【超宽带室内通信的信道模型】无线信道IEEE 802.15.3a标准化组织所拥有的模型为评估超宽带而开发通信系统（Simulink、Matlab代码实现）

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📋📋📋本文目录如下：🎁🎁🎁

目录

 ⛳️赠与读者

💥1 概述

📚2 运行结果

🎉3 参考文献

🌈4 Matlab、Simulink仿真、文章

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 ⛳️赠与读者

👨‍💻做科研，涉及到一个深在的思想系统，需要科研者逻辑缜密，踏实认真，但是不能只是努力，很多时候借力比努力更重要，然后还要有仰望星空的创新点和启发点。建议读者按目录次序逐一浏览，免得骤然跌入幽暗的迷宫找不到来时的路，它不足为你揭示全部问题的答案，但若能解答你胸中升起的一朵朵疑云，也未尝不会酿成晚霞斑斓的别一番景致，万一它给你带来了一场精神世界的苦雨，那就借机洗刷一下原来存放在那儿的“躺平”上的尘埃吧。

     或许，雨过云收，神驰的天地更清朗.......🔎🔎🔎

💥1 概述

摘要：本文描述了无线信道IEEE 802.15.3a标准化组织所拥有的模型为评估超宽带而开发通信系统。我们讨论测量构成了这个模型的基础。这些测量确定超宽带信道之间的重要差异窄带无线信道，尤其是衰落统计和到达时间多路径分量。不同的传播条件会影响系统设计，如Rake接收机演出。

近年来，超宽带（UWB）通信引起了研究界和公众的极大兴趣社区和工业。潜在实力超宽带无线电技术在于其使用极宽的传输带宽，从而获得理想的包括精确的定位和测距、无显著衰落、高多址接入能力、秘密通信以及可能更容易材料渗透。2001年2月，美国美国联邦通信委员会（FCC）发布了一份允许传输超宽带信号的报告和命令如果满足某些功率限制，则发出信号。其他预计各国，尤其是日本和欧洲，将在不久的将来发布类似的裁决。这些系统的主要应用是高数据速率短距离系统，例如，用于家庭娱乐组件的无线连接（录像机、电视机、机顶盒等）。此类标准目前，该系统正在由标准化组织IEEE 802.15.3a。目标这个新标准的比特率是高达110的数据速率10m距离时为Mbit/s，4m距离时为200Mbit/s在更短的距离上实现更高的数据速率。超过20组织已经提交了关于该标准的提案。对这些建议的公平评价必须使用一个共同的渠道模型。然而，现有的标准模型（如COST 259、ITU-R或IEEE 802.11模型）不能因为它们仅用于建模窄带信道。因此，IEEE 802.15.3a成立了一个小组，负责制定标准超宽带信道模型；其建议被全面标准化小组。在本文中，我们描述了这一点信道模型，以及无线通信中产生的新效应由于超宽带，传播信道受到干扰。本文的其余部分按以下顺序组织方法：在第2节中，我们讨论了形成模型的基础。第3节描述了详细规格。关于影响的讨论系统设计和模拟模型的结论纸。

所有测量环境均为室内，因为这是802.15.3a设备的目标应用。不同分析了室内环境的类型，包括住宅（住宅、公寓）和办公室环境。建筑材料和几何形状在这些情况下，布局是截然不同的，并且导独特的信道特性。这主要是由于发现金属建筑材料比例较高与住宅建筑相比，办公楼内的噪音水平更高。除了这些环境类型，大多数贡献者区分视线信道，其中从发射机到接收机有一条畅通无阻的路径，来自非视距信道。此外，测量点的选择也不同：一些战役使用常规方格网，以便隔离小规模衰落效应与大规模衰落效应不同，而其他活动只使用随机放置测量值大规模的点。测量结果的数量实际上也太多了对于建模过程的有效应用来说，它太大了。因此，802.15.3a信道建模子组被选中用于的测量子集实际测量参数化，以及这些模型的拟合优度检验。其中一部分测量结果已在[6]中公开。由于单个模型可能难以反映所有在可能的信道环境和特征中，该小组选择尝试匹配以下主要多径信道的特征：
• RMS延迟扩展
• 功率延迟分布
• 多路径组件的数量（定义为多径到达的数量峰值多径到达的10dB)
 IEEE IEEE 802.15.3a标准

