Mặc dù không thể đưa ra một chuẩn vật lý thống nhất dành cho các hệ thống UWB tốc độ cao, nhóm xây dựng chuẩn IEEE 802.15.3a vẫn đạt được những thành tựu nhất định. Nổi bật trong số đó là việc đưa ra một mô hình kênh vô tuyến đa đường (dựa trên mô hình kênh nổi tiếng của Saleh-Valenzuela) cho các điều kiện môi trường khác nhau. Dựa trên kết quả này, tiểu ban mô hình kênh thuộc nhóm IEEE 802.15.4a đã phát triển thêm, kèm theo những chỉnh sửa thích hợp, để rút ra một mô hình kênh vật lý đa đường dành cho các ứng dụng tốc độ thấp [40].
Tương tự như với mô hình kênh Saleh-Valenzuela (và IEEE 802.15.3a), kênh vô tuyến đa đường IEEE 802.15.4a có đặc điểm: các tia đến máy thu thành từng cụm với giả thiết fading giữa từng cụm tia cũng như giữa các tia trong mỗi cụm là độc lập với nhau. Nhiệm vụ của tiểu ban mô hình kênh IEEE 802.15.4a là mô hình hóa sự suy giảm biên độ và phân tán trễ của tín hiệu đến máy thu, gây ra bởi những vật cản trên đường truyền giữa các thiết bị thu-phát và tổn hao kênh truyền (large-scale fading). Sự phân tán trễ được thể hiện qua hàm trễ công suất và các đặc tính thống kê của small-scale fading, từ đó rút ra các tham số còn lại của kênh truyền như trải trễ hiệu dụng hay số tuyến đa đường (chứa x% năng lượng),... Đặc điểm của kênh IEEE 802.15.4a là các phép đo đạc chủ yếu tập trung vào những đặc tính thống kê củasmall-scale fading, bỏ qua ảnh hưởng từ anten phát và thu. Suy hao biên độ theo đường truyền tuân theo luật d−n và phụ thuộc vào tần số. Ngoài ra, mô hình kênh IEEE 802.15.4a còn có một số thay đổi so với mô hình do Saleh và Valenzuela phát triển [40]. Cụ thể:
• Phân phối Poisson kết hợp cho thời gian đến của các tia trong cụm tia: khác với mô hình Saleh-Valenzuela cổ điển chỉ sử dụng một tiến trình Poisson riêng lẻ, mô hình kênh IEEE 802.15.4a mô tả thời gian đến của các tia trong mỗi cụm thông qua hai tiến trình Poisson kết hợp:
p(τk,l|τ(k−1),l) = βλ1exp[−λ1(τk,l−τ(k−1),l)]+(β−1)λ2exp[−λ2(τk,l−τ(k−1),l)], k >0
(1.18) trong đó, β là xác suất kết hợp, λ1 và λ2 là tốc độ đến của tia. Với điều chỉnh
này, mô hình mới có thể được áp dụng cho nhiều môi trường khác nhau (không nhất thiết phải là môi trường trong nhà như mô hình Saleh-Valenzuela) bằng cách thay đổi tham số xác suất kết hợpβ.
• Hằng số suy hao theo thời gian bên trong mỗi cụm tia phụ thuộc vào trễ: tốc độ suy hao bên trong một cụm tia tỉ lệ tuyến tính với thời gian đến của cụm tia đó,γl∝kγTl+γ0, trong đó kγ mô tả sự gia tăng của hằng số suy hao theo trễ.
• Một vài môi trường NLOS (Non Light-of-Sight) có hàm trễ công suất ban đầu tăng rồi sau đó giảm.
• Small-scale fading theo phân phối Nakagami với các hệ sốm khác nhau cho các thành phần khác nhau.
• Block fading: kênh giữ nguyên không đổi trong khoảng thời gian một burst dữ liệu (do UWB sử dụng các xung có độ rộng rất hẹp trong miền thời gian). Mô hình kênh IEEE 802.15.4a tổng quát được mô tả thông qua bộ tham số sau:
• P L0 suy hao đường truyền ở khoảng cách 1m
• n hệ số mũ suy hao đường truyền
• σS độ lệch chuẩn của hiệu ứng che chắn
• Aant suy hao của anten
• κ độ phụ thuộc tần số của suy hao đường truyền
• L¯ số cụm tia trung bình
• Λ tốc độ đến của các cụm tia
• λ1, λ2, β tốc độ đến của các tia
• Γ hằng số suy hao theo thời gian của các cụm tia
• kγ, γ0 hằng số suy hao theo thời gian bên trong cụm tia
• m0, km giá trị trung bình của hệ số Nakagami-m
• mˆ0,kˆm giá trị phương sai của hệ số Nakagami-m
• m˜0 hệ số Nakagami-m cho các thành phần mạnh
• γrise, γ1, χ tham số cho các dạng hàm trễ công suất PDP khác
Bảng 1.1 thể hiện giá trị của các tham số dành cho từng mô hình kênh IEEE 802.15.4a trong các điều kiện khác nhau, với các kênh CM1, CM3, CM5, CM7 dành cho môi trường có đường truyền thẳng (LOS - Light-of-Sight) và CM2, CM4, CM6, CM8 cho môi trường không có đường truyền thẳng (NLOS - Non-Light-of-Sight) [40]. Quá trình phát triển cũng như mô phỏng để kiểm chứng khả năng hoạt động của các thuật toán máy thu được trình bày trong luận án sử dụng mô hình kênh IEEE 802.15.4a CM1 trong Bảng 1.1 trên.