时间反演的空时聚焦特性研究及其在无线通信中的应用

发布时间：2017-04-07 23:08

  本文关键词：时间反演的空时聚焦特性研究及其在无线通信中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：时间反演(Time Reversal,TR)技术具有空时聚焦的特性。它首先应用于声学领域,作为水下通信的一种技术,近年来又被引入无线通信领域。利用FDTD电磁算法,建立多径复杂环境模型,可以明显的看出时间反演的空时聚焦性。由于空时聚焦特性,时间反演技术可以方便的应用到超宽带(ultra-wideband,UWB)无线通信系统中,在多天线的配合下,不仅可以获得非常高的阵列增益,提高信噪比,抑制用户间干扰,简化接收机的设计,还可以实现有效的保密通信。本文还将时间反演的概念进行扩展,理解成一种空时滤波的方法,提出了时间反演多天线OFDM方案。本文的主要工作如下:(1)利用FDTD电磁仿真算法,建立模型验证了时间反演的空时聚焦性,发现了时间反演的空时聚焦性和环境的复杂度息息相关。环境越复杂,空时聚焦性越明显。同时天线的个数越多,时间反演的空时聚焦性也会越明显。(2)利用上面原理,提出了时间反演多天线UWB系统。利用时间反演的特性,简化了RAKE接收机的结构,提出了一路相关接收机。在环境足够复杂的情况下,性能可以逼近理想接收机。然后研究了其系统的保密性能,并且首次提出了自干扰模式下的保密通信。最后分析了时间反演下的多用户通信,证明时间反演可以有效的抑制用户间干扰,提高发送速率。(3)在多天线OFDM系统下,将实空时码和时间反演结合,利用时间反演滤波器所产生的特殊等效信道,解决了实空时码不能采用高阶调制的问题。当天线个数大于2根时,依旧可以满速率发送。仿真表明,本方案虽然损失了一定的性能,但是可以获得更高的传输速率。
【关键词】：时间反演 保密通信 空时聚焦 多天线 超宽带无线通信 空时码
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN92
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-11
• 1.1 研究背景概述8-9
• 1.2 时间反演技术概述9-10
• 1.3 论文内容安排10-11
• 第二章 时间反演基本理论和概念11-19
• 2.1 波动方程的时间反演解11-13
• 2.2 时间反演腔问题13-18
• 2.2.1 声学中的时间反演腔问题13-16
• 2.2.2 电磁场中的时间反演腔问题16-17
• 2.2.3 时间反演镜17-18
• 2.3 本章小结18-19
• 第三章 时间反演空时聚焦的电磁仿真验证19-41
• 3.1 时域有限差分算法介绍19-27
• 3.1.1 三维问题的FDTD更新方程19-24
• 3.1.2 数值稳定性和色散24
• 3.1.3 数值算例24-27
• 3.2 空时聚焦性27-35
• 3.2.1 单天线下的空时聚焦性27-31
• 3.2.2 多天线下的空时聚焦性31-35
• 3.3 对数据的后处理分析35-40
• 3.3.1 Clean算法介绍35-36
• 3.3.2 获得模板信号36-38
• 3.3.3 提取时间反演后的等效信道38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 时间反演在UWB系统中的应用41-65
• 4.1 UWB信道模型41-46
• 4.1.1 S-V信道模型41-44
• 4.1.2 IEEE 802.15.3a UWB信道模型44-46
• 4.2 时间反演多天线UWB系统分析46-52
• 4.2.1 时间反演导致的阵列增益分析47-50
• 4.2.2 本系统的空时聚焦能力分析50-52
• 4.3 时间反演下的对应接收机设计52-56
• 4.3.1 RAKE接收机原理53-55
• 4.3.2 时间反演下的一路相关接收方式55-56
• 4.4 保密性能分析56-60
• 4.4.1 直接利用空间聚焦性保密通信56-58
• 4.4.2 对保密通信的改进-自干扰模式58-60
• 4.5 时间反演下的多用户通信60-64
• 4.5.1 系统模型60-62
• 4.5.2 仿真分析62-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第五章 时间反演在多天线OFDM系统下的应用65-78
• 5.1 OFDM概述66-67
• 5.1.1 OFDM基本原理66-67
• 5.1.2 OFDM的实现67
• 5.2 空时块码编码概述67-72
• 5.2.1 实空时块码70-71
• 5.2.2 复空时块码71-72
• 5.3 时间反演多天线OFDM系统72-77
• 5.3.1 发送端设计73-74
• 5.3.2 保护间隔的加入和去除方法及其对频域信道系数的影响74-75
• 5.3.3 接收端设计75-76
• 5.3.4 仿真分析76-77
• 5.4 本章小结77-78
• 第六章 总结与展望78-80
• 6.1 本文工作总结78-79
• 6.2 工作展望79-80
• 参考文献80-83
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文83-84
• 致谢84

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1 郭权和;;用非线性折射产生时间反演的波前[J];激光与光电子学进展;1978年05期

2 丁帅;王秉中;葛广顶;王多;赵德双;;基于时间透镜原理实现微波信号时间反演[J];物理学报;2012年06期

3 章志敏;;时间反演操作的表示方法及其等效表达[J];宁夏大学学报(自然科学版);2013年02期

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本文编号：291520