[信息与通信]5UWB室内信道传输特性研究2.pdf

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[信息与通信]5UWB室内信道传输特性研究2

第2章 UWB室内信道测量系统 及后期数据处理方法 2.1引言 当前UWB信道模型研究的重点是建立基于实际信 道测量的统计模型。建立统计模型的前提是在实 际环境中得到实测信道的冲激响应,信道实际测 量过程可以分解为信道测量和后期数据处理两部 分,信道测量主要包括测量系统的硬件构成和配 置,参数选择及测量过程;后期数据处理完成相 应实测数据变换和校正等。 信道测量的最终目的是得到信道的实测冲激响 应,这可以通过直接发射窄脉冲,并接收信号的 时域响应波形得到,也可以先获得信道的频率响 应,再经傅立叶反变换得到。因此,UWB室内信 道测量系统也主要分为两种,即时域测量系统和 频域测量系统。时域测量系统的后期数据处理主 要解决由时域接收信号到时域信道冲激响应的变 换,即从时域接收信号中去除发射信号波形及收 发天线等的影响,这主要通过Clean算法(一种时域 去卷积方法)完成。频域测量系统的后期数据处理 主要解决信道频率响应到信道时域冲激响应的变 换,即对频域实测数据进行傅立叶反变换。 本章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。 改进现有基于单模板的Clean算法,提高算法提取信道冲 激响应的准确性,降低了与算法相关的实际数据获取的难 度,将该改进算法应用于处理南加州大学UltRa实验室的 室内UWB时域实测数据,在验证算法可靠性的同时,为 后续模型的建立提供了可靠的时域信道实测冲激响应数 据;针对频域测量的特点,研究了提高频域测量系统时间 分辨率的数据处理方法,将该方法应用于处理Intel公司给 出的室内UWB频域实测数据,为后续模型的建立提供了 具有丰富频率信息的实测信道冲激响应数据。 2.2信道测量概述 获得信道冲激响应是研究信道传播特性的核心问 题,这主要由于:(1)信道冲激响应包含所有信道 信息,输入信号与信道冲激响应的卷积就是经过 信道传输后的接收信号;(2) 由信道冲激响应计算 得出的各种统计量,如平均附加时延、RMS时延 扩展、平均多径数目、功率延迟分布等,不但能 够使我们更好地了解在各种不同信道下信号的传 播特性,还可以用于优化接收机的设计; (3)在对实测信道冲激响应数据进行分类、分析和 建模的基础上建立的数学解析模型(即信道模型) 可以对实际信道进行模拟,通过计算机仿真或解 析计算,可以准确的预测信号经过信道后的特 性,继而可以准确分析接收机在相应信道下传输 的性能,提高接收机的设计效率。获得信道冲激 响应最直接和准确的途径就是对实际信道进行测 量,因此可以说信道测量是研究信道传输特性的 基础和着眼点。 当前主要的信道测量方法共有三种:(1) 时域法, 测量系统发射端发射窄脉冲(纳秒或亚纳秒级) , 在接收端由抽样示波器在时域对接收信号进行采 样,通过一定的后期处理就可以得到信道冲激响 应;(2)频域法,测量系统通过发射点频扫频信号 得到某一频段上信道的频率响应,经傅立叶反变 换可得到信道冲激响应;(3)扩频法,测量系统 利用PN序列调制发射载波,接收机采用一个宽带 混频器和一个窄带接收机通过对PN序列的滑动相 关检测信号。室内传输环境(如办公室、住宅等) 多径信号的时延通常小于几十纳秒,扩频法限制 了测量系统的带宽,在室内环境下很难分辨具有 较小时延的多径信号,所以当前对室内UWB信道 测量基本都采用时域法或频域法。 2.2.1 UWB信道测量的时域方法综述 发射端由脉冲发生器发射窄脉冲(纳秒或亚纳秒 级) ,脉冲信号经功率放大器、发射天线后进入信 道,接收信号经接收天线、低噪放后直接送数字 抽样示波器,并转存到计算机中。脉冲发生器和 数字抽样示波器均由触发信号发生器发出的信号 触发。后期处理中使用Matlab软件利用Clean算法 对接收信号进行去卷积,再通过对数据格式的处 理就可得到信道冲击响应h(t) 。时域测量系统及后 期数据处理的具体过程如图2-1 。 图2-1 时域测量系统及后期数据处理过程示意图 2.2.2 UWB信道测量的频域方法综述 矢量网络分析仪(Vector Network Analyzer,VNA)的 发射端发出某一频率信号,经功率放大器、发射天 线后进入信道,接收信号经接收天线、低噪放后送 VNA 的接收端,通过VNA 的计算即可得到

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