舱体环境下SDR-TR-MIMO无线通信系统建模与实现

发布时间：2020-10-10 09:16

　　 近些年,随着人类太空活动的日益频繁,空间技术的迅猛发展,航天器舱体内大量数据传输的需求愈加迫切。而传统通过有线电缆传输信息的方式占据宝贵空间、增加额外重量、加大了航天舱的设计难度和制造成本等缺点,逐渐成为航天器发展受限的重要因素之一。因此,探寻航天器内无线通信方案,替换传统数据电缆总线,并在太空舱内复杂多径信道下进行大容量、高质量数据传输是航天领域迫切需要解决的难题。MIMO-OFDM技术是当前主流的通信技术,其利用空域与频域资源进行空时编码,从而在不增加发射功率或频谱资源的情况下,有效提高通信系统的传输速率,减少误码率,增加了通信系统容量,十分适合应用于太空舱体内多节点,大容量通信。但太空舱体内电磁波传输路径复杂多变,由此导致多径时延大大增加,信道频率选择性衰弱效应明显,影响了MIMO-OFDM系统的性能。时间反演(Time Reversal)是一种电磁领域新技术,其独有的“超分辨率聚焦”、“空-时同步聚焦”等特性,能有效应用于太空舱体内复杂电磁环境,极大地压缩信道时延拓展,十分适用于太空舱体内的无线通信。将其与MIMO-OFDM技术相结合,能够显著提升通信系统容量,减少系统复杂度。本文具体研究如下:首先,回顾了空间舱体内无线研究的发展历程,指出了当前太空舱内有线通信传输体制的缺陷,提出了将TR技术结合MIMO-OFDM技术应用于太空舱内无线通信方案,并通过公式推导论证了其可行性。随后,通过仿真分析,与其它无线通信系统进行性能对比,论证了其性能优势;并研究了调制阶数,信道时延等参数对系统性能影响。最后研究了TR-MIMO-OFDM系统的信道容量。其次,根据太空舱体内丰富多径环境,提出了一种舱体环境下基于时间反演的低复杂度、高传输速度空域聚焦TR-MIMO无线通信方法,进行了理论推导和建模仿真。结果表明,其能在密集多径环境下实现良好的通信性能。最后,本文基于软件无线电平台对TR-MIMO-OFDM系统进行了模型构建,在介绍本文使用的PicoSDR平台的开发流程和平台参数的基础上,应用Simulink模块搭建了其收发通信链路模型。搭建了密闭舱体内TR-MIMO-OFDM实验平台,通过实验对比验证了TR-MIMO-OFDM系统的优势。利用软件无线电平台实现TR-MIMO-OFDM系统为走向实际应用打下基础。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN92;V443.1
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文的主要贡献与创新
    1.4 论文结构安排
第二章 TR-MIMO-OFDM无线通信基本理论
    2.1 OFDM原理与技术
        2.1.1 OFDM的调制解调
        2.1.2 循环前缀和保护间隔
        2.1.3 同步技术
        2.1.4 信道估计模块
    2.2 MIMO技术
        2.2.1 空时分组码
        2.2.2 V-BLAST编码
    2.3 时间反演原理
    2.4 本章小结
第三章 TR-MIMO-OFDM系统建模及仿真分析
    3.1 TR-MIMO-OFDM系统模型建立
    3.2 TR-MIMO-OFDM系统性能分析
        3.2.1 不同调制方法的TR-MIMO-OFDM系统误码率分析
        3.2.2 不同最大多径时延下的TR-MIMO-OFDM系统误码率分析
    3.3 TR-MIMO-OFDM系统信道容量分析
        3.3.1 收发天线数目对TR-MIMO-OFDM系统信道容量影响
        3.3.2 子载波数目对TR-MIMO-OFDM系统信道容量影响
    3.4 本章小结
第四章 TR-MIMO空间聚焦无线通信系统研究
    4.1 TR-MIMO空间聚焦无线通信系统基本原理
        4.1.1 TR-MIMO空间聚焦无线通信电磁原理分析
        4.1.2 TR-MIMO空间聚焦无线通信系统模型
    4.2 TR-MIMO空间聚焦无线通信系统性能分析
        4.2.1 TR-MIMO空间聚焦无线通信电磁仿真
        4.2.2 TR-MIMO空间聚焦系统信号传输仿真分析
        4.2.3 TR-MIMO空间聚焦无线通信判决算法研究
    4.3 本章小结
第五章 舱体环境下SDR-TR-MIMO无线通信系统实验研究
    5.1 软件无线电平台架构
    5.2 TR-MIMO-OFDM无线通信系统开发设计
        5.2.1 TR-MIMO-OFDM无线通信系统开发设计流程
        5.2.2 TR-MIMO-OFDM通信链路设计与建模
    5.3 TR-MIMO-OFDM 无线通信系统实验
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 后期展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间研究成果

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本文编号：2835015