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一種無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)

閱讀：560發(fā)布：2020-05-13

專利匯可以提供一種無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)專利檢索，專利查詢，專利分析的服務。并且本 發(fā)明 公開了一種無線軌道 角 動量 多址接入系統(tǒng)，屬于無線通信技術領域，包括N個OFDM調 制模 塊 、N個OFDM解調模塊、N個OAM發(fā)生器和N個OAM接收器，N≥2，OFDM調制模塊，用于接收多個用戶數據，并調制多個用戶數據得到調制后的用戶數據，傳輸至OAM發(fā)生器；OAM發(fā)生器，用于接收調制后的用戶數據，產生OAM波，發(fā)射至OAM接收器；OAM接收器，用于接收OAM波，將OAM波轉 化成 平面波，傳輸至OFDM解調模塊；OFDM解調模塊，用于接收平面波，解調平面波得到解調后的用戶數據。本發(fā)明為無線通信系統(tǒng)提供了一個全新的維度，能夠達到提升無線通信系統(tǒng)性能的效果。，下面是一種無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)專利的具體信息內容。

1.一種無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)，其特征在于，包括N個OFDM調制模塊、N個OFDM解調模塊、N個OAM發(fā)生器和N個OAM接收器，N≥2，
OFDM調制模塊，用于接收多個用戶數據，并調制多個用戶數據得到調制后的用戶數據，傳輸至OAM發(fā)生器；
OAM發(fā)生器，用于接收調制后的用戶數據，產生OAM波，發(fā)射至OAM接收器；
OAM接收器，用于接收OAM波，將OAM波轉化成平面波，傳輸至OFDM解調模塊；
OFDM解調模塊，用于接收平面波，解調平面波得到解調后的用戶數據。
2.如權利要求1所述的一種無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)，其特征在于，所述N個OFDM調制模塊具有相同的子載波頻率和子載波數量。
3.如權利要求1或2所述的一種無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)，其特征在于，所述OAM發(fā)生器為UCA，SPP或者circular?traveling-wave?OAM天線。
4.如權利要求1或2所述的一種無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)，其特征在于，所述OAM接收器為UCA或者SPP。
5.如權利要求1或2所述的一種無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)，其特征在于，所述調制后的用戶數據為：
其中，si(t)表示第i個OFDM調制模塊在t時刻調制后的用戶數據，di(k，t)表示第i個OFDM調制模塊的第k個子載波在t時刻接收的用戶數據，j表示虛數單位，1≤k≤K，1≤i≤N。
6.如權利要求5所述的一種無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)，其特征在于，所述OAM波為：
其中， 表示第i個OAM發(fā)生器產生的OAM波，li表示OAM波的狀態(tài)值，表示OAM波的方向角。
7.如權利要求6所述的一種無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)，其特征在于，所述平面波為：
其中，ri(t)表示第i個OAM接收器轉化后的平面波。
8.如權利要求7所述的一種無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)，其特征在于，所述解調后的用戶數據為：
其中， 表示第i個OFDM解調模塊的第k個子載波在t時刻解調平面波得到解調后的用戶數據。

說明書全文

一種無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)

技術領域

[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術領域，更具體地，涉及一種無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)。

背景技術

[0002] 未來5G無線傳輸網絡的主要技術特征包括低時延、高可靠、低功耗以及海量接入。作為無線傳輸網絡中的關鍵技術，常用的多址接入技術有頻分多址，時分多址，碼分多址以及正交頻分多址等技術。這些常見的多址接入技術利用了時間，空間和頻率等維度來提高無線傳輸系統(tǒng)的性能如通信速率，信道容量以及頻譜利用率等，但隨著數字設備的逐漸增多以及多媒體業(yè)務的不斷發(fā)展，這些多址接入技術已經不能滿足5G系統(tǒng)的要求。
[0003] 此外，盡管多輸入多輸出技術即MIMO技術的引出，使得無線通信系統(tǒng)的頻譜利用率得到了有效的改善，但這仍無法滿足未來5G系統(tǒng)中海量接入和高速傳輸的需求。
[0004] 由此可見，現有技術存在頻譜利用率和信道容量較低的技術問題。

