The invention discloses a rail angular momentum electromagnetic wave multiplexing communication system and a communication method for axially converging and receiving, the system includes a coding and modulation module, an arbitrary waveform generation module, a radio frequency link module at the transmitting end, a transmitting antenna module, a composite angular converging lens module, a receiving antenna module, a radio frequency link module at the receiving end and a data demodulation output module. The coding and modulation module makes the bits and constellation points map; the arbitrary waveform generation module generates OAM carrier loaded with data information; the RF link module at the transmitter amplifies and filters the OAM RF transmission signal; the transmitting antenna module radiates and transmits the OAM RF transmission signal. The composite angle converging lens module adjusts the phase of OAM RF transmission signal through the spiral phase plate, and converges the plane beam to different focal points through the nested converging lens, so as to separate each OAM channel. The invention reduces the cost of receiving antenna array, reduces the crosstalk between various OAM channels, and improves the bit error performance.
【技术实现步骤摘要】
轴向汇聚接收的轨道角动量电磁波复用通信系统及方法
本专利技术涉及无线电磁波通信
,特别涉及轴向汇聚接收的轨道角动量电磁波复用通信系统及方法。
技术介绍
电磁波轨道角动量(OrbitalAngularMomentum,OAM)是电磁波固有属性,也是区别于传统的电磁波电场强度之外的另外一个重要物理量。具有OAM的电磁波又被称为“涡旋电磁波”,相位面与传播方向不垂直,呈现螺旋状分布。通常采用的常规平面波相位面与传播方向垂直,因此不具有OAM。具有OAM的电磁波与常规平面电磁波有着显著的不同,它让人们能够从一个新的维度去开发电磁波,在应用电磁波进行信息传输和目标探测领域都具有重大的价值。多输入多输出(MIMO)传输形式的多路复用是现代无线通信系统物理层的一个重要实现方式,近年来,研究人员开始探索使用轨道角动量(OAM)的基于MIMO的替代复用方案,即模态分割复用(ModesDivisionMultiplexing,MDM)。根据电动力学的理论,OAM是电磁波的一种固有的物理属性,统计态OAM与电磁波的场空间分布有关,可以用来产生重叠但正交的涡旋波束,可以用于实现多组发射数据同时同频通信的目的,从而大大提高通信系统的频谱效率。OAM是一种相对较新的无线通信模态,越来越受到潜在的短程视距(LOS)应用的关注,例如高带宽蜂窝回程通信和数据中心内计算机集群之间的互连,这在移动通信和导航探测领域都可能具有重要意义。为了生成带有OAM的电磁波束,2010年Mohammadi等人提出了均匀圆形阵列(UCA)的方式,天线单元在圆环上均匀分布,并且每个单元馈相的相位差为2πl ...
【技术保护点】
1.一种轴向汇聚接收的轨道角动量电磁波复用通信系统,包括信号发生子系统和信号接收子系统,其特征在于,信号发生子系统包括依次连接的编码调制模块、任意波形发生模块、发射端射频链路模块和发射天线模块,其中,编码调制模块用于将输入的比特信息经过幅相调制形成星座点,使比特信息与星座点之间建立映射关系;任意波形发生模块用于生成多路独立的载波信号,对每一路载波信号进行移相操作,从而形成多路不同相位延迟、共轴传输的、对应不同OAM模态的OAM载波信号,并将星座点信息加载到各OAM载波信号上;发射端射频链路模块用于对加载了星座点信息的OAM载波信号进行上变频、滤波和功率放大操作,形成OAM射频发射信号,然后将OAM射频发射信号馈送给发射天线模块;发射天线模块用于把加载了星座点信息的各路OAM射频发射信号辐射到自由空间中传输,形成共轴传输的复用通信波束,信号接收子系统包括依次连接的复合角汇聚透镜模块、接收天线模块、接收端射频链路模块、数据解调输出模块,其中,复合角汇聚透镜模块包括用于OAM调相的螺旋相位板和汇聚透镜,螺旋相位板用于对共轴传输的多路OAM射频发射信号进行相位面调整操作,从而形成平面波束,然后 ...
【技术特征摘要】
1.一种轴向汇聚接收的轨道角动量电磁波复用通信系统,包括信号发生子系统和信号接收子系统,其特征在于,信号发生子系统包括依次连接的编码调制模块、任意波形发生模块、发射端射频链路模块和发射天线模块,其中,编码调制模块用于将输入的比特信息经过幅相调制形成星座点,使比特信息与星座点之间建立映射关系;任意波形发生模块用于生成多路独立的载波信号,对每一路载波信号进行移相操作,从而形成多路不同相位延迟、共轴传输的、对应不同OAM模态的OAM载波信号,并将星座点信息加载到各OAM载波信号上;发射端射频链路模块用于对加载了星座点信息的OAM载波信号进行上变频、滤波和功率放大操作,形成OAM射频发射信号,然后将OAM射频发射信号馈送给发射天线模块;发射天线模块用于把加载了星座点信息的各路OAM射频发射信号辐射到自由空间中传输,形成共轴传输的复用通信波束,信号接收子系统包括依次连接的复合角汇聚透镜模块、接收天线模块、接收端射频链路模块、数据解调输出模块,其中,复合角汇聚透镜模块包括用于OAM调相的螺旋相位板和汇聚透镜,螺旋相位板用于对共轴传输的多路OAM射频发射信号进行相位面调整操作,从而形成平面波束,然后通过不同焦距的汇聚透镜将所述平面波束汇聚到传输主轴方向的不同的焦点上;接收天线模块包括多个接收天线子模块,各接收天线子模块分别放置在所述不同的焦点上,用于接收采集多路被汇聚透镜分离到不同焦点的OAM射频发射信号;接收端射频链路模块,用于将所述OAM射频发射信号放大和滤波,并将OAM射频发射信号下变频后进行滤波采样,并输入给数据解调输出模块;数据解调输出模块,用于将不同OAM载波信号所传输的不同幅相星座点信息解调出所述输入的比特信息。2.根据权利要求1所述的轴向汇聚接收的轨道角动量电磁波复用通信系统,其特征在于,发射端射频链路模块是多通道并行结构,发射端射频链路模块每一路通道都包括了混频器、滤波器、放大器,并且所有通道之间共用同一个本振源提供参考时钟信号,使得所有并行通道之间相位同步。3.根据权利要求1所述的轴向汇聚接收的轨道角动量电磁波复用通信系统,其特征在于,发射天线模块是阵列天线、谐振腔和超材料天线中的一种或多种,所述阵列天线是环形阵列;所述接收天线子模块是天线阵子,或谐振腔;所述接收端射频链路模块包括前...
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