一種基于天線陣的毫米波高速調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種基于天線陣的毫米波高速調(diào)制 解調(diào)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 毫米波是指波長在I-IOmm的電磁波，其波長介于微波與紅外線之間，頻率范圍為 30~300GHz，具有極寬的帶寬，且其波束與微波相比要窄得多，可識別能力更強(qiáng)。值得注意 的是，毫米波在自由空間傳播時(shí)所受天氣的影響較小，有利于信號在自由空間中的傳播?，F(xiàn) 代通信技術(shù)很顯著的一個(gè)發(fā)展趨勢是面向?qū)拵Щl(fā)展，這有助于提高通信速率，實(shí)現(xiàn)高速 通信，具有極寬帶寬的毫米波無疑是其很好的切入點(diǎn)。而且毫米波在光纖中傳輸損耗也很 小，有助于實(shí)現(xiàn)長距離通信和提高通信質(zhì)量。
[0003] 傳統(tǒng)的通信調(diào)制/解調(diào)技術(shù)主要集中在調(diào)幅，調(diào)頻，調(diào)相以及由其發(fā)展而來的QPSK (Quadrature Phase Shift Keyin，即正交相移鍵控），QAM(Quadrature Amplitude Modulation，即正交振幅調(diào)制），0FDM(0rthogonal Frequency Division Multiplexing，即 正交頻分復(fù)用)等多種調(diào)制/解調(diào)方式上。本質(zhì)上，其調(diào)制/解調(diào)方法都是基于頻率、相位、幅 度以及偏振態(tài)四個(gè)維度來實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)方式成熟、結(jié)構(gòu)簡單，但其發(fā)展空間有限?？傮w上來 講，傳統(tǒng)的調(diào)制/解調(diào)方法無法擺脫傳統(tǒng)通信維度的限制，其調(diào)制/解調(diào)方式仍然是針對幅 度，頻率，相位和偏振態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，無法實(shí)現(xiàn)通信信息的高速傳輸和通信容量的倍增，其 通信質(zhì)量也無法得到很好的提高。
[0004] 軌道角動(dòng)量通信作為一種新型的通信技術(shù)，現(xiàn)已廣泛受到研究者們的關(guān)注，但迄 今為止很多問題都沒能得到很好的解決。軌道角動(dòng)量在通信方面的應(yīng)用主要有兩種，一種 是渦旋態(tài)調(diào)制，另一種是渦旋態(tài)復(fù)用。由于軌道角動(dòng)量模式在單模光纖中傳輸會(huì)受到損傷， 國內(nèi)外大多數(shù)軌道角動(dòng)量通信研究在于渦旋態(tài)復(fù)用上，在渦旋態(tài)調(diào)制的應(yīng)用上進(jìn)展緩慢。
[0005] 因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于天線陣的毫米波高速 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)及方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中調(diào)制/解調(diào)方式仍然是針對幅度，頻率，相位和 偏振態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，無法實(shí)現(xiàn)通信信息的高速傳輸和通信容量的倍增，其通信質(zhì)量也無法 得到很好的提高的缺陷。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 一種基于天線陣的毫米波高速調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，其中，包括： 調(diào)制器，用于將已映射為軌道角動(dòng)量、幅度或相位的變化的信號調(diào)制到毫米波上； 發(fā)射天線陣，用于將毫米波輻射形成渦旋電磁波信號； 接收天線陣，用于接收渦旋電磁波信號； 解調(diào)單元，用于將渦旋電磁波信號解調(diào)為原始數(shù)字信號。
[0008] 所述基于天線陣的毫米波高速調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，其中，還包括： 所述基于天線陣的毫米波高速調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，其中，所述調(diào)制器為用于對已映射為軌 道角動(dòng)量、幅度或相位的變化的信號進(jìn)行光域調(diào)制而調(diào)制到光學(xué)毫米波上的集成調(diào)制器， 或用于對已映射為軌道角動(dòng)量、幅度或相位的變化的信號進(jìn)行電域調(diào)制而調(diào)制到毫米波上 的電調(diào)制器。
[0009] 所述基于天線陣的毫米波高速調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，其中，所述調(diào)制器通過毫米波軌道 角動(dòng)量相位復(fù)合調(diào)制、毫米波軌道角動(dòng)量幅度復(fù)合調(diào)制或毫米波軌道角動(dòng)量幅度相位復(fù)合 調(diào)制將已映射為軌道角動(dòng)量、幅度或相位的變化的信號調(diào)制到毫米波上。
