[發(fā)明專(zhuān)利]基于圓陣列嵌套電磁渦旋波MIMO系統(tǒng)收發(fā)天線(xiàn)布局及渦旋信號(hào)分離方法與裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610207419.3
• 申請(qǐng)日: 2016-03-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105932428B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張海林;趙林軍;程文馳;梁芳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué);陜西理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01Q21/20
• 分類(lèi)號(hào): H01Q21/20;H04B7/04;G01S7/03
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• 代理人: 暫無(wú)信息

1.面向電磁渦旋波MIMO系統(tǒng)收/發(fā)天線(xiàn)的均勻圓陣列(Uniform Circular Array，UCA)嵌套結(jié)構(gòu)布局結(jié)構(gòu)，其特征在于，收/發(fā)天線(xiàn)陣子布局結(jié)構(gòu)由陣元數(shù)為M且陣元間隔為d的UCA的N個(gè)副本以D為間隔均勻分布在半徑為R的圓周上形成幾何嵌套布局，其中陣元數(shù)為M且陣元間隔為d的UCA的圓周半徑為r₀，且R＞＞r₀、λ₀為載頻波長(zhǎng)。

2.面向電磁渦旋波MIMO系統(tǒng)的電磁渦旋信號(hào)分離方法，其特征在于，采用如權(quán)利1要求所述的面向電磁渦旋波MIMO系統(tǒng)收/發(fā)天線(xiàn)的UCA嵌套結(jié)構(gòu)布局結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可知處于半徑為r₀陣元數(shù)為M的一對(duì)收、發(fā)均勻圓陣列天線(xiàn)內(nèi)的不同陣元對(duì)所對(duì)應(yīng)的信道特性具有強(qiáng)相關(guān)特性，接收端對(duì)半徑為r₀的一個(gè)均勻圓陣列天線(xiàn)的所有陣元的輸出做關(guān)于模態(tài)l極坐標(biāo)正交變換，得出一個(gè)關(guān)于模態(tài)l的解渦旋的MIMO信號(hào)，遍歷通信約定的模態(tài)l取值與半徑為r₀的獨(dú)立接收?qǐng)A陣列天線(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)多模態(tài)渦旋電磁波MIMO信號(hào)的分離；同時(shí)本發(fā)明公開(kāi)了基于均勻圓陣列嵌套渦旋電磁波MIMO信號(hào)分離方法的實(shí)現(xiàn)裝置，

所述電磁渦旋波MIMO信號(hào)多模態(tài)分離方法包括如下步驟：

(a)通信雙方采用的天線(xiàn)結(jié)構(gòu)具有如權(quán)利要求1所述的面向電磁渦旋波MIMO系統(tǒng)收/發(fā)天線(xiàn)的UCA嵌套結(jié)構(gòu)，半徑為r₀的圓周上的天線(xiàn)陣子按所在半徑為r₀的UCA天線(xiàn)收/發(fā)渦旋電磁波；若以發(fā)送天線(xiàn)的幾何中心為坐標(biāo)原點(diǎn)o建立o坐標(biāo)系，并在各個(gè)半徑為r₀的均勻圓陣列天線(xiàn)建立自己的o_n坐標(biāo)系，其中n＝0，1，…，N-1；且o_n坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸分別于o坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸平行；同時(shí)，將接收天線(xiàn)陣子所在平面向發(fā)送天線(xiàn)陣子所在平面投影，二者重合；在滿(mǎn)足上述條件下，渦旋電磁波MIMO接收天線(xiàn)第n個(gè)半徑為r₀的接收?qǐng)A陣列的中心o_n的多模態(tài)渦旋波基帶信號(hào)的復(fù)包絡(luò)可按式(1)進(jìn)行，

式(1)中l(wèi)為渦旋電磁波的模態(tài)或拓?fù)浜耍瑴u旋電磁波不同模態(tài)攜帶的信息幅度為信息相位為為上取整運(yùn)算符，為下取整運(yùn)算符，為MIMO發(fā)送天線(xiàn)中第n_t個(gè)半徑為r₀的均勻圓陣列天線(xiàn)的中心到MIMO接收天線(xiàn)第n_r個(gè)半徑為r₀的均勻圓陣列天線(xiàn)的中心的信道函數(shù)，θ為以o_n坐標(biāo)系為參考的渦旋波方位角，為在投影重疊面上，發(fā)送天線(xiàn)的坐標(biāo)系原點(diǎn)與接收天線(xiàn)的o_n坐標(biāo)系原的點(diǎn)連線(xiàn)在坐標(biāo)系下的方位角；

(b)按照權(quán)利要求1所述的面向電磁渦旋波MIMO系統(tǒng)收/發(fā)天線(xiàn)的UCA嵌套結(jié)構(gòu)，渦旋電磁波MIMO系統(tǒng)接收天線(xiàn)的第n個(gè)半徑為r₀的接收UCA的陣子收到的多模態(tài)渦旋波基帶信號(hào)的復(fù)包絡(luò)可按式(2)進(jìn)行，

式(2)中，i＝0，1，…，M-1；且l為渦旋電磁波的模態(tài)，渦旋電磁波不同模態(tài)攜帶的信息幅度為信息相位為為上取整運(yùn)算符，為下取整運(yùn)算符，為MIMO發(fā)送天線(xiàn)中第n_t個(gè)半徑為r₀的均勻圓陣列天線(xiàn)的中心到MIMO接收天線(xiàn)第n_r個(gè)半徑為r₀的均勻圓陣列天線(xiàn)的中心的信道函數(shù)，為在投影重疊面上，發(fā)送天線(xiàn)的坐標(biāo)系原點(diǎn)與接收天線(xiàn)的o_n坐標(biāo)系原的點(diǎn)連線(xiàn)在坐標(biāo)系下的方位角；

(c)對(duì)式(2)的s_n(l，t)進(jìn)行關(guān)于渦旋電磁波模態(tài)l的極坐標(biāo)正交變換，可按式(3)進(jìn)行，

由式(3)可從接收天線(xiàn)中第n個(gè)半徑為r₀的UCA分離出關(guān)于模態(tài)m的獨(dú)立調(diào)制信號(hào)，m遍歷通信雙方約定的模態(tài)l的取值，n遍歷接收天線(xiàn)數(shù)N，可以得到MIMO系統(tǒng)中每個(gè)發(fā)送天線(xiàn)上所有模態(tài)渦旋電磁波經(jīng)獨(dú)立信道傳輸后的去渦旋信號(hào)，對(duì)其按照普通平面波MIMO信號(hào)均衡解調(diào)，可以預(yù)期實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的頻譜效益改善值最大為N×M，其中N是普通MIMO系統(tǒng)的復(fù)用效益，M是模態(tài)復(fù)用效益。