基于多模态涡旋电磁波的通感融合系统及应用方法与流程

本发明涉及无线通讯，更具体的说是涉及一种基于多模态涡旋电磁波的通感融合系统及应用方法。

背景技术：

1、基于多模态涡旋电磁波的高频通感融合系统是指以高频段的多模态涡旋电磁波同时实现通信和感知功能的系统。面向万物互联互通愿景的通感融合系统，需要在时间、频率、功率和硬件等资源约束下，通过时频空等空口资源的复用以及射频链路的共用，实现通信和感知能力的集成，同时完成通信信息传输和目标信息感知两大任务，以提高资源利用率。

2、随着无线通信技术的发展，通信系统和感知系统载波频段向高频段延伸。太赫兹频段拥有超大带宽频谱资源，支持超大速率无线通信，同时在高速率通信和高精度感知领域展现了巨大的应用潜力。太赫兹波束方向性强，适于点对点高速率通信，但这一特性限制了太赫兹波束的使用场景。为了增强太赫兹波束的方向性，一种方案是采用相控天线阵列配合波形赋形算法的方式实现对太赫兹波束方向的调控，但这种方案在通感融合系统中面临着感知回路与通信链路之间的隔离问题。因此，如何解决上述问题是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于多模态涡旋电磁波的通感融合系统及应用方法，克服了上述缺陷。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种多模态涡旋电磁波的通感融合系统，包括：

