[发明专利]通信系统

说明书

本发明是1997年5月9日的序列号为No.08/853,833的申请的部分继续申请，该申请的整个内容在这里被引用来作为参考。

本发明一般涉及通信系统。尤其，本发明涉及一种通信系统，其中信息调制的电磁波具有一个载波频率和一个电场，该电场相应于一个以小于该电磁波的载波频率的第二频率跟踪一个非线性可预测路径的旋转矢量。

电磁波可由沿传播轴彼此相互正交的电场和磁场来定义。波的行为表现可相对于电场(E)的场矢量的取向来描述。

偏振是可以用来表征一些电磁波的E场的场矢量的取向的术语。不同类型的偏振包括：线(也称为平面)、圆和椭圆偏振。

当波沿轴传播时E场的场矢量在平面内传播的情况下，波的偏振称作线或平面偏振。当E场的终点，即场矢量的末端在垂直传播轴的给定平面内跟踪以等于波频率的频率绕传播轴旋转的圆形路径的情况下，波的偏振称作圆偏振。类似地，E场的终点在垂直传播轴的给定平面内跟踪以等于波频率的频率绕传播轴旋转的椭圆路径的情况下，波的偏振称作椭圆偏振，是圆偏振的一般情况。

偏振波可以若干不同方式被发射或接收。例如，天线本身可向发射波强加一定的偏振或者对具有一定偏振的接收波敏感。相对于地面水平取向的偶极子天线适合于接收和/或发射其中偏振面平行于地面的线偏振波。类似地，相对于地面垂直取向的偶极子天线适合于接收和/或发射其中偏振面垂直于地球表面的线偏振波。螺旋天线适合于接收和/或发射圆偏振波。

发射和接收偏振波的通信系统受到仅具有一种类型的偏振的发射/接收波的明显延长的衰落的负面影响。为把具有该一种类型的偏振的接收波的振幅衰落降到最小，通信系统可被设计来发射和接收各自具有不同偏振的多个波。这种方法特征表现为偏振分集。

偏振也被用来避免在例如卫星通信系统中的信道间干扰。卫星可使用右手(即顺时针方向(CW))圆偏振波以给定载波频率与地面站通信，而相邻的卫星可使用左手(即逆时针方向(CCW))圆偏振波以相同载波频率与另一个地面站通信。具有相反扭向的螺旋天线可被用来接收和/或发射左手和右手圆偏振波。

偏振可用来在通信系统中编码信息。Welti申请的美国专利USNo.4,084,137描述了一种根据信息对水平偏振波和垂直偏振波进行编码的通信系统。美国Statutory Invention Registration H484描述一种在雷达系统中解决旁瓣问题的相似的系统。

在上述参考文献中提出的偏振编码的概念也可用来把未经允许的信息被窃听的可能性降到最小。Barrett申请的美国专利USNo.5,592,177描述了一种以伪随机方式来依次改变信号载波的偏振的通信系统。Barrett系统提供宽的偏振带宽用来发射和/或接收信号，而把发射器和接收器系统的所需频带带宽降到最小。选择的偏振包括具有可变化的偏振面取向的线偏振、右手和左手圆偏振和具有可变化的椭圆主轴取向的右手和左手椭圆偏振。通过改变特定的偏振，信号以类似于信号在扩展频谱通信系统中连续频率范围上扩展的方式以偏振形式被扩展。注意当信号载波是圆偏振或椭圆偏振时，产生的E场的场矢量以等于载波频率的频率旋转。

发射分别编码的水平偏振波和垂直偏振波的概念可用于信道具有相同载波频率的双信道通信系统中的信道鉴别。Toyonage申请的美国专利No.4,521,878描述一种根据第一代码来对水平偏振波和垂直偏振波进行编码以形成相应于第一信道的信号、并根据第二代码来对水平偏振波和垂直偏振波进行编码以形成相应于第二信道的信号的通信系统。从而该系统通过简单地试图应用水平偏振在第一信道发射和应用垂直偏振在第二信道发射而比已知系统改善了交叉偏振鉴别。

但是，这些已知的通信系统有不足之处。无论已知的通信系统使用的是何种类型的偏振，电磁波的E场矢量或者是线偏振或者是椭圆偏振并且从而以等于波的载波频率的频率绕传播轴旋转。

本发明可提高给定载波频率所用的通信系统承载的信息量。本发明通过对频率分配内的各个载波频率产生一个以上的信息信道提高适当的媒质中离散载波内的通信系统所承载的信息量。

本发明的选择性导致低噪音并且从而为信息信道产生高的信噪比。本发明提供其中噪音被限定到信道特性曲线的信息信道。