[发明专利]一种空地涡旋波通信多用户协作接收方法

说明书

本发明提供一种空地涡旋波通信多用户协作接收方法，具体为：根据涡旋波束强度分布，推导出最大强度对应的最优径向位置，并因此设置搜索环，在搜索环内最接近等差数列的径向角度差来选择协作的用户。本发明支持高容量的长距离传输，本发明还可以随着距离的增加拓展虚拟天线阵列，从而在长距离传输中能获得稳定的信道容量。

技术领域

本发明属于电通信的技术领域。

背景技术

利用传统正交资源(时间，频率等)的无线通信系统，难以实现频谱效率的显著提高，从而无法满足未来无线通信迅速增长的实时数据采集需求。涡旋波模态可以为无线通信提供一种新的正交资源，用于成倍提高频谱效率。轨道角动量(Orbital AngularMomentum，OAM)模态资源的应用在未来无线通信研究中备受关注。

与用于描述电磁波偏振态的自旋角动量(SpinAngular Momentum，SAM)不同，OAM可以表明电磁场空间分布，即螺旋状的横向相位结构。由于涡旋波的中空发散特性，OAM的模态资源很难实现长距离的复用通信，特别是在射频波段上。一般情况下，传统接收方案利用反射面天线和集中式天线阵列来完成对OAM波信号的接收。2011年，Tamburini使用反射面天线成功进行了442m涡旋波通信的传输实验。2018年，通过运用集中式均匀圆阵列，NTT公司成功实现了10mOAM的复用通信实验。随着通信距离的增加，OAM波束产生的能量环迅速扩大，传统的全圆接收方案将使得接收端的UCA尺寸庞大得无法承受。

为了实现OAM复用通信，现在迫切地需要设计一种结构紧致且易于实现的长距离传输接收方案。分布式天线接收方案利用多个独立排布在螺旋相平面上的分布式天线，是实现长距离接收涡旋波信号的潜在途径。Y.Zhao和C.Zhang在IEEE Antennas andWireless Propagation Letters上发表的“Distributed Antennas Scheme For OrbitalAngular Momentum Long-Distance Transmission”中针对多路复用的OAM信号，设计了一种全新的帧格式，可以在长距离传输过程中有效地获取不同OAM模态。需要注意的是，用户设备的尺寸是受限制的且只有一个天线，这导致在一般情况下涡旋波通信难以实现。

发明内容

发明目的：为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种空地涡旋波通信多用户协作接收方法。

技术方案：本发明提供了一种空地涡旋波通信多用户协作接收方法，具体包括如下步骤：

步骤1：设置协作用户集为空集，设置协作用户的个数为L；

步骤2：设置初始搜索半径r(A)＝r_fea(A)+σ，其中σ为正实数，其中A为空中基站距离地面的垂直距离，λ表示拉盖尔高斯波束的波长，l表示拉盖尔高斯波束的OAM模态；

步骤3：如果搜索环[r(A),σ]内存在用户，且用户的个数为L，则将该L个用户作为协作用户放入协作用户集合中，并转步骤8；如果搜索环[r(A),σ]内用户的个数小于L，则转步骤5；如果搜索环[r(A),σ]内用户的个数大于L，则转步骤4；所述搜索环[r(A),σ]为以r(A)-σ为内径，r(A)+σ为外径的圆环区域；

步骤4：将搜索环内所有用户作为潜在用户，将所有潜在用户的实际径向角进行升序排序组成潜在用户集合中，并计算最大径向角差φ_p，将第一个潜在用户和最后一个潜在用户作为候选协作用户，在第一个潜在用户和最后一个潜在用户之间依次选择L-2个潜在用户与候选协作用户组成若干组候选协作用户组；对每组候选协作用户组中的L个候选协作用户按照实际径向角进行升序排序并进行编号；基于φ_p计算每个候选协作用户组中每个候选协作用户的理想径向角，以理想径向角和实际径向角之间的角平方差最小为原则，选择一组候选协作用户组，并将该候选协作用户组中的用户作为协作用户放入协作用户集合中，并转步骤8；