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待进一步研究。
脉冲无线通信作为 UWB通信技术里面的一个重要研究内容，其信道特性与传统的窄带/宽带信道具有许多显著的差别，使得脉冲信道的特性也有许多特殊之处。研究脉冲无线传播信道的特性，建立相应的信道模型(包括路径损耗模型和多径传播模型)，应用该模型仿真和评估脉冲无线通信系统的性能，对于脉冲无线通信技术的发展至关重要。本文对脉冲无线通信信道特性的研究进行综述,对脉冲无线信道建模的结果展开分析和讨论，并对脉冲无线信道建模的研究进行展望，指出一些值得关注的研究内容。 4.1脉冲无线通信技术的背景
作为UWB通信技术的一个重要内容，脉冲无线通信技术是指使用窄脉冲而非连续波来传输信息这种窄脉冲在时域持续时间非常短，一般小于1ns 。它可以是无调制的脉冲信号，也可以脉冲信 号通过载波调制到某个特定频段。通过傅里叶变换，可以发现脉冲信号在频域占用非常宽的连续带宽。前苏联曾建立“ 越宽带” 信号的一个定义，即所有的射频信号，根据其低端频率fl与高端频率fh，都有一个对应的频带宽度索引或相对带宽?b：
2(fh?fl) （ 5 ）
fh?fl在IEEE文献里没有对UWB的一般定义。美国国防部先进研究计划机构( D A R P
?b?A) 将UWB定义为其瞬时带宽大于其中心频率 2 5 ％的电磁波。2002年美国联邦通信委员会( F C C ) 给出了适用于U WB无线通信技术的频率掩模( Frequency mask)，在 3.1—10.6G H z 范围内，信号最大功率谱密度为：41.25 d B m／MHz 。后来 FCC对UWB技术给出新的定义，要求其绝对带宽大于500MHz ，相对带宽大于2 0 ％ 。随后日本、新加坡、欧盟先后制定了应用于U WB无线通信技术的频率掩模，以供研究人员对U WB无线通信技术进行研究。脉冲无线通信技术所使用的信号频段也要遵循政府颁布的无线电频率规则，目前所采用的脉冲信号波形一般都根据FCC和其他频率掩模的要求来设计。 4.2脉冲无线信道特性 4.2.1 描述脉冲信道的参数
描述脉冲无线信道统计特性的信道参量非常丰富。除了描述窄带信道的一些统计参量之外，比较典型的还有：多径分量簇在时延轴上的分布规律，以及出现簇的统计规律； 簇到达率(?) ，簇内多径分量到达率(?) ，簇衰减因子(?) ， 簇内多径分量衰减因子(?) ；在非视距( N L O S )环境下接收波形包络峰值的分布规律，相邻多径分量间的随机时间间隔分布，平均超出时延(?m) ，均方根时延扩展(?rms) ，信
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道的最大时延扩展(?max)。相邻时延间隔中多径分量的时间相关性和空间相关性；多径分量数(NPB内多径到达数) ，多径分量幅度统计10dB，定义为峰值多径到达的 10d 规律；功率延迟分布( P D P ) ，功率一路径损耗分布，等等。对这些信道特性的统计参量进行分类，可以大致划分为：
( 1 )簇统计量。如簇到达率，簇内多径分量到达率，簇衰减因子，簇内多径分量衰减因子；
( 2 )时延统计量。如平均超出时延，均方根时延扩展，信道最大时延扩展； ( 3 )多径分量统计量。如多径分量数，多径分量幅度增益，相邻时延间隔中多径分量的时间相关性和空间相关性，功率延迟分布；
( 4 )大范围统计量。如功率一路径损耗关系，电平交错率。
由于脉冲信道的统计特性非常多，因此目前任何一个统计的或者确定性的信道模型都无法全面地反映这些统计参量。鉴于此，IEEE 802.15.3a信道建模小组委员会最终报告中对 UWB室内多径信道模型中需要建模的主要特征为平均超出时延、均方根时延扩展、多径分量数、以及功率延迟分布，并对4个不同的典型环境给出了一些推荐参数。
