一种基于超表面的太赫兹多维度通信系统及通信方法与流程

本说明书涉及无线通信，尤其涉及一种基于超表面的太赫兹多维度通信系统及通信方法。

背景技术：

1、随着无线通信技术的发展，轨道角动量（orbital angular momentum, oam）作为电磁波的基本属性（即电磁波绕传播轴旋转的特性）之一被广泛应用于频谱复用技术中以提升通信系统的频谱利用率与通信容量。

2、通常情况下，由于电磁波的轨道角动量所具有的不同的模态数量较多的特点以及不同整数模态的之间相互正交的特点，使得电磁波的轨道角动量的模态可以作为无线传输的新复用维度，在不依赖于诸如时间和频率等传统资源的情况下发送模态不同的多个同轴数据流，从而提升频谱效率。

3、而常用的用于调制电磁波的轨道角动量的不同模态的器件为螺旋相位板，单个螺旋相位板只能针对某一频率的电磁波的单个模态进行调制，因此复用不同模态的电磁波的产生不仅需要多个螺旋相位板，还需要与之配套的反射镜、合束器等空间器件，从而导致搭建出的通信系统的成本较高。

技术实现思路

1、本说明书提供一种基于超表面的太赫兹多维度通信系统及通信方法，以部分的解决现有技术存在的上述问题。

2、本说明书采用下述技术方案：

3、本说明书提供了一种基于超表面的太赫兹多维度通信系统，所述基于超表面的太赫兹多维度通信系统包括：产生模块、调制模块、解调模块，所述调制模块和所述解调模块由超表面组成；

4、所述产生模块用于产生各指定通信信号，其中，频率相同的各指定通信信号入射到所述超表面的入射角度不同；

5、所述调制模块用于通过所述超表面中按照指定排列方式排列的各微纳结构，对每个指定通信信号入射到所述超表面后的出射波束的角度进行调控，以将各指定通信信号调制为目标通信信号；

6、所述解调模块用于将所述目标通信信号转换为各指定通信信号。

7、可选地，所述产生模块包括：第一激光器、第二激光器、掺铒光纤放大器、任意波形发生器、iq调制器、耦合器、第一光电探测器；

8、所述第一激光器用于产生第一光载波，并将所述第一光载波传输到所述iq调制器；

9、所述任意波形发生器用于产生基带通信信号，并将所述基带通信信号传输到所述iq调制器；

10、所述第二激光器用于产生第二光载波，并将所述第二光载波传输到所述掺铒光纤放大器，所述第二光载波与所述第一光载波的频率不同；

11、所述iq调制器用于将所述基带通信信号调制到所述第一光载波上，得到基础第一光信号，并将所述基础第一光信号传输到所述掺铒光纤放大器；

12、所述掺铒光纤放大器用于对所述基础第一光信号进行放大，得到第一光信号，以及用于对所述第二光载波进行放大，得到第二光信号，并将所述第一光信号以及所述第二光信号传输到所述耦合器；

13、所述耦合器用于对所述第一光信号与所述第二光信号进行耦合，得到耦合后光信号，并将所述耦合后光信号传输到所述第一光电探测器；

14、所述第一光电探测器用于基于所述耦合后光信号拍频得到太赫兹通信信号，并将所述太赫兹通信信号作为指定通信信号。

15、可选地，所述指定通信信号为：双极化太赫兹通信信号。

16、可选地，所述产生模块包括：第一激光器、第二激光器、掺铒光纤放大器、任意波形发生器、iq调制器、耦合器、第一光电探测器、第二光电探测器、双极化天线；

17、所述第一激光器用于产生第一光载波，并将所述第一光载波传输到所述iq调制器；

18、所述任意波形发生器用于产生基带通信信号，并将所述基带通信信号传输到所述iq调制器；

19、所述第二激光器用于产生第二光载波，并将所述第二光载波传输到所述掺铒光纤放大器，所述第二光载波与所述第二光载波的频率不同；

20、所述iq调制器用于将所述基带通信信号调制到所述第一光载波上，得到基础第一光信号，并将所述基础第一光信号传输到所述掺铒光纤放大器；

21、所述掺铒光纤放大器用于对所述基础第一光信号进行放大，得到第一光信号，以及，用于对所述第二光载波进行放大，得到第二光信号，并将所述第一光信号以及所述第二光信号传输到所述耦合器；

