基于IEEE802.15.4a模型的UWB信道测量技术研究

论文摘要

超宽带技术（Ultra Wideband）是一种以极低发射功率（发射功率一般为mW级）进行高速无线传输的新型通信技术。超宽带技术是下一代短距离（1～100米）无线通信与无线个域网的解决方案。IEEE 802.15.4a模型是根据S-V模型进行修正,并且经过对各大公司和研究机构提出的不同信道模型建议以及大量的实测数据进行广泛讨论及统计归纳得出的。IEEE802.15.4a工作小组最后提出的普遍接受的信道模型包括四大类：2～10GHz的UWB信道模型、2-6GHz身体四周的信道模型、100-900MHz的室内办公环境下的信道模型和1MHz载频的窄带信道模型。本文研究的是2～10GHz的UWB信道模型,又分为四种环境：居住环境、室内办公环境、户外环境和工业环境,每种环境又包括视距和非视距两种情况。IEEE802.15.4a的2～10GHz信道模型由三个子模型组成：路径损耗模型,多径时延扩展模型和小尺度衰落模型。UWB设备特有的传输环境和功能需求,考虑到建筑物的复杂特性,目前尚没有符合我国典型环境的UWB室内／室外无线信道模型。超宽带室内／室外信道模型还主要停留在理论分析阶段。信道模型的关键是测量超宽带信号在不同环境中的传播特性,收集大量的测试数据。本论文为完成“新一代宽带无线移动通信网”重大专项课题2009ZX03006-009《超宽带设备的技术规范和性能评测》信道模型评测课题组的任务,对UWB信道测量采集技术及相关问题展开研究。本文的主要工作包括以下几点：1、通过对已有的UWB信道测量及建模方法进行深入调研,总结已有经验：了解无线通信信道的传输原理,研究各类传输模型及相关参数,并以IEEE802.15.4a为基础,研究UWB信道的传输模型以及测量环境。2、确定我国UWB设备／系统所适用的典型环境和系统设计的主要需求,研究UWB信道测量技术及搭建环境：基于传输模型和测量参数的需求,从不同方面,分析比较两种测量技术的优劣,并参考IEEE802.15.4a的测量建议,确定实测所使用的测量技术。3、设计测量方案并搭建测量环境：深入总结以上调研得到的方法和系统设计要求的基础上,详细地制定测量计划,完成实地测量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景及意义
• 1.2 IEEE 802.15.3a/4a发展历程简介
• 1.3 IEEE 802.15.4a模型背景和目标
• 1.4 论文内容框架
• 第二章 无线通信信道特征及IEEE802.15.4a模型
• 2.1 无线通信信道传输原理
• 2.1.1 大尺度传播模型
• 2.1.1.1 自由空间传播模型
• 2.1.1.2 对数距离路径损耗模型
• 2.1.2 多径延时
• 2.1.2.1 冲激响应模型
• 2.1.2.2 多径时延的参数
• 2.1.2.2.1 时间色散参数
• 2.1.2.2.2 相关带宽
• 2.1.2.3 S-V模型
• 2.1.3 小尺度衰落
• 2.1.3.1 小尺度衰落概念
• 2.1.3.2 小尺度衰落的类型
• 2.1.3.3 小尺度衰落信号振幅的分布类型
• 2.1.3.3.1 Rayleigh衰落分布
• 2.1.3.3.2 Ricean衰落分布
• 2.1.3.3.3 Nakagami分布
• 2.2 IEEE 802.15.4a模型应用环境及相关参数
• 2.2.1 应用环境及其特点
• 2.2.1.1 室内住宅
• 2.2.1.2 室内办公室
• 2.2.1.3 工业环境
• 2.2.1.4 室外
• 2.2.1.5 农业区域/农场
• 2.2.2 信道模型及其参数
• 2.2.2.1 大尺度路径损耗模型
• 2.2.2.2 多径延时模型
• 2.2.2.3 小尺度衰落模型
• 2.2.3 信道的实现
• 第三章 UWB信道测量技术及方法
• 3.1 时域信道测量
• 3.1.1 原理
• 3.1.2 仪表简介
• 3.1.2.1 脉冲信号发生器
• 3.1.2.2 数字示波器
• 3.2 频域信道测量
• 3.2.1 原理
• 3.2.2 反射与传输特性及其参数
• 3.2.2.1 反射特性参数
• 3.2.2.2 传输特性参数
• 3.2.2.3 S参数
• 3.2.3 网络分析仪测量原理
• 3.2.3.1 组成及工作原理
• 3.2.3.2 激励源
• 3.2.3.3 信号分离装置
• 3.2.3.4 接收机
• 3.2.3.5 显示处理单元
• 3.2.4 校准
• 3.2.4.1 网分仪测量误差种类
• 3.2.4.2 测量误差模型
• 3.2.4.3 校准原理及类型
• 3.2.4.4 电子校准件
• 3.3 两种测量技术比较
• 3.4 IEEE 802.15.4a的测量建议
• 3.4.1 小尺度衰落
• 3.4.2 大尺度衰落
• 3.4.3 须确定的参数
• 3.4.4 测试设备
• 第四章 测量环境搭建及测量过程
• 4.1 测量计划
• 4.2 测量目的
• 4.3 测量依据
• 4.4 测量内容
• 4.4.1 测量方法
• 4.4.1.1 矢量网络分析仪
• 4.4.1.1.1 矢量网络分析仪的选择
• 4.4.1.1.2 矢量网络分析仪测量参数设置
• 4.4.1.1.3 矢量网络分析仪校准
• 4.4.1.2 全向天线
• 4.4.1.3 远程控制终端
• 4.4.2 测量辅助工具清单
• 4.4.3 测量环境
• 4.4.3.1 测量场景设置
• 4.4.3.2 测量点选择原则
• 4.4.3.3 测量时间估算及人员任务分配原则
• 4.4.3.3.1 测量时间估算
• 4.4.3.3.2 人员任务分配原则
• 4.4.3.4 测量数据原始记录表
• 4.4.4 测量过程
• 4.4.4.1 暗室测量
• 4.4.4.1.1 全电波暗室介绍
• 4.4.4.1.2 测量目的
• 4.4.4.1.3 测量设计
• 4.4.4.1.4 测量过程
• 4.4.4.2 室内居住环境
• 4.4.4.3 室内办公环境
• 4.4.4.3.1 开间大办公室
• 4.4.4.3.2 开间小办公室
• 4.4.4.3.3 闭间办公室
• 4.4.4.3.4 大会议室
• 4.4.4.3.5 小会议室
• 4.4.4.3.6 走廊
• 4.4.4.3.7 实验区
• 4.4.4.3.8 穿透
• 4.4.4.4 室外开阔地环境
• 4.4.4.5 行业环境
• 4.4.4.5.1 汽车车厢环境
• 4.4.4.5.2 地下车库环境
• 4.5 测量结果
• 4.5.1 暗室测量
• 4.5.2 室内居住环境
• 4.5.3 室内办公环境
• 4.5.3.1 开间大办公室
• 4.5.3.2 开间小办公室
• 4.5.3.3 闭间办公室
• 4.5.3.4 大会议室
• 4.5.3.5 小会议室
• 4.5.3.6 走廊
• 4.5.3.7 实验区
• 4.5.3.8 穿透
• 4.5.4 室外开阔地环境
• 4.5.5 行业环境
• 4.5.5.1 汽车车厢环境
• 4.5.5.2 地下车库环境
• 第五章 总结
• 5.1 论文主要结论
• 5.2 下一步工作计划
• 参考文献
• 致谢