模型超宽带信道的大带宽可以产生与“传统”无线信道相比，新效果建模。例如，只有少数多路径组件每个可分辨延迟箱（可分辨游程长度为3cm），因此中心极限定理不成立适用时间更长，振幅衰减统计数据为不再是瑞利。此外，还可以有延迟箱没有MPC落入其中，因此是空的。然后，它变成有必要描述这种情况发生的可能性，一个空的箱子后面跟着一个满的箱子——在其他通过使用语音识别技术，可以获得到达时间统计数据。对于到达时间统计，该模型使用SalehValenzuela（S-V）方法[2]，作为信道测量结果显示，多条路径成群到达。这在一定程度上是由于非常精细的分辨率超宽带波形提供。例如，多路径是由墙壁、天花板、地板和地面的反射造成的，家具、人和其他可能存在的物体在一个房间里。由于超宽带波形最高可达7.5例如，GHz 宽，路径间隔超过约133皮秒（相当于4厘米的路径长度差）可以在接收器处单独解决。因此，同一件家具的不同部分可能会产生几个多路径组件，所有这些组件都是一个集群。

渠道模型的结构具有很强的影响力关于系统性能评估。例如长延迟扩展（几纳秒）可能同时具有以下两种情况积极和消极的影响。从某种意义上说，这是件好事多径到达的幅度将减小由于反射较少，因此会出现波动（衰落）在以下范围内造成破坏性/建设性干扰接收到的脉冲的分辨率时间。另一方面平均接收能量总和的分布在多个多径到达之间。为了采取这种能量的优势，独特的系统和接收器需要设计多路径能量捕获头脑。总之，802.15标准模型是一个是理解UWB信道的重要步骤，并及时建立，以便用于选择超宽带高数据速率新标准的过程通信。详细文章见第4部分。

1. 总结与结论
   信道模型的结构对系统性能评估有着强烈的影响。例如，长延时扩散（数纳秒）可能既有积极的含义，也有消极的含义。从积极方面来看，多径到达的信号幅度波动（衰落）会更小，因为较少的反射会在接收脉冲的分辨率时间内引起破坏性/建设性干扰。另一方面，平均总接收能量分布在多个多径到达之间。为了利用这些能量，需要设计具有多径能量捕获功能的独特系统和接收器。

总结来说，802.15标准模型对于理解超宽带（UWB）信道是一个重要的步骤，并且及时建立，以便对新一代超宽带高速数据通信标准的选择过程有所帮助。但它并不是一个通用的无线传播信道随机模型，信道建模界还需要投入大量工作，才能使我们对UWB信道的理解趋于完整。

📚2 运行结果

部分代码：

% File: multipath_sim.m
% Matlab Simulink IEEE 802.15.3a compliant channel model 

function [sys,x0,str,ts] = multipath_sim(t,x,u,flag,T,nT,LAMBDA,lambda,GAMMA,gamma,sigma1_dB,sigma2_dB,std_shadow,LOSflag)
% Differs from multipath_sim2.m in that h begins at t=0 for NLOS channels.

v = 10000;
switch flag,

  % Initialization
  case 0,
    [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(T,nT,v);

  % Outputs
  case 3,
    sys=mdlOutputs(t,x,u,T,LAMBDA,lambda,GAMMA,gamma,sigma1_dB,sigma2_dB,std_shadow,LOSflag,v);
    
  % Unhandled flags
  case {1, 2, 4, 9}
      sys = [];