22、所述耦合器用于对所述第一光信号与所述第二光信号进行耦合，得到耦合后光信号，并将所述耦合后光信号传输到所述第一光电探测器以及所述第二光电探测器；

23、所述第一光电探测器用于基于所述耦合后光信号拍频得到第一太赫兹通信信号，并将所述第一太赫兹通信信号馈入所述双极化天线；

24、所述第二光电探测器用于基于所述耦合后光信号拍频得到第二太赫兹通信信号，并将所述第二太赫兹通信信号馈入所述双极化天线；

25、所述双极化天线用于基于所述第一太赫兹通信信号以及所述第二太赫兹通信信号，得到所述双极化太赫兹通信信号。

26、可选地，所述双极化天线包含：第一馈口、第二馈口；

27、所述第一光电探测器用于将所述第一太赫兹通信信号馈入所述双极化天线的所述第一馈口；

28、所述第二光电探测器用于将所述第二太赫兹通信信号馈入所述双极化天线的所述第二馈口；

29、所述双极化天线用于基于所述第一太赫兹通信信号以及所述第二太赫兹通信信号，得到所述双极化太赫兹通信信号。

30、可选地，所述基于超表面的太赫兹多维度通信系统还包括：接收模块，所述接收模块包括：倍频器、混频器、带通滤波器、双极化天线、本振信号源、示波器；

31、所述双极化天线用于接收所述各指定通信信号；

32、所述本振信号源用于产生辅助载波信号；

33、所述倍频器用于对所述辅助载波信号进行倍频处理，得到倍频辅助载波信号；

34、所述带通滤波器用于对所述倍频辅助载波信号进行过滤处理，得到处理后辅助载波信号；

35、所述混频器用于基于所述处理后辅助载波信号对每个所述指定通信信号进行变频处理，以得到基带通信信号，并将所述基带通信信号输入到所述示波器，以进行任务执行。

36、本说明书提供了一种通信方法，

37、所述通信方法应用于基于超表面的太赫兹多维度通信系统，所述基于超表面的太赫兹多维度通信系统包括：产生模块、调制模块、解调模块，所述调制模块和所述解调模块由超表面组成，所述方法包括：

38、响应用户发送的数据传输请求，通过所述产生模块产生各指定通信信号，其中，频率相同的各指定通信信号入射到所述超表面的入射角度不同；

39、将所述各指定通信信号传输到所述调制模块，以通过所述调制模块的所述超表面中按照指定排列方式排列的各微纳结构，对每个指定通信信号入射到所述超表面后的出射波束的角度进行调控，以将各指定通信信号调制为目标通信信号；

