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舱体环境下SDR-TR-MIMO无线通信系统建模与实现

韩烁

  近些年,随着人类太空活动的日益频繁,空间技术的迅猛发展,航天器舱体内大量数据传输的需求愈加迫切。而传统通过有线电缆传输信息的方式占据宝贵空间、增加额外重量、加大了航天舱的设计难度和制造成本等缺点,逐渐成为航天器发展受限的重要因素之一。因此,探寻航天器内无线通信方案,替换传统数据电缆总线,并在太空舱内复杂多径信道下进行大容量、高质量数据传输是航天领域迫切需要解决的难题。MIMO-OFDM技术是当前主流的通信技术,其利用空域与频域资源进行空时编码,从而在不增加发射功率或频谱资源的情况下,有效提高通信系统的传输速率,减少误码率,增加了通信系统容量,十分适合应用于太空舱体内多节点,大容量通信。但太空舱体内电磁波传输路径复杂多变,由此导致多径时延大大增加,信道频率选择性衰弱效应明显,影响了MIMO-OFDM系统的性能。时间反演(Time Reversal)是一种电磁领域新技术,其独有的“超分辨率聚焦”、“空-时同步聚焦”等特性,能有效应用于太空舱体内复杂电磁环境,极大地压缩信道时延拓展,十分适用于太空舱体内的无线通信。将其与MIMO-OFDM技术相结合,能够显著提升通信系统容量,减少系统复杂度。本文具体研究如下:首先,回顾了空间舱体内无线研究的发展历程,指出了当前太空舱内有线通信传输体制的缺陷,提出了将TR技术结合MIMO-OFDM技术应用于太空舱内无线通信方案,并通过公式推导论证了其可行性。随后,通过仿真分析,与其它无线通信系统进行性能对比,论证了其性能优势;并研究了调制阶数,信道时延等参数对系统性能影响。最后研究了TR-MIMO-OFDM系统的信道容量。其次,根据太空舱体内丰富多径环境,提出了一种舱体环境下基于时间反演的低复杂度、高传输速度空域聚焦TR-MIMO无线通信方法,进行了理论推导和建模仿真。结果表明,其能在密集多径环境下实现良好的通信性能。最后,本文基于软件无线电平台对TR-MIMO-OFDM系统进行了模型构建,在介绍本文使用的PicoSDR平台的开发流程和平台参数的基础上,应用Simulink模块搭建了其收发通信链路模型。搭建了密闭舱体内TR-MIMO-OFDM实验平台,通过实验对比验证了TR-MIMO-OFDM系统的优势。利用软件无线电平台实现TR-MIMO-OFDM系统为走向实际应用打下基础。……   
[关键词]:TR-MIMO-OFDM;软件无线电;SDR;时间反演;聚焦无线通信
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:电子科技大学2019年
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