[发明专利]一种利用轨道角动量提高无线通信容量的方法

摘要

一种利用轨道角动量提高无线通信容量的方法，属于无线通信方法，利用轨道角动量作为数据信息载体，解决现有无线通信所存在的频谱资源紧张，通信容量提升有限的问题。本发明包括构建发射天线步骤、设立接收天线步骤、获取信道矩阵步骤、发送数据步骤和接收数据步骤。本发明利用轨道角动量中拓扑荷相互正交的物理特性进行通信，充分利用多输入多输出技术的潜力，复用轨道角动量，无需增加新的频段即可有效提升容量；只要接收端天线的方位角满足一定等式关系，不改变通信系统的核心部件，可以得到最大的容量提升，所需的代价较小，且对其他通信系统无影响，可应用于现有的各种无线通信系统。

主权项

一种利用轨道角动量提高无线通信容量的方法，包括构建发射天线步骤、设立接收天线步骤、获取信道矩阵步骤、发送数据步骤和接收数据步骤，其特征在于：(1)构建发射天线步骤：在发射端构建N个发射天线，N≥1，形成发射天线阵列，各发射天线的中心为该发射天线最大横截面的中心，各发射天线的中心共同的几何中心构成发射天线阵列的中心，每个发射天线工作在不同的拓扑荷上，发射N个不同的涡旋电磁波；(2)设立接收天线步骤：在接收端设立M个能够接收平面电磁波的接收天线，M≥1，各接收天线的构造相同，且天线方向图主瓣指向发射天线阵列的中心；分别以每个发射天线的几何中心为原点，垂直于每个发射天线的波达方向的平面为参考面，参考面内通过原点且指北方向的轴为参考轴，在参考面内绕原点逆时针方向旋转角度为正，反之为负；各接收天线的中心点为该接收天线最大横截面的中心，将每个接收天线的中心点分别投影到每个发射天线的参考面上，投影点和原点的连线与参考轴的夹角为方位角则各接收天线接收到的N个不同的涡旋电磁波表示为：其中，Sn(t)表示第n个发射天线发射的平面电磁波，时间t≥0，为第m个接收天线相对于第n个发射天线的方位角，kn为第n个发射天线工作的拓扑荷，1≤n≤N，为涡旋相位因子，exp()为指数函数，i为虚数单位；为了使通信容量最大，各接收天线的方位角满足下述条件：(3)获取信道矩阵步骤：在发射端，N个发射天线均发送导频信号，在接收端，M个接收天线各自分别接收N个发射天线的导频信号，再通过信道估计方法，分别获取信道矩阵H：上式中，hn,m为第n个发射天线到第m个接收天线的平面电磁波信道冲击响应；所述信道估计方法包括最小二乘估计方法、最小均方误差估计方法；(4)发送数据步骤：所述N个发射天线发射N个不同的涡旋电磁波，载有N个不同的数据；(5)接收数据步骤：各接收天线各自均接收N个发射天线所发射的信号，根据所获取的信道矩阵H，恢复数据。