摘要
无线体域网（WBAN，Wireless Body Area Network）是一可持续监测和记录人体健康信息的无线通信技术,其不仅可以广泛应用于医疗保健领域，而且在日常生活、消费、娱乐和体育等领域中都具有广阔的应用前景，并且这些应用大多数发生在室内场景。由于无线信道传播特性是设计通信系统的关键，为此开展室内WBAN场景的无线信道传播特性的研究具有重要的意义。目前，国内外对于低频段（Sub-6GHz）WBAN场景中无线信道传播特性的研究颇多，而高频段无线信道传播特性的研究鲜少。然而，随着未来海量设备的接入及终端用户对服务质量和即时通信需求的不断增加，低频段频谱资源将越来越短缺，这将使得发掘和利用高频段频谱资源成为必然。为此，本论文在不同的室内场景中开展了10GHz频段WBAN无线信道测量实验，获得了大量测量数据，基于测量数据对室内WBAN无线信道的传播特性进行了研究，主要贡献包括： （1）针对办公室场景中身体角度对WBAN无线信道传播特性的影响，在该场景下对信道特性进行了测量与研究。在室内办公室WBAN环境中搭建了信道测量系统，对中心频率为10GHz的具有身体角度变化的场景开展了信道测量活动，获得大量的信道测量数据。基于测量数据，给出了路径损耗、阴影效应与均方根时延扩展的统计特性，并针对接收端身体角度变化的情况，提出了一种具有身体角度影响的路径损耗模型，该模型利用身体角度因子修正身体角度变化引入的路径损耗。研究结果表明：路径损耗指数与身体角度呈二次函数关系，由身体角度引起的路径损耗（PBA，Path Loss in Body Angle）与身体角度之间的关系可以用带有系数的三角函数表示，且此系数与收发端之间的距离呈单调递减的指数函数关系。此外，通过对另一个大空间室内办公室环境进行测量，验证了所提模型在不同的室内环境下仍然具有适用性。 （2）针对办公室场景中天线在人体不同高度对WBAN无线信道传播特性的影响，在该场景下对信道特性进行了测量与研究。在室内办公室WBAN环境中搭建了信道测量系统，对中心频率为10GHz的具有天线高度变化的场景开展了信道测量活动，获得大量的信道测量数据。基于测量数据，给出了大尺度衰落的统计特性，并针对发送端天线高度变化的情况，提出了一种具有高度影响的路径损耗模型，该模型利用高度因子来修正天线高度变化引入的路径损耗。研究结果表明：路径损耗指数与接收端天线高度呈二次函数关系，由接收端天线高度引起的路径损耗（PLH，Path Loss in Antenna Height）与天线高度之间的关系可以用带有系数的二次函数来表示。 （3）针对医院病房和走廊场景中天线角度对WBAN无线信道传播特性的影响，在该场景下对信道特性进行了测量与研究。模拟医院病房和走廊WBAN环境搭建了信道测量系统，在中心频率为10GHz的频段下对具有天线角度变化的场景开展了信道测量活动，获得大量的信道测量数据。基于医院病房和走廊场景中的测量数据，提出了一种新的具有接收天线角度因子（AAF，Antenna Angle Factor）的统计路径损耗模型，其中AAF用于描述可穿戴或手持设备角度变化对引入的路径损耗。研究结果表明：AAF与天线角度可以用带有系数的三角函数表示。此外，还给出了两种场景下均方根（RMS，Root Mean Square）时延扩展的统计特性，并提出了一种新的RMS延迟扩展估计模型。在该模型中，RMS延迟扩展为路径损耗的线性函数，并且通过引入正态随机变量来表征测量的RMS延迟扩展与线性函数的偏差。最后，通过在不同的医院环境中对测量值与模拟值进行仿真，验证了所提模型的有效性及适用性。
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