【摘要】：時(shí)間反演(Time Reversal,TR)的時(shí)間聚焦特性應(yīng)用在無(wú)線通信系統(tǒng)中可以壓縮信道時(shí)延擴(kuò)展,從而減小碼間干擾并增大系統(tǒng)的信道容量。隨著移動(dòng)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(wú)線功率驅(qū)動(dòng)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(wú)需目標(biāo)用戶位置的情況下精準(zhǔn)地對(duì)目標(biāo)進(jìn)行無(wú)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(wú)線功率驅(qū)動(dòng)式通信系統(tǒng)的能量傳輸效率為目的,對(duì)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(jìn)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(yàn)證了信道相關(guān)性在減小TR系統(tǒng)信道容量的同時(shí)也使其累積概率分布更加集中。實(shí)際的載波調(diào)制通信系統(tǒng)在有限空間內(nèi)布置多個(gè)天線時(shí),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(jìn)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(duì)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(jì)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(yàn)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(jī)波動(dòng)性。基于此結(jié)論,在設(shè)計(jì)TR載波調(diào)制通信系統(tǒng)時(shí)可根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)要求合理地實(shí)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(cè)量發(fā)現(xiàn)UWB天線的時(shí)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(duì)UWB脈沖的失真效應(yīng),接收機(jī)采用發(fā)射脈沖為模板進(jìn)行相干解調(diào),因此評(píng)估UWB系統(tǒng)性能時(shí)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(duì)其正確性進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,該模型可用于評(píng)估任意基于TR技術(shù)的UWB系統(tǒng)性能。此外,通過使用三對(duì)不同的UWB天線組成系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)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(huì)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(jì)了用于無(wú)線功率驅(qū)動(dòng)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(biāo)位置的情況下對(duì)目標(biāo)進(jìn)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(duì)比,驗(yàn)證了TR技術(shù)在天線數(shù)目大且目標(biāo)用戶距離較近的場(chǎng)景下,具有直接功率傳輸方案無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)因用戶距離遠(yuǎn)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(jìn)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(jìn)一步提出了將能夠自適應(yīng)調(diào)整輻射模式的時(shí)間調(diào)制陣列用于寬帶無(wú)線能量傳輸,分別計(jì)算了不同模式的輻射效率及對(duì)應(yīng)子載波的整流效率。該項(xiàng)研究對(duì)窄帶或?qū)拵У臒o(wú)線功率驅(qū)動(dòng)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(jì)方案。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN92

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本文編號(hào)：2773424