对研究脉冲信道特性特别重要的参数，主要有成簇现象和簇特性的统计规律，在可分辨时延间隔内多径分量的幅度统计特性，多径分量的时延分布特性，信道参数的频率依赖特性，以及脉冲信号在信道传播过程中的波形失真特性及其描述等。下面对这些主要的信道参数进行详细分析。 4.2.2脉冲信道的成簇现象和成簇特性分析
在许多研究者得到的脉冲无线信道的测量结果中，均存在明显的成簇现象。通常脉冲信道中的成簇现象是指在信道的功率时延谱上出现明显的峰。S a l e h和V a l e n z u e l a在对宽带系统 ( 带宽为200MH z )的研究中，根据对信道测量数据的分析，提出了考虑簇现象的信道模型。该模型假设来波的各个到达时间间隔是一个 P o i s s o n过程，建立了在时延方向多径分量分批到达的时域离散型信道模型，首次说明了宽带系统中多径分量在到达接收机时存在簇现象H a s h i m i 也对成簇现象给与了解释 。他通过对实验数据的分析， 提出了描述宽带信道成簇现象的△ 一 K 模型。S p e n c e r等在此基础上提出了宽带系统在角域方向也存在簇现象。IEEE 802.15.3官方机构公布了“ 信道建模小组委员会最终报告”提出了一个考虑了 UWB脉冲信道成簇现象的推荐使用的 U WB信道模型。
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现在对脉冲信道的成簇现象已经有统一的认识， 即簇现象是由于传播环境中某些主要散射体对脉冲信号产生影响的结果，它与特定的传播环境密切相关。目前对成簇特性的分析，存在两种不同的处理方法。其一是完全随机的方法，即使用服从某个概率密度函数的随机变量对簇的特性进行统计描述。这种方法便于脉冲信道的统计建模， 但对簇的特性刻画的深度和精度都存在问题。其二是完全确定的处理方法，它主要考虑簇的出现与传播环境之间存在紧密的关系，借用射线追踪的原理来确定簇的位置，然后引入统计描述方法对其进行刻画。有的文献认为脉冲信道中出现簇是由其固有的特性、 密集多径和高时延分辨率引起的。脉冲信道常常被称作密集多径信道，是指在该信道中，可分辨多径分量的数 目远比以往的窄带或宽带信道多。其原因在于，脉冲无线通信系统中发送信号的带宽覆盖几个 G H z的频率，相应地，脉冲信号的持续时间( 以占脉冲能量 1 0 ％的上升沿到占脉冲能量10％的下降沿为计算区间) 小于 1n s 。在时延轴上 1n s 的时延间隔相当于0.3in的光程，在这样短的光程内，脉冲信号发生重叠的概率非常低。如果有多个脉冲落入同一个时延间隔， 此时可以将这些多径分量视作同相分量，就会发生能量叠加，从而在时延轴上表现为成簇现象。但是正如在实验测量中发现，簇的个数一般较少，在概率意义上表现为发生多个脉冲落在同一个时延间隔这种事件的概率比较低。能够发生叠加作用的脉冲时延几乎是相同的， 这就要求它们来源于同一个散射体， 因为这样才能使时延相同的概率最高。这样对多径分量的传播轨迹进行建模时，需要使用具有局部偏好概率密度分布的随机变量。因此可以得出结论，脉冲信道中的簇是由于某些对多径分量有突出贡献的散射体造成的。这种从概率机制的角度来解释脉冲信道中的成簇现象，是一种后验的成簇解释，不需要先验地引入簇的统计特性。由于脉冲信道对环境敏感性比窄带信道更为明显，因此这种与特定传播环境有关的概率机制解释更为符合脉冲信号的传播特点。 4.2.3 脉冲信道多径分量的幅度统计特性
