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第六章超宽带信道模型

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超宽带技术(UWB)概述

超宽带技术(UWB)概述

UWB的特点
2、信道容量大，传输速率高
➢ 香农信道容量公式
C
W
log2 (1
S N
)
(b / s)
➢ 超宽带信号占有数百兆赫兹（MHz）甚至几吉赫兹
（GHz）带宽，理论上可以提供极高的信道容量，达
到Gbps以上的传输速率，或者在很低的信噪比下，
以一定的传输速率实现可靠传输。假定一个超宽带信
号使用7GHz带宽，当信噪比S/N低至-10dB时，超宽 带可以提供的信道容量为C=7G×log2（1+0.1）≈ 0.963Gbps，接近1Gbps。
• 时隔这么多年后，在最近七八年中其它先 进的无线技术如蓝牙技术、WiFi、WiMAX 都先后面世，UWB为什么会重出江湖并引 起如此密切的关注呢？
UWB：由来
• UWB技术特点与时代需求的结合
– 随着网络技术的发展，网络信息传输从以文字 为主过渡到以多媒体信息为主，因此对带宽的 要求就比较高；
– 从技术层面来说，可靠地传输视频图像所需的 数据传输速度超过了蓝牙与WiFi的能力；
➢ 例如基于UWB技术的无线USB 2.0，可取代有线USB, 实现PC之间及消费类电子设备（电视、数码相机、 DVD播放器、MP3等）之间的无线数据互连与通信。
➢ 无线个域网(WPAN) 、高速智能无线局域网、智能交 通系统，公路信息服务系统，汽车检测系统，舰船、 飞机内部通信系统，楼内通信系统、室内宽带蜂窝电 话，战术组网电台，非视距超宽带电台，战术/战略 通信电台，保密无线宽带因特网接入等等
非正弦波形传输
传统无线发射信号
UWB发射信号
Signal1
Signal2
时域共享
Signal1
Signal2

超宽带基础知识

超宽带基础知识

上式不满足正交性，修正的Hermite多项式的表达式：
hn
t
t2
e
h4 en
t
1
t2
ne4
dn dt n
t2 e 2
n取不同的值（1，2，3，…）可以得到一组相互正交的脉冲：
t2
h0 t e 4
h1
t
te
t2 4
h2 t
t2 1
t2
e4
h3
t
t3 3t
t2
使用高斯脉冲的原因：
超宽带脉冲发生器最容易产生的信号就是类似于高斯脉冲 的信号。
使用高斯脉冲分析简便。
已有的高斯脉冲种类
▪ Gaussian monocycle，类似于高斯脉冲的一阶导数，其表达式为
p t 2 et e2 t tm 2
tm
▪ Scholtz’s monocycle，类似于高斯脉冲的二阶导数，其表达式为
fH fL 500 MHz
式中：fH、fL分别为功率较峰值功率下降10dB时所对应的高端 频率和低端频率。fc是载波频率或中心频率。
频率范围：3.1~10.6GHz
各向同性发射功率谱密度（EIRP） 小于-41.3dBm/MHz
2）分类
▪ 脉冲无线电（Impulse Radio）：采用冲击脉冲（超短脉冲 ）作为信息载体的无线电技术。
目录：
1、超宽带系统的基本原理 1）概念 2）分类
2、超宽带系统的波形 3、超宽带系统的调制方式 4、超宽带系统的传播特性及信道模型 5、超宽带系统的接收技术
Page ▪ 2
1、超宽带系统的基本原理
1）概念
▪ 超宽带无线电是指具有很高带宽比的无线电技术。 ▪ FCC定义:

超宽带基础知识

超宽带基础知识

数学表达式：当调制信息为ai，i=0,1,2,...，调制信号为：
s(t )
k
a

k
p(t kTf )
f
列。
p(t kT ) 其中，p（t）是基本脉冲信号；Tf是脉冲周期； 是脉冲序
k
优点：物理实现简单，只需一个匹配滤波器和一个脉冲发生器。
可以使用非相干解调。 缺点：误码性能不是最好。
高斯脉冲及其各阶导数：
高斯函数表达式：
为了简化表达式，令
，则高斯函数表示为
α 为高斯脉冲成形因子。 α 增大，脉冲幅度减小，脉 冲宽度增加。
高斯脉冲各阶导数波形：
波形分析： 从时域波形来看，高斯脉冲导数的阶数越高，脉冲的峰值 越多，过多的峰值不利于信号的检测和捕获，也不利于波形的 实现。 高斯脉冲含有较高的直流分量，不利于信号辐射。但其k阶 导数直流分量为零，信号能有效辐射。 使用高斯脉冲的原因： 超宽带脉冲发生器最容易产生的信号就是类似于高斯脉冲 的信号。 使用高斯脉冲分析简便。
补零前缀作用：使得系统抗多径能力增强且降低发射机频率。
M是所用子带数。
OFDM 主要思想：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换 成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正 交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少 子信道之间的相互干扰 ICI 。每个子信道上的信号带宽小于 信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落， 从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是 原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。 码元组成：MB-OFDM系统采用时隙编码，每个OFDM码前插有补 零前缀，码后有保护时隙。
a 当采用二进制PAM（设调制信息为：1 , a2）时，在AWGN信道下的二进制

