时间反演在无线携能通信系统的应用研究

发布时间：2020-05-27 17:06

【摘要】：随着无线电子产品爆发式的增长,通信速率占用和能耗的问题越显突出。同时信息和能量传输的无线携能通信(SWIPT:Simultaneous Wireless Information and Power Transfer)技术成为新的研究热点。在当前的SWIPT研究中,主要是确定速率与能量之间的最优权衡关系,而如何确保同时提高能量传输效率和信号传输效率是无线携能通信技术亟待解决的问题。本文基于时间反演(TR:Time Reversal)技术的基本理论和时空聚焦特性,针对上述问题提出了相应的解决方案,主要的工作成果如下:(1)针对微波输能过程中传输效率低、辐射污染以及无线信息传输过程中多径干扰等问题,本文利用TR技术的时空聚焦特性,提出基于时间反演的无线携能通信系统来解决。在SWIPT系统的发射机中引入TR模块,然后对发射信号进行TR处理。理论显示,SWIPT系统的接收端在信息速率和收集能量两方面性能得到提升。并且,TR系统的信息接收机采用单抽头模式,这将降低SWIPT信息接收机的复杂度。(2)针对SWIPT系统中线性能量收集模型的能量效率不精确问题,本文提出基于二极管电路的序列凸优化(SCP:Sequential Convex Programming)算法来获取最优的频点幅度从而提高能量效率。在TR-SWIPT系统的基础上,本文对二极管电路模型的能量接收机进行理论分析,确认了发射频点幅度与直流输出电压的等式关系。本文构建了关于改变频点幅度来最大化直流输出电压的非凸优化问题,然后利用序列凸优化算法将该非凸问题转凸优化问题,并迭代寻找频点幅度的最优值。(3)针对TR系统性能与多径数相关的特点,本文提出了基于TR的SWIPT系统性能验证方案。本文通过在金属盒子中定点的信道频域测量法,获取了特定位置以及可控多径数的信道信息。然后,本文利用Matlab构建的系统模块再联合信道信息,动态改变发射信号的参数,从而便捷地分析基于不同算法的SWIPT系统性能并探究性能的影响因素。
【图文】：

时间反演,腔模

单频信号有效的相位共轭镜概念扩展到声学的宽频信号，提出了时间: Time Reversal Mirror）,本质是一组一维或者二维的声学可逆传感器[33]。对时间反演技术在声学领域进行了基础原理、实验结果和技术理论三方面在理想情况下，时间反演技术需要利用探测信号获得的所有信息才能实现焦特性，则这需要三维的时间反演腔（TRC: Time Reversal Cavity）如图腔指的是：在一个点源引起的电磁场中，取一个包围这个点源的近球表面起的电磁场，去掉点源，然后时间反演这个表面的记录信号，最终会在点样的源，这个表面就是时间反演腔。但三维的时间反演腔需要很多的传感实，Fink 提出利用惠更斯原理（体积的任何一点上的波场都可以通过场的积周围的闭合表面上的法向导数来表征）把三维场转化为二维场分析。因操作从 3-D 体积减小到 2-D 表面。并且，结合方向有限的脉冲回波模式形决 TRC 全覆盖难的问题。因为 TRM 可以对收发两端的非均匀物质进行补信号更好地携带信息，所以 TR 技术开始受到越来越多的关注。

时间反演,电磁波,超宽带

图 1-2 电磁波领域的时间反演聚焦实验[37]环境多径干扰转为有益分量，所以在电磁波领域WB: Ultra Wideband）。超宽带系统发射信号带为带宽的倒数），所以超宽带系统接收端会出现，，通常需要使用抽头数较多且计算量大的 RAKETR 空时聚焦特性来处理 UWB 的多径扩展问题，接收机的复杂度。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN92

【参考文献】