發(fā)明內容

[0005] 針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)，由此解決頻譜利用率和信道容量較低的技術問題。
[0006] 為實現上述目的，本發(fā)明提供了一種無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)，包括N個OFDM(Orthogonal?Frequency?Division?Multiplexing，正交頻分復用)調制模塊、N個OFDM解調模塊、N個OAM(Orbital?Angular?Momentum，軌道角動量)發(fā)生器和N個OAM接收器，N≥2，[0007] OFDM調制模塊，用于接收多個用戶數據，并調制多個用戶數據得到調制后的用戶數據，傳輸至OAM發(fā)生器；
[0008] OAM發(fā)生器，用于接收調制后的用戶數據，產生OAM波，發(fā)射至OAM接收器；
[0009] OAM接收器，用于接收OAM波，將OAM波轉化成平面波，傳輸至OFDM解調模塊；
[0010] OFDM解調模塊，用于接收平面波，解調平面波得到解調后的用戶數據。
[0011] 進一步的，N個OFDM調制模塊具有相同的子載波頻率和子載波數量。
[0012] 進一步的，OAM發(fā)生器為UCA(Uniform?Circular?Array，均勻圓形陣列)，SPP(Spiral?Phase?Plate，螺旋相位盤)或者circular?traveling-wave?OAM天線(循環(huán)行波OAM天線，circular?traveling-wave?OAM?antenna)。
[0013] 進一步的，OAM接收器為UCA或SPP。
[0014] 進一步的，調制后的用戶數據為：
[0015]
[0016] 其中，si(t)表示第i個OFDM調制模塊在t時刻調制后的用戶數據，di(k，t)表示第i個OFDM調制模塊的第k個子載波在t時刻接收的用戶數據，j表示虛數單位，1≤k≤K，1≤i≤N。
[0017] 進一步的，OAM波為：
[0018]
[0019] 其中， 表示第i個OAM發(fā)生器產生的OAM波，li表示OAM波的狀態(tài)值，表示OAM波的方向角。
[0020] 進一步的，平面波為：
[0021]
[0022] 其中，ri(t)表示第i個OAM接收器轉化后的平面波。
[0023] 進一步的，解調后的用戶數據為：
[0024]
[0025] 其中， 表示第i個OFDM解調模塊的第k個子載波在t時刻解調平面波得到解調后的用戶數據。
[0026] 總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：
[0027] 電磁波不僅具有線動量還具有角動量，其中，角動量又分為旋轉角動量和軌道角動量，旋轉角動量與電磁波的極化有關，具有垂直和水平兩個狀態(tài)，而軌道角動量和電磁波的空間分布有關，具有無數個狀態(tài)，將軌道角動量的狀態(tài)稱為OAM?state。OAM?state可以為任意整數。將OAM?state不為0的電磁波稱為OAM波。與常見平面波不同的是，OAM波的波前具有螺旋型分布，且能量集中于圍繞著發(fā)射軸的一個圓環(huán)內，靠近發(fā)射軸的地方能量幾乎為0。具有不同OAM?state的OAM波彼此正交，本發(fā)明通過引入OAM波的OAM狀態(tài)這一新的維度，從而可以為無線通信技術提供一個新的可利用維度。通過將軌道角動量與OFDM技術結合實現一種無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)，有效的提升無線通信系統(tǒng)的頻譜利用率和多址接入系統(tǒng)信道容量。
附圖說明
[0028] 圖1是本發(fā)明實施例提供的無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)模型示意圖；
[0029] 圖2是本發(fā)明實施例提供的無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)的實施流程；
[0030] 圖3是本發(fā)明實施例提供的無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)的三維空間示意圖。

