[发明专利]一种联合频谱与空间点聚焦波传输的四维无线通信方法

权利要求书

1.一种联合频谱与空间点聚焦波传输的四维无线通信方法，其特征在于，包含如下步骤：

基站天线阵由M个阵元天线构成，阵元间隔依照空间采样定律进行设定，部署在通信区域的曲面上；终端天线阵由N个阵元天线构成，采用三维立体的空间点阵形式进行部署，位于通信区域的内部；

步骤一：生成OFDM信号：本步骤要生成的OFDM信号包含N₁个子载波，其中有M₁个进行频域调制的子载波，采用串并转换器将要发射的串行比特流转化为并行的两个比特流，分别为进行频域调制的比特流b_f和进行空域调制的比特流b_s，其中比特流b_s的比特数为N₁，比特流b_f的比特数为2M₁，将比特流b_f进行QPSK调制，得到频域调制信号星座图，得到一组并行数据流，经过N₁个子载波进行载波调制，得到携带频域信息的OFDM信号p(t)；

步骤二：无线信道探测：终端天线阵中的第i个阵元发射信道探测信号，即携带频域信息的OFDM信号p(t)，其中i＝1，…N，基站天线阵中的第j个阵元接收到信道探测响应y_ji(t)，其中j＝1，…M；对信道探测响应y_ji(t)进行时间反演处理，得到信道探测响应的时间反演信号y_ji(-t)，记为S_ji(t)；基站天线阵有M个阵元，则终端天线阵中的第i个阵元到基站天线阵每个阵元的信道探测响应的时间反演信号构成矩阵[S_1，i(t)S_2，i(t)…S_M，i(t)]^T；

终端天线阵有N个阵元，每个阵元进行上述无线信道探测过程，然后对信道探测响应进行时间反演处理后作为载波，从而得到载波矩阵：

步骤三：将载波矩阵与步骤一中的空域串行比特流b_s＝[b_s1 b_s2…b_sN]相乘：

其中X(t)中的元素是终端天线阵发送比特流b_s时，基站天线阵中第j个阵元所应发射的已调信号波形，从而将二进制信息调制到载波上，实现空域调制，基站天线阵发射已调信号；

步骤四：终端天线阵中第i个阵元天线接收信号，经信号峰值检测后，得到各阵元接收信号的峰值A_i，再进行信号峰值比较，取信号峰值的最大值为A_max，对接收到的信号峰值进行归一化处理；将终端天线阵各阵元接收到信号的峰值A_i均与A_max相除，得到相应的归一化信号峰值

步骤五：根据判决规则：当η_i大于判决门限ρ时将其判决为1，否则判决为0，即：

判决门限ρ是根据通信系统在固定环境下测试后得出的抽样统计值；恢复出发送的二进制码元，即并行空域信息；按空间位置编号的顺序将并行空域信息转换为串行比特信息流；

步骤六：将终端天线阵中任一阵元接收到的时域信号进行时间反演处理，做快速傅里叶变换，得到频域数据符号，然后通过QPSK解调，得到接收信号中频域信息的星座图；解映射，恢复出频域串行比特信息，将频域串行比特信息与空域串行比特信息流结合，生成串行比特流b_r，还原出发射信息，实现四维数字无线通信。

2.根据权利要求1所述的一种联合频谱与空间点聚焦波传输的四维无线通信方法，其特征在于，在自由空间中，终端天线阵的相邻阵元间距大于半个波长。

3.根据权利要求1所述的一种联合频谱与空间点聚焦波传输的四维无线通信方法，其特征在于，在散射环境中，终端天线阵的阵元间距设置为大于时间反演聚焦场的直径。