[发明专利]轨道角动量无线通信系统的信号接收方法

权利要求书

1.一种轨道角动量无线通信系统的信号接收方法，其特征在于，包括有如下步骤：

(1)构建OAM通信系统模型：利用两个半径分别为R_t和R_r的均匀圆阵作为OAM通信系统的发送端与接收端，在发送端以发送端圆心为原点、发送阵列所在平面为X′OY′平面建立发送端第一坐标系Z′-X′OY′；在接收端以接收端圆心为原点、接收阵列所在平面为平面建立接收端坐标系将发送端圆心在接收端坐标系中的坐标表示为其中r为发送端圆心与接收端圆心间的距离，为发送端的方位角，α为发送端的俯仰角；发送端发送信息信号向量s(l)

s(l)＝[s(l₁),s(l₂),…,s(l_v),…,s(l_V)]^T,

其中，s(l_v)为利用不同模态发送的信息信号；

(2)确定接收端圆心的坐标：在发送端以发送端圆心为原点、平行于接收阵列的平面为XOY建立发送端第二坐标系Z-XOY，根据发送端与接收端坐标系间的角度关系，将接收端圆心在发送端第二坐标系Z-XOY坐标系中的坐标表示为(r,θ,α)，其中θ为X轴与X’轴间的夹角，即接收端圆心在坐标系Z-XOY中的方位角；

(3)构建OAM通信系统等效信道矩阵：利用接收端圆心在发送端第二坐标系Z-XOY中的坐标(r,θ,α)，构建OAM通信系统等效信道矩阵H_OAM＝[h_OAM(u,v)]_v×v，其中，(u,v)表示元素位于等效信道矩阵H_OAM的第u行、第v列，下标V×V表示等效信道矩阵H_OAM为V行V列的方阵；

构建OAM通信系统等效信道矩阵H_OAM中的各元素h_OAM(u,v)，通过如下公式计算：

其中,i为虚数单位,为常系数,β为信道衰落系数，N为收发端阵元数，R_r和R_t分别为收发端圆阵半径，k为发送信号所用子载波，q＝n-m，m,n分别为收发端圆阵的阵元序号，t＝l_u-l_v表示信号发送与信号接收所用模态的差值，l_v为信号发送所用的模态，l_u为信号接收所用的模态，(r,θ,α)为接收端圆心在发送端第二坐标系Z-XOY中的坐标；

(4)构建OAM通信系统波束调相矩阵：构建波束调相矩阵B，以消除等效信道矩阵H_OAM中各元素h_OAM(u,v)与接收端方位角θ及俯仰角α相关的项；

构建OAM通信系统波束调相矩阵B，通过如下公式计算：

其中，b为OAM通信系统波束调相矩阵的行向量，I为OAM通信系统波束调相矩阵的N维全一列向量；

(5)对OAM通信系统进行波束调相：在OAM通信系统的接收端利用波束调相矩阵B进行波束调相，得到波束调相后OAM通信系统的等效信道矩阵H′_OAM；

(6)对OAM通信系统进行接收信号检测：对波束调相后OAM通信系统的等效信道矩阵H′_OAM中的各元素进行泰勒展开，得到波束调相后OAM通信系统等效信道矩阵的估计值H_eff，利用矩阵估计值H_eff在接收端进行幅度检测，获得多模态OAM接收信号

2.根据权利要求1所述的轨道角动量无线通信系统的信号接收方法，其中步骤(5)中所述的波束调相后OAM通信系统的等效信道矩阵H′_OAM是一个对角阵，其各对角线元素h′_OAM(v,v)表示如下：

3.根据权利要求1所述的轨道角动量无线通信系统的信号接收方法，其中步骤(6)中所述的波束调相后OAM通信系统等效信道矩阵的估计值H_eff为对角阵，其各对角线元素h_eff(v,v)表示如下：

其中，S为波束调相后OAM通信系统等效信道矩阵的估计值H_eff的系数，τ为波束调相后OAM通信系统等效信道矩阵的估计值H_eff的调节参数，τ＝min{|l_v|,N-|l_v|}。