[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

本發明公開了一種軌道角動量OAM通信系統中均勻圓形相控天線陣列的波束校準方法，主要解決現有通信系統中收發端圓陣未對準時不能獲得信息高效傳輸的問題。其處理過程為：1)根據均勻圓形相控天線陣列UCA陣的發射向量，產生軌道角動量波束；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對準：若對準，則根據均勻圓形相控天線陣列的接收向量對接收的渦旋信號矢量進行處理，得到接收到的信號；當接收端發生偏轉或偏移時，則使用波束成形方法對均勻圓形相控天線陣接收或發射和接收的波束進行處理，使收發端的圓形相控天線陣對準。本發明提高了信息傳輸的效率，且操作簡單，可用于軌道角動量通信系統。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，涉及一種均勻圓形相控天線陣列的波束校準方法，可用于軌道角動量OAM通信系統。

背景技術

隨著多媒體服務的爆炸式增長以及移動互聯網應用的蓬勃發展，使容量需求與頻譜資源短缺的矛盾日益突出。軌道角動量OAM作為一個新的傳輸維度，能夠在同一頻帶同時傳輸多路信息，可以有效地解決頻譜資源短缺的問題。在2012年，Bo Thidé等人在Tamburini F,ThidéB,Boaga V,et al.Experimental demonstration of free-spaceinformation transfer using phase modulated orbital angular momentum radio[J].Physics,2013.)文章中通過實驗證明了這一技術的可行性并證實了OAM的確有很強的抗干擾性能，這為無線通信系統的容量提升提供了一個新的途徑。

使用OAM通信的關鍵技術之一就是如何在無線頻帶上產生OAM波束，由于OAM波束的等相位面是螺旋形的，一般平面波的產生方法不能適用。現在研究最多的是使用均勻圓形相控天線陣列UCA產生渦旋電磁波，這種方法是由Bo Thidé教授在Thidé B,Then H,Sjholm J,et al.Utilization of photon orbital angular momentum in the low-frequency radio domain[J].Physical Review Letters,2007,99(8):87-91.)文章中首先提出的，他認為均勻圓陣可以同時產生多路正交的具有不同模式數的渦旋電磁波。

然而，使用UCA產生OAM有一個致命的缺點，即發射端與接收端的UCA必須完全對準，也就是說，發射端的圓陣垂線與接收端的圓陣垂線要在同一直線上并且收發端圓陣面平行，當不滿足這個條件時，系統性能會下降得非常迅速，見Xie,Guodong,Li,Long,Ren,Yongxiong,et al.Performance Metrics and Design Parameters for a Free-spaceCommunication Link Based on Multiplexing ofMultiple Orbital-Angular-MomentumBeams[J].Physics,2014:481-486.)。在實際應用場景中，由于很難保證收發端完全對準，因而信道容量會變得相當低，尤其是在遠距離傳輸的情況下，導致信息傳輸無法高效地進行。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種OAM通信系統中均勻圓形相控天線陣列的波束校準方法，在收發端沒有完全對準的情況下，進行信息的高效傳輸。

實現本發明的技術思路是：假定某種具有代表性的收發陣未對準情景，對均勻圓形相控天線陣列UCA發送端的發送波束進行處理，以抑制性能的迅速下降，然后再將此波束成形方法推廣到UCA陣未對準的一般情形，其實現方案包括如下：

(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)；