时间反演的无线传感器网络电磁干扰建模和频谱空洞估计

摘要

时间反演技术，以其独特的空时聚焦特性近年来已被提出并用以解决无线传感器网络共存问题。利用时间反演技术，可以在接收节点附近将电磁能量聚焦到接收节点处，从而降低无线传感器节点对邻近节点的电磁干扰，增强共存能力。并且，在聚焦点附近区域，由于电磁能量相对减弱，在一定区域内，将存在新的可用频谱资源，这有助于实现多个节点在该区域的并发通信，增强无线传感器网络的共存能力。然而，要获取基于时间反演技术的无线传感器网络通信节点间的电磁干扰情况和非聚焦区域的频谱资源的可利用情况，有必要对时间反演电磁波传播的物理规律进行深入研究，从而突破现有无线信道模型空时变量单一化的限制，提出一种可以描述时间反演电磁波空时同步聚焦特性的无线信道模型，并且可以利用该模型，指导对时间反演电磁波非聚焦区域进行频谱空洞快速估计。本文的研究工作主要包括三部分。
　　第一，基于时间反演电磁波的空时聚焦物理机制，建立了反应时间反演电磁波空时同步聚焦特性的新的无线信道统计模型。给出了该信道统计模型中统计参数的提取方法。并且，通过对该模型中统计参数的赋值，讨论了时间反演电磁波空间聚焦性能。为无线传感器网络的系统选择，环境设置，节点部署提供了理论指导。
　　第二，基于该信道统计模型，提出了基于时间反演电磁波的频谱空洞快速估计方法。该方法能有效估计时间反演电磁波附近区域频谱空洞存在情况，节省了部署频谱感知节点的设备和时间资源。
　　第三，基于时间反演技术提出了一种新的能降低无线传感器节点间峰值干扰的算法（相位扰动算法）。该方法能有效降低发射信号在无线信道中传播过程中的峰值平均功率比，可降低无线传感器节点在无线通信过程中的峰值干扰。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要贡献与创新

1.4 本论文的结构安排

第二章 理论基础

2.1 时间反演电磁学基本理论

2.2 时间反演信道统计模型的建立

2.3 时间反演频谱空洞估计

2.4 时间反演相位扰动算法

2.5 本章小结

第三章 时间反演信道统计模型研究

3.1 基于时间反演通的无线传感器网络二维室内仿真研究

3.2 时间反演信道统计模型的统计参数提取

3.3 时间信道统计模型的空间聚焦分析

3.4 本章小结

第四章 时间反演频谱空洞估计及相位扰动算法研究

4.1 时间反演频谱空洞估计

4.2 时间反演相位扰动算法研究

4.3 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果