基于時(shí)間反演的無(wú)線通信系統(tǒng)仿真及探測(cè)信號(hào)選擇?

李宏博??，陳長(zhǎng)興（空軍工程大學(xué)理學(xué)院，西安710051）

基于時(shí)間反演的無(wú)線通信系統(tǒng)仿真及探測(cè)信號(hào)選擇?

李宏博??，陳長(zhǎng)興
（空軍工程大學(xué)理學(xué)院，西安710051）

為改善無(wú)線通信系統(tǒng)抗干擾性能，將目前廣泛應(yīng)用于水聲通信、超聲波探測(cè)等領(lǐng)域的時(shí)間反演技術(shù)移植至無(wú)線通信系統(tǒng)，在介紹基本原理的基礎(chǔ)上建立了基于被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡的單陣元無(wú)線通信系統(tǒng)模型，通過理論分析討論了系統(tǒng)聚焦增益，通過計(jì)算機(jī)仿真研究了收發(fā)信號(hào)的波形特點(diǎn)、分析論證了三種典型探測(cè)信號(hào)對(duì)接收波形的影響，并得出了相關(guān)結(jié)論。仿真結(jié)果表明，給定信道條件下，系統(tǒng)性能主要取決于探測(cè)信號(hào)的選擇。基于仿真結(jié)果和分析，對(duì)探測(cè)信號(hào)的選擇給出了更清晰的一般性原則，為實(shí)際通信系統(tǒng)性能的提高提供了科學(xué)依據(jù)。

無(wú)線通信；時(shí)間反演；時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡；系統(tǒng)仿真；探測(cè)信號(hào)

1 引言

時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡（Time Reversal Mirror，TRM）技術(shù)，又稱時(shí)間反演（Time Reversal，TR）技術(shù)，起源于光學(xué)中的相位共軛。1992年，M.Fink將TR技術(shù)應(yīng)用于聲學(xué)成像領(lǐng)域［1］。其基本原理是利用聲波傳輸過程中，聲源和接收點(diǎn)間的互易性，使聲波能在均勻、非均勻介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)時(shí)間和空間的同步聚焦，用于復(fù)雜介質(zhì)中目標(biāo)的探測(cè)。近年來，TR技術(shù)在超聲波探癌、水下聲波通信等方面得到了廣泛應(yīng)用，取得了大量理論和實(shí)際應(yīng)用研究成果［2－5］。TR技術(shù)于2004年左右被引入電磁波領(lǐng)域［6］，在無(wú)線通信中的應(yīng)用尚處于起步階段［7－10］。

從國(guó)內(nèi)情況看，基于TR技術(shù)的通信研究主要集中于水聲通信領(lǐng)域［11－16］，在無(wú)線通信領(lǐng)域除電子科技大學(xué)開展了相關(guān)研究［17－18］外，鮮見公開文獻(xiàn)報(bào)道。文獻(xiàn)［17－18］通過構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室多徑環(huán)境，從實(shí)證角度研究了基于TR技術(shù)的無(wú)線通信系統(tǒng)性能，類似于國(guó)外早期將TR應(yīng)用于超聲波、水聲通信領(lǐng)域所做的實(shí)驗(yàn)。水聲通信領(lǐng)域的研究［11－16］多集中于仿真和實(shí)驗(yàn)，通過論證信道等效沖激響應(yīng)特性來研究系統(tǒng)性能。文獻(xiàn)［13］將被動(dòng)TRM應(yīng)用于水聲通信系統(tǒng)，通過仿真研究了信道等效沖激響應(yīng)特性，通過實(shí)驗(yàn)給出了收、發(fā)信號(hào)的波形，定性說明了探測(cè)信號(hào)的選擇原則，但對(duì)不同探測(cè)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)性能的影響未做討論。

