本发明专利技术公开一种涡旋微波量子超窄带通信相位同步装置，该装置的输入为多路携带不同轨道角动量(OAM)涡旋微波量子的电磁波电场强度信号。系统中包括相位差信号模块，计算携带不同OAM模态电磁波电场强度信号之间的相位差，产生相位差信号；移相控制信号模块，将相位差信号转换成移相模块的控制信号；移相模块，根据控制信号对电磁波电场强度信号进行移相；信号选通模块，对移相后的多路电磁波电场强度信号进行选通键控控制；辐射模块，对选通键控后的信号进行辐射，辐射出在自由空间中传播且在不同时间携带不同OAM模态的电磁波。本发明专利技术实现不同OAM模态电磁波在电场强度信号上的相位同步，是实现涡旋微波量子超窄带通信的关键技术。术。术。
【技术实现步骤摘要】
涡旋微波量子超窄带通信相位同步装置
[0001]本专利技术涉及通信领域，具体涉及到一种涡旋微波量子超窄带通信相位同步装置。
技术介绍
[0002]随着移动互联网技术的飞速发展，人们对于无线通信的需求大幅增加。进行无线通信需要使用一定的频谱资源。然而频谱资源是有限的，因此频谱资源逐渐变得紧缺。飞速增加的通信需求与逐渐紧缺的频谱资源的矛盾成为了亟待解决的问题。
[0003]轨道角动量(OAM)是电磁波固有的一种物理性质，近些年来被广泛研究。电磁波中携带OAM模态的涡旋微波量子被认为是不同于电场强度的新资源，利用电磁波中涡旋微波量子携带的不同OAM模态取代传统的电场强度作为传输信息的物理量，可以突破传统通信的频谱带宽限制，即占据极少的频谱带宽便可以进行无线通信，从而有效缓解频谱资源紧缺的矛盾。
[0004]涡旋微波量子超窄带通信系统的核心在于形成携带不同OAM模态涡旋微波量子的电磁波，并将其合成为一个时域上电场强度相位连续的简单正弦波形电磁波进行辐射。该电磁波在不同时间携带不同OAM模态，从而可以利用不同的OAM模态代表不同符号进行信息传输。而在形成该电磁波的过程中，由于携带不同OAM模态的电磁波不是由同一个源产生，往往有着不同的初相位，或者随着时间的改变会发生相位漂移，导致存在相位差，从而无法形成一个时域上电场强度相位连续的电磁波。例如图1所示，横坐标t是时间，纵坐标E是电场强度波形幅值，携带OAM模态1的电磁波电场强度信号与携带OAM模态0的电磁波电场强度信号之间具有相位差，并不能形成时域上相位连续的电磁波电场强度信号。而如果相位不连续，将可能大大增加其占据的频谱带宽，直接影响到涡旋微波量子超窄带通信系统的性能，如图2所示。
[0005]需要采取额外的措施使得上述中具备不同OAM模态的不同电磁波电场强度信号具备同样的相位，从而使得最后合并形成的电磁波电场强度信号相位连续，也即本专利技术中所提出的相位同步。由于涡旋微波量子超窄带通信系统构成了全新的应用场景，传统意义上的相位同步无法直接应用于该系统，因此需要针对涡旋微波量子超窄带通信系统提出相应的相位同步方法。
技术实现思路
[0006]针对涡旋微波量子的超窄带通信系统的需要，本专利技术提出一种涡旋微波量子超窄带通信相位同步装置，可以实现携带不同OAM模态的电磁波电场强度信号在时域上相位连续，以使该信号仅占据极窄频谱带宽，达到节省频谱资源的目的。
[0007]本专利技术提出以下方法解决该问题：
[0008]一种涡旋微波量子超窄带通信相位同步装置，用于对N路携带不同OAM模态涡旋微波量子的电磁波电场强度信号进行同步处理，N为大于等于2的整数，N路输入的电磁波电场强度信号中包括1个基准OAM电磁波电场强度信号和N
‑
1个待同步OAM电磁波电场强度信号，
N路电磁波电场强度信号的幅度和频率一致，相位和所携带的OAM模态不相同，
[0009]涡旋微波量子超窄带通信相位同步装置包括N
‑
1个相位同步单元，基准OAM电磁波电场强度信号与每一个待同步OAM电磁波电场强度信号分别组合输入到不同的相位同步单元中，任一个相位同步单元包括依次连接的相位差信号模块、移相控制信号模块、移相模块、信号选通模块，
[0010]其中，相位差信号模块包括依次连接的混频元件和滤波器，所述混频元件用于将待同步OAM电磁波电场强度信号与基准OAM电磁波电场强度信号相乘形成混频信号，所述滤波器滤除混频信号中的高频交流分量，获得相位差信号；
[0011]其中，移相控制信号模块包括信号采样模块和计算模块，信号采样模块用于对相位差信号采样离散化，形成离散数字信号，计算模块根据该离散数字信号计算相位差值并输出对应的多比特数字信号给移相模块；
[0012]其中，移相模块根据所述多比特数字信号将待同步OAM电磁波电场强度信号的相位进行移相，使得与基准OAM电磁波电场强度信号的相位同步；
[0013]其中，信号选通模块通过选通键控将移相后的待同步OAM电磁波电场强度信号与基准电磁波电场强度信号选通组合成为时域上电场强度相位连续的信号。
[0014]可选地，还包括辐射模块，用于将所述时域上电场强度相位连续的信号辐射成在空间中传播的电磁波信号，且该电磁波信号在不同时刻携带有不同的OAM模态。
