基于信号检测的光无线轨道角动量复用系统研究

基于轨道角动量(OAM)的光无线复用通信技术在理想传输条件下能够大幅度提升通信系统性能,然而现实中大气湍流、孔径失配等因素会造成OAM模态间串扰导致误码率(BER)上升.为了降低光无线OAM复用系统在复杂环境中的误码率,该文首先建立了大气湍流、孔径失配场景下基于垂直分层空时码准则(VBLAST)的OAM复用通信系统(VBLAST-OAM),之后分析对比基于排序干扰连续消除检测算法(OSIC)、基于马尔科夫随机场置信度传播算法(MRF-BP)、基于OAM串扰特性的排序干扰连续消除算法(OAM-OSIC)应用于上述系统时的性能.结果表明:所提信号检测算法均能有效降低OAM复用系统在复杂环境中的误码率,其中,基于MRF-BP算法的系统性能最好;OAM-OSIC虽然属于次优算法,但在算法的运行开销方面具有较大优势.     

基于信号检测的光无线轨道角动量复用系统研究

基于轨道角动量(OAM)的光无线复用通信技术在理想传输条件下能够大幅度提升通信系统性能,然而现实中大气湍流、孔径失配等因素会造成OAM模态间串扰导致误码率(BER)上升。为了降低光无线OAM复用系统在复杂环境中的误码率,该文首先建立了大气湍流、孔径失配场景下基于垂直分层空时码准则(VBLAST)的OAM复用通信系统(VBLAST-OAM),之后分析对比基于排序干扰连续消除检测算法(OSIC)、基于马尔科夫随机场置信度传播算法(MRF-BP)、基于OAM串扰特性的排序干扰连续消除算法(OAM-OSIC)应用于上述系统时的性能。结果表明：所提信号检测算法均能有效降低OAM复用系统在复杂环境中的误码率,其中,基于MRF-BP算法的系统性能最好;OAM-OSIC虽然属于次优算法,但在算法的运行开销方面具有较大优势。     

用光束轨道角动量实现相位信息编码

光束轨道角动量的本征态可实现高维量子信息的传输,将此特性用于信息的编码,可以提高数据编码的密度.提出了对八台阶结构相位编码的方法,根据相位旋转角的不同,来控制入射光束的相位延迟,进而实现相位信息的编码.讨论了基模高斯光束经过不同台阶后的螺旋谱分布,通过阵列功率探测器检测特定编码台阶结构对应的螺旋谱,区分不同的编码数据态,实现相位信息的解码.每个存储单元理论上可编码24 bits数据信息,是四台阶结构编码信息的3倍.     

用光束轨道角动量实现相位信息编码

光束轨道角动量的本征态可实现高维量子信息的传输,将此特性用于信息的编码,可以提高数据编码的密度.提出了对八台阶结构相位编码的方法,根据相位旋转角的不同,来控制入射光束的相位延迟,进而实现相位信息的编码.讨论了基模高斯光束经过不同台阶后的螺旋谱分布,通过阵列功率探测器检测特定编码台阶结构对应的螺旋谱,区分不同的编码数据态,实现相位信息的解码.每个存储单元理论上可编码24 bits数据信息,是四台阶结构编码信息的3倍.     

基于高效轨道角动量态分离方法的复用系统方案研究

轨道角动量（OAM,orbital angular momentum）态可载荷信息,单个OAM态具有无穷大容量且不同OAM态间相互正交.基于OAM态复用的通信系统成为光通信和量子光学领域的研究热点之一.将高效OAM态分离方法应用于OAM态复用系统中,给出一种高效的OAM态通信复用方案.由于这种OAM态分离方法的特点,新方案可从OAM叠加态中同时解调出复用系统中不同轨道角动量态的载体信息,有效节省了复用系统接收端的解调设备,降低了OAM态复用系统的实现成本.数值仿真结果表明当系统信噪比大于23 dB时,系统误码率可以降至于10-4以下,本方案是一可行的OAM态复用方案.     

