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海洋石油平台环境下的超宽带信道建模

作　者: 孟娟
导　师: 索红光；洪利
学　校: 中国石油大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: UWB 信道测量 S-V模型路径损耗小尺度衰落
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 54次
引　用: 1次
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内容摘要

在石油石化行业,由于生产地分散,生产环境复杂,设备之间宜采用无线传感器进行数据通信。超宽带技术具有高速率、低功耗、高安全性等特点,将其运用到传感器网络的物理链路可极大地提高网络性能。而对UWB系统的研究必须先研究UWB信号传播和信道特性,建立合理的超宽带信道模型,由于UWB模型与环境相关,故需要在应用环境下进行实际测量,并通过对测量数据进行分析计算,得到所需的信道模型与参数。本课题对海洋平台环境(Offshore Oil Platform Environment,OOPE)下的UWB(OOPE-UWB)信道进行建模,在3-10GHz范围内使用矢量网络分析仪(Vector Network Analyzer,VNA)对视距与非视距环境下UWB信道进行频域测量。用Matlab对VNA的测量数据进行处理,得到信道冲击响应和功率延迟分布。功率延迟分布表明,海洋平台环境下的UWB信道在距离较大的非视距情况下,最强径出现在第一径几十ns后,呈现混合指数衰减,且多径明显成簇。先根据回归线斜率划分簇,再进行大尺度建模和小尺度建模。在大尺度建模时,利用最小二乘法拟合得到距离衰减模型。在小尺度建模时,基于S-V模型讨论多径到达率、多径功率衰减常数,并对S-V模型进行修正:实测数据表明,簇内径功率衰减常数并非对所有簇都相同,而是与时延呈线性关系;每簇的最强径不能很好的拟合指数衰减,而每簇的前50bin能量总和满足指数衰减。小尺度衰落满足m-Nakagami分布,利用m参数估计器计算得到m值,根据m参数的频率直方图,发现m主要分布在0.8-1.1之间。同时,根据信道冲击响应求取信道平均附加时延、RMS均方根时延和多径分量数目的取值范围。最后基于建立的模型,得到UWB信道的冲激响应,并计算信道特征参数。结果表明,通过模型得到的信道参数与实测特征参数的范围基本一致,多径衰落特性与实际测量所得的统计特性相符,由此证明了数据处理的正确性及模型的合理性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-14
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
  1.3 研究内容及方法  12-13
  1.4 论文组织结构  13-14
第二章 UWB 无线信道基本理论  14-18
  2.1 无线信道对传输信号的影响  14-15
  2.2 超宽带信道与传统窄带信道  15
  2.3 UWB 信道特性  15-16
  2.4 UWB 信道建模方法  16-17
  2.5 本章小结  17-18
第三章 OOPE-UWB 信道测量与数据预处理  18-26
  3.1 UWB 信道测量的方法  18-19
    3.1.1 时域测量方法  18
    3.1.2 频域测量方法  18-19
    3.1.3 两种方法比较  19
  3.2 OOPE-UWB 测量系统  19-21
  3.3 测量过程及结果  21-23
    3.3.1 测量过程  21-22
    3.3.2 测量结果  22-23
  3.4 数据预处理  23-25
  3.5 本章小结  25-26
第四章 OOPE-UWB 信道建模  26-49
  4.1 功率延迟分布（PDP）与簇识别  26-29
    4.1.1 PDP  26-28
    4.1.2 簇的识别  28-29
  4.2 OOPE-UWB 信道大尺度建模  29-32
    4.2.1 PL vs 距离  30-31
    4.2.2 PL vs 频率  31-32
    4.2.3 阴影衰落  32
  4.3 OOPE-UWB 信道小尺度建模  32-38
    4.3.1 多径分量（MPC）统计.  32-37
    4.3.2 小尺度衰落分布  37-38
  4.4 OOPE-UWB 信道特征参数  38-42
    4.4.1 平均附加时延  38-39
    4.4.2 均方根RMS 时延扩展  39-41
    4.4.3 平均多径数目  41-42
  4.5 OOPE-UWB 信道模型验证  42-48
    4.5.1 信道冲击响应验证  42-45
    4.5.2 信道特征参数验证  45-48
  4.6 本章小结  48-49
总结  49-51
  主要工作  49
  主要创新点  49
  进一步的研究工作  49-51
参考文献  51-56
攻读硕士学位期间取得的学术成果  56-57
致谢  57

海洋石油平台环境下的超宽带信道建模

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