[发明专利]轨道角动量无线通信系统的信号接收方法

说明书

本发明公开了一种轨道角动量无线通信系统的信号接收方法，解决了现有技术无法直接对收发端未对准情况下的OAM通信系统进行信号接收的问题。实现方案是：构建OAM通信系统模型；确定接收端圆心的坐标；构建OAM通信系统等效信道矩阵；构建OAM通信系统波束调相矩阵并在接收端进行波束调相；对OAM通信系统进行接收信号检测，获得多模态OAM接收信号。本发明首次给出了OAM通信系统发送端方位角及俯仰角共存时的波束调相方法，并提出了基于幅度检测的OAM通信系统接收信号检测方法。本发明能够消除收发端未对准情况下OAM信道的模间干扰，实现OAM通信系统信号信息的准确接收，可用于轨道角动量无线通信。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种信号接收方法，具体是一种轨道角动量无线通信系统的信号接收方法，可用于轨道角动量无线通信。

背景技术

现阶段，通信技术的发展导致了无线频谱资源需求的急速上升，然而，传统对频谱资源的控制导致了频谱利用率的不足，频谱资源匮乏的问题越来越严重。电磁波属性中的振幅、频率、相位和偏振态等维度均已用于信号表征来提升传输容量。在现有基础上无法继续采用增加电磁波表征维度的方式来扩充信道容量，只能通过频谱压缩、提高调制速率或者调制阶数等方法来进一步提高频谱效率。轨道角动量OAM作为一个新的传输维度，能够在同一频带同时传输多路信息，可以有效地解决频谱资源短缺的问题，目前已引起了广泛关注。

构建OAM通信系统的关键技术之一就是如何实现OAM信号的准确接收。OAM通信系统准确接收信号的前提是发送波束与接收波束间的完美对准，这使得OAM通信系统接收端的波束调相成为近年来新兴的研究方向。人们对OAM通信系统接收端波束调相方法已进行了初步的研究，已有研究对发送端与接收端存在单一俯仰角时的通信系统进行了波束调相，然而，发送端与接收端的相对位置由发送端相对于接收端的方位角及俯仰角共同决定，现有的研究成果仅利用发送端相对于接收端的俯仰角进行波束调相，仅能用于某种特殊情况下的OAM通信系统，并不适用于一般情况下的OAM通信系统，具有局限性。此外，OAM通信系统必须利用适用于轨道角动量通信场景下的信号检测方案实现接收端的信号接收，然而，关于OAM通信系统接收信号检测方法目前仍未见报道，或者说处于空白阶段，以上波束调相方法不具有通用性及无检测方案使得涡旋电磁波在无线通信的实际应用受到局限。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种具有普遍适用性的轨道角动量无线通信系统的信号接收方法。

本发明是一种轨道角动量无线通信系统的信号接收方法，其特征在于，包括有如下步骤：

(1)构建OAM通信系统模型：利用两个半径分别为R_t和R_r的均匀圆阵作为OAM通信系统的发送端与接收端，在发送端以发送端圆心为原点、发送阵列所在平面为X′OY′平面建立发送端第一坐标系Z′-X′OY′；在接收端以接收端圆心为原点、接收阵列所在平面为平面建立接收端坐标系将发送端圆心在坐标系中的坐标表示为其中r为发送端圆心与接收端圆心间的距离，为发送端的方位角，α为发送端的俯仰角；发送端发送信息信号向量s(l)

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

其中，s(l_v)为利用不同模态发送的信息信号；

(2)确定接收端圆心的坐标：在发送端以发送端圆心为原点、平行于接收阵列的平面为XOY建立发送端第二坐标系Z-XOY，根据发送端与接收端坐标系间的角度关系，将接收端圆心在发送端第二坐标系Z-XOY坐标系中的坐标表示为(r,θ,α)，其中θ为X轴与X’轴间的夹角，即接收端圆心在坐标系Z-XOY中的方位角；