一種利用渦旋電波進行通信的方法
2024-01-28 17:27:15 1
一種利用渦旋電波進行通信的方法
【專利摘要】一種利用渦旋電波進行通信的方法，屬於無線通信方法，解決現有利用渦旋電波進行通信的方法中，所存在的接收多個渦旋電波相位差小、信號分辨困難的問題。本發明包括信號發射、信號接收、拓撲荷獲取、渦旋電波解調步驟。本發明簡單易行，無需增加額外硬體投入，不改變通信系統的核心部件，利用渦旋電波具有相互正交的物理特性，在已知待解調的渦旋電波拓撲荷的情況下，利用方位角積分方法對渦旋電波進行解調，解決了利用相位差進行解調渦旋電波信號所存在的多個渦旋電波相位差小、信號分辨困難的問題；同時，由於待解調的渦旋電波信號幅值增大，即使存在噪聲幹擾，也能較容易地檢測出解調信號，可應用於渦旋電波無線通信系統。
【專利說明】-種利用禍旋電波進行通信的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於無線通信方法，具體涉及一種利用潤旋電波進行通信的方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，由於移動數據業務的快速發展，移動數據呈現爆炸式增長，通信擴容需求 不斷增大，現有通信方法中利用頻率、時間和極化等自由度對通信信號進行復用，但該些資 源有限。
[0003] 傳統的電波信號，屬於平面電磁波，波前或等相位面為平面。潤旋電波的波前或 等相位面為螺旋狀結構，而具有螺旋形相位結構的潤旋電波，它本身攜帶一種角動量，該種 角動量稱為軌道角動量。具有軌道角動量的電磁波帶有相位旋轉因子eパn<^該裡k。通 常稱為拓撲荷，為任意整數，表示繞波束閉合環路一周線積分為2 n整數倍的個數；n為 潤旋電波序數；9為方位角。若將傳統的電波信號表示為s"(t)，則潤旋電波可表示為： Vn(t，kn，(p)=Sn(t)Xe^n?P。
[0004] 與通信信號的頻率、時間和極化等自由度類似，軌道角動量是一個新的自由度並 可W作為數據信息載體，在某個頻段上將傳統信號調製成潤旋信號，進而復用潤旋信號，該 樣就可在不增加頻段的情況下，提高通信容量。
[0005] 由於潤旋電波本身具有正交性，因而在空間傳播時，各個潤旋電波之間不會相互 影響，該種特性有利於它的復用，而通過角動量的復用不僅可W提高通信容量，而且同時提 高了頻譜效率；此外，潤旋電波對當前通信的系統幾乎無影響；因此，該技術具有很好的應 用自U景。
[0006] 現有移動通信一般都工作在特高頻頻段扣HF, 300?3000MHz)，對於該個頻段的 潤旋電波來說，調製可利用特殊的潤旋天線，解調可採用多根接收天線計算相位差的方法。 國外試驗表明；對於潤旋電波的接收，在接收端通過幹涉儀測量天線A、B之間的相位差，它 表徵了電磁波的空間相位特性，為了區分該種特性，天線A、B和電磁波奇點應該在同一直 線上，其中奇點位於天線A、B的中點位置。該樣，拓撲荷為1的潤旋電波會在兩天線之間產 生180°的相位差，隨後補償延遲，將會產生一個最大場強；而拓撲荷為0的電磁波在相同 的裝置實驗下，則有0°的相位差，產生一個最小場強。
[0007] 利用該種特性，F. Tamburini等於2012年首次成功地進行了單個潤旋電波通信 的實驗，見 F. Tamburini、E. Mari、A. Sponselli、B. thide、A. Bianchini and F. Romanato, "Encoding many channels on the same frequencythrough radio vorticity ：first experimental test"New Journal of Physics, vol. 14, Article 10033001,2012。
[0008] 按照該個實驗的潤旋電波接收思路，潤旋電波數目愈多，相位差愈小，信號的分辨 愈加困難。
【發明內容】
[0009] 本發明提供一種利用潤旋電波進行通信的方法，利用方位角積分方法實現潤旋電 波解調，解決現有利用潤旋電波進行通信的方法中，所存在的接收多個潤旋電波相位差小、 信號分辨困難的問題。
[0010] 本發明所提供的一種利用潤旋電波進行通信的方法，包括信號發射、信號接收、拓 撲荷獲取、潤旋電波解調步驟，其特徵在於：
[0011] (1)信號發射步驟：
[0012] 在發射機端設置潤旋天線，同時發送N個潤旋電波信號，1，其中，發射的第n 個潤旋電波信號V"hk"，(p):
[0013]
【權利要求】
1. 一種利用渦旋電波進行通信的方法，包括信號發射、信號接收、拓撲荷獲取、渦旋電 波解調步驟，其特徵在於： (1) 信號發射步驟： 在發射機端設置渦旋天線，同時發送N個渦旋電波信號，NS 1，其中，發射的第n個渦 旋電波信號Vn(LkrpCp): Vn(t,kn,cp)=Sn(t)xevk nc/>, i 1，方位角 (pe[〇, 2n]-, (2) 信號接收步驟： 在接收機端對所接收的N個渦旋電波信號進行均衡、濾波，得到N個復用信號 M(t, kn, (p)：
其中，cp)為接收機端得到的第n個渦旋電波信號； (3) 拓撲荷獲取步驟： 在接收機端通過導頻方法或信道估計方法得到待解調的渦旋電波信號b屮)所 攜帶的某個拓撲荷h ;i為1?N中的某個數； (4) 渦旋電波解調步驟，包括下述子步驟： (4.1) 計算待解調的渦旋電波信號的方位角積分值Ii (t): 將M(t，kn，q>)與e-yki<P的乘積在[〇, 2兀]內作積分運算：
(4.2) 消除誤差，得到拓撲荷1^所對應的渦旋電波信號Vf^ki, (p)的解調信號Ri(t): Ri (t) = Ii (t) /2 Jr = Si (t) X 2 31 /2 Jr = Si (t) 〇
2. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於： 所述信號拓撲荷獲取步驟中，所述信道估計方法為基於參考信號的估計方法、盲估計 方法或者半盲估計方法。
【文檔編號】H04B7/01GK104363039SQ201410531761
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月8日 優先權日:2014年10月8日
【發明者】江濤, 朱啟標 申請人:華中科技大學