基于非理想条件的BPSK通信系统仿真设计

设计一个BPSK通信系统仿真，观察输出信噪比（Eh／Ho）为3dB，10dB和20dB时的散点图，以及这三种信噪比下的误码率（ber）仿真结果，并与理论结果进行比较。在上述BPSK通信系统中分别增加两种非理想条件，并讨论在通信系统中如何克服这些因素的影响。     

偏轴下轨道角动量毫米波通信系统容量分析

轨道角动量（Orbital Angular Momentum, OAM）结合毫米波进行传输可以减少波束功率损耗，提高接收信号纯度，从而增大系统容量。但其必须保证收发两端天线平行共轴对齐，否则将严重影响接收端模态检测的准确性。针对这一问题，本文首先建立了一种OAM毫米波通信系统模型，其次结合OAM模态迁移特性，对横向轴偏移情形下的系统进行了信道建模，包括理论推导偏移下的模态功率分布以及构建信道传输矩阵。进一步基于该矩阵对系统容量进行了计算分析。仿真结果表明，OAM毫米波系统容量会随着偏移距离的增大而呈现下降趋势，并最终趋于稳定。同时发现当选用的模态群组的模态值较小或模态间隔较大时，系统容量受偏移影响相对小一些。为提高偏移场景下的系统性能奠定了理论基础。      

基于光轨道角动量的光通信数据编码研究进展

具有轨道角动量的光束及其应用是目前国内外研究的一个热点方向,随着其应用与发展,也将对光通信领域带来深远的影响.介绍了具有轨道角动量的光束及其应用于光通信数据编码研究的主要进展,讨论了现有的用光轨道角动量进行数据编码的设计方法、工作原理、影响因素、过程机理和描述方法,在此基础上,对应用光轨道角动量实现光通信的研究前景进行了展望.     

基于波前相位校正的OAM-SK FSO通信系统误码率性能研究

弱大气湍流条件下,针对轨道角动量键控自由空间光通信系统,基于Gerchberg-Saxton算法和角谱理论,提出了一种改进的Laguerre-Gaussian光束波前相位校正算法。该算法将传输前后探测光束的光场分布作为输入,利用迭代计算得到的相位掩膜校正畸变的传输光束,从而减缓大气湍流引起的模间串扰效应。仿真结果表明,改进的波前相位校正算法明显优于传统的GS算法,且随着折射率结构参数的增加,系统的误码率性能得到显著提升。     

面向无线通信的轨道角动量关键技术研究进展

电磁涡旋因携带轨道角动量而具有高维可调制自由度,被引入无线通信中以提升频谱效率和抗干扰能力。该文首先介绍了轨道角动量和电磁涡旋的基本原理与特性;然后比较了电磁涡旋的产生方法,给出了超表面产生轨道角动量的工作原理,综述了基于超表面的轨道角动量产生方法和研究现状;总结了轨道角动量的传输性能、接收与检测方法、复用与解复用性能;最后讨论了未来在应用无线通信轨道角动量时需要解决的关键问题。

     

涡旋电磁波无线通信技术的研究进展

由电磁动力学可知,电磁波可携带与极化方式相关的自旋角动量(Spin Angular Momentum, SAM) 和与坡印廷矢量运动方式相关的轨道角动量(Orbital Angular Momentum, OAM)。当OAM不为零时,电磁波的波前电场分布呈漩涡状且具有沿轴向传播的特性,人们形象地将这类电磁波称为涡旋电磁波。学界在平面电磁波场强数学模型的基础上引入了一个以OAM 的拓扑荷$ \ell $ (又称模态)为参数的傅里叶旋转因子描述涡旋电磁波的波前场,因此,涡旋电磁波波前具有与拓扑荷$ \ell $相关联的“极化”图案,利用不同模态的涡旋电磁波的极化图案可进一步提升无线通信系统信道容量。研究表明,在开放环境下由均匀圆阵列(Uniform Circular Array, UCA)阵列产生“平面”涡旋电磁波波束尽管可行,但要获得模态复用增益,需要探索基于复平面内单位圆周上分布的正交相位序列的涡旋电磁波波束产生与信息传输方法。文中也调研了无线射频领域OAM与MIMO体制相兼容的研究现状。     

