[发明专利]频-模态-空状态的多维混合调制无线通信信号方法

摘要

本发明公开一种频‑模态‑空状态的多维混合调制无线通信信号方法，主要为了进一步提高通信可达速率。具体步骤包括：(1)二进制比特流分块；(2)星座调制和映射；(3)子载波、轨道角动量模态调制；(4)空间调制后的信号发射。本发明通过利用发射天线、轨道角动量模态以及子载波形成的三维调制空间，为传统的调制方法提供了三个额外的调制维度，具有系统计算复杂度低和通信可达速率高的优点，即使在发射端天线数小的情况下，也可以大幅度提高通信可达速率。

主权项

1.一种频-模态-空状态的多维混合调制无线通信信号方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将发射端输入的二进制比特流信号进行分块：/n发射端信号处理器根据发射天线的总数、轨道角动量模态的总数、子载波的总数以及星座调制的阶数，对输入的二进制比特流序列进行分块，获得多块二进制比特流序列；/n所述对输入的二进制比特流进行分块的步骤如下：/n第一步，按照下式，计算每个分块中二进制比特的个数：/n /n其中，R_b表示第b个分块中二进制比特的个数，表示向下取整操作，log₂表示以2为底的对数操作，·表示相乘操作，表示在0至N_t·O_t·C的自然数集合中任意选取s个数的操作，s表示星座映射符号的个数，N_t表示天线数，O_t表示轨道角动量模态数，C表示子载波数，M表示星座调制阶数；/n第二步，信号处理器用比特数对输入的串行二进制比特流进行分块；/n(2)按照下式，将每块二进制比特流序列分割为星座映射序列和映射索引序列：/nB₁＝s·log₂(M)/n /n其中，B₁表示星座映射序列中比特的总数，s表示每个二进制比特流分块中星座映射符号的总数，·表示相乘操作，log₂表示以2为底的对数操作，M表示星座调制的阶数，B₂表示映射索引序列中比特的总数，表示向下取整操作，表示在0至N_t·O_t·C的自然数集合中任意选取s个数的操作，N_t表示发射天线的总数，O_t表示轨道角动量模态的总数，C表示子载波的总数；/n(3)对星座映射序列进行星座映射：/n映射器采用正交振幅调制方法，将星座映射序列映射到星座图中，每log₂M个比特对应一个星座映射符号；/n(4)将映射索引序列映射到子载波、轨道角动量模态、发射天线：/n将映射索引序列映射到三维映射空间，确定与星座映射符号一一对应的子载波、轨道角动量模态、发射天线；/n所述的将映射索引序列映射到三维映射空间的具体步骤如下：/n第一步，建立一个三维坐标系中x,y,z轴分别表示子载波序号、轨道角动量模态序号、发射天线序号的三维映射空间；/n第二步，按照下式，计算三维映射空间中的每个坐标点的映射标识符：/nA_i,e,k＝(e-1)·O_t·C+(k-1)·C+(i-1)/n其中，A_i,e,k表示三维坐标系中第i个子载波、第e个轨道角动量模态、第k个发射天线坐标点的映射标识符；/n第三步，按照下式，将二进制映射索引序列转化为一个十进制数字：/n /n其中，d表示二进制映射索引序列转化后的十进制数字，∑表示求和操作，B₂表示映射索引序列中比特的总数，v_n表示映射索引序列中第n个比特的值；/n第四步，按照下式，计算映射索引序列对应的映射标识符集合：/n /n其中，表示在0至c_l的自然数集合中任意选取l个数的操作，l表示每个星座映射序列对应的多个星座映射符号的序号，c_l表示第l个星座映射符号对应的三维映射空间中的映射标识符，∑表示求和操作，n表示l+1到s之间任一星座映射符号的序号，表示在0至c_n的自然数集合中任意选取n个数的操作，c_n表示第n个星座映射符号对应的三维映射空间中的映射标识符，R＝{c_s,…,c_l,…c₂,c₁}表示映射标识符构成的集合；/n第五步，搜索三维映射空间中映射标识符集合中的所有映射标识符，得到与星座映射符号一一对应的发射天线、轨道角动量模态、子载波；/n(5)用不同频率的子载波调制星座映射符号：/n将星座映射符号加载到三维映射空间中与其一一对应的坐标点上，将三维映射空间中发射天线的序号相同且轨道角动量模态的序号相同的坐标点组成一个集合，提取集合中坐标点的信号，频率调制器用频率调制信号，将所提取的信号与坐标点对应的子载波相乘，再将加载了信号的子载波相加，得到多个正交频分复用OFDM符号；/n(6)用轨道角动量模态调制正交频分复用OFDM符号：/n将每个正交频分复用OFDM符号输入轨道角动量调制器，采用模态调制方法，用对应的轨道角动量模态调制正交频分复用OFDM符号，得到携带轨道角动量模态的涡旋电磁波束；/n(7)用不同空间位置的发射天线调制涡旋电磁波束并发射出去：/n将对应于相同发射天线序号的多个涡旋电磁波会聚成一个波束，将会聚后的所有波束汇合为一个复合电磁波束，空间调制器对复合电磁波束进行空间调制，将复合电磁波束从对应的发射天线发射出去。/n