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随着互联网、多媒体和无线通信技术的发展,人们对实现高速率、高质量无线多媒体业务的需求越来越迫切。超宽带(Ultra-WideBandwidth,UWB)通信技术以保密性高、耗电低、抗多径衰落能力强、有利于多功能一体化、系统复杂性和成本低等优点成为中短距离高速数据应用领域无线个人域网(WPAN)最有力的候选技术。
随着移动通信业务的发展,人们需要在诸如办公室、商务楼、超市、住宅或体育设施等场所内进行高速、大容量的语音和数据传输,室内通信质量受到越来越多的关注。无线传播环境的特性不仅是所有无线通信理论研究的基础,也更直接关系到工程设计中通信设备的能力、天线高度的确定、通信距离的计算,以及为实现优质可靠通信所必须采用的技术措施等一系列系统设计问题。此外,室内UWB无线通信系统信道环境远比室外无线通信和基于连续波的传统窄带或宽带无线通信信道环境复杂。本文根据室内无线信道的基本特征,结合UWB脉冲信号传播的特殊性,在分析UWB脉冲信号在室内不同环境传播特性的基础上,研究并初步解决了适应室内不同环境条件UWB信号电波传播特性建模的几个相关问题:
第一,信道测量系统和后期数据处理方法。针对建立实际测量系统的需要,对时域和频域测量系统的硬件构成和配置、参数选择及测量过程等进行了研究。重点分析了两类测量系统的后期数据处理方法,针对现有时域后期处理算法性能较差的问题,提出了相应的改进算法,有效利用了接收信号能量,降低了与算法相关的实际数据获取的难度。提出的测量系统和后期数据处理方法为未来的信道实际测量提供了理论依据、算法实现和可实施方案。
第二,适合UWB室内视距(Line-of-sight,LOS)环境的路径损耗模型。针对UWB室内LOS环境接收信号能量的确定性和能量相对集中的特点,将时域分析技术引入路径损耗计算中,提出了基于5射线的室内LOS环境确定路径损耗模型。总结了室内LOS环境路径损耗的一般规律。建立了室内环境参数与模型和模型参数的确定关系,提高了模型对不同LOS环境的适应性;模型足够简化,具有较好的可用性。
第三,适合UWB室内非视距(Non-line-of-sight,NLOS)环境的路径损耗统计模型。针对由于系统带宽很宽,造成天线增益和多径传播特性随频率变化的性质,建立UWB室内NLOS环境(为简洁此处省略“与”,下同)频率相关路径损耗统计模型。将由天线系统和多径传播造成的路径损耗频率相关性分离建模,提出利用频率相关路径损耗指数对由于多径传播造成的频率相关性进行建模的理论。
第四,适合UWB室内LOS环境的多径传播模型。针对UWB室内LOS环境多径传播的具有的确定性和规律性,提出专用UWB室内LOS环境半确定多径传播模型。模型综合了统计模型和确定模型的优点:对室内特定环境小尺度特性预测准确、输入参数获取相对简便、建立模型需要计算量和数据量较低。半确定模型建立了基本的环境参数与模型及模型参数的关系,有效的扩展了模型的适用范围。
第五,适合UWB室内NLOS环境的多径传播统计模型。针对NLOS环境中障碍物遮挡情况复杂,且遮挡作用较强的特点,根据对实测数据的观察和分析,提出了一种基于SV/IEEE802.15.3a模型的改进双簇UWB室内NLOS多径传播统计模型。通过减少模型中簇的数量简化了模型的应用和仿真的难度;通过对模型参数的定义,双簇模型可以用来对两类不同遮挡条件(一般遮挡条件和严重遮挡条件)的NLOS环境建模,从而更加准确建模遮挡情况具有较大差异的实测数据。