超宽带 技术

超宽带 技术

首先什么是超宽带？我们对信号基于其相对带宽的划分：相对带宽的定义：Bf=BW/fc(中心频率)*100%=fh-fl/fh+fl/2窄带Bf<1%宽带1<Bf<20%超宽带Bf>20%2页超宽带通信和其它通信技术的根本不同在于，它在发射机和接收机之间采用非常窄的射频脉冲进行通信。

超宽带通信并不是一项全新的技术，现在让我们来了解一下它的发展简史！事实上早在1901年就被马可尼采用，他通过使用火花隙发射机来发射莫尔斯码序列穿越大西洋。

火花隙实质上就是带宽很宽大的窄脉冲。

但是当时人们并没考虑到大带宽的好处以及实现多用户通信系统的能力。

在马可尼之后约50年，基于脉冲的现代发射机以脉冲雷达的形式在军事应用中获得了动力。

从上个世纪60年代到90年代，该技术作为机密项目，一直被限制为军队和国防部的应用。

然而，近代微处理器级及半导体技术中的快速切换技术的进步，使得超宽带技术的商业应用已经具备一切条件。

在过去的几年，将超宽带技术商业化的兴趣不断增加，超宽带系统的开发者们开始向美国联邦通信委员会施加压力，促使其同意超宽带技术的商用。

因此2002年2月，美国联邦通信委员会通过了超宽带技术的各种设备在严格功率辐射限制下的商用的初期报告和规则；下面介绍一下UWB的相关概念。

超宽带系统不使用载波，采用低占空因子的、短持续期、脉冲来发射和接收信息。

占空因子的定义就是脉冲出现的时间和总的传输时间之比！。

低占空因子保证了超宽带通信非常低的平均功率。

也就决定了，短时超宽带脉冲具有非常宽的带宽和非常低的发射功率。

这直接转化为手持设备较长的电池寿命！4页下面我们看一个超宽带脉冲的例子！第一幅图显示了实用的单周期高斯脉冲的时域波形和频域特性，脉冲周期为0.5ns图中脉冲的中心频率在f=1/T=2GHz。

第二幅图是实际通信中使用的周期性重复的单脉冲的时域和频域特性。

我们从频谱图中看到，很多强烈的能量尖峰，这是由于时域中信号重复的周期性造成了频谱的离散化。

第6章-传播模型及其校正

第6章-传播模型及其校正

6.2.6 无线信道分类
图6-3 无线信道衰落类型分类
图6-4 小尺度衰落信道分类
6.3 电波传播预测模型
传播模型就是对无线传输信道的一种 模拟和仿真，在网络规划软件中，用来预 测接收信号的场强，其主要研究对象是传 播路径上障碍物阴影效应带来的慢衰落影 响。
目前，在传播模型研究方面主要有以 下两种方法。
图6-6 多重断点室内路径损耗模型
3．衰减因子模型
衰减因子模型中包含了建筑物类型影 响以及阻挡物引起的变化。衰减因子模型 的公式为
d L(d ) L(d0 ) 10nSF log10 FAF （dB） d0
6.4 传播模型校正
传播模型是对无线信道的一种仿真， 在CDMA网络规划中，人们用它来预测接 收信号的场强，因此传播预测的准确性将 直接影响网络规划的准确性和可信程度。
本章将简要地介绍移动通信的无线信 道环境、电波传播特性及方式，描述传播 模型的基本理论及其在网络规划中的重要 作用，并详细介绍了传播模型校正的必要 性、校正原理、过程和误差分析。
6.2 无线传播特性和传播方式
6.2.1 无线传播特性
移动信道是一种时变信道，无线电信 号通过移动信道时会受到来自不同途径的 衰减损害。
2．车载测试
车载测试的类型有两种，一种是CW测 试，即在典型区域架设发射天线，发射单 载波信号，然后在预先设定的路线上进行 车载测试，使用车载接收机接收并记录各 处的信号场强。
另一种是现网测试，即在已经运营的 CDMA网络中，在预先设定的路线上进行 车载测试，通过车载测试手机收集接收并 记录各个基站导频信号功率数据。
(dB)
2．COST 231-Hata模型
COST 231-Hata模型是EURO-COST 组成的COST工作委员会开发的Hata模型 的扩展版本，应用频率扩展到1 500MHz～ 2 000MHz，而其他适用条件与OkumuraHata模型相同。通常视其为Hata模型在2G 频段上的有效扩展。

