基于3D空间多点聚焦的无线通信方法及性能研究
发布时间：2021-04-06 07:58
5G时代的到来,给无线通信系统带来了更严峻的技术挑战,但有限的频谱资源极大地限制了通信技术的发展。为此,本文从场的角度出发,提出了一种基于时间反演的三维（Three Dimensional,3D）空间多点聚焦的无线通信方法。研究了基于时间反演电磁波的“空-时聚焦”特性抵抗多径衰落,提高通信系统的可靠性。利用时间反演信号在三维空间位置格点形成的聚焦点携带信息,使得系统在保持恒定带宽的情况下,仅以增加聚焦点的数量增加单位时隙内同时并行传输的数据量。充分利用了空域资源,提高了空间频谱复用率,增大了通信容量,满足了现存通信系统多接入设备、高速率、高质量、高频谱利用率通信的需求,同时也为6G等未来无线通信提供新的技术支撑。具体研究内容如下:首先,分析了聚焦无线通信基于时间反演的空时点聚焦的可实现性,并理论验证了时间反演技术在抵抗多径时延和降低传输信号能量衰落方面所具备的优势。鉴于以上特性,本文确定了基于时间反演的3D空间多点聚焦的无线通信研究方案。通过对空间多点聚焦无线通信容量的演算,发展出了以增多聚焦点增大通信容量的新思路。其次,基于空间点聚焦无线通信技术的基本原理,结合应用场景的信道特性,设...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
智能工厂场景图
叠的,这样便减小了子载波间的相互干扰,大大提高了频谱利用率[27]。如图1-2为OFDM的通信系统框架，为减小码间干扰和数据块间干扰，需在发射机处对编码后的数据加循环前缀作为码间间隔，且码间间隔符号长度需大于信道时延扩展，在接收端进行信道均衡与补偿，并将均衡后的数据去循环前缀[28]。由于循环前缀不携带信息，从而导致系统带宽浪费。尽管OFDM技术广泛应用于认知无线电和4G网络等[29,30]，其自身也有无法克服的缺陷，如存在计算复杂度高，能耗大等问题，不适用于小功率无线通信系统，如传感器网络和万物互联网等。图1-2OFDM通信系统框架以上时域和频域信号处理技术在频谱利用率上均存在一定不足之处，为进一步研究提升无线通信性能的有效方案，学者们将研究方向转向了空间调制，以便实现对空域资源的合理利用。2008年，文献[31]提出一种新型的用于数字无线通信系统的方案，即空间调制(SpatialModulation,SM)技术，空间调制是多天线传输技术的一种新型应用形式，不同于传统的多进制数字相位调制(MultiplePhaseShiftKeying,MPSK)、多进制正交幅度调制(MultipleQuadratureAmplitude
3所示，为MIMO的空间分集技术和空间复用技术。空间分集技术通过构造多条独立通道抵抗多径信道中的多径衰落，通过每个通道对数据重复传输以降低误码率，但这样无疑会导致数据传输速率降低。空间复用技术在发射端将数据流分为多个子数据流，通过多个子通道并行传输，提高了系统容量和传输速率，但在接收端需要复杂的解调算法对接收信号进行解调，而且这种方式的通信可靠性较低[33-36]。此外，大规模MIMO也带来了一些关键挑战，例如硬件的高度复杂性、高功耗、空间频谱复用率低、部署大量天线的高成本、天线耦合效应等[37]。图1-3MIMO技术。(a)空间分集技术；(b)空间复用技术如2010年，石鑫等在文献“无线MIMO-OFDM通信系统原理及其关键技术[38]”中提出的MIMO-OFDM通信技术，利用波束成形技术，在空间形成窄波束，实现了有限频谱的空间资源利用，但编码解码复杂，系统较难实现。并且窄波束属于扇形波束，占据非常大的空间资源，也就是说空间资源利用效率不高，难以进一步提升空间资源的利用效率。2018年，文献[39]提出了一种新型的宽带波形形成系统，通过将多径信道中的每个多径分量视为虚拟天线，并对信息进行一致的加权和组合，利用空间分集增益和空间复用增益提供高数据传输率。该技术有效减少了发射天线的数量，降低了天线之间的耦合效应，但该技术需要对波形进行优化
【参考文献】：
期刊论文
[1]5G技术为智能化社会提供发展机遇[J]. 孙柏林. 自动化博览. 2019(11)
[2]物联网无线通信技术应用研究[J]. 王东升. 通讯世界. 2019(04)
[3]5G无线通信技术概念及相关应用的思考[J]. 王涛. 中国新通信. 2018(07)
[4]无线MIMO-OFDM通信系统原理及其关键技术[J]. 石鑫,李昊. 国外电子测量技术. 2010(02)
博士论文
[1]基于时间反演的无线通信系统关键技术研究[D]. 杨瑜.电子科技大学 2018
[2]认知无线电网络中安全合作机制的研究[D]. 李宏娟.大连理工大学 2014
硕士论文
