【摘要】：時間反演技術(shù)(Time Reversal,TR)是指對時域信號的一種逆序操作,該技術(shù)可以克服多徑效應這一傳統(tǒng)通信中的不利因素,將多徑效應充分利用,獲得空間復用及自適應聚焦的效果,即時空聚焦特性。TR技術(shù)獨特的時空聚焦特性使其在通信、輸能以及高分辨率成像領(lǐng)域都具有廣泛的應用前景。但現(xiàn)今TR技術(shù)在電磁波領(lǐng)域的研究還處于初始階段,尤其在信號對TR電磁波聚焦特性影響的研究方面還有所欠缺。針對上述問題,本文的主要工作內(nèi)容如下:(1)介紹TR技術(shù)的基本理論。首先引出時間反演鏡(Time Reversal Mirror,TRM)和多徑效應兩個重要概念。接著從數(shù)學理論的角度探討TR技術(shù)的時間聚焦特性和空間聚焦特性及相應性能表征,最后詳細闡述TR技術(shù)的單天線MIMO效應。(2)研究信號對TR電磁波聚焦特性的影響并提出改善聚焦性能的方法。首先利用時域有限差分法算法(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)電磁仿真工具以及MATLAB軟件建立有限數(shù)量TRM陣列單元金屬腔仿真模型,接著對三種信號特性(信號波形,信號帶寬,信號載頻)對TR電磁波時間聚焦和空間聚焦特性的影響進行了仿真實驗和結(jié)果分析。最后實驗結(jié)果表明,信號特性對TR電磁波的時間聚焦和空間聚焦特性有明顯的影響,選擇合適的信號類型或提高信號帶寬,可以增強TR電磁波時空聚焦性能。(3)研究信號對TR單天線MIMO效應中信道有效多徑數(shù)量的影響并提出增加有效多徑數(shù)量的方法。首先利用仿真實驗和物理實測實驗,得到空間信道沖激響應,最后對信道有效多徑數(shù)量的影響進行了統(tǒng)計和分析。實驗結(jié)果表明增加信號帶寬可以有效增加信道有效多徑數(shù)量,實現(xiàn)更優(yōu)的TR單天線MIMO性能。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN911.7;O441.4
【圖文】：

1圖 1-1 TR 技術(shù)基本原理[5]經(jīng)過長時間的發(fā)展，TR 技術(shù)在光學領(lǐng)域[6]，超聲波領(lǐng)域[7,8]，目標探測[9]，生物醫(yī)療[10]等領(lǐng)域取得豐碩的研究成果。后 TR 技術(shù)應用領(lǐng)域擴展到電磁波領(lǐng)域，2017 年文獻[11

的用戶設(shè)備在無線網(wǎng)絡的多址接入是無線通信技術(shù)亟待解決的關(guān)鍵問題�，F(xiàn)有的多入技術(shù)包括：頻分多址，時分多址，碼分多址。這些多址技術(shù)通過系統(tǒng)資源（頻率間）的劃分區(qū)分不同用戶。對于特定的無線系統(tǒng)，這些系統(tǒng)資源是有限的，系統(tǒng)的性存在硬性限制。TR 技術(shù)因為其可以利用空間聚焦特性來實現(xiàn)無線系統(tǒng)的多址接被引入無線通信。這種多址方式是根據(jù)每一用戶和基站之間的獨特的無線信道特性立性來區(qū)分，這樣就以用戶唯一的位置作為多址實現(xiàn)空間復用，從而拓展系統(tǒng)用戶將成為未來有效的室內(nèi)通信方案。法國國家科研署立項資助的 TRIMARAN（Reversal MIMO OFDM Green Communication Based on Micro-structured Antenna)項目在將 TR 技術(shù)與正交頻分復用多入多出（OFDM-MIMO）通信系統(tǒng)相結(jié)合，并結(jié)合構(gòu)天線陣列技術(shù)構(gòu)建綠色高效的能應用于多種通信環(huán)境（包括室內(nèi)，室外下的多徑用通信系統(tǒng)[26,27]。現(xiàn)今在通信領(lǐng)域，TR 技術(shù)主要是與超寬帶（Ultra Wideband, UWB）技術(shù)結(jié)合成 TR-UWB 通信系統(tǒng)，如圖 1-2 所示，為 TR 脈沖通信系統(tǒng)信號傳輸流程。

工作頻率 場景 優(yōu)缺幾十 KHz 至幾百 kHz傳輸距離量級 mm 到 m低頻近場傳輸功距離短，對齊式幾 MHz 至幾十 MHz傳輸距離量級 cm 到 m高頻近場距離中等，傳接發(fā)天線諧振 采用 S，C 波段傳輸距離量級 m 到 Km高頻遠場距離能量束難以集低常用波長 800 nm 傳輸距離量級 m 到 Km傳輸距離遠，對準精度的無線輸能系統(tǒng)主要采用電磁輻射式技術(shù)方案，因為電離的路徑衰減存在傳輸效率低的問題。研究者利用波束種系統(tǒng)傳輸效率，但是該技術(shù)需要發(fā)射器和接收器的之線傳播路徑，實用性受到限制。隨著輸能應用的逐漸擴方法便變得尤為迫切。國外馬里蘭大學研究學者 Frank能系統(tǒng)方案[29]。

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本文編號：2763669