【摘要】：時(shí)間反演(Time Reversal,TR)技術(shù)能夠使電磁波在目標(biāo)點(diǎn)產(chǎn)生空間和時(shí)間的同步聚焦,且傳播環(huán)境中的多徑分量越多,信號的聚焦效果越好。空間站環(huán)境為典型的復(fù)雜多徑環(huán)境,多徑效應(yīng)所帶來的碼間干擾嚴(yán)重影響了無線通信的質(zhì)量與性能。因此,基于時(shí)間反演技術(shù)構(gòu)建的新型電磁通信系統(tǒng)非常適合應(yīng)用于空間站環(huán)境。為設(shè)計(jì)空間站環(huán)境中高速、穩(wěn)定的時(shí)間反演電磁通信系統(tǒng),首先需要研究其信道特性,充分了解時(shí)間反演信號的傳播規(guī)律,為后續(xù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供保障,而信道估計(jì)也是時(shí)間反演電磁系統(tǒng)中的重要部分。因此,本文研究了空間站環(huán)境中時(shí)間反演電磁通信信道特性和信道估計(jì)的相關(guān)問題,研究工作主要包括以下三個(gè)部分:第一:超寬帶(Ultra Wide Band,UWB)時(shí)間反演(TR-UWB)電磁系統(tǒng)信道特性及系統(tǒng)魯棒性的研究。分析了空間站環(huán)境中TR-UWB系統(tǒng)的路徑峰值功率增益和信道特性參數(shù)的變化情況。TR技術(shù)能夠很好地克服電磁波經(jīng)過兩個(gè)太空艙轉(zhuǎn)角處時(shí)的大幅信號衰減,同時(shí)在空間站各處都能保持比較好的TR信道特性參數(shù)。通過分析相關(guān)系數(shù)和信道特性參數(shù)的變化,研究發(fā)現(xiàn)接收端在小范圍移動(dòng)時(shí)具有較好的魯棒性。第二:超寬帶時(shí)間反演多天線超分辨電磁系統(tǒng)信道特性的研究。通過分析亞波長天線陣列信道特性,研究影響時(shí)間反演超分辨率聚焦效果的因素,為設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的亞波長天線陣列提供幫助,可以提高空間站內(nèi)通信系統(tǒng)的容量和速率。研究發(fā)現(xiàn)時(shí)間反演鏡天線的數(shù)量、間距和刻蝕周期性微結(jié)構(gòu)等對聚焦效果均有所影響,其中亞波長天線陣列的包絡(luò)相關(guān)系數(shù)和超分辨率聚焦有著非常緊密的聯(lián)系,根據(jù)天線陣列選擇合適的工作頻段能夠顯著的提高超分辨率聚焦效果,也可以用于設(shè)計(jì)亞波長天線陣列。第三:正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)的時(shí)間反演電磁(TR-OFDM)系統(tǒng)中信道估計(jì)相關(guān)問題的研究。TR技術(shù)在OFDM系統(tǒng)中相當(dāng)于一個(gè)濾波器,通過利用TR自適應(yīng)相位共軛補(bǔ)償特性來消除多徑信道引起的相位旋轉(zhuǎn),濾波器的參數(shù)更新來源于信道估計(jì)的結(jié)果。研究分析了信道估計(jì)在普通多徑和復(fù)雜多徑兩種多徑環(huán)境下對TR-OFDM系統(tǒng)性能的影響,提出了一種基于TR技術(shù)的信道估計(jì)算法,可以改善下行鏈路中信道估計(jì)的準(zhǔn)確性。
[Abstract]:Time inversion (Time Reversal,TR) technique can make electromagnetic wave produce synchronous focusing of space and time at the target point, and the more multi-path components in the propagation environment, the better the focusing effect of the signal. The space station environment is a typical complex multi-path environment, and the inter-symbol interference caused by the multi-path effect seriously affects the quality and performance of wireless communication. Therefore, the new electromagnetic communication system based on time inversion technology is very suitable for space station environment. In order to design a high speed and stable time inversion electromagnetic communication system in space station environment, it is necessary to study its channel characteristics, fully understand the propagation law of time inversion signal, and provide a guarantee for the subsequent system design. Channel estimation is also an important part of time inversion electromagnetic system. Therefore, this paper studies the characteristics of time inversion electromagnetic communication channel and channel estimation in space station environment. The research work mainly includes the following three parts: first: ultra-broadband (Ultra Wide Band, UWB) time inversion (TR-UWB) Channel characteristics and system robustness of electromagnetic systems. The variation of path peak power gain and channel characteristic parameters of TR-UWB system in space station environment is analyzed. Tr technology can overcome the large signal attenuation of electromagnetic wave passing through the corner of two capsule. At the same time, the TR channel characteristic parameters can be maintained all over the space station. By analyzing the variation of correlation coefficient and channel characteristic parameters, it is found that the receiver has good robustness when moving in a small range. Second, the research on channel characteristics of multi-antenna super-resolution electromagnetic system based on ultra-broadband time inversion. By analyzing the channel characteristics of subwavelength antenna array, the factors affecting the super-resolution focusing effect of time inversion are studied, which provides help for the design of subwavelength antenna array with excellent performance and can improve the capacity and rate of communication system in space station. It is found that the number, spacing and etched periodic microstructure of the time inversion mirror antenna have influence on the focusing effect, and the envelope correlation coefficient of the subwavelength antenna array is closely related to the super-resolution focusing. The selection of appropriate working frequency band according to the antenna array can significantly improve the super-resolution focusing effect, and can also be used to design the sub-wavelength antenna array. Third: research on channel estimation in time inversion electromagnetic (TR-OFDM) system of orthogonal Frequency Division Multiplexing (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM). Tr technique is equivalent to a filter in OFDM system. By using the TR adaptive phase conjugation compensation characteristic to eliminate the phase rotation caused by the multi-path channel, the parameter update of the filter comes from the result of channel estimation. The influence of channel estimation on the performance of TR-OFDM system in ordinary and complex multi-path environments is studied and analyzed. A channel estimation algorithm based on TR technology is proposed, which can improve the accuracy of channel estimation in downlink.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN92

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