基于时间反演技术的超宽带无线通信电磁仿真研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 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
• 4.1.1 简单环境中单用户单天线的UWB 通信实验
• 4.1.2 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