[0015]可选地，基准OAM电磁波电场强度信号0与任一待同步OAM电磁波电场强度信号n通过混频元件相乘后的信号为：
[0016][0017]其中，
[0018][0019][0020]s0(t)表示基准OAM电磁波电场强度信号，s
n
(t)表示待同步OAM电磁波电场强度信号n，A表示电磁波电场强度信号的幅度，ω
c
表示电磁波电场强度信号的角频率，t表示时间，表示基准电磁波电场强度信号0的初相位，表示待同步电磁波电场强度信号n的初相位。
[0021]可选地，第n路经过滤波器滤除交流分量后的信号为
[0022][0023]其中B是滤波器的幅度增益。
[0024]可选地，所述信号采样模块得到的离散数字信号表示为
[0025]β
n
(k)＝β
n
(kT
sa
)
[0026]其中β
n
(k)表示第n路滤波后信号的第k个采样值，T
sa
表示模数转换器的采样周期。
[0027]可选地，计算模块根据该离散数字信号计算相位差值的公式为：
[0028][0029]其中K为计算用到的采样点数。
[0030]可选地，所述移相控制信号模块生成的多比特数字信号以TTL电平输出。
[0031]可选地，所述移相模块中包括数控移相器，在控制信号的控制下对电磁波电场强度信号进行移相，移相后的信号表示为
[0032][0033]表示移相后携带OAM模态n的电磁波电场强度信号n，其中表示不需要移相的基准OAM电磁波电场强度信号。
[0034]可选地，所述信号选通模块包括N个乘法器，所述信号选通模块的乘法器n(0≤n≤N
‑
1)的输入为和脉冲选通信号n，通过乘法器n后的信号为
[0035][0036]其中是脉冲选通信号n，a
nk
表示要传输的第k个符号，a
nk
取值为0或1，且g(t)为矩形脉冲函数，具体为：
[0037][0038]T
s
表示传输系统的符号周期；
[0039]还包括一个合路器，用于将总共N路通过乘法器后的信号进行合并，形成电场强度相位连续的电磁波信号。
[0040]可选地，所述电场强度相位连续的电磁波信号，电场强度时域表达式为：
[0041][0042]与现有方法相比，本专利技术的有益之处在于：
[0043]涡旋微波量子超窄带通信系统是解决通信需求与频谱资源紧缺矛盾的有效措施，本专利技术针对涡旋微波量子超窄带通信系统这一新本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种涡旋微波量子超窄带通信相位同步装置，用于对N路携带不同OAM模态涡旋微波量子的电磁波电场强度信号进行同步处理，N为大于等于2的整数，其特征在于，N路输入的电磁波电场强度信号中包括1个基准OAM电磁波电场强度信号和N
‑
1个待同步OAM电磁波电场强度信号，N路电磁波电场强度信号的幅度和频率一致，相位和所携带的OAM模态不相同，涡旋微波量子超窄带通信相位同步装置包括N
‑
1个相位同步单元，基准OAM电磁波电场强度信号与每一个待同步OAM电磁波电场强度信号分别组合输入到不同的相位同步单元中，任一个相位同步单元包括依次连接的相位差信号模块、移相控制信号模块、移相模块、信号选通模块，其中，相位差信号模块包括依次连接的混频元件和滤波器，所述混频元件用于将待同步OAM电磁波电场强度信号与基准OAM电磁波电场强度信号相乘形成混频信号，所述滤波器滤除混频信号中的高频交流分量，获得相位差信号；其中，移相控制信号模块包括信号采样模块和计算模块，信号采样模块用于对相位差信号采样离散化，形成离散数字信号，计算模块根据该离散数字信号计算相位差值并输出对应的多比特数字信号给移相模块；其中，移相模块根据所述多比特数字信号将待同步OAM电磁波电场强度信号的相位进行移相，使得与基准OAM电磁波电场强度信号的相位同步；其中，信号选通模块通过选通键控将移相后的待同步OAM电磁波电场强度信号与基准电磁波电场强度信号选通组合成为时域上电场强度相位连续的信号。2.根据权利要求1所述的涡旋微波量子超窄带通信相位同步装置，其特征在于，还包括辐射模块，用于将所述时域上电场强度相位连续的信号辐射成在空间中传播的电磁波信号，且该电磁波信号在不同时刻携带有不同的OAM模态。3.根据权利要求1所述的涡旋微波量子超窄带通信相位同步装置，其特征在于，基准OAM电磁波电场强度信号0与任一待同步OAM电磁波电场强度信号n通过混频元件相乘后的信号为：其中，其中，s0(t)表示基准OAM电磁波电场强度信号，s
n
(t)表示待同步OAM电磁波电场强度信号n，A表示电磁波电场强度信号的幅度，ω
c
表示电磁波...
【专利技术属性】
技术研发人员：张超，谢翔东，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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