[发明专利]基于索引调制的涡旋电磁波跳模-频抗干扰系统和方法

说明书

本发明公开了基于索引调制的涡旋电磁波联合跳模‑频抗干扰系统和方法，解决了在有限频谱资源下难以兼顾抗干扰性能和频谱效率的难题。系统通过增设可供多样选择发送信号载体选择器，与发送信号载体选择器严格同步的接收信号载体选择器和一组FFT模块，输出已消除干扰的二进制解调信号。方法有：二进制信息分流；索引和信息调制；信息加载并跳变；信息传输、解跳和干扰过滤；计算干扰概率和平均误码率。本发明组合OAM模态和子载波频率成OAM模态‑子载波频率对集，多样化信息传输载体，调制并同时跳变，增加频谱效率，降低干扰概率。同时实现无线通信系统更强的抗干扰和更高的频谱效率，适用于室内网、蜂窝通信、雷达等通信的抗干扰。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，主要涉及涡旋电磁波抗干扰，具体是一种基于索引调制的涡旋电磁波联合跳模-频抗干扰系统和方法，适用于室内局域网、蜂窝网络通信、雷达等通信场景的抗干扰。

背景技术

信息安全是无线通信领域的主要研究热点之一。跳频(Frequency hopping:FH)技术通过根据预先设定的跳频图案快速改变发送信号载波频率可以有效地抵抗干扰，保障无线通信系统的信息安全。然而，随着数据传输速率的增长及各种异构网络业务的共存，无线频谱资源面临着愈加紧缺的问题，从而直接影响FH技术抗干扰性能提升。此外，跳频FH技术中大部分的载波均处于空闲状态，使得较低的无线通信系统频谱利用率难以满足未来无线通信对高速率信息传输的需求。

“Frequency index modulation for low complexity low energycommunication networks”的作者引入索引调制概念，研究了在无线通信物联网中低复杂度和能量的频率索引调制方法，旨在不牺牲数据速率的前提下减少正交频分复用系统的发射能量和峰均值功率比。虽然该方法可简化为多个子窄带同时跳动的慢跳频技术，增加系统的频谱效率。然而，跳动的子窄带的增加提高了系统有用信号被干扰的概率，从而降低整个系统的抗干扰性能和有效容量。

“一种基于IFFT/FFT框架的索引调制跳频通信技术”作者研究了基于索引调制的跳频抗干扰方法，通过激活多个子载波同时进行跳变来提高无线通信频谱效率。然而，同时激活多个子载波将增加所选择子载波在整个频带的占比，大幅度地增加了有用信号被敌意干扰的概率，降低了敌意信号追踪干扰有用信号的难度，从而增加了无线通信系统的误码率。

综上，针对“黄金”频谱资源愈发拥挤与通过增加可用跳频载波数量来增强无线通信系统抗干扰能力的需求相矛盾和多载波同时跳变引起的频谱效率与抗干扰性能相矛盾的问题，现有的跳频技术难以在保障无线通信系统抗干扰性能的同时显著提高频谱效率。

轨道角动量(Orbital angular momentum:OAM)为无线通信同时实现有效抗干扰和高频谱效率提供了一个潜在的解决方案。不同于常规描述电磁波极化特征的自旋角动量，OAM描述电磁波的螺旋相位前端，其波束称为涡旋电磁波。轨道角动量的拓扑荷亦称为模态。携带不同模态的涡旋电磁波关于方位角相互正交，使得多模态涡旋电磁波可以同频同时传输，为无线通信系统复用传输提供了一个全新的解决范例。然而，如何利用涡旋电磁波模态信号同时实现高效和强抗干扰也是待解决的难题。目前，国内外几乎没有研究利用OAM和频率来解决上述难题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足和问题，提出一种大幅度提高频谱效率，降低系统误码率的基于索引调制的涡旋电磁波联合跳模-频抗干扰系统和方法。