RUWB无线通信的测控实验系统及实验研究.docx
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RUWB无线通信的测控实验系统及实验研究
ABSTRACr
ABSTRACT
High-data-ratehasbecomeanimportantpartofwirelesscommunicationsresearch.Ultra-wideband(UWB)isapromisingshortrangecommunicationtechniquewithhi【ghdatarate,largesystemcapacity,lowtransmissionpower,goodinteI-ferenceability,andsimplearchitecture.Ithaswideapplicationsinmanyfields.
Timereversal(TR)isallenvironmentadaptivewirelesstransmissionmethodbasedontheelectromagneticreciprocityprinciple.TRpossessesauniquepropertyofenergyfocusingbothtemporallyandspatially.Suchapropertyiscapableofturningadverseeffectsfrommultipathintobenefits.Inacomplicatedmultipathenvironment,thetemporal—spatialfocusingfromTRcansignificantlycompressmulfipathdelayspread,reduceinter-symbolinterference,improvethesignaltonoiseratio,andincreasesystem
transmissionrate.
ThispapercomprehensivelyinvestigatestheprogressofUWBtechnologyandTR’SapplicationinUWB.BasedonTR-UWBcommunicationtheory,webuildanautomaticmeasurementtestbedsysteminsoftwaredefinedradioarchitecturethatCallbecontrolledremotelybyusingadvancedtime-domainmeasurementequipments.Inatypicalindoorenvironment,weinvestigatewaveformtimereversalUWB(WTR-UWB),channeltimereversalUWB(CTR—UWB)andtraditionalUWBandcomparetheir
experimentalresults.TheresultsshowthatTRexhibitimprovedperformancein
compressingdelayspread,improvingsignal-to—noise,andreducinginter-symbol
interference.Ahighdatarateof500Mbps@4minthemultipathenvironmentis
successfullyachievedbyTRbasedUWBsystems.Thethesisincludesfivechapters:
Chapter1describesthedevelopmentofUWBwirelesscommunicationsincluding
theiradvantages,challengingandsolutions.WebriefthetemporalandspatialfocusingprincipleofTRanddiscusstheadvantagesofTRanditsapplicationinUWBwireless
communications.
Chapter2introducesbasicprinciplesandkeytechnologiesofTR-UWBwirelesscommunications,includingTRsignalgeneration,modulation,detectionprocess,aswellastwokindsofTR:
waveformtimereversal(WTR)andchanneltimereversal(CTR).
ABSTRA(X
Chapter3presentsthedesignoftheautomaticmeasurementt懿tbed内rTR.UWB
insoftwaredefinedradioarchitecturethatcanberemotelycontrolled.
Chapter4comparesseveralTRbasedUWBsyStcrnswithtraditionalUWBsystemswithfulltimedomainexperimentalresultsinmultipath-richindoor
environment.TkTRbasedUWBsystemsincludeSISO,SIMO,MISO,MIMO.
Chapter5summarizesthepaperfollowedbytheprospectiveoffutureresearch.
Keywords:
UltraWideBand,TimeReversal,TimeFocusing,SpatialFocusing,SoftwareDefinedRadio
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
签名:
1逝日期:
砷fo年Jcl月2年日论文使用授权
本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。
本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。
(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)
签名:
王趣导师签名:
赵往,望幺.签名:
蔓然导师签名:
丝i妥,望幺.
