[发明专利]基于空间正交变换的涡旋电磁波信号模态并行分离方法与装置

说明书

本发明公开了基于空间正交变换的多模态涡旋电磁波信号模态并行分离方法，该方法是：首先，对圆阵列结构天线的各接收阵元并行输出信号经去波束赋处理，变为具有全指向性的、且带有多个模态的涡旋电磁波并行信号；再将去波束处理后的信号以并行方式作为空间正交变换器的输入信号；空间正交变换器对输入信号做关于涡旋电磁波方位角的空间正交变换(即快速傅里叶变换)，得到多模态涡旋电磁波的模态离散谱分布；最后，并行输出涡旋电磁波的模态离散谱分量，每一输出分量对应该模态携带独立调制信号，且已去模态，从而实现空间多模态涡旋电磁波信号模态并行分离与识别。同时，本发明同时公开了基于空间正交变换的多模态涡旋电磁波信号模态并行分离装置。

技术领域

本发明涉及一种多模态涡旋电磁波信号模态并行分离方法与装置实现，属于通信信号处理技术与雷达信号处理技术领域。

背景技术

由香农信道容量定理知：无线通信系统的信道容量与系统的带宽成正比，因此提高系统的传输速率，需要占用更宽的频带。大量无线系统的使用，使得有限频谱异常拥挤，频谱资源日益匮乏。为缓解频谱资源少而无线业务量大的矛盾，瑞典科学家Bo Tide等人提出了利用涡旋电磁波的模态传递信息的设计，并于2011年6月24日，Bo Tide等人在意大利威尼斯证明了利用涡旋电磁波携带信息传播的实验，为无线通信系统的信道容量提升开辟了新途径。

由经典电动力学理论可知：涡旋电磁波的波前具有螺旋相位结构，这是由于涡旋电磁波携带有轨道角动量(Orbital angular momentum，OAM)，而平面电磁波不具有OAM，所以波前是平面的。相关文献报道了使用螺旋相位板移相法或圆阵列天线法等产生涡旋电磁波的方法，而关于涡旋电磁波的接收分离方法报道较少。

目前，涡旋电磁波模态识别可采用干涉方法，该方法通过引入一束参考波与接收涡旋波累加后产生干图样，将其与图库中的图样对比实现涡旋电磁波的模态识别的，实践证明：干涉法识别涡旋电磁波模态灵活性较差，为了提高模态识别的精确性，通信双方减少了可用模态，故而没有最大化增加信道的容量，且实际使用中，也将涡旋电磁波可用的独立调制维度降格使用，如涡旋电磁波的幅度或相位一般不携带调制信息。在实时性要求高、大容量的无线通信系统中使用干涉方法完成多模态涡旋电磁波的分离显然是不可取的。

也有文献报道了采用相位梯度差法检测涡旋波模态的方法，该方法通过在涡旋波束方位轴的横向垂面上以固定夹角设置两个接收天线对涡旋电磁波方位角采样，再由采样值估计出涡旋电磁波的模态，实践证明：这种方法的易被干扰，精度有限。也有文献报道了采用逆向螺旋相位板方法对特定模态涡旋电磁接收的实现方案，当通信双方在同一信道并行传输多个不同模态的涡旋电磁波时，通信系统的体积将变得十分庞大，对可移动无线系统而言，该方法的局限是显然的。

综上所述，不同模态的涡旋电磁波的幅度与相位各自携带不同信息时，干涉识别法或相位梯度差等方法难以实现多模态模态的涡旋电磁的并行分离与识别。目前，尚未见文献报道实现多模态涡旋电磁波的并分离与去模态的方法，本发明人(组)基于信号处理原理，从涡旋电磁波空间接收的特点出发，并结合快速傅里叶变换理论精髓，提出了采用空间正交变换方法实现多模态涡旋电磁波的并行分离方法，可有效解决同一载波并行多模态涡旋电磁波的并行分离与去模态，为涡旋电磁波的应用提供智力支持。

发明内容

本发明旨在解决多模态(拓扑核)涡旋电磁波的并行分离与去模态问题，使涡旋电磁波的可用调制维度得到最大化应用。

下面的具体实施方式中描述了本发明的进一步特征和方面。

附图说明

图1为基于空间正交变换的多模态涡旋电磁波模态并行分离方法原理示意图。其中图1中的虚框3涉及了本发明所述多模态并行分离与去模态方法。

图2为本发明所述多模态涡旋电磁波模态并行分离装置整体方案示意方框图。

图3为本发明所述方法的使用流程结构示意方框图。