[发明专利]一种单用户四维无线调制解调器

摘要

本发明属于通信技术领域，具体为一种使用单路电磁波的幅度、相位、辅助极化角和极化相位差异角来同时携带信息的单用户四维无线调制解调器。本发明借助于单个空间电磁源入射一个矢量天线的电磁场信号表达式，描述了利用矢量天线来调制、解调空间单路电磁波四维参数的基本原理。在发送端，使用矢量天线的一对电、磁偶极子来产生一路含四维调制参数信号；而接收端则使用以单矢量天线为载体、几何代数为数学工具进行参数解调。本发明从理论上推导了一路四维调制信号传输情况下的误符号率，并用仿真加以了验证。理论分析与仿真结果均表明本发明提出的单用户四维无线调制解调器较传统调制解调器具有更高的传输速率和更低的误符号率。

主权项

一种单用户四维无线调制解调器，其特征在于：在调制端，利用矢量天线中一对电、磁偶极子产生一路含四维调制参数即对电磁波幅度、相位、辅助极化角和极化相位差异角这四个参数进行调制的信号；即在三维空间中，于极坐标等于(r, θ’,’)处为中心：(1)放置一个与三维直角所标系z轴平行的电偶极子和一个法向量n与z轴平行的磁偶极子，并分别通以电流：(2)式(1)中：θ∈[0,π)表示调制信号的俯仰角，即z轴与入射信号方向之间的夹角，∈[0,2π)表示信号的方向角，即从x轴沿逆时针方向旋转到信号入射方向在x‑y平面投影的夹角，它们即为四维调制信号的方向DOA参数；r为电磁场测量处到电、磁偶极子之间的距离；式(2)中：分别表示调制信号的幅度、相位、辅助极化角和极化相位差异角，它们是可携带信息的待调制参数；，ω = 2πfc为电磁波角频率，fc为载波频率，g(t)为成形脉冲，  μ与ε分别为传播介质的磁导率和介电系数；r为电磁场测量处到电、磁偶极子之间的距离；表示介质的本征阻抗；I0为对电、磁偶极子所通的电流大小；l和a则分别表示电偶极子的长度与磁场线圈的半径；在解调端，由位于三维空间原点处的一个矢量天线接收上述由调制端所发射的含四维调制参数的电磁波信号，接收信号表达式写为：(3)其中，Y1(i) ~ Y3(i)与Y4(i) ~ Y6(i)分别表示原点处接收矢量天线在第i符号期间内在x、y和z轴三个方向上接收到的电场和磁场信号；矩阵V(θ,)与调制信号的DOA参数有关；矩阵与第i个符号期间内调制信号的极化状态有关；是第i个符号期间内调制信号复表示形式，这里的A(i)与φ(i)分别表示调制信号的幅度和相位；而N(i)为各个接收偶极子上的加性高斯白噪声；在接收到形如式(3)的电磁场信号后，单用户四维无线解调器首先通过几何代数框架下的最优加权内积算法来估计四维调制信号的DOA参数矩阵V(θ,)，然后使用最小二乘算法求解调电磁波的幅度、相位、辅助极化角和极化相位差异角这四个参数，最终实现单用户四维无线解调器的解调。