R_I~M和PLN信道模型及其在室内无线体域网中的应用

发布时间：2020-07-22 01:00

【摘要】：室内无线体域网是指在室内情境下将各种类型的传感器安装在人体的特定部位以获得人体生命体征相关数据的技术,它是物联网技术在人体上的一种应用,其可应用于对人体的体育活动指标或者健康状况进行实时的监测,以便人们根据情况进行相关的反馈。对于室内无线体域网中信道进行有效合理的建模是提升该网络通信质量的关键,且直接影响到无线体域网物理层的研究,因此建立合适的无线信道模型来对无线体域网信道中小尺度衰落和大尺度衰落进行描述是非常必要的。云南大学云无线接入与异构网络工程实验室提出的RLMN模型是更符合于实际信道衰落特性的复合模型,其中R表示Rayleigh或Rician分布,M表示多径衰落因子,L表示Lognormal模型,N表示部分阴影衰落因子。本文将RM模型和LN模型从RMLN模型中分离出来,将RM模型中R用Rician分布表示提出RIM产模型,在LN模型基础上增加对数路径损耗模型提出PLN模型,并对RIM模型和PLN模型进行统计特性的推导和参数估计,最后将RIM产模型和PLN模型应用于室内无线体域网的小尺度衰落和大尺度衰落。本文的主要研究内容如下:(1)考虑到室内无线体域网中多径分量无法全部到达接收端且可能存在直射分量的情况,本文将RLMN模型中的RM模型分离出来,并将R考虑为Rician分布,提出一种适用于适用于室内无线体域网小尺度衰落的RIM产模型,该模型是在Rician模型基础上增加多径衰落因子M得到的。考虑到大尺度衰落同时包含路径损耗和部分阴影衰落的情况,且未来无线体域网将工作于更高频率,短距离内的路径损耗将不可忽视,本文在LN部分阴影衰落模型基础上增加对数距离路径损耗模型,提出一种适用于无线体域网大尺度衰落的PLN模型。(2)利用Rician模型的概率密度函数(PDF)、概率密度替换公式、函数变量替换公式以及累计概率密度函数(CDF)公式,推导RIM模型和PLN模型的一阶统计特性PDF和CDF的闭环表达式,然后利用电平通过率(LCR)和平均衰落时间(AFD)的定义,推导RIM模型和PIN模型的二阶统计特性LCR和AFD的闭环表达式。(3)本文利用正弦曲线求和法(SOS)分别建立RIM模型、LN模型和PLN模型的仿真模型,并在不同参数条件下利用matlab对比三种仿真模型的仿真统计特性和模型的理论统计特性,验证了三个仿真模型的有效性和正确性。(4)本文分别利用最大似然估计法、矩估计法和参数分离法对RIM模型进行参数估计,并使用K-S拟合优度检验算法对比三种参数估计方法的估计精准度,选出精准度较高的方法。利用最大似然估计法和矩估计法对PLN模型进行参数估计。提出一种新的矩估计法和参数分离法相结合的矩-参数分离法对LN模型进行参数估计。实现了RIM模型、PLN模型和LN模型的参数估计。(5)利用矢量网络分析仪测量室内无线体域网信道工作于28GHz情况下的S21参数,并将数据通过滑动窗口法分离为小尺度衰落数据和大尺度衰落数据,从大尺度衰落数据中分离出部分阴影衰落数据。然后,利用相应数据计算RIA模型、PLN模型和LN模型的统计参数。最后,对比实测数据统计特性、三个模型的理论和仿真统计特性,证明RIM模型、PLN模型和LN模型应用于室内无线体域网的正确性,并将RIM和PLN模型与同类模型做理论实验对比,验证了RIM和PLN模型是更适用于室内无线体域网小尺度衰落和大尺度衰落的模型。
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN92;O212.1
【图文】：

示意图,多径环境,示意图,小尺度衰落

小尺度垶落逡逑ｌｏｇ（ｄ）逡逑图２．邋１路径损耗、阴影衰落和小尺度衰落之间的关系逡逑２．２．１小尺度衰落逡逑通常，在发射器和接收器之间存在大量的物体，其通过反射和散射发射信号而逡逑产生多个传播路径。发送的信号沿多条路径到达接收机，如图２．２所示。逡逑ｖ？逦Ａ逡逑了逡逑Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ邋＼逦＾逡逑＼＾逡逑逦广—＇逦Ｒｅｃｅｉｖｅｒ逡逑￣＾逡逑图２．邋２多径环境示意图逡逑这些路径具有不同的衰减特性，并为信号附加了不同的相移。多路径分量以相逡逑长或抵消的方式在接收端叠加。换句话说，联合信道响应由发送信号的多个复制品逡逑组成，并且接收器在某一时刻看到的有效信道由多径分量如何相加来确定。由于相逡逑长或相消的加法对由波长尺度移动引起的小相移敏感，因此发射器或反射物体的逡逑１０逡逑

示意图,小尺度衰落,路径损耗,阴影

２．２．１小尺度衰落逡逑通常，在发射器和接收器之间存在大量的物体，其通过反射和散射发射信号而逡逑产生多个传播路径。发送的信号沿多条路径到达接收机，如图２．２所示。逡逑ｖ？逦Ａ逡逑了逡逑Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ邋＼逦＾逡逑＼＾逡逑逦广—＇逦Ｒｅｃｅｉｖｅｒ逡逑￣＾逡逑图２．邋２多径环境示意图逡逑这些路径具有不同的衰减特性，并为信号附加了不同的相移。多路径分量以相逡逑长或抵消的方式在接收端叠加。换句话说，联合信道响应由发送信号的多个复制品逡逑组成，并且接收器在某一时刻看到的有效信道由多径分量如何相加来确定。由于相逡逑长或相消的加法对由波长尺度移动引起的小相移敏感，因此发射器或反射物体的逡逑１０逡逑

模型图,模型,多径衰落,小尺度衰落

Ｕ）第一类零阶修正的贝塞尔函数，多径衰落因子办取值范围为［０，１］，通过调节其逡逑值可以灵活的描述弱散射环境信道的小尺度衰落。逡逑为了验证及，模型相较于见ｄ训模型的灵活性优势，如图２．３所示，固定逡逑模型的和Ｐ邋＝邋Ｇ＿２，通过改变多径衰落因子＃来观察模型概率密度函数的变逡逑化，并与参数＆邋＝邋0．１和户＝Ｇ－２的见ｃ／训模型进行比较。逡逑１４逡逑

【参考文献】