一种用于轨道角动量模式解复用的部分接收方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及轨道角动量模式波束的接收领域，尤其涉及一种用于轨道角动量模式 解复用的部分接收方法。
【背景技术】
[0002] 现今通信系统面临诸多挑战，频谱资源严重缺乏。为了提高通信速率，即便是应用 了高密度编码和信道共享技术，仍然不能从根本上解决这一问题。一种能够高效率提高频 谱效率的方法已经被提出。携带有轨道角动量（0AM)的电磁波通信得到了诸多关注。轨 道角动量是电磁波的基本物理属性，反映电磁波围绕传播方向轴的方位角方向的相位变化 参数。对于任意频率的电磁波，轨道角动量的拓扑荷（也称0AM模式）构成一组相互正交 的、数目无限多的本征模式。0AM通信就是利用0AM模式这一组电磁波本征模式的阶数（取 值1)，作为新的可供调制或复用的参数维度资源，即利用不同1值代表不同编码状态或不 同信息通道，从而开辟进一步提高频谱效率的新途径。由于1值具有无限取值范围，理论上 0AM通信具有可无限增加电磁波承载信息量的潜力。
[0003] 携带拓扑荷为1的轨道角动量波束具有相位因子exp(//炉)，表现为螺旋状的相位 波前。这类光束具有柱对称的传播性质，光束中心光强为零，且在传播过程中保持这一特 性。拓扑荷1越大，中心光强为零的半径也越大。由于轨道角动量的波束具有发散性，随着 传播距离的增加，光束中心光强为零的半径也随之增加，这对接收端的接收孔径提出了严 格的要求。大孔径的接收机不仅成本高，而且制备不易，运输、安装都不方便。在轨道角动 量光通信领域，虽然有聚光透镜可以使得光束集中在小的孔径中，但对于超长距离的通信， 比如星地光通信、深空光通信，这一问题依然比较严峻。事实上，任何接收机的孔径大小都 是有限的，这一特性限制了多信道轨道角动量复用系统的信道数量。
【发明内容】
[0004] 本发明提出一种用于轨道角动量模式解复用的部分接收方法，其目的在于实现低 串扰的多个轨道角动量模式的解复用的同时，大大减少接收端的体积和成本。
[0005] 本发明解决技术问题所采取技术方案为：
[0006] 选择一组拓扑荷满足一定规律的轨道角动量波束，实现采用部分接收方法，实现 多个轨道角动量模式的解复用。
[0007] 如果部分接收的区域为整个区域周向的1/n，则要求这组轨道角动量波束中任意 拓扑荷li满足1 i= 1+nm，1为任意一个信道的轨道角动量拓扑荷，m为整数。满足条件的 轨道角动量波束之间相互正交，利用这种部分接收方法，可以实现低串扰的轨道角动量模 式的解复用，同时大大减少接收端的体积和成本。
[0008] 本发明的有益效果：基于一组拓扑荷满足规律的轨道角动量波束，使得它们在部 分接收时保持正交，减少串扰；提供了一种适用于多个轨道角动量复用通信的部分接收方 法，大大缓解了轨道角动量长距离通信时由于波束发散以及轨道角动量波束中心无能量引 起的接收机超大接收孔径的需求。部分接收方法的采用，可降低接收端的制备、运输、安装 及综合成本。同时由于电磁波轨道角动量波束的拓扑荷本身是无限的，所以这组满足条件 的轨道角动量的拓扑荷理论上也是无限的，使得利用电磁波轨道角动量特性提升通信频谱 利用率这一特性依然得到保证。
【附图说明】
[0009] 图1完整接收与部分接收的模型；
[0010] 图2不同拓扑荷的轨道角动量波束的强度分布图；
[0011] 图3发射轨道角动量拓扑荷为-2,部分接收为/2时，接收端不同拓扑荷轨道角 动量波束的能量分布。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合附图对本发明做进一步详述：
[0013] 图1给出了完整接收和部分接收的模型。在垂直于轨道角动量波束传播主轴的平 面上，图1(a)是完整接收模型，即接收整个角向（0?2JI)的能量；图1(b)是部分接收。 仅接收角向（〇?0)范围内的能量。显然部分接收可以大大减小接收端的体积以及其他 综合成本。
[0014] 对于具有相位因子exP(^|的的轨道角动量波束，空间中福射的轨道角动量的场 可用柱坐标表示为：
[0015]
【主权项】
1. 一种用于轨道角动量模式解复用的部分接收方法，其特征在于：对于一组拓扑荷为 A的多个轨道角动量波束构成的复用链路，其接收端接收区域采用整个接收区域周向的1/ n，此时（=?+??，7为任意的轨道角动量拓扑荷，m为整数，n为大于等于2的正整数；那么 这组轨道角动量波束中任意两个轨道角动量波束之间相互正交，利用部分接收可实现这组 轨道角动量模式的解复用。
【专利摘要】本发明公开一种用于轨道角动量模式解复用的部分接收方法。本发明中部分接收的孔径为完整接收所需的整个孔径圆周的1/n，选择一组满足一定规律的轨道角动量拓扑荷li构成的多个轨道角动量复用波束，使其拓扑荷li满足 ，l为任意一个的轨道角动量拓扑荷，m为整数，n为大于等于2的整数，则这组轨道角动量波束之间相互正交，在接收端采用1/n的部分孔径接收，就能够实现低串扰的轨道角动量模式的解复用。
【IPC分类】H04B10-60
【公开号】CN104618030
【申请号】CN201410850504
【发明人】郑史烈, 章献民, 金晓峰, 池灏
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月30日