(完整版)超宽带(UWB)技术

(完整版)超宽带(UWB)技术
由于超宽带无线电发射的是持续时间极短的单周期脉冲且占空 比极低，多径信号在时间上是可分离的。因此适合室内等复杂环 境下的高速传输。大量的实验表明，对常规无线电信号多径衰落 深达10～ 30 dB 的多径环境， 对超宽带无线电信号的衰落最多不
微波通信
到5 dB。 6、定位精确
超宽带无线电具有极强的穿透能力，可在室内和地下进行精确 定位，而GPS 定位系统只能工作在GPS 定位卫星的可视范围之 内； 与GPS 提供绝对地理位置不同，超短脉冲定位器可以给出相 对位置， 其定位精度可达厘米级。 7、抗干扰性能强(电磁兼容性),误码率低
获的可能性低、系统复杂度低、厘米级的定位精度等优点。 1、简单系统结构
UWB发射器直接用脉冲小型微带天线。由于UWB 不需要对载 波信号进行调制和解调,故不需要混频器、滤波器、RF/ IF 转换器 及本地振荡器等复杂器件,同时更容易集成到CMOS 电路中。 2、高速数据传输
理论上,一个宽度为0的脉冲具有无限的带宽,因此,脉冲信号要想够窄的
微波通信
围内变化，从而利用载波的状态变化来传输信息。相反的，超宽 带以基带传输。 UWB通信系统模型见下图。
按照FCC 的规定，从3. 1GHz 到10. 6GHz 之间的7. 5GHz 的带宽 频率为UWB 所使用的频率范围。
微波通信
二、UWB的技术特点 UWB具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、被截
由于不使用载波,仅在发射窄脉冲时消耗少量能量,从而节约了发 射连续载波时的大量能耗。这一特色还使UWB 可通过缩小脉冲 宽度,在提高带宽的同时而不增加功耗,这打破了过去传输技术中功 耗和带宽成正比的定律。民用的UWB 设备功率一般是传统移动 电话所需功率的1/ 100 左右，是蓝牙设备所需功率的1/ 20 左右。 军用的UWB 电台耗电也很低。因此，UWB 设备在电池寿命和电

超宽带(UWB)通信信道系统研究论文

超宽带(UWB)通信信道系统研究论文

现代通信技术（期末）论文论文题目：超宽带（UWB）通信信道系统研究目录第1章绪论 (4)1.1 UWB通信技术简介 (4)1.2 UWB的技术特点 (6)1.3 UWB以及相关技术的比较 (8)1.4 UWB研究发展前景 (9)第2章超宽带系统基本原理简介 (10)2.1 UWB无线电通信的基本原理 (10)2.2 IR-UWB脉冲 (11)第3章超宽带通信信道模型 (11)3.1 无线信道特性 (12)3.2 多径效应 (12)第4章IR-UWB 无线通信信道仿真 (13)4.1 IR-UWB信号仿真 (14)4.1.1典型IR-UWB信号及其功率谱密度仿真 (14)4.2 IEEE802.15.3a标准信道模型 (14)4.3 PPM-TH-UWB信号通过不同信道环境的仿真分析 (15)4.3.1 IEEE802.15.3a信道环境下的信号传输 (15)总结与展望 (17)参考文献 (18)超宽带（UWB）通信信道系统研究摘要超宽带通信技术是一种全新的短距离无线通信技术。

它利用极窄脉冲传输数据，具有传输速率高、功耗低、抗多径能力强等许多优点，并且由于频谱的功率谱密度极小，它通常具有扩频通信的特点。

本文首先概括地介绍了超宽带无线通信的基础知识，重点研究TH-UWB信号特点及传播特性，对比超宽带信道模型与窄带无线信道的不同，在此基础上分析路径损耗模型和多径衰落模型对PPM-TH-UWB超宽带信号传输的影响。

利用MATLAB仿真分析了PPM-TH-UWB和PAM-TH-UWB信号时域表达式及其功率谱密度（PSD），在此基础上仿真分析了脉冲超宽带信号在此信道模型下的传输特性，分析模型参数对信号传输的影响。

关键词：超宽带、脉幅脉位调制、功率谱密度、通信信道第1章绪论超宽带(UWB)无线通信技术是近年来通信领域兴起的一种无线互连技术。

超宽带无线通信是使用微弱的，持续时间极短的脉冲进行短距离通信。

一般脉冲持续时间为0.2ns到1ns，因此脉冲序列不必转换成较高的载波频率进行传输，而是直接利用纳秒至皮秒级的窄脉冲形式传输。

超宽带无线通信技术介绍ppt(48张)

超宽带无线通信技术介绍ppt(48张)

