一种利用涡旋电波进行通信的方法
【专利摘要】一种利用涡旋电波进行通信的方法，属于无线通信方法，解决现有利用涡旋电波进行通信的方法中，所存在的接收多个涡旋电波相位差小、信号分辨困难的问题。本发明包括信号发射、信号接收、拓扑荷获取、涡旋电波解调步骤。本发明简单易行，无需增加额外硬件投入，不改变通信系统的核心部件，利用涡旋电波具有相互正交的物理特性，在已知待解调的涡旋电波拓扑荷的情况下，利用方位角积分方法对涡旋电波进行解调，解决了利用相位差进行解调涡旋电波信号所存在的多个涡旋电波相位差小、信号分辨困难的问题；同时，由于待解调的涡旋电波信号幅值增大，即使存在噪声干扰，也能较容易地检测出解调信号，可应用于涡旋电波无线通信系统。
【专利说明】-种利用祸旋电波进行通信的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信方法，具体涉及一种利用润旋电波进行通信的方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于移动数据业务的快速发展，移动数据呈现爆炸式增长，通信扩容需求 不断增大，现有通信方法中利用频率、时间和极化等自由度对通信信号进行复用，但该些资 源有限。
[0003] 传统的电波信号，属于平面电磁波，波前或等相位面为平面。润旋电波的波前或 等相位面为螺旋状结构，而具有螺旋形相位结构的润旋电波，它本身携带一种角动量，该种 角动量称为轨道角动量。具有轨道角动量的电磁波带有相位旋转因子eパn<^该里k。通 常称为拓扑荷，为任意整数，表示绕波束闭合环路一周线积分为2 n整数倍的个数；n为 润旋电波序数；9为方位角。若将传统的电波信号表示为s"(t)，则润旋电波可表示为： Vn(t，kn，(p)=Sn(t)Xe^n?P。
[0004] 与通信信号的频率、时间和极化等自由度类似，轨道角动量是一个新的自由度并 可W作为数据信息载体，在某个频段上将传统信号调制成润旋信号，进而复用润旋信号，该 样就可在不增加频段的情况下，提高通信容量。
[0005] 由于润旋电波本身具有正交性，因而在空间传播时，各个润旋电波之间不会相互 影响，该种特性有利于它的复用，而通过角动量的复用不仅可W提高通信容量，而且同时提 高了频谱效率；此外，润旋电波对当前通信的系统几乎无影响；因此，该技术具有很好的应 用自U景。
[0006] 现有移动通信一般都工作在特高频频段扣HF, 300?3000MHz)，对于该个频段的 润旋电波来说，调制可利用特殊的润旋天线，解调可采用多根接收天线计算相位差的方法。 国外试验表明；对于润旋电波的接收，在接收端通过干涉仪测量天线A、B之间的相位差，它 表征了电磁波的空间相位特性，为了区分该种特性，天线A、B和电磁波奇点应该在同一直 线上，其中奇点位于天线A、B的中点位置。该样，拓扑荷为1的润旋电波会在两天线之间产 生180°的相位差，随后补偿延迟，将会产生一个最大场强；而拓扑荷为0的电磁波在相同 的装置实验下，则有0°的相位差，产生一个最小场强。
[0007] 利用该种特性，F. Tamburini等于2012年首次成功地进行了单个润旋电波通信 的实验，见 F. Tamburini、E. Mari、A. Sponselli、B. thide、A. Bianchini and F. Romanato, "Encoding many channels on the same frequencythrough radio vorticity ：first experimental test"New Journal of Physics, vol. 14, Article 10033001,2012。
[0008] 按照该个实验的润旋电波接收思路，润旋电波数目愈多，相位差愈小，信号的分辨 愈加困难。
【发明内容】
[0009] 本发明提供一种利用润旋电波进行通信的方法，利用方位角积分方法实现润旋电 波解调，解决现有利用润旋电波进行通信的方法中，所存在的接收多个润旋电波相位差小、 信号分辨困难的问题。
[0010] 本发明所提供的一种利用润旋电波进行通信的方法，包括信号发射、信号接收、拓 扑荷获取、润旋电波解调步骤，其特征在于：
[0011] (1)信号发射步骤：
[0012] 在发射机端设置润旋天线，同时发送N个润旋电波信号，1，其中，发射的第n 个润旋电波信号V"hk"，(p):
[0013]
【权利要求】
1. 一种利用涡旋电波进行通信的方法，包括信号发射、信号接收、拓扑荷获取、涡旋电 波解调步骤，其特征在于： (1) 信号发射步骤： 在发射机端设置涡旋天线，同时发送N个涡旋电波信号，NS 1，其中，发射的第n个涡 旋电波信号Vn(LkrpCp): Vn(t,kn,cp)=Sn(t)xevk nc/>, i<：n^N, 其中，第n个平面波5"(〇, t为时间，第n个涡旋电波的拓扑荷kn> 1，方位角 (pe[〇, 2n]-, (2) 信号接收步骤： 在接收机端对所接收的N个涡旋电波信号进行均衡、滤波，得到N个复用信号 M(t, kn, (p)：
其中，cp)为接收机端得到的第n个涡旋电波信号； (3) 拓扑荷获取步骤： 在接收机端通过导频方法或信道估计方法得到待解调的涡旋电波信号b屮)所 携带的某个拓扑荷h ;i为1?N中的某个数； (4) 涡旋电波解调步骤，包括下述子步骤： (4.1) 计算待解调的涡旋电波信号的方位角积分值Ii (t): 将M(t，kn，q>)与e-yki<P的乘积在[〇, 2兀]内作积分运算：
(4.2) 消除误差，得到拓扑荷1^所对应的涡旋电波信号Vf^ki, (p)的解调信号Ri(t): Ri (t) = Ii (t) /2 Jr = Si (t) X 2 31 /2 Jr = Si (t) 〇
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于： 所述信号拓扑荷获取步骤中，所述信道估计方法为基于参考信号的估计方法、盲估计 方法或者半盲估计方法。
【文档编号】H04B7/01GK104363039SQ201410531761
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月8日 优先权日:2014年10月8日
【发明者】江涛, 朱启标 申请人:华中科技大学