本文將被動(dòng)TRM引入無(wú)線通信系統(tǒng)，所做探索性工作如下：第一，將被動(dòng)TRM引入無(wú)線通信系統(tǒng)并建立了模型，基于此模型通過仿真給出了原始收發(fā)波形，便于直觀研究系統(tǒng)性能；第二，指出了已有文獻(xiàn)在推導(dǎo)接收信號(hào)形式時(shí)存在的局限，討論了這種局限對(duì)探測(cè)信號(hào)選擇的影響；第三，通過仿真研究了三種不同探測(cè)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，從實(shí)際應(yīng)用角度對(duì)探測(cè)信號(hào)的選擇給出了更明確的原則。

2 TR基本原理

TR技術(shù)之所以能引起如此多的關(guān)注，在于其特有的時(shí)間、空間聚焦特性。時(shí)間反演本質(zhì)上是對(duì)時(shí)域信號(hào)的逆序操作，將信號(hào)在時(shí)序上進(jìn)行反轉(zhuǎn)，等效于頻域相位共軛。形成的時(shí)間反演信號(hào)具有時(shí)間壓縮和空間聚焦的特性，即空時(shí)聚焦特性。時(shí)間聚焦是指復(fù)雜媒質(zhì)中多徑傳輸?shù)亩鄰綍r(shí)間反演信號(hào)最大能量會(huì)在同一時(shí)間到達(dá)接收天線，實(shí)現(xiàn)時(shí)間上的能量聚焦，可有效抵抗一般系統(tǒng)中顯著影響傳輸性能的非均勻復(fù)雜環(huán)境或媒質(zhì)引起的信號(hào)多徑延遲衰減?？臻g聚焦是指時(shí)間反演信號(hào)可在沒有任何對(duì)接收天線先驗(yàn)知識(shí)的情況下，自適應(yīng)地傳輸?shù)浇邮仗炀€，實(shí)現(xiàn)空間上的能量聚焦。目前已有大量文獻(xiàn)對(duì)TR技術(shù)的基本原理進(jìn)行了論述，文獻(xiàn)［17］對(duì)TR技術(shù)的時(shí)空聚焦特性進(jìn)行了數(shù)學(xué)證明，限于篇幅，本文不再贅述。

3 基于單陣元被動(dòng)時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡的無(wú)線通信系統(tǒng)

時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡按照收、發(fā)端陣元（天線）數(shù)量可分為基陣TRM和單陣元TRM，按照各陣元是否需要收發(fā)合置可分為主動(dòng)式TRM、被動(dòng)式TRM，按照時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)的方法不同分為常規(guī)TRM和虛擬TRM?；嚂r(shí)間反轉(zhuǎn)鏡要求通信節(jié)點(diǎn)收發(fā)合置，節(jié)點(diǎn)設(shè)備復(fù)雜，而單陣元?jiǎng)t簡(jiǎn)化了設(shè)備復(fù)雜性，適用于追求節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)單的低功耗通信場(chǎng)合，而被動(dòng)時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡則可在信息單向傳輸下實(shí)現(xiàn)信號(hào)的時(shí)間反演和信道匹配。

3.1 系統(tǒng)模型

基于單節(jié)點(diǎn)時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡的典型通信系統(tǒng)如圖1所示，信源在發(fā)送信號(hào)s（t）之前，先發(fā)送探測(cè)信號(hào)p（t），將接收到的探測(cè)信號(hào)進(jìn)行時(shí)間反演，構(gòu)造一個(gè)前置預(yù)處理器來實(shí)現(xiàn)被動(dòng)時(shí)間反轉(zhuǎn)處理。

接收到的探測(cè)信號(hào)pr（t）和發(fā)射信號(hào)sr（t）可分別表示為

式中，np（t）、ns（t）分別為疊加的本地干擾噪聲；h（t）為多徑信道的沖激響應(yīng)函數(shù)，總的接收信號(hào)是通過接收點(diǎn)的所有沿不同途徑、不同時(shí)刻到達(dá)信號(hào)的干涉疊加。