超宽带的特点
5、定位精度高
➢ 由于脉冲超宽带具有较强的穿透能力，因此可以用于各种环境 下的测距和定位。系统的定位精度与信号的频谱宽度直接相关， 频谱越宽，时间分辨率越高。脉冲超宽带发射极短的基带窄脉 冲信号具有很高的定位精度，其带宽通常在数GHz，所以理论 上其定位精度可达厘米量级。研究表明，与GPS全球定位系统 相比，超宽带技术具有更高的定位精度。
➢ 可以应用在：穿墙雷达、安全监视、透地探测 雷达、工业机器人控制、监视和入侵检测、道 路及建筑检测、贮藏罐内容探测等。
(1)
(2)
探地雷达 穿墙成像
墙内成像 监视系统
医疗成像
室内UWB设备辐射掩蔽能好
➢ 超宽带技术可以与现有的其他通信系统共享频谱。超宽带通信 使用的频谱范围从3.1GHz到10.6GHz，频谱宽度高达 7.5GHz，通过发射功率的限制，避免了对其他通信系统的干 扰。从上图 中可以看到，超宽带信号的最高辐射功率为41.3dBm，这仅仅相当于一台个人计算机的辐射。这样在很 低的功率谱密度下共享频谱的方式，在频谱资源非常紧张的今 天具有极其重要的意义，这也是超宽带兴起和发展的主要原因 之一.
技术
GPS
Bluetooth IEEE802.11
UWB
定位精度 5-20m
3m
3m
15cm
超宽带的特点
6、保密和安全性能好
➢ 超宽带信号的功率谱密度非常小，淹没在环境 噪声和其他信号中，同时又具有极宽的带宽， 很难被基于频谱搜索的侦测设备检测到。
➢ 同时超宽带系统可以采用多种扩频多址方式， 包括：跳时扩频、跳频扩频、直接序列扩频等， 在接收端必须采用与发射端一致的扩频码才能 正确的解调数据，这使得使非合法用户很难获 取合法用户的传输信息，系统的安全性和保密 性非常高。

超宽带无线电基础

超宽带无线电基础

power spectral density
dBm/MHz
802.11a
-41.3
UWB
噪音水平
3.1 5.725-5.825
10.6
UWB的带宽和功率普密度示意图
Frequency GHz
固有的保密性。
——由于功率谱密度非常低，几乎被湮没在各种电磁干 扰和噪声中，具有隐蔽性好、低截获率、保密性好等优点。
平点的频率必须大于24.075GHz。
FCC对超宽带设备的功率辐射限制
FCC对超宽带设备的功率辐射限制以EIRP（Effective Isotropic Radiated Power）指标给出。所谓EIRP，即有 效全向辐射功率，是一个天线的输入功率与某个指定方
向天线增益的乘积相对全向天线的值。
为了避免民用的超宽带系统对已有的无线通信系 统（GPS、航空系统、802.11n）产生干扰， FCC在2002年4月发布了针对超宽带的报告和规 范，规范根据三类用途的超宽带通信系统可能产 生的干扰，对它们的频谱使用范围和功率辐射进 行了严格和具体规定。
三类用途的超宽带通信系统为
✓ 包括探地雷达（GPR）、穿墙雷达的成像系统、监视 器以及医疗成像设备；
-75.3
-75.3
-53.3
-75.3
-53.3
-63.3
-51.3
-63.3
-51.3
-61.3
-41.3
-63.3
-41.3
-41.3
-41.3
-63.3
-51.3
-61.3
-41.3
-41.3
-51.3
-61.3
-51.3
-41.3
UWB 辐射限度 GPRs and 墙壁成像系统

超宽带无线通信技术课件

超宽带无线通信技术课件

信号使用7GHz带宽，当信噪比S/N低至-10dB时，
超宽带可以提供的信道容量为C=7G×log2 （1+0.1）≈ 0.963Gbps，接近1Gbps。
➢ 数据表明，超宽带的空间通信容量是现有的通信系 统（如：无线局域网、蓝牙等）的10-1000倍以上。
超宽带的特点
3、低成本，低功耗
➢ 脉冲超宽带是最早采用的一种传输方式，它不 需要载波，而是利用极短的脉冲传输信息，因 此，在发射端脉冲超宽带不需要功放和混频器， 接收端也不需要中频处理，大大降低了收发机 的硬件实现复杂性和成本。同时，为了避免对 现有通信系统的干扰，超宽带信号发射功率很 低，简单的收发设备以及低功率，使得脉冲超 宽带系统的功耗非常低，可以使用电池长时间 供电。
脉冲波形
➢ 高斯脉冲微分，升余弦、Herimite(厄密特)脉冲等。
高斯函数脉冲
高斯脉冲宽度 和频域带宽取 决于参数α, α的值越大， 高斯脉冲越宽， 相应的频域带 宽就越小
p(t)
1
2 2
e
t2 2
2
2 e
2
t
2
2
高斯脉冲二阶导
w2 (t)
4 2
e
2 t 2
2
1
4 t 2
2
高斯脉冲各阶导数
原始的发送信息。
（a）发射部分
在发射端，欲传输的基带信
号与一个码片速率很高的伪
随机码进行时域相乘，其输 d(t)
出为一个频谱带宽被扩展的
扩频码流，然后将此扩频码
流变换为射频信号发射出去。c(t)
在接收端，射频信号经过变
频后输出中频信号，它与本 d(t)*c(t)
地的伪随机码进行时域相乘，

