一种基于天线阵的毫米波高速调制解调系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及的是一种基于天线阵的毫米波高速调制 解调系统及方法。
【背景技术】
[0002] 毫米波是指波长在I-IOmm的电磁波，其波长介于微波与红外线之间，频率范围为 30~300GHz，具有极宽的带宽，且其波束与微波相比要窄得多，可识别能力更强。值得注意 的是，毫米波在自由空间传播时所受天气的影响较小，有利于信号在自由空间中的传播。现 代通信技术很显著的一个发展趋势是面向宽带化发展，这有助于提高通信速率，实现高速 通信，具有极宽带宽的毫米波无疑是其很好的切入点。而且毫米波在光纤中传输损耗也很 小，有助于实现长距离通信和提高通信质量。
[0003] 传统的通信调制/解调技术主要集中在调幅，调频，调相以及由其发展而来的QPSK (Quadrature Phase Shift Keyin，即正交相移键控），QAM(Quadrature Amplitude Modulation，即正交振幅调制），0FDM(0rthogonal Frequency Division Multiplexing，即 正交频分复用)等多种调制/解调方式上。本质上，其调制/解调方法都是基于频率、相位、幅 度以及偏振态四个维度来实现，其实现方式成熟、结构简单，但其发展空间有限。总体上来 讲，传统的调制/解调方法无法摆脱传统通信维度的限制，其调制/解调方式仍然是针对幅 度，频率，相位和偏振态进行设计的，无法实现通信信息的高速传输和通信容量的倍增，其 通信质量也无法得到很好的提高。
[0004] 轨道角动量通信作为一种新型的通信技术，现已广泛受到研究者们的关注，但迄 今为止很多问题都没能得到很好的解决。轨道角动量在通信方面的应用主要有两种，一种 是涡旋态调制，另一种是涡旋态复用。由于轨道角动量模式在单模光纤中传输会受到损伤， 国内外大多数轨道角动量通信研究在于涡旋态复用上，在涡旋态调制的应用上进展缓慢。
[0005] 因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0006] 鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于天线阵的毫米波高速 调制解调系统及方法，旨在解决现有技术中调制/解调方式仍然是针对幅度，频率，相位和 偏振态进行设计的，无法实现通信信息的高速传输和通信容量的倍增，其通信质量也无法 得到很好的提高的缺陷。
[0007] 本发明的技术方案如下： 一种基于天线阵的毫米波高速调制解调系统，其中，包括： 调制器，用于将已映射为轨道角动量、幅度或相位的变化的信号调制到毫米波上； 发射天线阵，用于将毫米波辐射形成涡旋电磁波信号； 接收天线阵，用于接收涡旋电磁波信号； 解调单元，用于将涡旋电磁波信号解调为原始数字信号。
[0008] 所述基于天线阵的毫米波高速调制解调系统，其中，还包括： 所述基于天线阵的毫米波高速调制解调系统，其中，所述调制器为用于对已映射为轨 道角动量、幅度或相位的变化的信号进行光域调制而调制到光学毫米波上的集成调制器， 或用于对已映射为轨道角动量、幅度或相位的变化的信号进行电域调制而调制到毫米波上 的电调制器。
[0009] 所述基于天线阵的毫米波高速调制解调系统，其中，所述调制器通过毫米波轨道 角动量相位复合调制、毫米波轨道角动量幅度复合调制或毫米波轨道角动量幅度相位复合 调制将已映射为轨道角动量、幅度或相位的变化的信号调制到毫米波上。
[0010] 一种基于天线阵的毫米波高速调制解调方法，其中，包括以下步骤： A、 调制器将已映射为轨道角动量、幅度或相位的变化的信号调制到毫米波上，并将毫 米波传输至发射天线阵； B、 发射天线阵将毫米波辐射形成涡旋电磁波信号； C、 接收天线阵接收涡旋电磁波信号，并将涡旋电磁波信号传输至解调单元； D、 解调单元接收涡旋电磁波信号，并将涡旋电磁波信号解调为原始数字信号。
[0011] 所述基于天线阵的毫米波高速调制解调方法，其中，所述步骤A具体包括： All、将数字信号的数据比特流映射根据16阶轨道角动量-相位信号星座图映射为复数 信号； A12、将复数信号传输至发射天线阵。
[0012] 所述基于天线阵的毫米波高速调制解调方法，其中，所述步骤A具体包括： A21、将数字信号的数据比特流映射根据16阶轨道角动量-幅度信号星座图映射为复数 信号； A22、将复数信号传输至发射天线阵。
[0013] 所述基于天线阵的毫米波高速调制解调方法，其中，所述步骤A具体包括： A31、将数字信号的数据比特流根据64阶轨道角动量-幅度-相位信号星座图映射为三 维信号； A32、将三维信号传输至发射天线阵。
[0014] 所述基于天线阵的毫米波高速调制解调方法，其中，所述步骤D具体包括： Dl、解调单元接收涡旋电磁波信号，消除噪声并进行傅里叶变换获取相位信息，或相位 信息及幅度信息； D2、根据接收天线阵中各天线的平均相位差确定拓扑合数； D3、根据所述相位信息、幅度信息、拓扑合数确定复数信号； D4、根据信号星座图将复数信号还原得到原始数字信号。
[0015] 所述基于天线阵的毫米波高速调制解调方法，其中，所述信号星座图为16阶轨道 角动量-相位信号星座图、16阶轨道角动量-幅度信号星座图或64阶轨道角动量-幅度-相位 信号星座图。
[0016] 有益效果:本发明所述的基于天线阵的毫米波高速调制解调系统及方法，充分利 用涡旋波轨道角动量的无限正交性，扩展通信容量以及提高频谱利用率，同时其解调方式 也可实现简单化。同时利用轨道角动量这一新的自由度来承载信息，突破了传统调制维度 发展上提升空间狭窄和频谱利用率低下的限制。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明所述基于天线阵的毫米波高速调制解调系统第一较佳实施例的结构 示意图。
[0018] 图2为本发明所述基于天线阵的毫米波高速调制解调系统第二较佳实施例的结构 示意图。
[0019] 图3为本发明所述基于天线阵的毫米波高速调制解调方法较佳实施例的流程图。
[0020] 图4为本发明中16阶轨道角动量一相位信号星座图。
[0021] 图5为本发明中16阶轨道角动量一幅度信号星座图。
[0022] 图6为本发明中64阶轨道角动量一幅度一相位信号星座图。
【具体实施方式】
[0023] 本发明提供一种基于天线阵的毫米波高速调制解调系统及方法，为使本发明的目 的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述 的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0024] 请参见图1，为是本发明所述基于天线阵的毫米波高速调制解调系统第一较佳实 施例的结构示意图。如图1所示，所述基于天线阵的毫米波高速调制解调系统包括调制器 100,用于将已映射为轨道角动量、幅度或相位的变化的信号调制到毫米波上;发射天线阵 200，用于将毫米波辐射形成涡旋电磁波信号；接收天线阵300，用于接收涡旋电磁波信号； 解调单元400，用于将涡旋电磁波信号解调为原始数字信号。
[0025] 本发明的实施例中，所述调制器100为用于对已映射为轨道角动量、幅度或相位的 变化的信号进行光域调制而调制到光学毫米波上的集成调制器，或用于对已映射为轨道角 动量