【摘要】：室內(nèi)定位技術(shù)目前正迅速發(fā)展并且需求日益增加。超寬帶(Ultra wide bandwidth,UWB)無線通信技術(shù)較其它短距無線通信技術(shù)在室內(nèi)定位方面顯現(xiàn)出抗干擾能力強、穿透性高、抗多徑衰落能力強和厘米級定位精度等優(yōu)勢。超寬帶信道特性的研究和信道模型的建立是定位系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)的基礎(chǔ)和前提。本文采用頻域測量方法和基于射線追蹤和一致性幾何繞射理論的仿真方法分析了室內(nèi)及室內(nèi)到室外場景的路徑損耗和多徑衰落特性并建立了數(shù)學(xué)模型。首先采用傳統(tǒng)的統(tǒng)計分析方法進行頻域測量,測量場景包括室內(nèi)辦公室視距環(huán)境及室內(nèi)到走廊嚴(yán)重遮擋的非視距場景。由實測方案得到頻率對應(yīng)的路徑損耗結(jié)果,采用最小二乘法及回歸顯著性校驗方法擬合與檢驗,結(jié)果顯示與距離相關(guān)的路徑損耗滿足對數(shù)正態(tài)分布,陰影衰落滿足正態(tài)分布;子帶頻率的對數(shù)與路徑損耗呈線性關(guān)系,頻率衰減指數(shù)滿足正態(tài)分布特性。針對多徑特性,采用傅里葉反變換、加窗、CLEAN算法等對數(shù)據(jù)預(yù)處理得到信道沖激響應(yīng),根據(jù)室內(nèi)與室內(nèi)到走廊沖激響應(yīng)的差異,室內(nèi)功率延遲剖面(Power delay profile,PDP)采用分段指數(shù)模型來描述,各位置功率延遲剖面統(tǒng)計均值經(jīng)分簇算法得到各簇首徑及簇內(nèi)各徑信號到達時間位置和強度,并依據(jù)數(shù)值分析、數(shù)學(xué)統(tǒng)計和校驗得到信道參數(shù)以及幅度衰落分布;室內(nèi)到走廊環(huán)境的功率延遲剖面使用改進的分段指數(shù)規(guī)律來描述。通過構(gòu)造等比例的室內(nèi)辦公室和室內(nèi)到走廊的3D模型進行確定性仿真,對仿真結(jié)果采用與頻域測量方法中相同的分析方法,分析結(jié)果顯示路徑損耗分布和多徑衰落特征與實測方法一致,驗證了確定性方法研究超寬帶信道的合理性和適用性最后,根據(jù)實測和仿真方法中數(shù)據(jù)分析所采用的方法和結(jié)論,對路徑損耗建立了與距離和頻率均相關(guān)的數(shù)學(xué)解析模型;由多徑衰落特征,對室內(nèi)視距場景建立了雙指數(shù)模型,對室內(nèi)到走廊嚴(yán)重遮擋場景建立了分段指數(shù)模型。
[Abstract]:Indoor positioning technology is developing rapidly and the demand is increasing day by day. Compared with other short-range wireless communication technologies, Ultra wide bandwidth (UWB) has the advantages of strong anti-interference ability, high penetration, strong anti-multipath fading ability and centimeter-level positioning accuracy. The research of UWB channel characteristics and the establishment of channel model are the foundation and premise of the design and implementation of the positioning system. In this paper, the frequency domain measurement method and the simulation method based on ray tracing and consistent geometric diffraction theory are used to analyze the path loss and multipath fading characteristics of indoor and indoor scenes, and the mathematical model is established. Firstly, the traditional statistical analysis method is used to measure the frequency domain. The measurement scene includes the indoor office visual range environment and the non-visual range scene which is heavily occluded from the indoor to the corridor. The method of least square method and regression significance check method are used to fit and test the path loss corresponding to the frequency. The results show that the distance dependent path loss satisfies the logarithmic normal distribution and the shadow fading satisfies the normal distribution. The logarithm of the subband frequency is linearly related to the path loss, and the frequency attenuation exponent satisfies the normal distribution characteristic. In view of the multipath characteristics, the channel impulse response is obtained by using Fourier inverse transform and windowed clear algorithm. According to the difference between indoor and indoor to corridor impulse response, Power delay profile is described by a piecewise exponential model. The statistical mean of power delay profile of each position is obtained by clustering algorithm, and the time of arrival and intensity of the signals of each cluster head and each diameter within the cluster are obtained, and the numerical analysis is carried out. The channel parameters and amplitude fading distribution are obtained by mathematical statistics and calibration, and the power delay profile from indoor to corridor environment is described by improved piecewise exponential law. The deterministic simulation is carried out by constructing the equal proportion indoor office and indoor to corridor 3D model, and the simulation results are analyzed by the same analysis method as the frequency domain measurement method. The analysis results show that the path loss distribution and multipath fading characteristics are consistent with the measured method, which verifies the rationality and applicability of the deterministic method in the study of UWB channels. Finally, according to the methods and conclusions used in the data analysis of the measured and simulated methods, A mathematical analytical model related to distance and frequency is established for path loss, and a double exponential model for indoor visual range scene is established based on multipath fading characteristics, and a piecewise exponential model is established for serious occlusion scene from indoor to corridor.
【學(xué)位授予單位】：鄭州輕工業(yè)學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN925

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本文編號：2133010