[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

说明书

本发明提供一种联合频谱与空间点聚焦波传输的四维无线通信方法，以满足大容量超高速通信的需求，属于无线通信技术领域。本发明提供的方法用一维频谱资源和三维空间资源同时携带数字信息：在频域上，利用OFDM正交子载波频谱携带数字信息；在空域上，利用时间反演信号产生聚焦斑的三维空间位置携带数字信息；相较于传统通信系统，四维无线通信技术充分利用了空域资源，不仅利用时间反演技术产生空间分集在固定频谱上增大了信道容量，而且能通过基站天线阵元的空间位置传输信息，在提升频谱资源利用率、系统容量、无线通信速率方面具有巨大技术优势。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种联合频谱与空间点聚焦波传输的四维无线通信方法。

背景技术

从2G通信到5G通信，移动通信从简单的语音信息的传输，发展到图片、视频等，如今随着大数据时代的到来，各种通信设备需要传输的信息量爆发式增长，对于无线通信速率和信道容量的要求也越来越高。然而，由于电子器件的物理带宽限制，以及各国通信频谱分配规章制约造成频谱资源有限，人们尝试应用新的频段来进行无线通信，例如文献“Wolfgang Gerstacker，Josep Miquel Jomet.THz Communications[J].NanoCommunication Networks，2016,10：”提到太赫兹通信，将射频通信频率扩展至太赫兹频段，但太赫兹通信存在辐射功率低、大气衰减严重及调制解调困难等问题难于应用。因此单纯依靠通过扩展频谱宽度来提高数据传输速率和频谱利用率等无线通信系统性能的方案难以实现。因此，在现有频谱资源的基础上寻求全新的无线通信方案已成为无线通信领域中的一个重要研究课题方向。

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术就是在现有频谱资源上提升频谱利用效率的一种多载波调制技术。OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。由于在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，大大提高了频谱利用率。由于这种技术具有在杂波干扰下传送信号的能力，因此常常会被利用在容易被外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输环境中，是一种在频域上应用广泛的频域调制技术。而近年来迅速发展的多输入多输出MIMO(Multiple Input and Multiple Output)技术使人们更加关注空域资源的开发利用。空间复用技术就是一种可以在不增加带宽和发送功率的情况下通过成对的发射接收天线发送、接收来增加系统吞吐量的MIMO技术。G.Foschini提出的分层空时结构编码(BellLayered Space-Time Architecture，BLAST)是一种同时在空间维度和时间维度上编码的技术，属于空时编码的一种；如文献“V-BLAST：An architecture for realizing veryhigh data rates over the rich scattering wireless channel.(IntemationalSymposium on Signals，Systems，and Electronics，1 998.295-300.P.Wolniansky，G.Foschini，G.Golden and R.Valenzuela)”中提出的垂直分层空时编码(V-BLAST)方法。BLAST的编码是将要传送的数据流分成Nt个子数据流，然后将这些子数据流用不同的天线发射出去，实现同时传输多路数据流，有效地提高了系统的传输速率，同时在不增加系统带宽的情况下提高了频谱利用率。如文献“石鑫，李昊.无线MIMO-OFDM通信系统原理及其关键技术[J].国外电子测量技术，2010，(02)：32-35.”主要利用波束成形技术，在空间形成窄波束，实现了有限频谱的空间资源利用。但窄波束属于扇形波束，占据非常大的空间资源，也就是说空间资源利用效率不高，难以进一步提升空间资源的利用效率。并且编码解码复杂，系统较难实现。