將pr（t）時(shí)序反轉(zhuǎn)得到pr（－t），存儲(chǔ)它作為預(yù)處理器的系統(tǒng)函數(shù)，將sr（t）經(jīng)過預(yù)處理器，輸出為

文獻(xiàn)［13］指出：h（t）*h（－t）為無(wú)線信道沖激響應(yīng)的自相關(guān)函數(shù)，通常稱為時(shí)反信道，這相當(dāng)于在時(shí)間上把接收到的多徑擴(kuò)展信號(hào)進(jìn)行了壓縮和同相疊加，顯然其相關(guān)峰明顯高于旁瓣，可近似視為δ函數(shù)。n（t）＝s（t）*h（t）*np（－t）＋p（－t）* h（－t）*ns（t）＋ns（t）*np（－t）為噪聲干擾項(xiàng)，此時(shí)消除了信道的多徑擴(kuò)展干擾，但引入了探測(cè)信號(hào)的信息，消除辦法是將預(yù)處理器輸出與p（t）作卷積運(yùn)算，輸出為

由上式知，若探測(cè)信號(hào)具有良好的自相關(guān)特性，即p（－t）*p（t）≈δ（t），則最終接收信號(hào)r（t）將與發(fā)送信號(hào)s（t）近似相等。

由式（2）、（3）可知，文獻(xiàn)［13］推導(dǎo)接收信號(hào)與發(fā)送信號(hào)的關(guān)系基于兩個(gè)假設(shè)：第一，信道的沖激響應(yīng)h（t）和探測(cè)信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)主瓣明顯高于旁瓣，即h（t）*h（－t）≈δ（t）和p（－t）*p（t）≈δ（t）；第二，n（t）＝s（t）*h（t）*np（－t）＋p（－t）*h（－t）*ns（t）＋ns（t）*np（－t）和n（t）*p（t）均可看作非相干疊加的噪聲干擾，可不予考慮。采取這樣的假設(shè)和近似來闡述TR技術(shù)的基本原理是可行的，文獻(xiàn)［18］就是基于以上兩個(gè)假設(shè)來論證TR技術(shù)的時(shí)空聚焦特性。

事實(shí)上，以上假設(shè)有其局限性：第一，一個(gè)信道的沖激響應(yīng)h（t）的自相關(guān)函數(shù)h（t）*h（－t）必然有較大的主瓣，但其旁瓣則不一定可以忽略，這與信道的實(shí)時(shí)物理狀態(tài)有關(guān)且不可人為控制，這必然影響系統(tǒng)性能；第二，p（－t）*p（t）≈δ（t）的成立是有條件的，即選擇了合適的探測(cè)信號(hào)；第三，式（2）與式（3）中的噪聲項(xiàng)對(duì)于系統(tǒng)性能是有影響的，特別是在低信噪比條件下，噪聲對(duì)于系統(tǒng)性能的影響不可忽略；第四，以p（－t）*p（t）是否與δ函數(shù)相近似為依據(jù)來選擇探測(cè)信號(hào)不夠全面，給定其他條件時(shí)自相關(guān)性能最優(yōu)的探測(cè)信號(hào)未必會(huì)使系統(tǒng)性能最優(yōu)，特別是在低信噪比情況下，其根源即在于式（3）中忽略的噪聲項(xiàng)。關(guān)于后面兩點(diǎn)，后續(xù)仿真將詳細(xì)分析說明。

綜上所述，被動(dòng)時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡是利用了信道沖激響應(yīng)、探測(cè)信號(hào)自相關(guān)峰尖銳的特性，使最終接收信號(hào)近似為發(fā)送信號(hào)與兩個(gè)δ函數(shù)的卷積，進(jìn)而使最終接收信號(hào)波形與最初發(fā)送波形保持較好的一致性。要完美地實(shí)現(xiàn)這一過程，必須盡量滿足h（t）* h（－t）≈δ（t）和p（－t）*p（t）≈δ（t），信道沖激響應(yīng)的自相關(guān)性與信道的實(shí)時(shí)物理狀態(tài)有關(guān)，因此選擇合適的探測(cè)信號(hào)p（t）是保證系統(tǒng)性能良好的關(guān)鍵因素之一，但選擇標(biāo)準(zhǔn)不是單單滿足p（－t）* p（t）≈δ（t）即可。

