[發明專利]時間調制陣列多模電磁渦旋發射機及其使用方法

在審

• 申請號: 201910457999.5
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN110212961A
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 王洋;劉杰;胡韜
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456;H04B7/06;H04L27/26
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種時間調制陣列多模電磁渦旋發射機及其使用方法，屬于無線電波傳播技術領域。開關調制電磁渦旋發射機包括基帶信號處理單元、高速射頻開關和均勻圓形天線陣列，基帶信號處理單元用于產生時間開關序列，該序列用于控制每個射頻開關的周期性開啟和關閉，高速射頻開關根據開關序列控制射頻信號的發送指令，均勻圓形天線陣列用于發射具有時間延遲的相同射頻信號。本發明用高速開關周期性開啟關閉的方法，使得發射信號產生具有多個模態和諧波頻率的電磁渦旋信號，提高電磁波在視距通信場景下的頻譜效率，本發明的發射機相較傳統的電磁渦旋波發射機能大大降低渦旋信號調制復雜度。在四單元的收發系統中，頻率效率的提升可以高達10％。

技術領域

本發明屬于無線電波傳播技術領域，特別涉及一種基于TMAs的渦旋電磁波發射機的使用方法。

背景技術

大規模多輸入多輸出(Massive multiple-input-multiple-output,MassiveMIMO)技術,作為第五代移動無線通信系統關鍵技術之一，指的是基站端集成多個發射天線單元。隨著Massive MIMO技術的出現，通過利用空間自由度大大地提高了信道容量。然而，Massive MIMO技術仍然面臨許多現實性的挑戰。如，發射端高額的硬件開銷及基帶信號處理超高計算復雜度。此外，基于現實的三維空間信息傳輸場景，三維(Three-dimensional,3D)MIMO也被提出用于探索額外的自由度，即垂直平面。利用3D MIMO技術可以很好的需分具有相同方位角不同俯仰角的用戶，在干擾管理放面獲得了額外的靈活度。這些技術只能最大程度的減緩干擾而不是完全地消除干擾，因此，提高MIMO系統信道容量仍然是無線通信面臨的關鍵性問題。

相比于傳統MIMO技術在時間維度、空間維度和頻率維度提供的自由度，電磁渦旋技術提供了一個全新的維度，即模態維度。在視距通信(Line-of-sight，LOS)模分多路復用(Mode division multiplexing，MDM)MIMO系統中，由于不同整數模態間的正交特性，信道容量在LOS場景中可以被最大化。并且，只有整數模態才適合于傳輸，其也被稱作本征模態。因此，憑借其在LOS通信中的天然優勢，電磁渦旋技術可以被廣泛地應用于數據中心數據交換，無人機空地通信系統及無線回程(Backhaul)通信

多模電磁渦旋波技術可以大大地提高信道容量和頻譜效率。今年來光通信領域已經有了比較成熟的發展。同時，在無線通信領域，此技術也吸引了大量科研工作者的興趣。2007年電磁渦旋技術被B.Thide等人首次應用在1GHz以下的低頻無線通信，隨后于2012年F.Tamburini等人第一次實驗測試證明了電磁渦旋技術應用于無線通信領域的可行性。2015年，Q.Zhou等人提出了射頻渦旋MIMO(Radi vortex-MIMO,RV-MIMO)系統，在理想的LOS實現了高達160％的信道容量提升。W.Zhang等人在2017年提出基于軌道角動量的MDM通信系統，并且用實驗證明了在10GHz頻段電磁渦旋技術帶來的系統性能提升，同年X.Ge等人提出了基于空間調制的毫米波軌道角動量(Orbit angular momentum-spatial modulation，OAM-SM)通信系統，利用空間調制與模態調制的聯和復用，提出了具有魯棒性的長距離電磁渦旋無線通信系統。

目前，電磁渦旋無線通信技術研究已經比較深入，但是對于聯合電磁渦旋與其他調制技術如空間調制(Spatial modulation，SM)、極化調制(Polarization modulation，PM)和頻率調制(Frequency modulation，FM)技術的聯合復用的研究還不夠充分。因此，探索并評估聯合復用技術是本發明的重點。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于TMAs的多模態渦旋電磁波發射機。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：