【摘要】：時間反演(Time Reversal,TR)的時間聚焦特性應用在無線通信系統(tǒng)中可以壓縮信道時延擴展,從而減小碼間干擾并增大系統(tǒng)的信道容量。隨著移動通信的發(fā)展,將能量傳輸系統(tǒng)與信息傳輸系統(tǒng)結(jié)合的無線功率驅(qū)動式通信方案也得到了廣泛研究。能量傳輸系統(tǒng)中采用TR技術可以在無需目標用戶位置的情況下精準地對目標進行無線功率傳輸。本文以提高基于TR技術的信息傳輸系統(tǒng)的信道容量以及無線功率驅(qū)動式通信系統(tǒng)的能量傳輸效率為目的,對影響信道容量和能量傳輸效率的重要因素即收發(fā)兩端的天線系統(tǒng)以及空間信道響應進行了深入研究。首先,建立了基于TR技術的寬帶載波調(diào)制通信系統(tǒng)的理論模型,并驗證了信道相關性在減小TR系統(tǒng)信道容量的同時也使其累積概率分布更加集中。實際的載波調(diào)制通信系統(tǒng)在有限空間內(nèi)布置多個天線時,不可避免地出現(xiàn)互耦效應,致使空間信道產(chǎn)生相關性,進一步影響系統(tǒng)的信道容量。本文先建立了寬帶TR系統(tǒng)的數(shù)值模型,論證了TR技術對系統(tǒng)信道容量的提升作用。隨后,由天線互耦矩陣推導出信道相關矩陣并計算了信道容量的累積概率分布函數(shù),通過理論與數(shù)值仿真推導驗證了天線互耦效應可以減小TR系統(tǒng)信道容量隨信道響應的隨機波動性�；诖私Y(jié)論,在設計TR載波調(diào)制通信系統(tǒng)時可根據(jù)系統(tǒng)指標要求合理地實現(xiàn)天線系統(tǒng)的布局。其次,構(gòu)建了基于TR技術的脈沖超寬帶(Ultra-Wideband,UWB)通信系統(tǒng)中聯(lián)合的天線與信道網(wǎng)絡模型,測量發(fā)現(xiàn)UWB天線的時間色散效應減小了系統(tǒng)信道容量和抗干擾性能。由于UWB系統(tǒng)終端天線對UWB脈沖的失真效應,接收機采用發(fā)射脈沖為模板進行相干解調(diào),因此評估UWB系統(tǒng)性能時必須將天線效應考慮在內(nèi)。為此建立了聯(lián)合的UWB天線與信道模型,并對其正確性進行了仿真驗證,該模型可用于評估任意基于TR技術的UWB系統(tǒng)性能。此外,通過使用三對不同的UWB天線組成系統(tǒng)進行實驗測試,論證了TR技術可提升脈沖UWB系統(tǒng)的信道容量,UWB天線的色散效應會減小TR系統(tǒng)信道容量并削弱TR系統(tǒng)的抗干擾性能。該研究為基于TR技術的脈沖UWB系統(tǒng)中天線的選取提供了解決方案。最后,分別設計了用于無線功率驅(qū)動式通信系統(tǒng)中的基于TR技術的大規(guī)模能量發(fā)射陣列以及能夠根據(jù)信道響應優(yōu)化功率分配并調(diào)整輻射模式的寬帶能量發(fā)射陣列。TR的空間聚焦特性能夠在未知目標位置的情況下對目標進行能量傳輸。本文先構(gòu)建了基于TR技術的大規(guī)模能量傳輸陣列的模型,通過理論分析與數(shù)值仿真的對比,驗證了TR技術在天線數(shù)目大且目標用戶距離較近的場景下,具有直接功率傳輸方案無可比擬的優(yōu)勢。針對因用戶距離遠近導致的接收功率不一致問題,提出了一種低復雜度的功率平衡算法�？紤]到單頻最優(yōu)的空間線性傳輸以及多頻最優(yōu)的整流效率,為了最大化能量傳輸效率,子載波能量必須根據(jù)信道響應和整流電路進行折衷分配。因此,建立了空間信道與非線性整流電路的聯(lián)合優(yōu)化模型,求解了子載波能量的最優(yōu)分配方案。并進一步提出了將能夠自適應調(diào)整輻射模式的時間調(diào)制陣列用于寬帶無線能量傳輸,分別計算了不同模式的輻射效率及對應子載波的整流效率。該項研究對窄帶或?qū)拵У臒o線功率驅(qū)動式通信系統(tǒng)中的能量發(fā)射陣列提供了極具參考性的設計方案。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN92

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本文編號：2773424