基于卷积神经网络的超宽带信道环境的分类算法

基于卷积神经网络的超宽带信道环境的分类算法

基于卷积神经网络的超宽带信道环境的分类算法超宽带通信技术是指在极短的时间内传输宽带信号的无线通信技术。

它在雷达、室内定位等领域中有着广泛的应用。

在超宽带通信中，信道环境的分类是十分必要的，可以有效地提高通信的质量和速度。

本文提出了一种基于卷积神经网络的超宽带信道环境的分类算法。

首先，我们需要收集一定数量的超宽带信号数据，并对其进行处理和特征提取。

我们选取了CIREN数据库中的信道数据作为样本数据，将其分为了三种信道类型：室内直线视距（LOS）、室内多径传播（NLOS）、室外多径传播（RM）。

然后，我们通过小波变换将信号数据转换为小波域，提取出小波系数的能量、方差、偏度和峰度等统计特征，并将其作为训练集和测试集的特征向量。

接着，在卷积神经网络的设计上，我们采用了经典的LeNet-5模型，并根据特征向量的维度对其进行了简单的修改。

具体而言，我们将输入层的神经元数目改为了样本特征向量的维度大小，即4；隐层的神经元数目依次为16、32和64；输出层的神经元数目为3，分别代表三种信道类型。

神经元的激活函数采用了ReLU函数，优化算法选择了Adam算法，并设置了学习率为0.001、迭代次数为100次。

最后，我们对算法进行了实验验证。

在使用LeNet-5模型之前，我们还使用了支持向量机（SVM）和k最近邻（kNN）两种经典的分类算法进行比较。

结果表明，基于卷积神经网络的超宽带信道环境的分类算法具有更高的识别准确率。

在测试数据集上，该算法的准确率可以达到95.73%。

同时，在不同信噪比情况下，该算法对信道类型的分类效果也表现出了较好的鲁棒性和泛化能力。

综上所述，本文提出了一种基于卷积神经网络的超宽带信道环境的分类算法，并对其进行了实验验证。

该算法具有较高的识别准确率、较好的鲁棒性和泛化能力，有望在超宽带通信技术的应用中发挥重要的作用。

超宽带技术的信道模型和定位技术研究与分析

超宽带技术的信道模型和定位技术研究与分析
曾 文 1, 2 王 宏 1 徐皑冬 1 ( 中国科学院沈阳自动化研究所 沈阳 110016) 1 ( 中国科学院研究生院 北京 100039)
2
摘 要 短距离无线系统是今后较长时间内通信 界研究 的热点 , 其中 个人局 域网 ( P AN ) 概念 的提出 , 更 推动了 个人 信息网络的发展 。 实现 P AN 的主要技术有 : IEEE802. 11b、 H ome R F、 蓝牙 ( Bluetoo th) 以及超 宽带 ( U W B) 等 。 其中 高带宽 、 高速率 、 低功耗和抗干扰等特点使得 U WB 技术优势极为突出 。 本文系统地阐述了 U W B 的物理信道模型 、 定 位技术和计算方法 , 并进行了必要的总结 和概括 。 关键词 超宽带 , 无线信道模型 , 定位
The Research and Analysis of Channel Models and Posi tioning Technology Based on UWB
Z EN G Wen1, 2 WA N G H ong1 XU A i Dong1
( S henyang Inst it ut e of A ut omati on of t he C hinese A cademy of S cien ces , S henyang 110016) 1 ( G raduate S chool of t he Ch ines e A cademy of Sciences, Beijin g 100039) 2
曾 文 博士生 , 研究领域为工业无线通信、 超宽带技术研究。
2 超宽带无线信道模型的研究
超宽带不同于窄带 通信 , 它在调制、 编码、 功率控制、 天线 设计等方 面面 临 着许 多挑 战。在 研究 U W B 通 信 技术 的 时

超宽带信道模型经典分析

超宽带信道模型经典分析
覆盖面积最大以测量场景的面积尽量覆盖全面为基础应用需求优先数据需求量大的位置优先考虑典型环境要考虑阻挡物周围的位置收发点间距从收发天线的距离进行全方位考量实验室测试区最典型的设置就是放置在中间的长工作台除了靠近墙壁放置的一些柜子内部没有其他陈设物体实验室测试区的测试场景布局如图2所示实验室入口处是发射点tx01接收点为rx0rx8共8个测量点视距测量点为rxrx03rx5rx6rx9rx52rx53rx55rx56rx59rx63rx67rx3rx5rx7共62个非视距测量点为rx22rx25rx33rx5rx54rx57rx58rx6rx62rx64rx66共29个4信道后处理过程pna得到的频域信道响应hf包含了天线响应以及噪声为了提取出真实的信道响应要对pna得到的hf进行去除天线响应以及噪声的处理后处理包括去除天线响应傅立叶反变换调整分辨率去除噪声设置时间零点去除天线响应包括去除发送功率pf发射天线接收天线的影响这里采用的数据是在全电波暗室收发天线距离为1m处的测量数据5数据分析5
4 信道后处理过程
PNA 得 到 的 频 域 信 道 响 应 H(f)包 含 了 天 线 响 应 以 及 噪声。 为了提取出真实的信道响应，要对 PNA 得到的 H(f) 进行去除天线响应以及噪声的处理。
后处理包括去除天线响应、傅立叶反变换、调整分辨 率、去除噪声、设置时间零点。
去除天线响应包括去除发送功率 P(f)、发射天线、接收 天线的影响，这里采用的数据是在全电波暗室收发天线距
将 3 组数据分别进行统计平均，得出 3 个簇到达率和 径到达率，见表 3。
254
CCM1 环境 0~4 m 的视距
CCM2 环境 0~4 m 的非视距 CCM3 环境 4~10 m 的非视距
表 2 Λn 和 λn 的 数 值

