[发明专利]基于时域可编程超材料的无线通信方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于时域可编程超材料的无线通信方法及系统，方法包括：发送端将用户数据信息翻译解释成比特流信息，映射成一组星座点集，其中每一个星座点均对应一个超材料的控制符号，对其对应的一组幅度和相位进行编码，分别编码产生幅度和相位调制时域控制序列；将预设频率的单音载波信号作为入射波打向超材料表面，根据时域控制序列对超材料进行控制，使得改变自身表面反射系数及反射出携带用户数据的已调射频信号；接收端对已调射频信号进行正交解调后，下变频至基带，产生IQ两路信号后估计FSK信号频谱并检测，及恢复出原始比特流信息。本发明大大减轻了带宽信号对于功放的线性区要求，具有高带宽的特性，可适用于宽带信号的调制和传输。

技术领域

本发明涉及基于时域可编程超材料的无线通信方法及系统，属于通信技术领域。

背景技术

近十年来，经过微电子技术、大规模和超大规模集成电路以及数字信号处理技术的飞速发展，移动通信经历了从语音业务到移动宽带数据业务的飞跃式发展，不仅深刻地改变了人们的生活方式，也极大地促进了社会和经济的飞速进步同时也意味着人们对移动通信数据量的需求有了爆炸式的增长。人们对于移动通信数据量的需求反过来推动着整个无线通信体系的发展。自香农在二十世纪五十年代提出信息论以来，无线通信已发展为独立于物理学且体现出其独特性的学科，其基础理论与框架均日趋成熟且较难有大的改动与飞跃。与此同时，超材料（Metamaterials）作为一种新技术，自诞生以来，因其独特的电磁特性而受到极为广泛的关注，它的出现同样给予了无线通信新的可能。

超材料通常是在一个空间区域中整齐有规律地排列一组散射体或孔径，以达到某些理想电磁特性（如负折射率等）的材料结构。十年来，超材料已经从一个简单的理论概念转变为一个具有开发和市场应用的领域。三维超材料可以通过将电子小散射体或孔排列成二维来扩展在表面或界面的图案，这种超材料的表面版本（Metasurface）不仅占用更少的物理空间，其可控的“智能”表面、小型化的谐振腔以及新颖的波导结构都在电磁学及其他相关领域有着广泛的应用潜力。

目前可编程超材料已经在毫米波雷达、生物医学器件、光学等领域有了关键性的应用，其主要用于完成3D雷达探测、图形成像等工作，然而尚未有人将其用于无线通信系统中。超材料所实现的电磁特性对于通信领域同样有重大意义，无线通信与可编程超材料的结合将是一个全新的领域。并且超材料由于调制机制简易且控制方便，很有希望一定程度上取代繁杂的模拟射频器件从而大大缩减系统能耗与设备成本，突破传统通信系统框架的同时为未来无线通信的发展提供巨大可能性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于时域可编程超材料的无线通信方法及系统，避免使用开发复杂、成本昂贵的射频模拟器件的同时，给无线通信提供一种利用超材料传输数据的新架构。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

本发明提出一种基于时域可编程超材料的无线通信方法，该方法基于发送端和接收端，包括以下步骤：

步骤1、发送端将用户数据信息翻译解释成由数字0和1组成的比特流信息；

步骤2、发送端将比特流信息映射成一组星座点集，其中每一个星座点均对应一个超材料的控制符号；

步骤3、发送端根据每一个超材料控制符号对应的一组幅度和相位进行编码，分别编码产生幅度调制和相位调制的时域控制序列；

步骤4、将预设频率的单音载波信号作为入射波打向超材料表面，发送端根据产生的幅度调制和相位调制的时域控制序列对超材料进行控制，使得超材料改变自身表面反射系数及反射出携带用户数据的已调射频信号；

步骤5、接收端对接收到超材料反射的已调射频信号进行正交解调后，并将已调射频信号下变频至基带，产生IQ两路信号后估计FSK信号频谱并检测，及恢复出发送端发送的原始比特流信息。