基于时间反演技术的超宽带无线通信电磁仿真研究

摘要

信息的高速传输是未来无线通信研究的主要方向之一。超宽带(UWB)无线通信系统具有高通信容量、高多径分辨率、兼容现有通信频谱以及保密性能高等独特优点，已经成为下一代无线通信研究的热点方向。 1992年时间反演(TR)技术由M.Fink首先应用于声学领域，其研究表明TR技术在工程应用领域中具有巨大价值。采用这种技术，能使在均匀与非均匀媒质中传播的声波实现时间和空间的同步聚焦，所以将TR技术引入UWB无线通信具有广阔的前景和巨大的潜力。 本文的研究目的就是通过研究TR技术如何实现复杂媒质中电磁波的时-空聚焦，为将TR技术引入UWB无线通信提供相应的理论依据。 本文的主要工作概括如下： 利用电磁场与电磁波的基本理论分析基于TR技术的电磁波传播是如何实现时-空聚焦特性。 利用MATLAB建立基于时域有限差分法的电磁仿真平台，利用该平台研究TR技术是如何通过改变UWB无线通信的电磁波来影响整个UWB通信系统的性能。 通过比较TR技术的各种参数对UWB无线通信系统性能的影响，总结出相关规律。 在上述研究的基础上进一步研究在复杂环境(包括城市街道环境、小树林环境)中基于TR技术的UWB电磁波的传播和时-空聚焦特性。

目录

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论文说明:图表目录

声明

第一章 引言

1.1基于时间反演技术的超宽带传输技术的研究目的及意义

1.2基于TR技术的UWB无线通信技术的研究历史及现状

1.2.1 UWB无线通信技术的概述

1.2.2 TR技术的概述

1.2.3 TR技术应用于UWB无线通信的概述

1.3本论文的主要工作

第二章 超宽带及时间反演基本理论

2.1 UWB无线电相关理论

2.1.1 UWB脉冲形成器

2.1.2 UWB无线电信号

2.1.3 UWB信道与接收机

2.2 时间反演

2.2.1 TR技术的电磁学基础

2.2.2 自适应时延聚焦技术

2.3基于TR技术的UWB通信

2.3.1 视距(LOS)情况下基于TR技术的电磁信号

2.3.2在反射和折射情况下基于TR技术的电磁信号

2.3.3基于TR技术的UWB电磁信号收集多径能量的基本原理

2.3.4基于TR技术的UWB电磁信号传输

2.4电磁仿真平台相关理论

2.4.1 电磁仿真平台建模

2.4.2 时域有限差分法简介

2.4.3无损耗随机分布媒质

2.4.4互易定理

2.4.5误码率计算相关原理

第三章 MATLAB可视化电磁仿真平台

3.1仿真平台的启动

3.2仿真实例

3.3其他功能

第四章 基于时间反演技术的超宽带通信仿真研究

4.1 室内简单环境中基于TR技术的UWB通信研究

4.1.2简单环境中单用户单天线的UWB通信实验

4.1.3简单环境中单用户多天线的UWB通信实验

4.2室内多径环境中基于TR技术的UWB通信研究

4.2.1 多径环境中单用户单天线的UWB通信实验

4.2.2多径环境中单用户多天线的UWB通信实验

4.3 室内环境中TR技术的各种参数与UWB通信的关系

4.3.1 截取反演脉冲宽度与UWB通信的关系

4.3.2天线数量与UWB通信的关系

4.3.3室内环境中基于时间反演的UWB通信系统保密性研究

4.4基于TR技术的UWB通信系统收集多径能量的特性

4.5城市街道环境中基于TR技术的UWB通信

4.6小树林环境中基于TR技术的UWB通信

4.7本章小结

第五章 结论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的成果