基于时间反演的超宽带通信系统抗干扰研究

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通信一直是时代发展下人们离不开的技术之一,近几年通信行业更是蓬勃发展,在大趋势下,通信技术也在不断的完善,各种新兴的技术层出不断,人工智能、车联网、物联网、云计算。而时间反演技术(Time Reversal,TR)的空时聚焦特性也在5G的发展中发挥了不可小觑的作用,本文首先分析了TR技术的特点后,了解TR应用的领域,限制条件,优缺点等,本文将超宽带(Ultra-wideband,UWB)通信系统作为TR技术的载体,紧接着本文思考TR技术引入UWB系统能够解决的UWB系统中的什么问题,以上述的问题为出发点,确定了本文研究课题为基于时间反演的超宽带系统抗干扰研究。TR技术良好的空时聚焦特性能有效的避免系统中的多径干扰和码间干扰,提升系统的干扰容限,同时也减少接收机的复杂度。思考TR引入UWB系统解决干扰问题之后,本文的主要工作内容作以下安排:第一,TR是一种物理层技术,利用其空时聚焦特性能有效的抑制UWB系统中的干扰问题,TR引入UWB系统后,系统性能会有一定变化,本文针对这个问题,开始第一个方面的研究。在超宽带通信系统中,存在多种干扰:如码间干扰、多径干扰、多用户干扰、窄带干扰(Narrow Band Interference,NBI)、高斯白噪声等等。将上述的干扰进行分类,有的是加性干扰,有的是乘性干扰,有的干扰在引入TR技术以后,可以被有效的剔除,而有的干扰不能。有了上述分析以后,本文发现时间反演引入UWB系统中能解决UWB系统中的码间干扰、用户间干扰,这些干扰是因为发射信号经过传播效应之后,引起衰落失真及时延扩展造成的。所以提出了一种基于TR的抗干扰机制,在发射天线端加入TR模块,结合了超宽带通信系统信道模型,利用TR在时间和空间上的聚焦性压缩信道时延扩展,聚焦期望信号。并且理论推导了TR-UWB的系统信道容量和信干噪比。最后也运用了蒙特卡洛仿真验证了TR引入UWB系统可以降低码间干扰、多用户干扰,降低误码率,提升系统容量。第二,前面的研究TR引入UWB系统中可以解决码间干扰、多用户干扰问题,并构建了TR-UWB系统模型,接着上面的研究内容,本文在上述研究的基础上进一步深入研究,发现UWB中系统频谱很宽,与其他现存的窄带通信系统并存,而联邦通信委员会(Federal communications commission,FCC)严格规定了UWB的室内辐射密度,保证UWB系统不会对现存的窄带系统造成干扰,但是相反而言,无线窄带系统会对UWB系统造成干扰,然而TR技术只能解决系统中的码间干扰,多用户干扰,不能对抗NBI,所以本文在原有的系统中引入了陷波器,这也是本文第二个主要的研究内容。针对前面提到的窄带干扰问题,文章在接收端设计了一种自适应无限脉冲响应陷波器,理论推导了功率一半点处的自适应带宽,另外本文在自适应查找最佳陷波器设计带宽时也采用最速下降算法,从而快速较为准确的抑制UWB中的NBI。最后本文使用蒙特卡洛仿真验证出自适应陷波器有效抑制了TR-UWB通信系统中的NBI,提升系统误比特率。
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