[發明專利]基于索引調制的渦旋電磁波跳模-頻抗干擾系統和方法

有效

• 申請號: 202011107292.0
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112260720B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 梁利萍;程文馳;張海林
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04B1/715
• 分類號: H04B1/715;H04L27/34;H01Q1/52
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

本發明公開了基于索引調制的渦旋電磁波聯合跳模?頻抗干擾系統和方法，解決了在有限頻譜資源下難以兼顧抗干擾性能和頻譜效率的難題。系統通過增設可供多樣選擇發送信號載體選擇器，與發送信號載體選擇器嚴格同步的接收信號載體選擇器和一組FFT模塊，輸出已消除干擾的二進制解調信號。方法有：二進制信息分流；索引和信息調制；信息加載并跳變；信息傳輸、解跳和干擾過濾；計算干擾概率和平均誤碼率。本發明組合OAM模態和子載波頻率成OAM模態?子載波頻率對集，多樣化信息傳輸載體，調制并同時跳變，增加頻譜效率，降低干擾概率。同時實現無線通信系統更強的抗干擾和更高的頻譜效率，適用于室內網、蜂窩通信、雷達等通信的抗干擾。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，主要涉及渦旋電磁波抗干擾，具體是一種基于索引調制的渦旋電磁波聯合跳模-頻抗干擾系統和方法，適用于室內局域網、蜂窩網絡通信、雷達等通信場景的抗干擾。

背景技術

信息安全是無線通信領域的主要研究熱點之一。跳頻(Frequency hopping:FH)技術通過根據預先設定的跳頻圖案快速改變發送信號載波頻率可以有效地抵抗干擾，保障無線通信系統的信息安全。然而，隨著數據傳輸速率的增長及各種異構網絡業務的共存，無線頻譜資源面臨著愈加緊缺的問題，從而直接影響FH技術抗干擾性能提升。此外，跳頻FH技術中大部分的載波均處于空閑狀態，使得較低的無線通信系統頻譜利用率難以滿足未來無線通信對高速率信息傳輸的需求。

“Frequency index modulation for low complexity low energycommunication networks”的作者引入索引調制概念，研究了在無線通信物聯網中低復雜度和能量的頻率索引調制方法，旨在不犧牲數據速率的前提下減少正交頻分復用系統的發射能量和峰均值功率比。雖然該方法可簡化為多個子窄帶同時跳動的慢跳頻技術，增加系統的頻譜效率。然而，跳動的子窄帶的增加提高了系統有用信號被干擾的概率，從而降低整個系統的抗干擾性能和有效容量。

“一種基于IFFT/FFT框架的索引調制跳頻通信技術”作者研究了基于索引調制的跳頻抗干擾方法，通過激活多個子載波同時進行跳變來提高無線通信頻譜效率。然而，同時激活多個子載波將增加所選擇子載波在整個頻帶的占比，大幅度地增加了有用信號被敵意干擾的概率，降低了敵意信號追蹤干擾有用信號的難度，從而增加了無線通信系統的誤碼率。

綜上，針對“黃金”頻譜資源愈發擁擠與通過增加可用跳頻載波數量來增強無線通信系統抗干擾能力的需求相矛盾和多載波同時跳變引起的頻譜效率與抗干擾性能相矛盾的問題，現有的跳頻技術難以在保障無線通信系統抗干擾性能的同時顯著提高頻譜效率。

軌道角動量(Orbital angular momentum:OAM)為無線通信同時實現有效抗干擾和高頻譜效率提供了一個潛在的解決方案。不同于常規描述電磁波極化特征的自旋角動量，OAM描述電磁波的螺旋相位前端，其波束稱為渦旋電磁波。軌道角動量的拓撲荷亦稱為模態。攜帶不同模態的渦旋電磁波關于方位角相互正交，使得多模態渦旋電磁波可以同頻同時傳輸，為無線通信系統復用傳輸提供了一個全新的解決范例。然而，如何利用渦旋電磁波模態信號同時實現高效和強抗干擾也是待解決的難題。目前，國內外幾乎沒有研究利用OAM和頻率來解決上述難題。

發明內容

本發明針對現有技術的不足和問題，提出一種大幅度提高頻譜效率，降低系統誤碼率的基于索引調制的渦旋電磁波聯合跳模-頻抗干擾系統和方法。