[发明专利]基于OPGW接头盒的OAM-MIMO系统能效优化方法

说明书

本发明公开了一种基于OPGW接头盒的OAM‑MIMO系统能效优化方法，该方法步骤包括：建立一个基于UCAs的OAM‑MIMO通信系统能效模型并提出优化问题，由于不同UCA在同一模式下的相互干扰，优化问题是非凸的，难以直接求解。基于双层迭代算法，内层循环利用一阶Taylor近似将非凸功率分配问题转化为凸问题，并外层循环利用二分法对外层的能效进行更新，从而求解寻求优化问题的次优解。本发明结合应用基于UCAs的OAM‑MIMO技术和双层迭代算法的优势，通过合理设置每个OAM模态最小容量和发射功率，保证每个模态都分配到功率基础上进行最大化系统能效，从而优化系统整体性能。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于OPGW接头盒的OAM-MIMO系统能效优化方法。

背景技术

由于电网高电压线路大多数都有OPGW光缆，因此可实现灵活业务接入的OPGW接头盒是十分关键的，它影响着输电线路智能化。可实现灵活业务接入的OPGW接头盒可实现输电线路业务的灵活接入，为输电业务提供大带宽、高安全性、灵活接入的基础通道。另外，为了在实现数字通信系统的同时满足技术发展的要求，如何缓解通信网络能耗的上升也是一个迫切需要解决的问题。由于有限的频谱资源，提高通信系统的能源效率需要新的理论和技术。

基于轨道角动量(OAM)模式正交性的优势，OAM模式复用技术为满足爆炸性数据流量的需求提供了新的视角。由于OAM光束的波前是螺旋结构，因此OAM光束是非平面波它也被称为涡旋电磁波。此外，OAM不同模式的正交性可以保证每个信道的独立性，从而增加系统的自由度，这也称为OAM模态复用。由于理论上OAM模式是无限的，因此OAM在未来的通信系统中具有很大的应用潜力，而基于OAM的无线通信系统的研究也在不断发展，近年来取得了突破性进展。F.Tamburini等学者在威尼斯进行了利用螺旋抛物线天线同时传输两种信号的OAM多路无线通信系统的实验。结果表明，OAM多路复用系统提高了系统容量。此外，Y.Yan等人为了实现更多的OAM复用，搭建了32Gbit/s毫米波无线通信链路，在2.5米的传输距离上实现了OAM的8路复用数据传输。日本NTT公司的研究人员研究了基于双极化的OAM-MIMO系统，实现10米内21通道的数据传输，实现了偏振复用、OAM复用和MIMO复用。可见，OAM技术在通信领域受到了广泛的关注。

产生OAM的天线结构有多种，包括螺旋反射结构、透射螺旋结构、透射光栅结构和均匀圆阵(UCA)等。然而，除了UCA外，前三种结构所产生的OAM波束的模态值很难改变。因此，在研究人员逐渐对基于UCA的OAM波束生成方法进行了系统研究。将Butler相移矩阵与UCA相结合，对UCA中的每个天线阵同时馈电，可实现OAM波束的多路复用。Wangjoo-Lee等研究了采用Butler相移器和UCA实现复用三种模态的OAM波束，并研究了其在微波中的功率和隔离特性。仿真结果表明，可实现的最大模态值取决于天线阵列的数目。由于发散的原因，OAM光束很难长距离传输。较高模态的光束发散度越大，对OAM光束的接收就越不利。随着传输距离的增加，OAM光束的束半径逐渐增大，最终导致波束中心存在能量空洞，从而限制了传输距离。

由于OAM和MIMO是下一代无线通信的两项潜在技术，许多研究都集中在OAM和MIMO的结合上。以往文献主要侧重于研究OAM-MIMO系统的最大容量，与能效优化相关的相对较少。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种基于OPGW接头盒的OAM-MIMO系统能效优化方法，本发明结合基于UCAs的OAM-MIMO技术和双层迭代算法的优势，通过合理设置每个OAM模态最小容量和发射功率，保证每个模态都分配到功率基础上进行最大化系统能效，从而优化系统整体性能。

本发明的第二目的在于提供一种基于OPGW接头盒的OAM-MIMO系统能效优化系统。

本发明的第三目的在于提供一种存储介质。

本发明的第四目的在于提供一种计算设备。