[發明專利]OAM通信系統中均勻圓形相控天線陣列的波束校準方法

有效

• 申請號: 201711345172.2
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108282208B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 陳睿;徐暉;李建東;秦凡;杜涵宇
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456;H04B17/12;H04B17/21
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.OAM通信系統中均勻圓形相控天線陣列的波束校準方法，包括：

(1)根據均勻圓形相控天線陣列UCA陣的發射向量f^H(l)，產生軌道角動量OAM波束x_t；

(2)判斷接收端均勻圓形相控天線陣列與發射端的均勻圓形相控天線陣列是否在同一直線上，即是否對準，如果對準，則執行步驟(3)，否則執行步驟(4)；

(3)根據均勻圓形相控天線陣列UCA陣的接收向量f(l)，對接收的渦旋信號矢量y_r進行處理，得到接收到的信號y(l)；

(4)判斷接收端均勻圓形相控天線陣列與發射端的均勻圓形相控天線陣列的未對準情況：

如果是接收端發生偏轉，即接收端均勻圓形相控天線陣面與發射端的均勻圓形相控天線陣面不平行，則執行步驟(5)；

如果是接收端發生偏移，即接收端均勻圓形相控天線陣面與發射端的均勻圓形相控天線陣面平行但發射端的圓陣垂線與接收端的圓陣垂線不在同一直線上，則執行步驟(6)；

如果兩種情況同時發生，則先執行步驟(5)后執行步驟(6)；

(5)使用波束成形方法對均勻圓形相控天線陣UCA陣接收的波束y_r進行處理，得到新的等效信道矩陣h_eff(l)為：

h_eff(l)＝(f(l)⊙b)Xf^H(l)

其中，X為收發端不加任何處理時的信道矩陣，b為接收端的波束形成向量，N為天線陣元的個數，α為接收圓陣的偏轉角，R_r為接收端的天線陣半徑，λ為接收波束的波長，f^H(l)是對f(l)的共軛轉置，l為發射渦旋波的模式數，T＝exp(-j2π/N)；

(6)使用波束成形方法對均勻圓形相控天線陣UCA陣發射的發射波束x_t以及接收波束y_r進行處理，得到新的等效信道矩陣h′_eff(l)為：

h′_eff(l)＝(f(l)⊙b)X(c^T⊙f^H(l))

其中，c^T是對c的轉置，c為發射端的波束形成向量，β為發送端均勻圓形相控天線陣的偏轉角與接收端均勻圓形相控天線陣的偏轉角，N為天線陣元的個數，R_t為發射端天線陣的半徑，λ為發射波束的波長。

2.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(1)中所述的產生的軌道角動量OAM波束x_t表示為：

其中，N為發射端均勻圓形相控天線陣列的陣元個數，x(l)為激勵信號，l為發射渦旋波的模式數，f^H(l)是對f(l)的共軛轉置，T＝exp(-j2π/N)。

3.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(2)中判斷接收端均勻圓形相控天線陣列與發射端的均勻圓形相控天線陣列是否在同一直線上，其實現如下：

(2a)測量接收端各個陣元接收信號的最大傳輸時間T_i和最小傳輸時間t_i，其中，i表示接收端的陣元編號，i＝1,…,N，N為接收端的天線陣個數；

(2b)判斷所有的t_i，t_j，T_i，T_j的值，其中，i，j代表不同的陣元編號：

若所有的t_i＝t_j或者t_i＝T_j并且T_i≠T_j，表明接收端發生了偏移，則判斷發射端的圓陣垂線與接收端的圓陣垂線不在同一直線上；

若存在t_i＝t_j且T_i＝T_j并能夠在所有的時間集合t_i中找到唯一一個最小的t_min，表明接收端發生了偏轉，即接收端均勻圓形相控天線陣面與發射端的均勻圓形相控天線陣面不平行，則判斷發射端的圓陣垂線與接收端的圓陣垂線不在同一直線上。

4.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(3)中得到的接收到的信號y(l)，表示為：

其中，N為發射端均勻圓形相控天線陣列的陣元個數，y_r＝[y_r,1,y_r,2,y_r,i,…,y_r,N]^T是接收端接收到的渦旋信號矢量，y(l)是經過均勻圓形相控天線陣列接收后得到的信息信號。