[發明專利]軌道角動量無線通信系統的信號接收方法

有效

• 申請號: 201910508015.1
• 申請日: 2019-06-12
• 公開（公告）號: CN110266354B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 陳睿;龍汶軒;李建東;鄒敏強;楊彬
• 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;H04B7/08
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

本發明公開了一種軌道角動量無線通信系統的信號接收方法，解決了現有技術無法直接對收發端未對準情況下的OAM通信系統進行信號接收的問題。實現方案是：構建OAM通信系統模型；確定接收端圓心的坐標；構建OAM通信系統等效信道矩陣；構建OAM通信系統波束調相矩陣并在接收端進行波束調相；對OAM通信系統進行接收信號檢測，獲得多模態OAM接收信號。本發明首次給出了OAM通信系統發送端方位角及俯仰角共存時的波束調相方法，并提出了基于幅度檢測的OAM通信系統接收信號檢測方法。本發明能夠消除收發端未對準情況下OAM信道的模間干擾，實現OAM通信系統信號信息的準確接收，可用于軌道角動量無線通信。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，涉及一種信號接收方法，具體是一種軌道角動量無線通信系統的信號接收方法，可用于軌道角動量無線通信。

背景技術

現階段，通信技術的發展導致了無線頻譜資源需求的急速上升，然而，傳統對頻譜資源的控制導致了頻譜利用率的不足，頻譜資源匱乏的問題越來越嚴重。電磁波屬性中的振幅、頻率、相位和偏振態等維度均已用于信號表征來提升傳輸容量。在現有基礎上無法繼續采用增加電磁波表征維度的方式來擴充信道容量，只能通過頻譜壓縮、提高調制速率或者調制階數等方法來進一步提高頻譜效率。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，目前已引起了廣泛關注。

構建OAM通信系統的關鍵技術之一就是如何實現OAM信號的準確接收。OAM通信系統準確接收信號的前提是發送波束與接收波束間的完美對準，這使得OAM通信系統接收端的波束調相成為近年來新興的研究方向。人們對OAM通信系統接收端波束調相方法已進行了初步的研究，已有研究對發送端與接收端存在單一俯仰角時的通信系統進行了波束調相，然而，發送端與接收端的相對位置由發送端相對于接收端的方位角及俯仰角共同決定，現有的研究成果僅利用發送端相對于接收端的俯仰角進行波束調相，僅能用于某種特殊情況下的OAM通信系統，并不適用于一般情況下的OAM通信系統，具有局限性。此外，OAM通信系統必須利用適用于軌道角動量通信場景下的信號檢測方案實現接收端的信號接收，然而，關于OAM通信系統接收信號檢測方法目前仍未見報道，或者說處于空白階段，以上波束調相方法不具有通用性及無檢測方案使得渦旋電磁波在無線通信的實際應用受到局限。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種具有普遍適用性的軌道角動量無線通信系統的信號接收方法。

本發明是一種軌道角動量無線通信系統的信號接收方法，其特征在于，包括有如下步驟：

(1)構建OAM通信系統模型：利用兩個半徑分別為R_t和R_r的均勻圓陣作為OAM通信系統的發送端與接收端，在發送端以發送端圓心為原點、發送陣列所在平面為X′OY′平面建立發送端第一坐標系Z′-X′OY′；在接收端以接收端圓心為原點、接收陣列所在平面為平面建立接收端坐標系將發送端圓心在坐標系中的坐標表示為其中r為發送端圓心與接收端圓心間的距離，為發送端的方位角，α為發送端的俯仰角；發送端發送信息信號向量s(l)

s(l)＝[s(l₁),s(l₂),…,s(l_v),…,s(l_V)]^T,

其中，s(l_v)為利用不同模態發送的信息信號；

(2)確定接收端圓心的坐標：在發送端以發送端圓心為原點、平行于接收陣列的平面為XOY建立發送端第二坐標系Z-XOY，根據發送端與接收端坐標系間的角度關系，將接收端圓心在發送端第二坐標系Z-XOY坐標系中的坐標表示為(r,θ,α)，其中θ為X軸與X’軸間的夾角，即接收端圓心在坐標系Z-XOY中的方位角；