时间反演在空间调制超宽带系统的应用研究

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近几年来,由于物联网等新兴技术的蓬勃发展,将会有更多的移动设备加入到无线网络中,构建智能美好生活是未来发展的大趋势。面对智能移动设备的爆炸式增长,使得频谱资源变得越来越稀缺,因此要求通信系统具备高传输速率以及高传输质量等特点。超宽带(Ultra Wideband,UWB)技术作为一种凭借极窄的脉冲来传输数据的技术,具有高带宽、多径分辨力强以及成本低等优点,主要用到室内短距离通信中,成为未来无线通信最具潜力的技术之一。时间反演(Time Reversal,TR)利用空时聚焦特性把散落在传输环境中的多径分量聚集起来,具有抵抗多径效应的特点,可视作一种预处理技术。本文将时间反演联合空间调制(Spatial Modulation,SM)使用,并引入UWB系统中,能有效抑制系统存在的干扰问题,将从以下两个方面作研究:第一,为了有效抑制UWB系统中存在的多天线干扰以及多径效应产生的符号间干扰问题,提出了一种基于时间反演接收天线移位键控(Receive Antenna Shift Keying,RASK)的UWB传输方案。首先利用RASK调制把发射端的所有天线形成空间波束指向性地发送信号;然后通过TR技术的空时聚焦特性使信号能量聚集到目标天线处,并对该方案的信干噪比以及误码率表达式进行推导分析;最后仿真结果表明,在同等的条件下,该方案较好地缓解了多天线干扰和符号间干扰,降低了系统的误码率,使得系统性能得到明显提高。第二,在第一个研究内容的基础上,为了进一步提高频谱利用率,将TR-RASKUWB系统扩展为激活若干天线进行接收的广义系统,并提出一种检测算法:回溯分段正交匹配追踪(Backtracking Stagewise Orthogonal Matching Pursuit,BSt OMP)算法。首先从当前迭代残差和等效信道矩阵的内积中选出大于阈值的项作为候选天线集;然后采用最小二乘法对候选天线集进行初次估计;最后引入回溯过程剔除多余的索引,提高筛选精度。仿真结果表明,该算法较好地解决了最大似然(Maximum Likelihood,ML)算法复杂度极高的问题,以较低复杂度实现较优的检测性能,能在检测性能与复杂度间有较好的平衡。
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