日期:
pfD年/-月磁日
第一章引言
第一章引言
1.1研究背景及意义
随着无线通信技术的快速发展,人们对于短距离内的高速数据传输的要求越来越高。
超宽带(UltraWideBand:
Iml,B)技术的出现,为实现短距离内超带宽、超高速的数据传输提供了新型技术。
UWB无线通信系统具有传输速率高、带宽极宽、频谱利用率高、系统容量大、发射功率低、抗干扰性能强、保密性好以及系统结构简单等一系列优点【心J。
然而在异常复杂的环境中,信道中的多径、散射、反射、通信系统间的电磁兼容等问题严重制约了UWB的快速发展。
基于时间反演(TimeReversal:
TR)的超宽带无线通信传输技术,作为一种新兴的无线通信技术,为解决上述问题提供了崭新的技术途径。
TR技术起源于时间反演镜(TimeReversalMirror:
TRM),由M.Fink于1992年首先应用于声学领域D】。
M.Fink通过实验得出结论,采用TR技术,能使在均匀和非均匀媒质中传播的声波实现时间聚焦和空间聚焦,可用于复杂媒质中的目标探测。
将TR技术应用到电磁波传播和无线通信领域中,同样可以实现时空聚焦。
这种独特的聚焦特性在无线通信中具有巨大的应用潜力,一方面,时间聚焦能显著提高信噪比、压缩多径时延展宽、提升系统传输速率和通信距离f4-5】;另一方面,空间聚焦具有天然的空分多址通信能力,特别是TR的超分辨空间聚焦功能,可倍增通信系统容量【6】。
因此,随着对TR技术研究的不断深入,将会全面的体现TR技术在无线通信系统应用中的巨大潜能,基于TR的UWB无线通信传输技术的应用前景将十分广阔,必将成为未来无线通信系统的核心技术之一。
在国家863计划项目“基于时间反演的环境自适应超宽带高效无线链路传输技术"中,从实测通信实验、建立无线信道模型与建立TR仿真平台等方面,全面研究了TR技术在UWB中的应用,而本论文也是由此指导完成的。
1.2超宽带(UWB)技术的概述
UWB技术曾经被称为无载波(CartierFree:
CF)或脉冲无线(ImpulseRadio:
IR)技术m1,其应用可以追溯到19世纪。
而关于UWB最常见的定义则来源于1990年3月,在美国新墨西哥州的LosAlamo国家实验室召开的超宽带雷达会议上提出
电子科技大学硕士学位论文
的“超宽带(Im,B)雷达”的概念。
根据美国联邦通信委员会(FCC)在2002年的规定【lOl,通过了UWB技术在限制功率条件下的民用许可,规定了UWB无线通信目前实际可使用的频谱范围为3.1.10.6GHz,由此极大地促进了UWB相关技术研究和产业化进程。
UWB信号有两种定义:
一种定义是能量带宽超过500MHz的信号:
另一种定义是相对带宽超过20%的信号。
其中,当下限频率.,:
和上限频率.厶定义在功率谱密度衰减为一10dB的辐射点上时,称厶一五为能量带宽,而将能量带宽与中心频率的比值称为相对带宽,表达式如下:
玩=芳茄枷毗(I-I,相比于其他的无线通信技术,UWB具有以下优势:
传输速率高,可以高达几十Mbps至几百Mbps;带宽极宽,UWB系统使用的频率带宽在lGHz以上,甚至高达几GHz,并且可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰;频谱利用率高、系统容量大,因为UWB系统具有很宽的频谱和很低的平均功率,从而能提高频谱利用率,带来了极大的系统容量;发射功率低,由于UWB系统信号的扩频处理增益比较大,即使较小的发射功率也可实现长距离的通信;抗干扰性能强,UWB信号的输出功率甚至低于普通设备产生的噪声,所以接收时将信号能量还原出来,在解扩过程中产生扩频增益,具有更强的抗干扰性;系统结构简单,UWB系统不
需要使用复杂的调制方法和接收方法,故系统实现相对简单,成本较低。
由于FCC对于UWB的概念并不局限于脉冲传输,而是可以扩展为类似连续
载波传输技术,只要发射信号的带宽大于500MHz即可,但是这就产生了双重影响。
一方面,FCC关于UWB的辐射规定,提高了主要芯片生产厂商(如TexasIns觚瑚ent、Motorola、IBM和Intel等)的兴趣,而另一方面,引发了围绕瓜方式与传统的基于连续载波传输技术的优势问题的激烈争论。
到目前为止,UWB主要分为两种方案:
一种是保存了原始UWB脉冲属性的直接序列超宽带(Direct
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- 关 键 词:
- RUWB 无线通信 测控 实验 系统 研究