3.2 系統(tǒng)聚焦增益分析

設(shè)經(jīng)信道傳播后，接收到的探測(cè)信號(hào)pr（t）是N個(gè)具有不同幅度Ai、延時(shí)τi的多徑信號(hào)的干涉疊加，假定各多徑噪聲分量獨(dú)立，則pr（ t）可表示為

被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)信號(hào)單向傳輸，經(jīng)時(shí)間反轉(zhuǎn)后，各多徑信號(hào)同時(shí)同相疊加，則TRM處理后信號(hào)輸出可表示為

其信噪比為

假定各多徑信號(hào)的信噪比相同，即

由式（10）可知，經(jīng)單陣元時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡處理后，信噪比SNR2≥SNR1，當(dāng)無(wú)多徑信號(hào)時(shí)，等號(hào)成立。系統(tǒng)聚焦增益與多徑信號(hào)的數(shù)量及幅度有關(guān)，多徑分量越多，越能起到聚焦效果。但與基陣TRM相比，犧牲了空間增益，導(dǎo)致等效信道沖激響應(yīng)的自相關(guān)函數(shù)旁瓣較高［13］。

4 系統(tǒng)性能仿真

根據(jù)3.1系統(tǒng)模型，對(duì)于一典型基于被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡的無(wú)線傳輸系統(tǒng)進(jìn)行建模與計(jì)算機(jī)仿真，假定發(fā)端信號(hào)為單極性周期方波脈沖，幅度為1，頻率為2 MHz；為節(jié)約能量，選擇常用占空比20%；信號(hào)受到高斯白噪聲干擾，信噪比設(shè)置為5 dB、0 dB、－5 dB，分別代表信道條件較好、一般、較差；探測(cè)信號(hào)p（t）分別設(shè)置為已有文獻(xiàn)提及的三種常用探測(cè)信號(hào)：瞬時(shí)方波脈沖、高斯白噪聲信號(hào)、調(diào)頻信號(hào)；在此三種情況下對(duì)接收端的接收波形進(jìn)行仿真。本部分目標(biāo)是：第一，直觀給出三種不同探測(cè)信號(hào)情況下基于PTRM的無(wú)線通信系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)波形，為系統(tǒng)性能研究奠定基礎(chǔ)；第二，分析不同探測(cè)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，得出探測(cè)信號(hào)選擇的一般原則方法。

4.1 探測(cè)信號(hào)p（t）為一瞬時(shí)方波脈沖，持續(xù)時(shí)間為100 ns，幅度為1

原始發(fā)送信號(hào)如圖2所示，周期性脈沖波形受到噪聲干擾，信噪比分別設(shè)置為5 dB、0 dB、－5 dB，隨著信噪比由5 dB減小至－5 dB，原始脈沖信號(hào)畸變漸趨嚴(yán)重，當(dāng)SNR達(dá)到－5 dB時(shí)，信號(hào)已基本完全被噪聲淹沒。當(dāng)探測(cè)信號(hào)為瞬時(shí)方波脈沖時(shí)，接收信號(hào)r（t）的歸一化幅度與時(shí)間的關(guān)系如圖3所示，隨著信噪比降低，接收到的脈沖波形畸變?cè)絹碓絿?yán)重，波動(dòng)越來越明顯，表現(xiàn)為波形邊緣不清晰、毛刺增加、各個(gè)脈沖大小差別增大。但即便如此，在SNR＝－5 dB的低信噪比條件下，依然保持了較好接收的波形，可以從中恢復(fù)出原始信號(hào)。

