2.2　测量设置

通常有两种方法来测量无线通信中的信道响应：一种是基于时间相关器，另一种是基于频率扫描。在我们的工作中，基于矢量网络分析仪（VNA）采用了后一种方法。图2.1显示了本章采用的超宽带通信测量设置。在这个设置中，接收器（Rx）被安装在人体的特定位置，发射器（Tx）天线安装在无人机上，无人机悬停在一个固定的高度，并与人体保持不同的距离。接收器和发射器天线分别连接在矢量网络分析仪的端口1和端口2。矢量网络分析仪的发射功率保持在-40 dB，这样它就符合2.1节中提到的联邦通信委员会与人体相关的规定。本底噪声与带宽的关系如下：

式中， k 是玻尔兹曼常数， T 是接收器的温度（K）， B 是所考虑的带宽，NF是接收器的噪声系数。在我们的测量设置中，带宽为7.5 GHz，-40dB的发射功率被认为是人体可承受的。

给矢量网络分析仪设定从3.1～10.6GHz的频率扫描，在频域上有1601个均匀分布的点。然后通过双端口校准机制对矢量网络分析仪进行校准，以消除测量中的电缆影响。测量数据（即S12参数）将代表频域中的通道传输函数。这样获得的S12参数由笔记本计算机上基于Python和MATLAB的脚本来处理。通过采取快速傅里叶反变换（IFFT），还将进行各种时域分析，如均方根（RMS）时间和最大超时时间。

本次测量活动中使用的设备及其规格见表2.1。

超宽带天线（Octane BW-3000-10000-EG）是一个全向的宽带天线，在3GHz、6GHz和9GHz有5.5 dBi、8.2 dBi和6.3 dBi的增益。这种小型（2oz ）天线的尺寸较小，尺寸为4.5in×4.25in×0.4in ，电压驻波比小于2:1。在这次测量活动中使用的“IRIS+四轴飞行器”有一个用于通信的“3DR链接”，最大速度为25 mph ² 。图2.2为测量中使用的超宽带天线和IRIS+四轴飞行器。

在视线情况下，用于测量的超宽带天线被放置在九个不同的身体位置；在非视线情况下，天线被放置在四个身体位置；天线被放置在不同姿势下的两个身体位置（额头和腹部）。这些不同环境下的不同身体位置可以从图2.3中直观地看到。在非视线情况下只使用四个身体位置的原因是，在视线测量活动中，我们观察到，由于身体对称性，左臂/左胫的测量结果与右臂/右胫的测量结果相近。因此，对于非视线测量，为了节省时间和精力，我们只考虑了四个传感器的位置（见图2.3b）。

如前所述，发射器天线放置在空中既定高度的无人机上，接收器天线贴在人体上；因此，通过人体（接收器）移动0.5m来改变发射器和接收器之间的距离，以覆盖地面上的10个点，这相当于接收器与无人机对角线的距离由8.0m变为3.5m。图2.4为草图，标注了人体（接收器）离无人机最远和最近时的点和对角线距离。

在每个距离点，超宽带天线被放置在不同的身体位置，总共记录了10张S12数据的快照，随后进行了平均，以减少误差的概率。S12数据包括幅值（dB）和相位（°）的频率响应。对于每个频率响应，在平均后确定传递函数，然后取传递函数的IFFT来获得信道的时域特性。视线和非视线的测量是在室内（仓库）和室外环境中进行的。

图2.5显示了该活动的实际室内和室外测量环境。此外，在三种不同姿势（站立、睡眠、坐着和弯腰）的情况下，在测试两个关键静态身体位置（额头和腹部）时，携带测量贴片的两人保持6m的固定距离。

在2.3节中，我们将对测量活动中收集的S12数据进行深入分析，并对这种无人机到可穿戴设备系统的超宽带信道衰减和时间分散特性进行表征。