超寬帶信號傳播特性的時域UTD方法研究.pdf

1、本文對超寬帶(UWB)脈沖信號傳播特性的時域一致幾何繞射理論(UTD)進(jìn)行了研究。借鑒窄帶無線電波傳播的頻域理論，提出了一種新的用于計算多重繞射的時域方法，并將其運用到城市環(huán)境中脈沖信號傳播特性的研究，最后采用基于物理意義的信道模型，對脈沖信號在傳播過程中產(chǎn)生的波形失真對系統(tǒng)性能的影響進(jìn)行了研究和分析。
　　 首先，對用于時域射線跟蹤法中的時域幾何光學(xué)理論(TD-GO)和時域一致幾何繞射理論(TD-UTD)進(jìn)行了系統(tǒng)性的介紹。著

2、重對TD-UTD理論進(jìn)行了分析，包括不同形狀障礙物模型的時域繞射系數(shù)(如：吸收半平面，理想導(dǎo)體半平面、有限電導(dǎo)率直劈以及圓柱等)。在已有頻域結(jié)果的基礎(chǔ)上采用拉普拉斯逆變換推導(dǎo)出了二次劈繞射的TD-UTD系數(shù)，并與采用快速傅里葉逆變換的頻域方法進(jìn)行了比較，從而驗證了所推導(dǎo)出的時域方法的正確性。
　　 然后，本文對時域內(nèi)UWB信號的多重繞射進(jìn)行了研究?；陬l域的UTD-PO(物理繞射)理論，并對其做了一定的改進(jìn)使之適用范圍更廣，然后

3、通過頻域到時域的轉(zhuǎn)換推導(dǎo)出了一種新的計算多重繞射的TD UTD-PO方法。分別就平面波源和球面波源兩種情況，對有限電導(dǎo)率直劈的時域多重繞射模型進(jìn)行了分析，推導(dǎo)出了相應(yīng)的時域公式。進(jìn)一步分析了由不同形狀障礙物組成的混合障礙物模型的多重繞射計算，并將計算結(jié)果與采用嚴(yán)格時域解析方法進(jìn)行了比較，兩者吻合得很好，從而驗證了所提出方法的正確性。研究結(jié)果表明，使用混合障礙物模型能得到更加準(zhǔn)確和實際的結(jié)果，而且本文所提出的時域方法在計算多重繞射時無需加

4、入時域高階繞射場的計算，因而大大降低了計算量和復(fù)雜度，從而提供了一種更加簡單和快速的方法來計算脈沖信號的多重繞射。
　　 然后，由于UW在無線傳感器方面的應(yīng)用，激發(fā)了我們對于UWB脈沖信號在城市環(huán)境中的傳播特性的研究。我們將前面章節(jié)所研究的TD UTD-PO方法運用到城市環(huán)境中脈沖信號的傳播特性的預(yù)測研究和分析中，并就兩種典型的城市環(huán)境電波傳播模型分別進(jìn)行了研究和分析，推導(dǎo)出了相應(yīng)的信道沖擊響應(yīng)的公式，并通過與其他方法的比較驗證

5、了結(jié)果的正確性。
　　 最后，雖然近年來有很多的文章研究由于頻率選擇性而引起的UWB信號波形失真，但都沒有將波形失真對UWB系統(tǒng)性能的影響程度進(jìn)行具體的分析，所以有必要進(jìn)一步具體量化波形失真對UWB系統(tǒng)性能的影響，對于理解UWB通信系統(tǒng)的本質(zhì)具有重要的指導(dǎo)作用。本文采用基于物理意義的信道模型，具體分析了波形失真對基帶UWB通信系統(tǒng)的誤碼率以及定時誤差的影響，從而將電磁場理論與通信理論聯(lián)系起來。研究結(jié)果表明脈沖波形失真大大降低了系