4.2 探測(cè)信號(hào)p（t）為白噪聲序列，持續(xù)時(shí)間為100 ns

將探測(cè)信號(hào)p（t）改為白噪聲序列，則接收到的信號(hào)r（t）如圖4所示，隨著信噪比下降，接收到的波形波動(dòng)加劇，脈沖形狀越來越不規(guī)則，特別是當(dāng)信噪比下降到－5 dB時(shí)，除波形劇烈抖動(dòng)外，“偽波峰”明顯增多且高度增大。對(duì)比圖3可知，白噪聲序列作為探測(cè)信號(hào)時(shí)，接收波形對(duì)于信噪比的依賴程度遠(yuǎn)高于瞬時(shí)脈沖作探測(cè)信號(hào)的情形，系統(tǒng)性能亦不如4.1的情況。

4.3 探測(cè)信號(hào)p（t）為線性調(diào)頻序列，持續(xù)時(shí)間為100 ns

用頻率為20 MHz的載波對(duì)指數(shù)信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻并將其作為探測(cè)信號(hào)p（t），得到接收端的信號(hào)如圖5所示。由仿真結(jié)果可見，當(dāng)信噪比為5 dB時(shí)，接收脈沖波峰清晰，可還原出發(fā)端脈沖波形，當(dāng)信噪比下降到0 dB時(shí)，“偽波峰”的幅值已增大到可與接收脈沖峰值相比擬的程度，因信噪比下降后，脈沖波形有畸變，部分波峰值下降，此時(shí)已很難區(qū)分脈沖波峰的真?zhèn)?。換言之，從接收波形恢復(fù)出發(fā)送脈沖較為困難。當(dāng)信噪比進(jìn)一步下降到－5 dB時(shí)，系統(tǒng)性能進(jìn)一步惡化，基本無(wú)法恢復(fù)發(fā)端脈沖波形。

4.4 仿真結(jié)果分析

由前面的仿真結(jié)果可知，探測(cè)信號(hào)p（t）的選擇對(duì)于系統(tǒng)性能的影響很大。圖3～5的結(jié)果表明，用瞬時(shí)方波脈沖作探測(cè)信號(hào)，系統(tǒng)性能最好，且對(duì)于信噪比的下降不敏感；白噪聲信號(hào)、調(diào)頻信號(hào)作為探測(cè)信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)性能均會(huì)下降，出現(xiàn)波形抖動(dòng)明顯、“偽波峰”增大的情況，嚴(yán)重時(shí)無(wú)法恢復(fù)發(fā)端波形。究其原因，主要是不同探測(cè)信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)性能不同造成的。3.1節(jié)中提及，要通過被動(dòng)時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡完美再現(xiàn)發(fā)端波形，應(yīng)盡量滿足

這兩個(gè)條件，但信道沖激響應(yīng)的自相關(guān)特性難以人為干預(yù)，故需盡量滿足第二個(gè)條件。

眾所周知，同等條件下，白噪聲信號(hào)的自相關(guān)峰最尖銳，最接近于δ函數(shù)，但在4.1～4.3節(jié)的仿真中性能卻不是最好的。這是因?yàn)槲墨I(xiàn)［13］在推導(dǎo)式（2）、式（3）時(shí)，忽略了干擾噪聲，故最終接收信號(hào)的表達(dá)式如式（3）所示。作為實(shí)際系統(tǒng)，構(gòu)造發(fā)送信號(hào)時(shí)間反轉(zhuǎn)預(yù)處理模塊時(shí)，探測(cè)信號(hào)本身也會(huì)受到噪聲的干擾，最終與p（t）完成卷積運(yùn)算的是pr（－t）而非p（－t）。故從實(shí)際情況看，真正要關(guān)心的是p（t）*pr（－t）是否具有尖銳的主瓣和小的旁瓣，應(yīng)將此作為選擇探測(cè)信號(hào)的重要依據(jù)。為證明此結(jié)論，在與4.1～4.3節(jié)同等仿真條件下，圖6～8給出了無(wú)噪聲（即圖中SNR＝無(wú)窮大）情況、信噪比分別為5 dB、0 dB、－5 dB三種情況時(shí)，p（t）*pr（－t）隨時(shí)間變化的波形，為討論方便，后續(xù)將p（t）*pr（－t）稱為“有擾自相關(guān)函數(shù)”。

