【摘要】：時間反演(Time Reversal,TR)的時間聚焦特性應(yīng)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(shù)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(shù)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(yīng)進行了深入研究。首先,建立了基于TR技術(shù)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(guān)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(yīng),致使空間信道產(chǎn)生相關(guān)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(shù)對系統(tǒng)信道容量的提升作用。隨后,由天線互耦矩陣推導(dǎo)出信道相關(guān)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(dǎo)驗證了天線互耦效應(yīng)可以減小TR系統(tǒng)信道容量隨信道響應(yīng)的隨機波動性�；诖私Y(jié)論,在設(shè)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(shù)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(luò)模型,測量發(fā)現(xiàn)UWB天線的時間色散效應(yīng)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(yīng),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(yīng)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(shù)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(shù)可提升脈沖UWB系統(tǒng)的信道容量,UWB天線的色散效應(yīng)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(shù)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(shè)計了用于無線功率驅(qū)動式通信系統(tǒng)中的基于TR技術(shù)的大規(guī)模能量發(fā)射陣列以及能夠根據(jù)信道響應(yīng)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(shù)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(shù)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(dǎo)致的接收功率不一致問題,提出了一種低復(fù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shè)計方案。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN92

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本文編號：2773424