密集多通道时间反演电磁通信的基础理论与关键技术研究

Due to the spatial and temporal focusing characteristics and spatial super-resolution focusing characteristics, time reversal (TR) electromagnetic waves can be used to construct some novel electromagnetic systems, such as wireless communication systems with huge capacity and imaging systems with super-resolution. Based on the application of ultra-wideband wireless communication, this project aims to investigate the basic theories and key technologies in TR-based electromagnetic communication systems with compact multiple channels. Firstly, based on the near-field super-resolution focusing characteristics of TR electromagnetic waves, we will study the mechanism and controlling methods of mode transformation, and further explore how to transmit the super-resolution information from near field to far field. Secondly, we will investigate the modeling methods of TR channel in multi-path environments/ time-varying scenarios, and set up the TR channel model which includes the spatial and temporal focusing characteristics. At the same time, we will do research on the efficient simulation methods for the large- and multi-scale electromagnetic problems in TR systems, and realize the computational modeling as well as quantitative designing. Besides, we will look for the feasible schemes and key technologies to realize the real-time time reversal of microwave signals, based on the analog signal processing techniques. Finally, based on the above research results, we will construct a prototype experimental system to demonstrate the performance of the TR-based electromagnetic communication system with compact multiple channels. The investigation of this project can establish important theoretical and technological foundations for future developments of TR-based electromagnetic application systems.

时间反演(time reversal, TR)电磁波具有时-空同步聚焦、空间超分辨率聚焦等特性，据此可以构建大容量无线通信、超分辨率成像等新型电磁波应用系统。本项目旨在以超宽带无线通信应用为背景，系统深入地研究密集多通道TR电磁通信的基础理论与关键技术。首先，基于TR电磁波近场超分辨率聚焦特性，研究模式转换理论与调控方法，探索将近场超分辨率信息有效传递到远场的关键技术；其次，研究多径环境/时变场景下的TR信道建模方法，建立完整反映时-空同步聚焦特性、适用于TR电磁通信的信道模型；同时，研究大空间、多尺度复杂TR电磁问题的高效仿真方法，实现其可计算建模和可量化设计；然后，基于模拟信号处理技术，研究微波信号实时时间反演的实现方案和关键技术；最后，有机集成上述成果，完成密集多通道TR电磁通信原理性实验系统的构建和实验验证。项目研究将为发展新型TR电磁波应用系统奠定坚实的理论与技术基础。

时间反演(time reversal, TR)电磁波具有时-空同步聚焦、空间超分辨率聚焦等特性，据此可以构建大容量无线通信、超分辨率成像等新型电磁波应用系统。本项目旨在以超宽带无线通信应用为背景，系统深入地研究了密集多通道TR电磁通信的基础理论与关键技术。首先，基于TR电磁波近场超分辨率聚焦特性，研究了模式转换理论与调控方法，探索了将近场超分辨率信息有效传递到远场的关键技术，实现了亚波长微结构阵列天线的超宽带小型化设计。其次，研究了多径环境/时变场景下的TR信道建模方法，建立了完整反映时-空同步聚焦特性、适用于TR电磁通信的信道模型；同时，研究了大空间、多尺度复杂TR电磁问题的高效仿真方法，建立了高效、高精度、高稳定性的仿真算法；然后，基于模拟信号处理技术，研究了微波信号实时时间反演的实现方案和关键技术用多种方案实现了微波信号的实时时间反演；最后，完成了密集多通道TR电磁通信原理性实验系统的构建和实验验证。..项目执行期间，已发表SCI检索论文60篇以上；在本领域重要国际/全国学术会议发表论文30余篇，作特邀报告6次。申请中国发明专利13项，其中已获授权9项；培养毕业博士13名、毕业硕士15名。..项目执行期间，项目组与国内外同行学术交流与合作频繁。项目研究成果已引起国内著名IT企业关注，频繁来访磋商成果的转化及应用。基于本项目研究成果，面向企业需求，项目组已与国内著名IT企业签订并执行若干合作研发项目，取得重要研究进展，得到企业高度重视和认可。在时间反演电磁学领域，本研究小组已成为在国内外具有重要学术影响力的研究小组。..本项目研究成果具有显著的社会效益及潜在的经济效益，促进了新型时间反演电磁波应用系统的基础理论与关键技术的发展，表现出良好的应用前景。..综上所述，本项目组已圆满地完成了《资助项目计划书》的研究计划，取得了《资助项目计划书》的预期成果，达到了《资助项目计划书》的预期研究目标。.