由仿真結(jié)果可以得到以下結(jié)論：

第一，對(duì)于無(wú)噪聲信道，白噪聲信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)具有極尖銳的主瓣和很小的旁瓣，最接近于δ函數(shù)，基本接近理想情況；

第二，當(dāng)信號(hào)受到噪聲干擾時(shí)，相比于其他兩種探測(cè)信號(hào)，方波脈沖的有擾自相關(guān)函數(shù)兼具主瓣較大、旁瓣較小的優(yōu)點(diǎn)，特別是當(dāng)信噪比下降到－5 dB時(shí)，白噪聲信號(hào)的有擾自相關(guān)函數(shù)旁瓣幅度已幾乎增大到主瓣的一半，調(diào)頻信號(hào)有擾自相關(guān)函數(shù)主瓣本身較小，嚴(yán)重影響了接收端波形。但方波脈沖做探測(cè)信號(hào)時(shí)，依然可以正常恢復(fù)發(fā)端信號(hào)；

第三，方波脈沖在各種信噪比條件下，有擾自相關(guān)函數(shù)波形邊沿始終清晰，說明其波形平穩(wěn)，隨時(shí)間波動(dòng)不大，而其他兩種探測(cè)信號(hào)波形在低信噪比條件下的旁瓣幾乎成為“實(shí)體”，說明其波形隨著時(shí)間劇烈波動(dòng)，這也印證了4.1～4.3的仿真波形中，圖3的接收脈沖光滑而圖4、圖5的脈沖波動(dòng)劇烈、毛刺較多這一現(xiàn)象。

文獻(xiàn)［13］研究了基于被動(dòng)時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡的水聲通信系統(tǒng)性能，對(duì)選擇探測(cè)信號(hào)p（t）給出了兩條要求：探測(cè)信號(hào)的頻譜應(yīng)包含發(fā)送信號(hào)s（t）的頻帶，p（t）頻譜在頻帶內(nèi)應(yīng)盡量白化；p（t）的自相關(guān)特性好，相關(guān)峰尖銳，明顯高于旁瓣。由4.4節(jié)的仿真結(jié)果可知，在實(shí)際系統(tǒng)中，探測(cè)信號(hào)也會(huì)被干擾，對(duì)同一個(gè)探測(cè)信號(hào)而言，有擾自相關(guān)函數(shù)p（t）* pr（－t）與自相關(guān)函數(shù)p（t）*p（－t）相比，因噪聲的存在造成性能差異較大。故選擇探測(cè)信號(hào)時(shí)，應(yīng)將有擾自相關(guān)函數(shù)p（t）*pr（－t）的性能作為更重要的指標(biāo)考察，即除包括文獻(xiàn)［13］提到的要求之外，應(yīng)包含以下要求：第一，有擾自相關(guān)函數(shù)p（t）* pr（－t）在低信噪比條件下依然保持較大的主瓣和較小的旁瓣；第二，有擾自相關(guān)函數(shù)的波形邊沿應(yīng)清晰、主瓣之外的部分波動(dòng)平緩，以保證接收信號(hào)波形隨機(jī)波動(dòng)較小。

5 結(jié)論

基于被動(dòng)時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡原理，建立了基于被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡的單陣元無(wú)線通信模型，通過理論分析推導(dǎo)了系統(tǒng)的聚焦增益，指出了部分文獻(xiàn)在推導(dǎo)接收信號(hào)表達(dá)式時(shí)存在的不足，在此基礎(chǔ)上通過計(jì)算機(jī)仿真模擬了系統(tǒng)性能。

