基于TR的超宽带通信系统/无线传感器网络仿真平台

摘要

时间反演(Time Reversal，TR)技术因其独特的时空聚焦效应吸引了广泛的研究，超宽带(Ultra Wide Band，UWB)无线通信也是当前无线通信领域的研究热点。为了克服多径效应带来的通信性能下降，人们提出将TR应用于UWB通信以解决这一问题。
　　 无线传感器网络被誉为下一代关键技术之一，但因为节点携带能量的限制，其功能也受到限制，为此，人们提出将TR应用于无线传感器网络的能量传输，采用无线输能的方式为网络节点供电。
　　 针对以上研究，本文建立了基于IR的超宽带通信系统/无线传感器网络的信息/能量传输仿真平台，在VC++平台下采用MFC+OpenGL技术开发实现。平台具有三维电磁建模、电磁仿真、通信系统仿真、传感器网络仿真功能，并且具有良好的图形用户界面(GUI)，各个模块间既相互独立，又可协同进行一体化仿真。
　　 最后，通过多个实例对平台仿真功能进行测试。通过对单脉冲TR传输的电磁仿真研究，证实了TR良好的时空聚集特性；通过对SISO、SIMO、MISO三种模式的TR-UWB系统的通信仿真，证实了TR对UWB通信性能的提高；通过对传感器网络信息传输和能量传输的仿真，证明了将TR应用于传感器网络能量传输的潜力。经测试，各项功能均达到预期目标，多次仿真的结果相差不大，证明了仿真平台的可靠性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1时间反演技术概述

1.2基于TR的超宽带无线通信发展概述

1.3基于TR的无线传感器网络能量传输问题的提出

1.4本文的主要内容

第2章TR应用于超宽带通信／无线传感器网络的基本原理

2.1 TR基本原理

2.2 TR-UWB无线通信基本理论

2.2.1基于脉冲的跳时超宽带信号的产生

2.2.2基于时间反演波形的信息传输

2.3基于TR的无线传感器网络模型

2.3.1无线传感器网络模型

2.3.2基于TR的无线传感器网络信息传输模型

2.3.3基于TR的无线传感器网络能量传输模型

第3章软件仿真平台开发相关技术

3.1 VC++开发平台及MFC编程技术

3.1.1 VC++开发平台

3.1.2 MFC编程技术

3.2 OpenGL可视化编程技术

3.2.1 OpenGL体系结构

3.2.2 OpenGL开发库的基本组成

3.3 FDTD算法

3.3.1 Yee的差分格式

3.3.2解的稳定性和数值色散

3.4 CLEAN算法

第4章仿真平台的设计与实现

4.1总体设计方案

4.2总体流程

4.2.1电磁仿真流程

4.2.2 UWB通信／WSN仿真流程

4.3仿真平台界面模块

4.3.1主界面

4.3.2各种右键菜单选项和对话框窗口

4.4建模和参数设置模块

4.5电磁仿真模块

4.6通信仿真模块

4.6.1TR-SISO系统设计

4.6.2TR-SIMO系统设计

4.6.3TR-MISO系统设计

4.7传感器网络仿真模块

4.7.1传感器网络路由算法

4.7.2传感器网络输能效率计算

4.8可视化模块

4.8.1坐标轴和背景网格的绘制

4.8.2模型的绘制

4.8.3模型的旋转、平移和缩放操作

第5章基于TR的超宽带通信系统／无线传感器网络的信息/能量传输仿真

5.1单脉冲聚焦特性仿真研究

5.1.1环境建模和相关仿真参数

5.1.2仿真结果分析

5.2基于TR的超宽带通信仿真研究

5.2.1 TR-SISO通信仿真

5.2.2 TR-SIMO通信仿真

5.2.3 TR-MISO通信仿真

5.3基于TR的无限传感器网络仿真研究

5.3.1传感器网络信息传输仿真

5.3.2传感器网络能量传输仿真

第6章结束语

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果