室内走廊环境毫米波OAM信道特性分析与统计建模

针对自由空间传播模型仅能描述自由空间场景下携带轨道角动量(OAM)的涡旋信道传播特性,以及确定性稀疏多径涡旋信道模型严格依赖于传播环境而不能准确刻画真实多径场景下OAM信道传播特性的问题,该文提出毫米波OAM多径信道统计建模方法。在室内走廊环境下构建基于均匀圆形天线阵列(UCA)的OAM辐射传输系统,基于光学射线理论与UCA辐射特性,建立OAM多径信道模型。结果表明,在毫米波频段均匀分布和Nakagami-m分布能够准确地表征室内走廊多径环境下的OAM信道波前相位和幅度,视距(LoS)和非视距(NLoS)传播条件下传播距离较大时信道幅度服从瑞利分布,视距传播条件下传播距离较小时信道幅度服从莱斯分布。     

基于轨道角动量的自由空间光通信研究与进展

利用光的轨道角动量传递信息可有效提高信息传输的速率。介绍了光轨道角动量的基本概念和主要特性,探讨了基于轨道角动量的自由空间光通信的基本原理和典型系统,并对相关的关键技术进行了分析,在此基础上,对基于轨道角动量的自由空间光通信的应用前景和发展趋势作了展望。     

基于角多普勒效应的自旋目标微动特征提取

携带有轨道角动量(OAM)的涡旋电磁(EM)波在雷达应用领域已经受到了广泛关注,利用涡旋电磁波,不仅可以观测到目标的线多普勒频移,还能够获取角多普勒频移信息。基于角多普勒效应,涡旋电磁波雷达具有检测垂直于径向运动分量的能力,可以实现对自旋目标微动特征的提取。首先,该文建立直角坐标系下角多普勒频移的参数化模型,给出了涡旋电磁波雷达、目标运动参数与角多普勒频移之间的定量关系描述。其次,当目标自旋轨迹垂直雷达视线(LOS)方向时,对获取的角多普勒频移信息进行分析,并提取了自旋目标微动特征。最后,通过仿真实验验证了所提方法的有效性和分析的准确性。     

大气湍流对基于轨道角动量的自由空间光通信影响及解决方案综述

基于轨道角动量(OAM)的自由空间光通信(FSOC)具有通信容量大、信息传输快等优点。FSOC系统以大气作为传输媒介,受大气吸收、散射等影响,OAM光束传输质量严重下降。从OAM复用技术和大气湍流模型出发,综述了大气湍流强度对OAM空间光通信系统传输误码率和信道容量影响的研究现状,在此基础上综述多入多出均衡技术及自适应光学技术研究现状,并分析比较了两种技术中不同算法对大气湍流影响的抑制效果,对技术发展现状进行了展望。     

轨道角动量在无线通信中的研究新进展综述

随着无线通信技术的蓬勃发展,频谱利用率和系统容量已经趋近香农极限.轨道角动量作为一项新型技术,拥有高效频谱利用率和抗干扰能力,引起了国内外学术界的关注.本文首先介绍了轨道角动量的应用与无线通信系统的基本原理;其次综述了轨道角动量在相关领域的研究进展,并对轨道角动量产生的关键技术进行深入分析,以及对现有的轨道角动量接收方法进行梳理总结;最后在目前已有研究的基础上,展望并提出了未来轨道角动量在无线通信研究及应用中需要重点解决和关注的一些突出问题,包括携带轨道角动量涡旋电磁波的产生,不同模态轨道角动量电磁波相互干扰的抑制,轨道角动量模态的编码方式以及不同模态涡旋电磁波的分离与检测等方面.