[0010] 一種基于天線陣的毫米波高速調(diào)制解調(diào)方法，其中，包括以下步驟： A、 調(diào)制器將已映射為軌道角動(dòng)量、幅度或相位的變化的信號調(diào)制到毫米波上，并將毫 米波傳輸至發(fā)射天線陣； B、 發(fā)射天線陣將毫米波輻射形成渦旋電磁波信號； C、 接收天線陣接收渦旋電磁波信號，并將渦旋電磁波信號傳輸至解調(diào)單元； D、 解調(diào)單元接收渦旋電磁波信號，并將渦旋電磁波信號解調(diào)為原始數(shù)字信號。
[0011] 所述基于天線陣的毫米波高速調(diào)制解調(diào)方法，其中，所述步驟A具體包括： All、將數(shù)字信號的數(shù)據(jù)比特流映射根據(jù)16階軌道角動(dòng)量-相位信號星座圖映射為復(fù)數(shù) 信號； A12、將復(fù)數(shù)信號傳輸至發(fā)射天線陣。
[0012] 所述基于天線陣的毫米波高速調(diào)制解調(diào)方法，其中，所述步驟A具體包括： A21、將數(shù)字信號的數(shù)據(jù)比特流映射根據(jù)16階軌道角動(dòng)量-幅度信號星座圖映射為復(fù)數(shù) 信號； A22、將復(fù)數(shù)信號傳輸至發(fā)射天線陣。
[0013] 所述基于天線陣的毫米波高速調(diào)制解調(diào)方法，其中，所述步驟A具體包括： A31、將數(shù)字信號的數(shù)據(jù)比特流根據(jù)64階軌道角動(dòng)量-幅度-相位信號星座圖映射為三 維信號； A32、將三維信號傳輸至發(fā)射天線陣。
[0014] 所述基于天線陣的毫米波高速調(diào)制解調(diào)方法，其中，所述步驟D具體包括： Dl、解調(diào)單元接收渦旋電磁波信號，消除噪聲并進(jìn)行傅里葉變換獲取相位信息，或相位 信息及幅度信息； D2、根據(jù)接收天線陣中各天線的平均相位差確定拓?fù)浜蠑?shù)； D3、根據(jù)所述相位信息、幅度信息、拓?fù)浜蠑?shù)確定復(fù)數(shù)信號； D4、根據(jù)信號星座圖將復(fù)數(shù)信號還原得到原始數(shù)字信號。
[0015] 所述基于天線陣的毫米波高速調(diào)制解調(diào)方法，其中，所述信號星座圖為16階軌道 角動(dòng)量-相位信號星座圖、16階軌道角動(dòng)量-幅度信號星座圖或64階軌道角動(dòng)量-幅度-相位 信號星座圖。
[0016] 有益效果:本發(fā)明所述的基于天線陣的毫米波高速調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)及方法，充分利 用渦旋波軌道角動(dòng)量的無限正交性，擴(kuò)展通信容量以及提高頻譜利用率，同時(shí)其解調(diào)方式 也可實(shí)現(xiàn)簡單化。同時(shí)利用軌道角動(dòng)量這一新的自由度來承載信息，突破了傳統(tǒng)調(diào)制維度 發(fā)展上提升空間狹窄和頻譜利用率低下的限制。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明所述基于天線陣的毫米波高速調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu) 示意圖。
[0018] 圖2為本發(fā)明所述基于天線陣的毫米波高速調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第二較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu) 示意圖。
[0019] 圖3為本發(fā)明所述基于天線陣的毫米波高速調(diào)制解調(diào)方法較佳實(shí)施例的流程圖。
[0020] 圖4為本發(fā)明中16階軌道角動(dòng)量一相位信號星座圖。
[0021] 圖5為本發(fā)明中16階軌道角動(dòng)量一幅度信號星座圖。
[0022] 圖6為本發(fā)明中64階軌道角動(dòng)量一幅度一相位信號星座圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 本發(fā)明提供一種基于天線陣的毫米波高速調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)及方法，為使本發(fā)明的目 的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述 的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024] 請參見圖1，為是本發(fā)明所述基于天線陣的毫米波高速調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第一較佳實(shí) 施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述基于天線陣的毫米波高速調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)包括調(diào)制器 100,用于將已映射為軌道角動(dòng)量、幅度或相位的變化的信號調(diào)制到毫米波上;發(fā)射天線陣 200，用于將毫米波輻射形成渦旋電磁波信號；接收天線陣300，用于接收渦旋電磁波信號； 解調(diào)單元400，用于將渦旋電磁波信號解調(diào)為原始數(shù)字信號。
[0025] 本發(fā)明的實(shí)施例中，所述調(diào)制器100為用于對已映射為軌道角動(dòng)量、幅度或相位的 變化的信號進(jìn)行光域調(diào)制而調(diào)制到光學(xué)毫米波上的集成調(diào)制器，或用于對已映射為軌道角 動(dòng)量