[发明专利]一种用于OAM通信的DOA估计方法

说明书

本发明公开了一种用于OAM通信的DOA估计方法，包括：发射端以不同半径、不同模态的OAM波束估计仰角θ₀；发射端固定仰角θ₀，以不同半径、0模的波束估计偏转角φ₀；发射端获取波束偏转角度(θ₀，φ₀)，实现发射端的DOA估计。本发明通过两个阶段进行DOA估计，先采用不同半径、不同模态的OAM波束估计出θ角，再利用不同半径的0模波束估计出φ角，方法实施简单，复杂度低。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种用于OAM通信的DOA估计方法。

背景技术

均匀圆环天线阵(uniform circular antenna array(UCA))因其灵活的调制和复用特性，常被用于微波毫米波频段的轨道角动量(orbital angular momentum(OAM))复用通信系统中。OAM与波函数空间分布相关，是所有“涡旋电磁波”的基本属性，表现为波束具有螺旋状等相位面并且沿螺旋线传播。OAM拥有无穷多个个正交模态，理论上可以承载无穷多路信息同时同频复用传输，从而提供了一种独立于时间、频率与极化之外的信息复用新自由度，有望成倍提升无线通信系统的网络容量、频谱效率、抗干扰与抗截获能力。2007年，B.thide等人通过实验证明：给UCA馈以等幅等相差的信号可以生成OAM。所示。当前基于UCA的OAM通信研究大部分都集中于收发UCA共轴的场景。然而，共轴极大地限制了OAM通信的应用场景，因此，研究非共轴场景下的OAM通信很有必要。

目前针对于非共轴OAM通信场景的研究仍然较少。CHENG W在论文“AchievingPractical OAM Based Wireless Communications with Misaligned Transceiver”中针对于非共轴的OAM通信场景，提出了“预编码-后处理”编码方案，可以将信道重新恢复成无干扰的并行子信道。然而，当采用这种方法时，基于UCA的OAM通信会退化成一般意义上的MIMO通信，失去了OAM通信的特性。为了保持OAM的波束特性，CHEN R在论文“Beam Steeringfor the Misalignment in UCA-Based OAM Communication Systems”中提出了OAM波束偏转方法，通过在收发端UCA阵元上添加偏转相移，实现波束偏转。这种方法仅考虑了一般意义上的偏转特性，并未考虑OAM波束生成对于收发阵元几何结构的约束。当采用文中方法时，由于仅仅给阵元添加了偏转相位，偏转的OAM波束存在畸变。当波束偏转角度较大时，OAM波束畸变加剧，模态正交性下降。因此这类方法本质上不是针对OAM波束偏转的有效方法。针对于上述问题，YU W在论文“UCA Based OAM Beam Steering with High ModeIsolation[J].IEEE Wireless Communications Letters”中综合考虑了OAM波束偏转对于相位和天线阵几何结构的需求。针对于特定的偏转角，首先进行收发阵元位置的调整，将阵元结构调整成指定的椭圆阵，在特定阵元结构的基础上，提出了一维线性的相位加权方法实现OAM波束偏转。仿真表明，该方法能够在实现波束偏转的同时，保证OAM各个模态的正交性。为了实现通用性，文中采用了方形栅格阵(SGA)实现任意角度的椭圆阵，通过在方形栅格阵上选取不同轴比的椭圆阵进行多角度的OAM通信。然而，进行特定角度OAM通信的前提是要使收发端获取对方相对于自身的偏转角。