  % Unexpected flags
  otherwise
    error(['Unhandled flag = ',num2str(flag)]);

end

% end multipath_sim

%=============================================================================
% mdlInitializeSizes
% Return the sizes, initial conditions, and sample times for the S-function.
%=============================================================================

function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(T,nT,v)

sizes = simsizes;

sizes.NumContStates  = 0;
sizes.NumDiscStates  = 0;
sizes.NumOutputs     = v;
sizes.NumInputs      = 0;
sizes.DirFeedthrough = 0;
sizes.NumSampleTimes = 1;   % at least one sample time is needed

sys = simsizes(sizes);

% initialize the initial conditions
x0  = [];

% str is always an empty matrix
str = [];

% initialize the array of sample times
ts  = [T*nT*1e-9 0];

% end mdlInitializeSizes

%=============================================================================
% mdlOutputs
% Return the block outputs.
%=============================================================================

function sys=mdlOutputs(t,x,u,T,LAMBDA,lambda,GAMMA,gamma,sigma1_dB,sigma2_dB,std_shadow,LOSflag,v)

%   returns the real impulse response of the
%   indoor multipath channel as modeled by Intel in
%   IEEE 802.15-02/279r0-SG3a and is based on the
%   Saleh-Valenzuela model with lognormal fading.
%   T is the time resolution (nsec).

sigma1 = 10^(sigma1_dB/20);
sigma2 = 10^(sigma2_dB/20);
Omega0 = 1;

if (strcmp(LOSflag,'on'))
    T1 = [0];
else
    T1 = [randn^2/(2*LAMBDA)+randn^2/(2*LAMBDA)];
end

while T1(end) <= 10*GAMMA
    dT = randn^2/(2*LAMBDA)+randn^2/(2*LAMBDA);
    T1 = [T1 T1(end)+dT];
end

for n = 1:length(T1)
    tau(n) = {[T1(n)]};
    while tau{n}(end) <= tau{n}(1)+10*gamma
        dt = randn^2/(2*lambda)+randn^2/(2*lambda);
        tau(n) = {[tau{n} tau{n}(end)+dt]};
    end
    
    mu(n) = {(10*log(Omega0)-10*T1(n)/GAMMA-10*(tau{n}-T1(n))/gamma)/log(10)-(sigma1^2+sigma2^2)*log(10)/20};
    beta(n) = {10.^((sigma1*randn(size(mu{n}))+sigma2*randn(size(mu{n}))+mu{n})/20)};
    alpha(n) = {beta{n}.*sign(rand(size(beta{n}))-0.5)};  % Intel version, +/-1
    %alpha(n) = {beta{n}.*exp(-j*2*pi*rand(size(beta{n})))};  % cell array of channel coefficients
end

maxtime = max(tau{1});  % find maximum arrival time index in cell array tau
for n = 2:length(T1)
    if max(tau{n}) > maxtime
        maxtime = max(tau{n});
    end
end

N = 32;  % oversampling factor
Nfs = N/T;
h = zeros(1,floor(maxtime*Nfs)+1);  % initialize impulse response vector
for n = 1:length(T1)
    tauN{n} = floor(tau{n}*Nfs);  % quantized time indices
end

for n = 1:length(T1)
    for m = 1:length(tau{n})
        h(tauN{n}(m)+1-tauN{1}(1)) = h(tauN{n}(m)+1-tauN{1}(1))+alpha{n}(m);  % only line different from multipath_sim2.m
    end
end

h = N*resample(h,1,N);
maxtime = ceil((10*GAMMA+10*gamma)/T);  % maximum arrival time for channel
h = h(1:maxtime);  % concatenate h to maximum channel length

E = sum(h.*conj(h));  % compute total channel energy
h = h./sqrt(E);  % normalize total energy to 1

fac = 10^(std_shadow*randn/20);
h = h.*fac;

if(length(h)<v)
    h = [h zeros(1,v-length(h))];
elseif(length(h)>v)
    h = h(1:v);
end
%length(h)
sys = real(h);

% end mdlOutputs

🎉3 参考文献

文章中一些内容引自网络，会注明出处或引用为参考文献，难免有未尽之处，如有不妥，请随时联系删除。(文章内容仅供参考，具体效果以运行结果为准)

🌈4 Matlab、Simulink仿真、文章

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