脉冲信道中的随机现象远比以前的窄带/宽带系统来得多，典型的随机现象有： 复杂的多径分量幅度统计规律；射线簇在时延轴上的分布规律 ，以及出现簇的统计规律； 在 N L O S环境下接收波形包络峰值的分布规律；相邻多径分量之间随机时间间隔的分布；使用选择型 R a k e接收机时如何安排随机抽头，以便有效接收信号能量；使用随机化算法降低信道同步和信道估计中的复杂度，等等。由于这些新的随机现象在脉冲信道领域的作用越来越突出，所以必须尝试使用新的研究方法。
传统上一般使用 R a y l e i g h分布或 R i c e分布来描述单个多径分量幅度的统计特性，前提是每个分量可以视为多个同时到达的多个路径分量的合成；在进行统计分析时，一般要求样本数目要大于 1 0，否则所进行的统计分析不具有任何统计意义。但是在脉冲信道中，可分辨的不同多径分量到达的时间之差可短至纳秒级，在
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时延轴上1ns的时延间隔相当于0.3I n的光程。在这样短的光程内，脉冲信号发生重叠的概率非常低，仅有少数时延间隔内会有多条多径分量发生叠加，在某些时延间隔会没有多径分量。随着带宽增加，脉冲信道可分辨的时延区间变小。越小的时延区间， 多径分量同时到达的概率越小。因此时延分辨率越高的信号，在信道中的多径分量也越多。在典型的室内环境中，每个多径分量包含的路径数目非常少，这显然不符合 R a y l e i g h分布或 R i c e分布的假定 。因此使用传统的描述多径分量幅度统计特性的方法已经不再适用,可以使用对数正态分布来建模多径分量的幅度统计特性。如果从信息论的角度来研究，UWB 脉冲信道中多径分量幅度统计特性仍然服从Ray-leigh分布或 Rice分布。这种处理方法能否适用于脉冲无线信道还有待今后进一步的研究。 4.2.4 脉冲信道参数的频率依赖特性
超宽带脉冲信号覆盖数个GHz频率范围( F C规定的频率范围为3.1-10.6 GHz ) ， 使得它在传播过程中所经历的频率选择性衰落要比一般窄带信号远为严重，从而在脉冲无线信道特性中出现复杂的频率依赖行为。这种频率依赖关系具体表现在许多方面， 例如超宽带天线辐射模式具有明显的频率依赖特性；反射系数、绕射系数、透射系数， 以及路径损耗指数等均与频率密切相关；信道冲激响应的抽头系数和相位延迟参数也与相应信号的频谱带宽有关。目前的研究结果表明，脉冲无线电信号波形的畸变，本质上是由在频谱宽度??范围内信道传递 函数的频率特性不均匀造成的。为了简化对问题的分析，可认为由于反射作用的影响引起脉冲信号波形的失真非常小，因此只研究绕射作用引起的 UWB脉冲信号波形的失真问题但事实上同任何脉冲天线都会对脉冲信号发生失真一样，脉冲电磁波与散射体之间发生的反射作用同样会引起波形失真， 因为反射系数在非常宽的频带范围内时具有明显的频率依赖特性。可对UWB脉冲信号在频域的频率色散关系，即脉冲信号在传播过程中的频率敏感性特点展开研究。分析在线性群迟延响应条件下高斯二阶导数型脉冲信号经历幅频失真后的脉冲波形。
针对UWB脉冲信道的特殊性，可认为脉冲信道中的每一个多径分量，由于脉冲信号在发生反射 、折射或绕射时，其各个频率分量所经历的损耗情况不一样，使得不同的传播路径有着不同的冲激响应。由于存在于脉冲信道中的这种频率依赖特性，使得建模脉冲信道与建模宽带信道具有明显的区别，需要在信道模型中考虑进脉冲信道特性的频率依赖关系。信道特性的频率依赖关系主要由两个原因决定。其一是与相应的多径分量所经过的物理传播路径密切相关，因此为了在信道模型中描述这种频率关系， 必须对与每个多径分量在信道中所经历的传播路径进行有效建模。 4.2.5 脉冲波形在信道传播过程中的失真特性
分析U WB脉冲信号可以从分析该信号的瞬态电磁场来进行。目前分析瞬态电磁场
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