[发明专利]时间调制阵列多模电磁涡旋发射机及其使用方法

说明书

本发明涉及一种时间调制阵列多模电磁涡旋发射机及其使用方法，属于无线电波传播技术领域。开关调制电磁涡旋发射机包括基带信号处理单元、高速射频开关和均匀圆形天线阵列，基带信号处理单元用于产生时间开关序列，该序列用于控制每个射频开关的周期性开启和关闭，高速射频开关根据开关序列控制射频信号的发送指令，均匀圆形天线阵列用于发射具有时间延迟的相同射频信号。本发明用高速开关周期性开启关闭的方法，使得发射信号产生具有多个模态和谐波频率的电磁涡旋信号，提高电磁波在视距通信场景下的频谱效率，本发明的发射机相较传统的电磁涡旋波发射机能大大降低涡旋信号调制复杂度。在四单元的收发系统中，频率效率的提升可以高达10％。

技术领域

本发明属于无线电波传播技术领域，特别涉及一种基于TMAs的涡旋电磁波发射机的使用方法。

背景技术

大规模多输入多输出(Massive multiple-input-multiple-output,MassiveMIMO)技术,作为第五代移动无线通信系统关键技术之一，指的是基站端集成多个发射天线单元。随着Massive MIMO技术的出现，通过利用空间自由度大大地提高了信道容量。然而，Massive MIMO技术仍然面临许多现实性的挑战。如，发射端高额的硬件开销及基带信号处理超高计算复杂度。此外，基于现实的三维空间信息传输场景，三维(Three-dimensional,3D)MIMO也被提出用于探索额外的自由度，即垂直平面。利用3D MIMO技术可以很好的需分具有相同方位角不同俯仰角的用户，在干扰管理放面获得了额外的灵活度。这些技术只能最大程度的减缓干扰而不是完全地消除干扰，因此，提高MIMO系统信道容量仍然是无线通信面临的关键性问题。

相比于传统MIMO技术在时间维度、空间维度和频率维度提供的自由度，电磁涡旋技术提供了一个全新的维度，即模态维度。在视距通信(Line-of-sight，LOS)模分多路复用(Mode division multiplexing，MDM)MIMO系统中，由于不同整数模态间的正交特性，信道容量在LOS场景中可以被最大化。并且，只有整数模态才适合于传输，其也被称作本征模态。因此，凭借其在LOS通信中的天然优势，电磁涡旋技术可以被广泛地应用于数据中心数据交换，无人机空地通信系统及无线回程(Backhaul)通信

多模电磁涡旋波技术可以大大地提高信道容量和频谱效率。今年来光通信领域已经有了比较成熟的发展。同时，在无线通信领域，此技术也吸引了大量科研工作者的兴趣。2007年电磁涡旋技术被B.Thide等人首次应用在1GHz以下的低频无线通信，随后于2012年F.Tamburini等人第一次实验测试证明了电磁涡旋技术应用于无线通信领域的可行性。2015年，Q.Zhou等人提出了射频涡旋MIMO(Radi vortex-MIMO,RV-MIMO)系统，在理想的LOS实现了高达160％的信道容量提升。W.Zhang等人在2017年提出基于轨道角动量的MDM通信系统，并且用实验证明了在10GHz频段电磁涡旋技术带来的系统性能提升，同年X.Ge等人提出了基于空间调制的毫米波轨道角动量(Orbit angular momentum-spatial modulation，OAM-SM)通信系统，利用空间调制与模态调制的联和复用，提出了具有鲁棒性的长距离电磁涡旋无线通信系统。

目前，电磁涡旋无线通信技术研究已经比较深入，但是对于联合电磁涡旋与其他调制技术如空间调制(Spatial modulation，SM)、极化调制(Polarization modulation，PM)和频率调制(Frequency modulation，FM)技术的联合复用的研究还不够充分。因此，探索并评估联合复用技术是本发明的重点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于TMAs的多模态涡旋电磁波发射机。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：