一种用于轨道角动量模式解复用的部分接收方法技术

本发明专利技术公开一种用于轨道角动量模式解复用的部分接收方法。本发明专利技术中部分接收的孔径为完整接收所需的整个孔径圆周的1/n，选择一组满足一定规律的轨道角动量拓扑荷li构成的多个轨道角动量复用波束，使其拓扑荷li满足                                               ，l为任意一个的轨道角动量拓扑荷，m为整数，n为大于等于2的整数，则这组轨道角动量波束之间相互正交，在接收端采用1/n的部分孔径接收，就能够实现低串扰的轨道角动量模式的解复用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于轨道角动量模式解复用的部分接收方法
本专利技术涉及轨道角动量模式波束的接收领域，尤其涉及一种用于轨道角动量模式解复用的部分接收方法。
技术介绍
现今通信系统面临诸多挑战，频谱资源严重缺乏。为了提高通信速率，即便是应用了高密度编码和信道共享技术，仍然不能从根本上解决这一问题。一种能够高效率提高频谱效率的方法已经被提出。携带有轨道角动量(OAM)的电磁波通信得到了诸多关注。轨道角动量是电磁波的基本物理属性，反映电磁波围绕传播方向轴的方位角方向的相位变化参数。对于任意频率的电磁波，轨道角动量的拓扑荷(也称OAM模式)构成一组相互正交的、数目无限多的本征模式。OAM通信就是利用OAM模式这一组电磁波本征模式的阶数(取值l)，作为新的可供调制或复用的参数维度资源，即利用不同l值代表不同编码状态或不同信息通道，从而开辟进一步提高频谱效率的新途径。由于l值具有无限取值范围，理论上OAM通信具有可无限增加电磁波承载信息量的潜力。携带拓扑荷为l的轨道角动量波束具有相位因子表现为螺旋状的相位波前。这类光束具有柱对称的传播性质，光束中心光强为零，且在传播过程中保持这一特性。拓扑荷l越大，中心光强为零的半径也越大。由于轨道角动量的波束具有发散性，随着传播距离的增加，光束中心光强为零的半径也随之增加，这对接收端的接收孔径提出了严格的要求。大孔径的接收机不仅成本高，而且制备不易，运输、安装都不方便。在轨道角动量光通信领域，虽然有聚光透镜可以使得光束集中在小的孔径中，但对于超长距离的通信，比如星地光通信、深空光通信，这一问题依然比较严峻。事实上，任何接收机的孔径大小都是有限的，这一特性限制了多信道轨道角动量复用系统的信道数量。
技术实现思路
本专利技术提出一种用于轨道角动量模式解复用的部分接收方法，其目的在于实现低串扰的多个轨道角动量模式的解复用的同时，大大减少接收端的体积和成本。本专利技术解决技术问题所采取技术方案为：选择一组拓扑荷满足一定规律的轨道角动量波束，实现采用部分接收方法，实现多个轨道角动量模式的解复用。如果部分接收的区域为整个区域周向的1/n，则要求这组轨道角动量波束中任意拓扑荷li满足li＝l+nm，l为任意一个信道的轨道角动量拓扑荷，m为整数。满足条件的轨道角动量波束之间相互正交，利用这种部分接收方法，可以实现低串扰的轨道角动量模式的解复用，同时大大减少接收端的体积和成本。本专利技术的有益效果：基于一组拓扑荷满足规律的轨道角动量波束，使得它们在部分接收时保持正交，减少串扰；提供了一种适用于多个轨道角动量复用通信的部分接收方法，大大缓解了轨道角动量长距离通信时由于波束发散以及轨道角动量波束中心无能量引起的接收机超大接收孔径的需求。部分接收方法的采用，可降低接收端的制备、运输、安装及综合成本。同时由于电磁波轨道角动量波束的拓扑荷本身是无限的，所以这组满足条件的轨道角动量的拓扑荷理论上也是无限的，使得利用电磁波轨道角动量特性提升通信频谱利用率这一特性依然得到保证。