超宽带无线通信信道模型与仿真

超宽带无线通信信道模型与仿真

超宽带无线通信信道模型与仿真张文杰;王艳芬【摘要】根据目前国际上对超宽带无线通信在信道方面的研究,选取几种信道模型,从信道的特征参数出发,分析了他们各自的优缺点.根据IEEE提供的参考数据,选择了修正的S-V信道模型作为系统的信道仿真模型.仿真结果表明,该模型与UWB系统信道的特征参数非常接近,能很好地仿真物理信道的参数.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2006(029)023【总页数】3页(P18-20)【关键词】超宽带,信道模型;信道仿真;S-V模型【作者】张文杰;王艳芬【作者单位】中国矿业大学,信息与电气工程学院,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,信息与电气工程学院,江苏,徐州,221008【正文语种】中文【中图分类】TN9111 引言超宽带通信起源于20世纪60年代，原来主要应用于雷达、定位等系统。

由于其独有的特性，特别是室内短距离无线多址通信方面，超宽带通信技术近年来受到学术界和产业界的广泛研究和关注。

尤其是美国联邦通信委员会(FCC)在2002年2月开放了3.1～10.6 GHz频段进行UWB短距离通信之后，加快了UWB技术在室内高速无线通信的研究和应用。

为评估各种超宽带通信实现方案的性能以及标准化工作,通常需要根据其工作环境建立一个比较精确的信道模型。

但由于超宽信号的特殊性,如持续时间纳秒量级、很宽的带宽等。

因此他的信道性能会有一些与窄带连续波通信系统不同的特点。

本文主要就UWB在近距离通信特别是室内通信信道模型进行叙述，并对实际可行的信道模型进行仿真。

2 超宽带信道模型概述室内环境由于存在具有不同时延和损耗的多径传播，使得发射信道复杂化，同时具有时变的特点，进而限制无线系统的性能。

在这里主要考虑的信道模型是路径损耗模型[1]和多径衰落模型。

2.1 路径损耗信道模型2.1.1 大尺度衰落信道路径损耗模型这种模型主要是用来估计居民聚集区的路径损耗。

在距发射机d处接收到的信号功率为:其中p0是截取点d0(一般d0=1 m)的路径损耗,他与挡在发射机和接收机之间障碍物的材料以及信道的物理环境有关,对于视距(LOS)和非视距(NLOS)信道,p0差别很小；s是阴影效应函数,在每个信道环境下不一样,他的分布为N(μs，σs)。

基于卷积神经网络的超宽带信道环境的分类算法

基于卷积神经网络的超宽带信道环境的分类算法

基于卷积神经网络的超宽带信道环境的分类算法一、UWB信道环境的特点UWB信道环境的特点主要包括多径传播、频散效应、大尺度衰落、小尺度衰落、多用户干扰等。

由于UWB信号的超宽带特性，信号在传播过程中会产生多径效应，导致接收信号存在多条到达路径，这会对信号的接收产生干扰。

频散效应也是UWB信道环境的一个重要特点，信号在传播过程中会因UWB信号的频带宽度大而受到频散效应的影响。

由于多径效应引起的时延差和频散效应，使得UWB信道的大尺度衰落和小尺度衰落效应明显。

由于UWB通信系统的宽频带和高信噪比的特点，多用户干扰问题也比较突出。

UWB信道环境的复杂性和多样性使得信道建模和分类算法的设计成为了一个极具挑战性的问题。

二、CNN在信道环境分类中的优势三、基于CNN的UWB信道环境分类算法设计1. 数据预处理数据预处理是指将原始的UWB信道数据进行采样、滤波、归一化等处理，以便于输入到CNN网络中进行训练和分类。