具體實施方式

[0031] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0032] 圖1所示，是無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)模型示意圖；包括N個OFDM調制模塊、N個OFDM解調模塊、N個OAM發(fā)生器和N個OAM接收器，N≥2，
[0033] OFDM調制模塊，用于接收多個用戶數據，并調制多個用戶數據得到調制后的用戶數據，傳輸至OAM發(fā)生器；
[0034] OAM發(fā)生器，用于接收調制后的用戶數據，產生OAM波，發(fā)射至OAM接收器；
[0035] OAM接收器，用于接收OAM波，將OAM波轉化成平面波，傳輸至OFDM解調模塊；
[0036] OFDM解調模塊，用于接收平面波，解調平面波得到解調后的用戶數據。
[0037] 每個OFDM調制模塊具有相同的子載波頻率和子載波數量，每個OFDM調制模塊的子載波數量為K；在時間t，第i個OFDM調制模塊的第k個子載波上的調制的數據為di(k，t)，經第i個OFDM模塊調制后傳輸給第i個OAM產生器的數據為si(t)，經第i個OAM產生器發(fā)射的OAM波為 實施例中，記，在時間t，第i個OAM接收器接收到的OAM波為 第i個OFDM解調模塊接收到所述OAM接收器轉化后的數據為ri(t)，經第i個OFDM解調模塊解調后在其第k個子載波上得到的解調后的數據為
[0038] OAM發(fā)生器為UCA，SPP或者circular?traveling-wave?OAM天線。
[0039] 其中，UCA由多個均勻分布在圓形陣列上的陣元組成，傳輸到多個陣元的多路信號都來自同一個輸入，但是在進入天線前，多路信號各自經過了一個移相器，被疊加了一個相位。若想得到OAM?state為l的OAM波，則第i個天線的信號疊加了 的相位，此處，Nt為組成UCA的陣元個數。這樣經過所有天線一周的疊加，總的相位變化了l×2π。最終從UCA發(fā)射出的電磁波，就是能近似為具有OAM?state為l的OAM波。
[0040] SPP是一個具有螺旋狀外觀的盤狀裝置。由于SPP在旋轉一周時各部分的厚度不同，因此當平面電磁波穿過SPP后平面波在垂直于傳播方向的相位上會具有螺旋性，成為OAM波。
[0041] Circular?traveling-wave?OAM天線利用CLA(循環(huán)回路天線，Circular?loop?antennas)產生和發(fā)射OAM波。
[0042] OAM接收器為UCA或SPP。
[0043] 圖2所示，是實施例中無線軌道角動量多址接入系統(tǒng)的實施流程圖，具體包括如下步驟：
[0044] a.用戶數據調制步驟：將多個用戶的數據經過N(N≥2)個OFDM調制模塊進行調制，經第i個OFDM模塊調制后的用戶數據可以表示為：
[0045]
[0046] b.OAM波發(fā)射步驟：通過N(N≥2)個OAM產生器發(fā)射N個具有不同OAM狀態(tài)的OAM波，所述OAM產生器接收經由所述調制模塊調制得到的數據，并將該數據加載于發(fā)射的OAM波上，第i個OAM產生器發(fā)射的OAM波的OAM狀態(tài)值為li(li為任意整數)，從而，第i個OAM產生器發(fā)射的OAM波可表示為：
[0047]
[0048] c.OAM波接收步驟：通過N(N≥2)個OAM接收器接收由OAM產生器發(fā)射的OAM波，則，第i個OAM接收器接收并轉化后的平面波可表示為：
[0049]
[0050] d.用戶數據解調步驟：利用N個解調模塊將由所述OAM接收器接收并轉化得到的平面波解調得到多個用戶數據，則第i(1≤i≤N)個解調模塊解調得到第k個子載波上的用戶數據可表示為：
[0051]
[0052] 圖3所示，是實施例中無線軌道角動量多址接入方法三維空間示意圖：其中，x，y，z軸分別表示OAM狀態(tài)，時間和子載波。三維空間示意圖中每個小方塊代表一種OAM狀態(tài)，時間和子載波的組合方式，如坐標(i，j，k)表示在時間tj，該方塊上的用戶數據加載在該模塊的第k個子載波上且發(fā)射的OAM電磁波的OAM狀態(tài)為li。
[0053] 本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
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