仿真結(jié)果表明，給定信道條件時(shí)，系統(tǒng)性能主要取決于探測(cè)信號(hào)，方波脈沖作為探測(cè)信號(hào)時(shí)，在較低信噪比條件下可獲得較好的系統(tǒng)性能。對(duì)三種不同探測(cè)信號(hào)對(duì)接收波形的影響進(jìn)行了詳細(xì)分析和仿真論證，并得出了相關(guān)結(jié)論。研究表明，為獲取更好的系統(tǒng)性能，探測(cè)信號(hào)的選擇除應(yīng)滿足頻帶盡量“白化”、自相關(guān)峰尖銳之外，還應(yīng)滿足：有擾自相關(guān)函數(shù)p（t）*pr（－t）在低信噪比條件下依然保持較大的主瓣和較小的旁瓣、有擾自相關(guān)函數(shù)的波形邊沿應(yīng)清晰且在主瓣之外的部分波動(dòng)平緩，以保證接收信號(hào)波形隨機(jī)波動(dòng)較小。這一結(jié)論從實(shí)際應(yīng)用角度對(duì)于探測(cè)信號(hào)的選擇給出了更明確、科學(xué)的原則，對(duì)基于單陣元被動(dòng)時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡的通信系統(tǒng)選擇探測(cè)信號(hào)具有普適性。后續(xù)的研究應(yīng)基于仿真結(jié)論，從數(shù)學(xué)分析角度對(duì)探測(cè)信號(hào)的選擇提出具體的指標(biāo)要求。

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LI Hong-bo was born in Fufeng，Shaanxi Province，in 1979.He received the M.S.degree in 2007.He is now a lecturer.His research concerns communication theory and simulation.

Email：lihongbo7909＠163.com

陳長(zhǎng)興（1964—），男，河北寶坻人，2004年獲博士學(xué)位，現(xiàn)為教授，主要從事雷達(dá)信號(hào)處理研究。

CHEN Chang-xing was born in Baodi，Hebei Province，in 1964.He received the Ph.D.degree in 2004.He is now a professor.His research concerns radar signal processing.

Simulation of a W ireless Communication SysteMBased on Time Reversal Processing and Pilot Signal Choosing

LIHong-bo，CHEN Chang-xing
（College of Science，Air Force Engineering University，Xi′an 710051，China）

To enhance the anti-interference capability of awireless communication system，Time Reversal（TR）technology which has beenwidely used in fields such as underwater acoustic and ultrasonic defectoscope is transplanted to a wireless communication system.On the basis of discussing the principle of Time Reversal Mirror（PTRM），a wireless communicationmodel employing the single sensor passive time reversalmirror（PTRM）is constructed aswell as the focusing gain of themodel is calculatedmathematically.Both thewaveforms of transmitted signals and those of the

signals are compared and studied by computer simulations in which 3 typical pilot signals are employed and their different effects on received waveforms are also analyzed in detail. Simulation results show that，given certain communication channel conditions，systeMperformance depends heavily on pilotsignal.According to the simulation results and analysis，this paper proposes clearer general principles for pilot signal choosing，which may provide helpful and scientific support for the performance enhancement of a practical communication system.

wireless communication；time reversal；time reversalmirror；systeMsimulation；pilot signal

??t）為方波脈沖時(shí)的接收波形 Fig.3 The received waveforMwith a square pulse being the pilot signal

Aerospace Science Funds Project（20110196004）

TN925

A

1001－893X（2013）06－0800－07

李宏博（1979—），男，陜西扶風(fēng)人，2007年獲碩士學(xué)位，現(xiàn)為講師，主要從事通信理論及仿真應(yīng)用研究；

10.3969／j.issn.1001－893x.2013.06.026

2012－11－28；

2013－04－03 Received date：2012－11－28；Revised date：2013－04－03

航空科學(xué)基金資助項(xiàng)目（20110196004）

??通訊作者：lihongbo7909＠163.coMCorresponding author：lihongbo7909＠163.com