附图说明图1完整接收与部分接收的模型；图2不同拓扑荷的轨道角动量波束的强度分布图；图3发射轨道角动量拓扑荷为-2，部分接收为π/2时，接收端不同拓扑荷轨道角动量波束的能量分布。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详述：图1给出了完整接收和部分接收的模型。在垂直于轨道角动量波束传播主轴的平面上，图1(a)是完整接收模型，即接收整个角向(0～2π)的能量；图1(b)是部分接收。仅接收角向(0～β)范围内的能量。显然部分接收可以大大减小接收端的体积以及其他综合成本。对于具有相位因子的轨道角动量波束，空间中辐射的轨道角动量的场可用柱坐标表示为：其中ρ，z分别为柱坐标系下的径向，周向和轴向。在接收端需要使用相位分布相反的器件进行轨道角动量波束的解调，设解调器件的相位因子为对于完整接收方案，其接收信号的幅度可表示为显然，当l2＝l1，轨道角动量波束角向相位因子为0，变为平面波，可以实现信号的探测。如果l2≠l1，则接收能量为0。即不同拓扑荷的轨道角动量波束正交。图2是拓扑荷l为2，3，4的轨道角动量波束的强度分布图，中心黑色是能量为零区域。显然,拓扑荷l越大，中心能量为零区域的半径越大。为了提高接收效率，接收端接收孔径的大小需要选择在波束主瓣能量处。复用信道数越多，拓扑荷l越大，接收端的接收孔径越大。这一条件限制了轨道角动量波束的实际应用。采用部分接收方案，假设β＝2π/n，其接收信号的幅度可表示为当l2＝l1时，可以接收到信号的能量。即部分接收可以实现单信道信号的接收。但是当l2≠l1时，对于不同的部分接收，大多数情况下仍然可以接收到信号。这说明拓扑荷为l1的轨道角动量波束和拓扑荷为l2的轨道角动量波束不再正交。此时无法实现不同拓扑荷轨道角动量波束的解复用，无法利用轨道角动量特性这一新的维度提高频谱的利用效率。本专利技术提出，当l1-l2＝nm，m为整数，可以为正也可以为负时，接收端在收到拓扑荷为l1的轨道角动量波束的同时，收不到拓扑荷为l2的轨道角动量波束的能量，即保证了采用部分接收时，不同轨道角动量波束的正交性。将这一特性应用于多个轨道角动量的复用通信，可以在减少接收端尺寸和成本的同时，实现低串扰的轨道角动量模式的解复用。轨道角动量波束在传输中，遇到部分孔径接收会发生角向衍射，其轨道角动量拓扑荷数会展宽，展宽包络满足sinc函数分布，图3是发射轨道角动量拓扑荷为-2，接收区域周向角为π/2时，接收端不同拓扑荷轨道角动量波束的能量分布。可见，当拓扑荷与发射轨道角动量拓扑荷相差为4的倍数时，其能量为零。即此时拓扑荷为-2的轨道角动量波束与拓扑荷值为-6，2，6等的轨道角动量波束正交。这些拓扑荷的角动量波束同时传输时，在接收端能够实现轨道角动量模式的解复用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于轨道角动量模式解复用的部分接收方法，其特征在于：对于一组拓扑荷为li的多个轨道角动量波束构成的复用链路，其接收端接收区域采用整个接收区域周向的1/n，此时，l为任意的轨道角动量拓扑荷，m为整数，n为大于等于2的正整数；那么这组轨道角动量波束中任意两个轨道角动量波束之间相互正交，利用部分接收可实现这组轨道角动量模式的解复用。

【技术特征摘要】
1.一种用于轨道角动量模式解复用的部分接收方法，其特征在于：对于一组拓扑荷为li的多个轨道角动量波束构成的复用链路，其接收端接收区域采用整个接收区域周向的1/n，此时li＝l+nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑史烈，章献民，金晓峰，池灏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33