在UWB通信中，通常会采集到多维度的复杂信息，因此需要对原始数据进行预处理以满足CNN网络的输入要求。

2. 网络结构设计网络结构设计是指设计适应UWB信道环境特性的CNN网络结构。

一般来说，CNN网络结构包括卷积层、池化层、全连接层等。

在设计网络结构时，需要考虑UWB信道环境的特征，合理设置网络层数和神经元节点数，以实现对多路径、频散等特性的有效提取和分类。

3. 训练在数据预处理和网络结构设计完成后，需要利用大量的UWB信道数据对CNN网络进行训练。

训练的过程主要是通过优化网络参数和结构，使得网络能够更好地适应UWB信道环境的多变和复杂性。

训练过程还需要考虑选择适当的优化算法和损失函数，以提高网络的训练效果和分类准确率。

4. 分类经过训练后的CNN网络可以用于UWB信道环境的分类。

在分类过程中，通过输入UWB信道数据到CNN网络中，网络可以对UWB信道环境进行特征提取和分类，从而实现对不同信道环境的准确识别和分类。

超宽带无线通信信道模型与仿真

超宽带无线通信信道模型与仿真

超宽带无线通信信道模型与仿真
张文杰;王艳芬
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2006(29)23
【摘要】根据目前国际上对超宽带无线通信在信道方面的研究,选取几种信道模型,从信道的特征参数出发,分析了他们各自的优缺点.根据IEEE提供的参考数据,选择了修正的S-V信道模型作为系统的信道仿真模型.仿真结果表明,该模型与UWB系统信道的特征参数非常接近,能很好地仿真物理信道的参数.
【总页数】3页(P18-20)
【作者】张文杰;王艳芬
【作者单位】中国矿业大学,信息与电气工程学院,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,信息与电气工程学院,江苏,徐州,221008
【正文语种】中文
【中图分类】TN911
【相关文献】
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r (t ) = ∑ α n (t ) s (t − τ n (t )) + n (t )
（1）
α n ( t ) 和 τ n ( t ) 分别为第 n 条路径在时刻t的信道增益和信道时延
n N ( t ) 是在时刻t观察到的路径数， ( t ) 是接收机处的加性噪声。
设信道的冲激响应为 h t，那么接收信号应该为 （2）
Tn Γ
−
e
τ nk γ
⇒ µnk =
(
β 00
2
τ nk Tn − 10 − 10 (σ ξ 2 + σ ζ 2 ) ln10 γ Γ − ln10 20
)
这样通过上面的讨论，可以得到用来确定IEEE UWB信道 模型的参数如下 簇平均到达速率 Λ 脉冲平均到达速率 λ 簇的功率衰减因子 Γ 簇内脉冲的功率衰减因子 γ 簇的信道系数标准偏差σ ξ 簇内脉冲的信道系数标准偏差 σ ζ 信道幅度增益的标准偏差 σ g
在S-V 模型中，第k 簇第n 径的增益为复随机变量 an ，其模为 β nk ，
θ nk 是统计独立、服从 [ 0, 2π )均匀分布的随机变量，即
ρ ( β nk ) =
ρ (θ nk ) =
2β nk
β nk 2
β nk
2
e
β nk
2
1 , 0 ≤ θ nk＜2π 2π
式中， x 表示 x 的期望值，且
() r (t ) = h (t ) ∗ s (t ) + n (t )
比较式（1）和式（2），显然，信道的冲激响应 h ( t ) 为
h (t ) = ∑ α n (t )δ (t − τ n (t ))
n =1
N (t )
在上式中，考虑了发射机或接收机的移动等因素引起的传播环境的变 化，信道冲激响应是时变的，然而，在通常情况下，信道的变化速率相 对脉冲速率而言是很慢的，因此，假定在观测时间T 内信道是稳定的。
为了与在UWB信道测量试验中得到的数据更为 吻合，IEEE信道模型分委会对S-V模型进行了一 些修改。用对数正态分布表示多径增益幅度，用 另一个对数正态随机变量表示总多径增益的波动， 而且信道系数使用实变量而不是复变量 。
IEEE推荐模型的信道冲激响应可以表示为
h ( t ) = X ∑ ∑ α nk δ ( t − Tn − τ nk )
ρ τ nk τ ( n -1) k = Λe−Λ (T −T
n
(
)
n −1
)
Tn 和 Tn −1 分别为第 n 簇和第n-1簇的到达时间
在每一簇内，相继的多径分量的到达时间也服从速率为 λ 的泊松过程：
ρ τ nk τ ( n -1) k = λ e
(
)
− λ Tnk −T( n−1)k
(
)
相位为 θ nk 。 并假定 β nk 是统计独立且服从瑞利分布的正随机变量，
3.3941 3.3941 3.3941 3.3941 3 3 3 3
UWB信道统计特性
信道特性 距离（m） NLOS/LOS 平均过量延迟（ns） RMS延迟扩展（ns） 在峰值路径10dB以内的路径数 捕获能量占总能量85%时的路径数 CM1 0-4 LOS 5.05 5.28 13 24 CM2 0-4 NLOS 10.38 8.03 18 36 CM3 4-10 NLOS 14.18 14.28 35 61.54 CM4 ----NLOS 27 25 40 125
n =1 k =1
N K (n)
幅度增益X为对数正态随机变量，可以表示为
X = 10
g 20
其中g 是均值为g 0 、方差 σ g 2为的高斯随机变量
簇、径到达时间变量 Tn 和τ nk 分别服从速率 Λ 为 λ 和的泊松过程：
ρ τ nk τ ( n -1) k = Λe−Λ (T −T
n
( ρ (τ
c0 = 10− AdB
20
在自由空间中，γ = 2 ；在通常的非视线（NLOS）传播中，γ > 2 。 信道时延 τ 由接收机与发射机之间的距离D决定，表示为
τ =D c
其中，c 为真空中的光速（ c ≈ 3.108 m / s ）。
多径信道模型
Turin模型 S-V模型 IEEE802.15.3a推荐的UWB信道模型
-4
0.5 0 -0.5 -1
2 0 -2 -4 -6 -8
-1.5 0
2
2.5 x 10
3
-7
-10 0
0.5
1
1.5 Time [s]
2
2.5 x 10
3
-7
CM2信道
Discrete Time Impulse Response
CM3信道
有了信道的冲激响 应，就可以方便地 进行通信系统的仿 真。
β nk
2
= β 00
2
e
−
Tn Γ
−
e
τ nk γ
β 00 项表示第一簇第一条路径的平均能量，
Γ 和 γ 分别为簇和多径的功率衰减系数。
根据上式，平均PDP表现为簇幅度的指数衰减，而在每簇内接收脉冲 的幅度呈现另一个指数衰减，如下图示意。
PDP
时间 S-V模型的PDP示意图
IEEE推荐的 推荐的UWB信道模型 推荐的 信道模型
信道 CM1 CM2 CM3 CM4
Λ (1/ns)
0.0233 0.4 0.0667 0.0667
λ (1/ns)
2.5 0.5 2.1 2.1
Γ
7.1 5.5 14 24
γ
4.3 6.7 7.9 12
σ ξ (dB)
3.3941 3.3941 3.3941 3.3941
σ ζ (dB) σ g (dB)
Turin模型 模型
Turin模型是由Turin于1956年提出的。Turin模型假定表征信道的所有参数 都是服从特定分布的随机变量，在接收端可以统计得到这些参数的特征。 在无线多径信道下，由于发射机和接收机之间存在多条传播路径，发射 信号传播后会产生多个经过时延和衰减的信号，接收信号可以表示为
N (t ) n =1
用IEEE UWB信道参数值及信道模型的冲激响应表达式，用 MATLAB仿真得到CM1、CM2、CM3、CM4信道的冲激响应 。
-3
2 1.5 1 Amplitude Gain 0.5 0 -0.5 -1 -1.5
x 10
Discrete Time Impulse Response
15.3a工作组根据传输距离及有视距 （LOS）、无视距（NLOS）路径等特点，将超 宽带信道分为四种，分别用来描述四种典型的信 道状况： CM1：0～4米，LOS； CM2：0～4米，NLOS； CM3：4～10米，NLOS； CM4：很差的无视距多径信道。
IEEE UWB信道参数值
故，信道冲激响应可以表示为
h ( t ) = ∑ α nδ ( t − τ n )
n =1
N
由Turin模型可以导出表征无线多径信道的三个参数：总多径增益D、均方 根时延扩展 τ rms 、功率延迟剖面PDP 。
总多径增益
N
G = ∑ αn
N =1
N
2
均方根时延扩展
τ rms =
∑τ
n =1
2 n
an
2
G
N ∑ τ n an − n =1 G
2

