度為 t 的區(qū)間中事件的個數(shù)服從均值為 t? 的泊松分布，設(shè) ??iX 為事件發(fā)生的時間間隔，則 ??iX 的概率分 布函數(shù)為 te???1 ，概率密度函數(shù)為 ? ?XXf ???? e xp)( 。令 1??? ll TT ，可得簇到達(dá)的時間間隔是獨(dú)立指數(shù)分布隨機(jī)變量： ? ? 0,)(e x p)/( 11 ?????? ?? lTTTTp llll （ ） 同理可得，在簇的先后到達(dá)多徑信號的時間 間隔概率密度為 ? ? 0,)(e x p)/( ),1(,),1(, ?????? ?? kp