[1]舱体环境下SDR-TR-MIMO无线通信系统建模与实现[D]. 韩烁.电子科技大学 2019
[2]OFDM系统中窄带干扰抑制方法研究[D]. 马千里.中国电子科技集团公司电子科学研究院 2019
[3]基于时间反演聚焦机制的无线驱动LED方法及技术[D]. 李涛.电子科技大学 2018
[4]基于时间均衡的认知通信系统资源管理与分配[D]. 郭宗焕.西安电子科技大学 2015
[5]基于认知无线电的协作频谱感知技术研究[D]. 黄威.武汉理工大学 2010
本文编号：3121086
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
智能工厂场景图
叠的,这样便减小了子载波间的相互干扰,大大提高了频谱利用率[27]。如图1-2为OFDM的通信系统框架，为减小码间干扰和数据块间干扰，需在发射机处对编码后的数据加循环前缀作为码间间隔，且码间间隔符号长度需大于信道时延扩展，在接收端进行信道均衡与补偿，并将均衡后的数据去循环前缀[28]。由于循环前缀不携带信息，从而导致系统带宽浪费。尽管OFDM技术广泛应用于认知无线电和4G网络等[29,30]，其自身也有无法克服的缺陷，如存在计算复杂度高，能耗大等问题，不适用于小功率无线通信系统，如传感器网络和万物互联网等。图1-2OFDM通信系统框架以上时域和频域信号处理技术在频谱利用率上均存在一定不足之处，为进一步研究提升无线通信性能的有效方案，学者们将研究方向转向了空间调制，以便实现对空域资源的合理利用。2008年，文献[31]提出一种新型的用于数字无线通信系统的方案，即空间调制(SpatialModulation,SM)技术，空间调制是多天线传输技术的一种新型应用形式，不同于传统的多进制数字相位调制(MultiplePhaseShiftKeying,MPSK)、多进制正交幅度调制(MultipleQuadratureAmplitude
3所示，为MIMO的空间分集技术和空间复用技术。空间分集技术通过构造多条独立通道抵抗多径信道中的多径衰落，通过每个通道对数据重复传输以降低误码率，但这样无疑会导致数据传输速率降低。空间复用技术在发射端将数据流分为多个子数据流，通过多个子通道并行传输，提高了系统容量和传输速率，但在接收端需要复杂的解调算法对接收信号进行解调，而且这种方式的通信可靠性较低[33-36]。此外，大规模MIMO也带来了一些关键挑战，例如硬件的高度复杂性、高功耗、空间频谱复用率低、部署大量天线的高成本、天线耦合效应等[37]。图1-3MIMO技术。(a)空间分集技术；(b)空间复用技术如2010年，石鑫等在文献“无线MIMO-OFDM通信系统原理及其关键技术[38]”中提出的MIMO-OFDM通信技术，利用波束成形技术，在空间形成窄波束，实现了有限频谱的空间资源利用，但编码解码复杂，系统较难实现。并且窄波束属于扇形波束，占据非常大的空间资源，也就是说空间资源利用效率不高，难以进一步提升空间资源的利用效率。2018年，文献[39]提出了一种新型的宽带波形形成系统，通过将多径信道中的每个多径分量视为虚拟天线，并对信息进行一致的加权和组合，利用空间分集增益和空间复用增益提供高数据传输率。该技术有效减少了发射天线的数量，降低了天线之间的耦合效应，但该技术需要对波形进行优化
【参考文献】：
期刊论文
[1]5G技术为智能化社会提供发展机遇[J]. 孙柏林. 自动化博览. 2019(11)
[2]物联网无线通信技术应用研究[J]. 王东升. 通讯世界. 2019(04)
[3]5G无线通信技术概念及相关应用的思考[J]. 王涛. 中国新通信. 2018(07)
[4]无线MIMO-OFDM通信系统原理及其关键技术[J]. 石鑫,李昊. 国外电子测量技术. 2010(02)
博士论文
[1]基于时间反演的无线通信系统关键技术研究[D]. 杨瑜.电子科技大学 2018
[2]认知无线电网络中安全合作机制的研究[D]. 李宏娟.大连理工大学 2014
硕士论文
[1]舱体环境下SDR-TR-MIMO无线通信系统建模与实现[D]. 韩烁.电子科技大学 2019
[2]OFDM系统中窄带干扰抑制方法研究[D]. 马千里.中国电子科技集团公司电子科学研究院 2019
[3]基于时间反演聚焦机制的无线驱动LED方法及技术[D]. 李涛.电子科技大学 2018
[4]基于时间均衡的认知通信系统资源管理与分配[D]. 郭宗焕.西安电子科技大学 2015
[5]基于认知无线电的协作频谱感知技术研究[D]. 黄威.武汉理工大学 2010
本文编号：3121086
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