40、将所述目标通信信号传输到所述解调模块，通过所述解调模块将所述目标通信信号转换为各指定通信信号。

41、可选地，所述产生模块包括：第一激光器、第二激光器、掺铒光纤放大器、任意波形发生器、iq调制器、耦合器、第一光电探测器；

42、通过所述产生模块产生各指定通信信号，具体包括：

43、通过所述第一激光器产生第一光载波、通过所述任意波形发生器产生基带通信信号以及通过所述第二激光器产生第二光载波，所述第二光载波与所述第一光载波的频率不同；

44、通过所述iq调制器将所述基带通信信号调制到所述第一光载波上，得到基础第一光信号，并通过所述掺铒光纤放大器对所述基础第一光信号进行放大，得到第一光信号；

45、通过所述掺铒光纤放大器对所述第二光载波进行放大，得到第二光信号；

46、通过所述耦合器对所述第一光信号与所述第二光信号进行耦合，并通过所述第一光电探测器拍频得到太赫兹通信信号，作为指定通信信号。

47、可选地，所述指定通信信号为：双极化太赫兹通信信号。

48、可选地，所述产生模块包括：第一激光器、第二激光器、掺铒光纤放大器、任意波形发生器、iq调制器、耦合器、第一光电探测器、第二光电探测器、双极化天线；

49、通过所述产生模块产生各指定通信信号，具体包括：

50、通过所述第一激光器产生第一光载波、通过所述任意波形发生器产生基带通信信号以及通过所述第二激光器产生第二光载波，所述第二光载波与所述第二光载波的频率不同；

51、通过所述iq调制器将所述基带通信信号调制到所述第一光载波上，得到基础第一光信号，并通过所述掺铒光纤放大器对所述基础第一光信号进行放大，得到第一光信号；

52、通过所述掺铒光纤放大器对所述第二光载波进行放大，得到第二光信号；

53、通过所述耦合器对所述第一光信号与所述第二光信号进行耦合，得到耦合后光信号；

54、将所述耦合后光信号输入到所述第一光电探测器，以通过所述第一光电探测器基于所述耦合后光信号拍频得到第一太赫兹通信信号，以及，将所述耦合后光信号输入到所述第二光电探测器，以通过所述第二光电探测器基于所述耦合后光信号拍频得到第二太赫兹通信信号；

55、将所述第一太赫兹通信信号以及所述第二太赫兹通信信号馈入所述双极化天线，得到所述双极化太赫兹通信信号。

56、可选地，所述双极化天线包含：第一馈口、第二馈口；

57、将所述第一太赫兹通信信号以及所述第二太赫兹通信信号馈入所述双极化天线，得到所述双极化太赫兹通信信号，具体包括：

58、通过所述第一光电探测器将所述第一太赫兹通信信号馈入所述双极化天线的所述第一馈口，以及，通过所述第二光电探测器将所述第二太赫兹通信信号馈入所述双极化天线的所述第二馈口，以通过所述双极化天线基于所述第一太赫兹通信信号以及所述第二太赫兹通信信号，得到所述双极化太赫兹通信信号。

59、可选地，所述基于超表面的太赫兹多维度通信系统还包括：接收模块，所述接收模块包括：倍频器、混频器、带通滤波器、双极化天线、本振信号源、示波器，所述方法还包括：

60、通过所述接收模块的所述双极化天线接收所述各指定通信信号；

61、通过所述本振信号源产生辅助载波信号，并通过所述倍频器所述辅助载波信号进行倍频处理，得到倍频辅助载波信号，以及通过所述带通滤波器对所述倍频辅助载波信号进行过滤处理，得到处理后辅助载波信号；

62、通过所述混频器基于所述处理后辅助载波信号对每个所述指定通信信号进行变频处理，以得到基带通信信号，并将所述基带通信信号输入到所述示波器，以进行任务执行。

63、本说明书提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述通信方法。

64、本说明书提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述通信方法。

65、本说明书采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

66、在本说明书提供的通信方法中，响应用户发送的数据传输请求，通过产生模块产生各指定通信信号，其中，频率相同的各指定通信信号入射到超表面的入射角度不同，将各指定通信信号传输到调制模块，以通过调制模块中超表面的指定相位分布，对每个指定通信信号入射到超表面后的出射波束的角度进行调控，以将各指定通信信号调制为目标通信信号，将目标通信信号传输到解调模块，通过解调模块将目标通信信号转换为各指定通信信号。

67、从上述方法可以看出，可以通过调制模块的超表面对各指定通信信号入射后的出射方向进行调控，以将各指定通信信号调制为目标通信信号中模态不同的oam波束，并可以通过解调模块中的超表面对目标通信信号进行解调，进而可以降低通信系统的成本。