超宽带室内信道模型研究

来源:用户上传      作者: 卢勋

　　摘 要： 信道模型研究与分析是无线通信系统的基础，而超宽带是一种全新的无线通信技术，分析超宽带信道模型对于研究超宽带通信有着重要的意义，超宽带室内信道是典型的短距离多径多散射体环境，主要有两簇模型、STDL模型和IEEE 802.15.3a标准模型等，主要分析IEEE 802.15.3a标准模型，并对其进行仿真。
　　关键词： 超宽带；信道模型；多径；Matlab仿真
　　中图分类号：TN925 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1210081－02
　　超宽带是一种短距离高速无线通信技术。它通过组建高速个人无线局域网，使无线局域网和个人局域网以无线的互联接入成为可能。与现有的无线通信技术相比，超宽带具有对信号衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、安全性高、系统复杂度低以及定位精度高等特点，可应用于无线多媒体家域网、个域网、雷达定位和成像系统、智能交通系统等多个领域[1]。2006年，国际电信联盟第一研究组宣布，超宽带成为“全球性监管标准”。目前，超宽带技术已成为短距离高速无线通信领域研究热点。
　　由于发射功率受到限制和频带极宽，超宽带市内信道模型和传统的室内无线通信信道模型有很大不同。信道模型的建立与分析是通信系统研究的基础，超宽带室内信道是典型的短距离多径多散射体环境，主要有两簇模型、STDL模型和IEEE 802.15.3a标准模型等。本文主要分析IEEE 802.15.3a
　　标准模型，并对其进行了仿真。
　　1 室内信道模型分析
　　2003年7月，在经过了多次的修改之后，IEEE标准化组织802.15.3a工作组提交了一份超宽带室内多径信道模型的最终报告[2]。该模型是根据Intel公司所进行的UWB信号传播实验的数据在经典的S-V模型的基础上作了少量的修改后得到的。S-V模型基于这样的观测：同一个脉冲的多径分量会以簇的形式到达接收机，簇的到达时间被视为一个泊松过程；每一簇内，相继的多径分量的到达时间也被视为一个泊松过程；多径的能量和幅度分别服从于双指数分别和Rayleigh分布。802.15.3a工作组所建议的超宽带室内信道模型保留了S-V模型中多径成簇出现以及能量服从双指数分布的特点，但根据实际的测量数据对多径的幅度作了修正，用对数正态分布表示多径增益幅度，用另外一个对数正态随机变量表示总多径增益波动，所以该模型又称之为修正S-V信道模型。
　　IEEE模型的信道冲激响应可以表示为[3]：
　　
　　
　　道幅度增益。
　　簇和簇内多径到达时间均服从泊松分布过程：
　　
　　
　　式中 分别代表簇和簇内多径到达率，多径分量的幅度系数
　　定义为小尺度衰落和大尺度衰落系数的乘积：
　　 （3）
　　考虑由于反射引起的信号翻转， 等概率取 ； 反映了第簇的衰落； 对应的是第l簇第k径的衰落。 服从均值为 、方差为
　　的对数正态分布，即
　　 （4）
　　
　　的簇和簇内径衰落相对应。
　　
　　
　　其中 式第一簇第一径的平均功率。最后，由于信道的多径能量之和服从对数正态衰落，将 以多径总能量之和进行幅度归一化，再由参数 表征对数阴影效应，服从对数正态分布，即：
　　
　　
　　3 信道仿真
　　IEEE 802.15.3a工作组给出了四种不同信道环境下的信道参数，如表1所示。四种信道环境命名为CM1、CM2、CM3和CM4，分别对应0～4m视距（LOS）、0～4m非视距（NLOS）、4～10m非视距和极限非视距四种情况[4]。
　　表1 标准模型四种环境下的信道参数
　　
　　图1 CM1LOS信道冲激响应
　　图1显示，发射端发射了一个脉冲，接收端产生多个多径分量，其中第一条分量传输的能量最高，不同簇表现有明显相同。
　　
　　图2 CM2NLOS信道冲激响应
　　图2显示，多径冲激响应由多个簇相互叠加而成，由于障碍物的影响，最强峰值不是出现在第一条路径上，而是出现在第一条路径之后大约4ns的地方。
　　
　　图3 CM3NLOS信道冲激响应
　　图3显示，CM3信道比前两者具有更大的时间弥散和脉冲的时间间隔，最强峰值也不是出现在第一条路径上。
　　
　　图4 CM4极端NLOS信道冲激响应
　　图4显示，在极端NLOS情况下，发射能量的时间弥散比前面三者都要大，在第一条接收路径到达50ns的地方仍然有接收能量的存在。
　　4 结束语
　　本文主要分析IEEE 802.15.3a室内信道标准模型的基础上，对其进行了仿真。仿真分为四种情况：CM1、CM2、CM3和CM4，分别对应0～4m视距（LOS）、0～4m非视距（NLOS）、4～10m非视距和极限非视距，仿真结果与实际情况相符。
　　
　　
　　
　　参考文献：
　　[1]朱刚，超宽带（UWB）原理与干扰，清华大学出版社，2009，4：2-3.
　　[2]葛利嘉等译，超宽带无线电基础，北京：电子工业出版社，2005，5：196-203.
　　[3]Theodore S.Rappaport,Wireless Communications Principles and Practice,1996,Prentice Hall Inc.
　　[4]M.Z.Win,R.A.Scholtz.On the Robustness of Ultra-wide Bandwidth Signals in Dense Multipath Environments.IEEE Commun.Lett,1998,2(2):51
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