超宽带无线通信中小尺度室内信道模型的研究

论文摘要

超宽带（UWB）是近年来信息领域研究的一个热点问题，新的技术方法不断涌现，并在通信应用领域形成了无载波以及调制载波的DS--UWB，OFDM--UWB体制，但在国内的研究还是刚刚开始。随着越来越多的新的宽带无线系统的出现，征服无线信道的任务变得日益困难。这一任务要求我们要十分清楚的了解无线信道建模。信道模型的正确提出，必须是建立在对某种通信技术所使用的频段信道特征有很清楚的认识基础上。超宽带（Ultra-wideband，即UWB）信号每个脉冲占用带宽大，最大数据传输速率可以达到上百Mbit/s，并且具有低截获率/低侦察率、抗多径、逻辑结构简单等优点，具有极强的穿透能力，可识别隐藏的物体或墙体后运动的物体，具有高分辨率（ns级），能提供较高的定位精度；同时UWB设备的发射功率很小，由于脉冲持续时间很短，其瞬态功率峰值会很大，波形的带宽很宽，在不干扰现有其他通信系统，做到与其他的空中接口波形友好共存的前提下，有着广阔的发展空间。信道是通过传输媒体或传输介质来实现信源和信宿之间传递的通道，UWB通信信道特性的研究对于UWB通信系统的成功设计至关重要，但是超宽带室内信道模型是现在关于超宽带技术中颇有争议的一个问题。研究这一课题有助于超宽带通信技术标准化选择，有助于室内通信系统性能分析和链路预算，同时也会加速超宽带通信技术民用和商用的进程。本课题以无载波超宽带通信系统为例，研究典型室内环境中UWB信号的传播特性，阐述了超宽带室内信道理论模型，主要包括路径损耗模型和多径信道模型，其中多径模型又分为频域模型和时域模型；在对各种典型的信道模型尤其是S-V模型及其改进后的IEEE802.15.3a模型加以介绍后，通过仿真初步探讨典型室内环境中冲激脉冲在AWGN信道模型和IEEE802.15.3a信道模型的特性及UWB-IR系统的性能；分析结果表明：1.接收信号的功率随距离的增大有呈指数下降的特征；2.路径损耗随发射信号频率的升高有所降低；根据发射机与接收机之间的距离及室内传播环境的不同，本论文中共分四种情况对IEEE802.15.3a标准信道模型进行仿真分析，结果表明超宽带信号各簇和簇内多径衰落特性与实际测量所得的统计特性相符，对仿真模型的研究可为超宽带系统的设计提供指导作用。最后对课题未来的研究方向做了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究意义
• 1.2 UWB 信号的发展历史概况
• 1.3 UWB 信号研究与应用现状
• 1.4. UWB 的标准化规定
• 1.5. UWB 室内信道的特性及研究现状
• 1.6 主要研究内容
• 第2章 室内无线信道的基本理论和特征
• 2.1 无线信道的定义
• 2.2 室内无线传播的基本特点
• 2.3 室内无线信道的主要参数
• 2.3.1 时延扩展和路径损耗
• 2.3.2 到达时间序列的分布
• 2.3.3 路径幅度分布
• 2.3.4 路径相位分布
• 2.4 室内无线信道的主要模型
• 2.4.1 室内无线传播信道的数学模型
• 2.4.2 室内无线传播信道的统计模型
• 2.4.3 确定性模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 超宽带信号特征及室内信道理论模型
• 3.1 概述
• 3.2 信号特性
• 3.2.1 脉冲信号的波形
• 3.2.2 脉冲信号的特性
• 3.2.3 超宽带脉冲的功率
• 3.3 超宽带室内多径信道的基本特征
• 3.4 超宽带室内信道模型
• 3.4.1 超宽带信号信道模型分类
• 3.4.2 路径损耗模型
• 3.4.3 多径模型的类别
• 3.5 多径模型
• 3.5.1 频域模型－频域自回归 AR 模型
• 3.5.2 时域模型
• 3.6 多径信道的表征参数
• 3.6.1 信道冲激响应
• 3.6.2 表征多径的参数
• 3.6.3 离散时间信道冲激响应
• 3.7 与传统信道模型之间的比较
• 3.7.1 视距信道实测数据和模型的对比
• 3.7.2 非视距信道实测数据和模型的对比
• 3.8 本章小结
• 第4章 UWB 室内小尺度信道模型仿真分析
• 4.1 引言
• 4.2 跳时超宽带（PPM-TH-UWB）信号的产生
• 4.3 UWB 的信道模型仿真—AWGN 信道
• 4.3.1 无多径 AWGN 信道模型仿真
• 4.4 IEEE 802.15.3A 模型仿真—多径信道
• 4.4.1 模型仿真
• 4.4.2 时延参数的估算及结论
• 4.4.3 功率延迟剖面（PDP）
• 4.4.4 信道幅度增益 X
• 4.5 本章小结
• 第5章 多径和 AWGN 环境下 UWB 系统性能分析
• 5.1 RAKE 接收机的接收原理
• 5.2 UWB 系统性能分析与仿真
• 5.2.1 UWB 系统性能在 AWGN 环境下的分析与仿真
• 5.2.2 UWB 系统性能在多径衰落信道下的仿真与分析
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附件