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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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