林地场景下的超宽带无线信道模型研究

许慧颖　李德建　周正

摘要：为了研究超宽带信号在林地中的传播特性，依据信道频域测量数据，提出了符合中国超宽带（UWB）技术频率使用规定的林地场景信道模型.信道总体模型采用修正S-V模型.在信道测量信号的后处理中，使用过渡带为高斯滚降特性的类高斯窗来提取符合中国超宽带频谱规范的测量信号，利用CLEAN算法得到高分辨率的离散信道响应，并为信道时域测量信号提出了一种基于小波分析的分簇算法，最后统计提取出了信道模型参数.仿真结果表明，提出的林地超宽带信道模型和实测数据有着相近的时延扩展特性和主要多径个数.

关键词：超宽带； 信道模型； 林地； 分簇算法

中图分类号：TN911 文献标识码：A

1测量过程

UWB信道可以在时域或频域测量，分别得到冲激响应或传递函数.两种测量结果理论上等价，可以通过傅里叶变换从一个域变到另一个域.本文的测量是在频域进行的.测量系统包括一个矢量网络分析仪（VNA，Vector Network Analyzer） Agilent N5242A，两个2.3～18 GHz的全向天线，天线增益为0 dBi，两根6 m长的Rosenberger电缆，一台控制VNA的计算机.林地场景采用北京市郊的一处果园，测量时果树没有生长树叶，如图1所示.

测量时，收发天线架设在1.5 m高的三脚架上.VNA测量的S参数S21作为超宽带信道的信道传递函数（CTF，Channel Transfer Function）.VNA的发射功率固定为10 dBm，发射5 600个单频信号，这些频点均匀分布在2.3～11 GHz的频带内，扫频间隔为1.55 MHz，允许测量多径的最大时延扩展为643.7 ns.测量范围为1～10 m， 收发天线示意图如图1所示， 共测量78个位置.为了降低噪声影响，在每一个接收点记录10次信道传输函数并取平均值作为该接收点的测量数据.由于完成一次信道测量需耗时数秒，因此测量时确保天线周边范围无人，以使信道是静态的.所有测量数据都以暗室中2 m参考距离测得的天线响应加以校准.

5 结语

林地信道模型是超宽带技术在林地应用的研究基础.为了得到更准确的离散信道响应估计，本文对频域测量数据使用了类高斯窗，并利用CLEAN算法解卷积得到了符合中国UWB频率规范的高分辨率信道离散响应.此外还采用了基于小波检测能量跳变的计算机分簇方法.提出的林地信道模型显示在稀疏树木的果园环境下有较小的时延扩展特性.模型及数据结果表明，本文提出的林地信道模型与实测信道数据在时延特性和主要多径个数上有较好的符合.

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