2
多径信道的功率延迟剖面（PDP）可以用一个图形表示，其坐标分 量分别为不同分量的到达时间和相应的接收功率。
PDP
时间
具体的计算公式略。
S-V模型 模型
S-V 模型首先由Turin等人于1972年提出，后来由Saleh和Valenzuela在对 室内多径传播进行统计建模中规范化。 S-V 模型基于这样的观测：通常，来自同一个脉冲的多径分量以簇 的形式到达接收机。簇到达时间被模拟为一个速率为 Λ 的泊松过程：
第六章 超宽带信道模型
信道模型研究信号在信道中传输的衰减、时延、 多径干扰等问题。 超宽带通信的环境是无线多径环境，相应的是无 线多径信道。 我们从无多径的信道开始介绍。
无多径的AWGN模型 模型 无多径的
信号在无多径的AWGN信道上传播，则是在自由空间直达路径传播， 受到加性噪声 n(t)的干扰，n(t)为随机高斯过程，双边功率谱密度为 N0/2。 设发射机发射的信号为是s(t) ，那么经过AWGN信道传播，到达接收机 的信号r(t) 为
0.5 1 1.5 Time [s] 2 2.5 x 10 3
-7
CM4信道
-10 0
本章结束
大作业题
1. 2. 3. 4. 5. 介绍超宽带无线电通信技术的发展历史。
要求参考文献资料不少于5篇 其中外文文献不少于 篇 要求参考文献资料不少于 篇，其中外文文献不少于3篇。
仿真分析IR-UWB系统发射信号的功率谱密度，研究IR-UWB的适 用场合。 从实现方法、性能优势各方面比较DS-UWB与MB-UWB。
r (t ) = α s (t −τ ) + n (t )
其中，α 为信道增益，τ 为信道延时。 这里忽略收发天线对发送波形的微分作用，认为收发信端的脉冲波形相同。 信道增益α 的值由发射机和接收机之间的距离D 和信道的功率衰减指数γ 决定
α=
c0 Dγ
这里，c0 是是参考距离 D0 = 1m 时获得参考增益 α 0 的一个常数。 在 D0 = 1m 时，信号的能量增益为 AdB = 10 lg ( ET ER ) ，从而有
要求有论据和论点，不能只给出论点。 要求有论据和论点，不能只给出论点。
用Morlet小波做超宽带脉冲，基于FCC频谱掩膜设计该脉冲参数。 介绍IEEE802.15.3a工作组推荐的超宽带信道，包括超宽带信道的 类型及其统计特性，用MATLAB仿真产生四种超宽带信道的冲激 响应。