4、天线阵列构建模块，用于将多个天线阵列单元均匀分布在圆周上构成均匀圆形天线阵列；

5、相位激励计算模块，用于根据模态值与所述天线阵列单元的数量之间的关系计算产生各模态的涡旋电磁波所需的相位激励；

6、复合涡旋电磁波生成模块，用于将不同模态的所述相位激励叠加在所述均匀圆形天线阵列的各个所述天线阵列单元上，产生携带不同模态轨道角动量的复合涡旋电磁波；

7、通感融合模块，用于在所述复合模态涡旋电磁波上分别进行通信信息调制和感知信息调制，获得通信涡旋电磁波和感知涡旋电磁波；

8、发射模块，用于对所述通信涡旋电磁波和所述感知涡旋电磁波进行传输，并对所述感知涡旋电磁波进行解调获得感知目标的距离和方位向位置信息；

9、接收模块，用于对所述通信涡旋电磁波进行解调获得通讯信息，并对所述感知涡旋电磁波进行反射形成差异性辐射场回波。

10、一种多模态涡旋电磁波的通感融合系统的应用方法，具体步骤为：

11、基于多模态涡旋电磁波的通感融合系统获取多个模态的所述涡旋电磁波；

12、在第一模态的所述涡旋电磁波上调制通信信息，同时同频传输多路通信信息；

13、在第二模态的所述涡旋电磁波上进行目标探测和感知成像，同时获取感知信息。

14、可选地，多个模态的所述涡旋电磁波的获取步骤为：

15、将多个所述天线阵列单元均匀分布在圆周上构成所述均匀圆形天线阵列；

16、基于根据模态值与所述天线阵列单元的数量之间的关系计算产生各模态的涡旋电磁波所需的相位激励；

17、将不同模态的所述相位激励叠加在所述均匀圆形天线阵列的各个所述天线阵列单元上，产生携带不同模态轨道角动量的复合涡旋电磁波。

18、可选地，产生任一模态的涡旋电磁波所需的相位激励的计算步骤为：

19、对所述均匀圆形天线阵列的各个所述天线阵列单元进行激励，并设相邻所述天线阵列单元之间有一个连续变化的相位激励延迟；

20、根据所述相位激励延迟计算所述均匀圆形天线阵列的各个所述天线阵列单元产生任一模态的涡旋电磁波所需的所述相位激励。

21、可选地，在第一模态的所述涡旋电磁波上调制所述通信信息，同时同频传输多路所述通信信息的具体步骤为：

22、将第一模态的所述相位激励与所述通信信息相乘，经调制后得到所述通信涡旋电磁波；

23、所述通信涡旋电磁波经信道传输到达接收端，并进行解调，得到所述通信信息。

24、可选地，在第二模态的所述涡旋电磁波上进行目标探测和感知成像，同时获取所述感知信息的具体步骤为：

25、将第二模态的所述相位激励与所述感知信息相乘，经调制后得到所述感知涡旋电磁波；

26、接收反射的所述差异性辐射场回波，并对所述差异性辐射场回波进行采样，根据采样数据在频谱-模态维度的二维分布，获取感知目标的距离和方位向位置信息。

27、可选地，在调制过程中，可对所述通信信息和所述感知信息进行联合调制。

28、可选地，联合调制的方法为两种及两种以上复用方式的联合复用。

29、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于多模态涡旋电磁波的通感融合系统及应用方法，能够通过在不同轨道角动量模态上分别调制通信信息和感知信息来实现通感融合，实现硬件的高效利用，克服了传统通信系统和感知系统各自使用一套射频收发器件、使用效率低的问题，并且通过引入涡旋电磁波调制，为通感融合系统中的感知回路和通信链路提供了天然正交信道，且信息的调制和解调等同于进行离散傅里叶逆变换操作，大大降低了信号处理难度，实现了通信感知信息处理和硬件结构设计方面的统一。同时涡旋电磁波调制方法可结合其它复用技术如时分复用、频分复用和正交频分复用等技术对信息进行联合调制，能够在时间、频率、模态等维度联合提高频谱利用率和感知精度。

技术特征：

1.一种多模态涡旋电磁波的通感融合系统，其特征在于，包括：

2.一种根据权利要求1所述的多模态涡旋电磁波的通感融合系统的应用方法，其特征在于，具体步骤为：

3.根据权利要求2所述的一种基于多模态涡旋电磁波的通感融合系统的应用方法，其特征在于，多个模态的所述涡旋电磁波的获取步骤为：

4.根据权利要求3所述的基于多模态涡旋电磁波的通感融合系统的应用方法，产生任一模态的涡旋电磁波所需的相位激励的计算步骤为：

5.根据权利要求2所述的基于多模态涡旋电磁波的通感融合系统的应用方法，在第一模态的所述涡旋电磁波上调制所述通信信息，同时同频传输多路所述通信信息的具体步骤为：

6.根据权利要求2所述的基于多模态涡旋电磁波的通感融合系统的应用方法，在第二模态的所述涡旋电磁波上进行目标探测和感知成像，同时获取所述感知信息的具体步骤为：

7.根据权利要求2所述的基于多模态涡旋电磁波的通感融合系统的应用方法，其特征在于，在调制过程中，可对所述通信信息和所述感知信息进行联合调制。

8.根据权利要求7所述的基于多模态涡旋电磁波的通感融合系统的应用方法，其特征在于，联合调制的方法为两种及两种以上复用方式的联合复用。

技术总结
本发明公开了一种基于多模态涡旋电磁波的通感融合系统及应用方法，涉及无线通讯技术领域，具体步骤为：基于多模态涡旋电磁波的通感融合系统获取多个模态的涡旋电磁波；在第一模态的涡旋电磁波上调制通信信息，同时同频传输多路通信信息；在第二模态的涡旋电磁波上进行目标探测和感知成像，同时获取感知信息。本发明能够通过在不同轨道角动量模态上分别调制通信信息和感知信息来实现通感融合，实现硬件的高效利用，并且通过引入涡旋电磁波调制，为通感融合系统中的感知回路和通信链路提供了天然正交信道，且信息的调制和解调等同于进行离散傅里叶逆变换操作，大大降低了信号处理难度，实现了通信感知信息处理和硬件结构设计方面的统一。

技术研发人员：周晨虹,欧斌,黎伟,申羽艳,黎亚,陈川东,熊倩,周平安,邱艳,游薇,邓舒丹
受保护的技术使用者：重庆金美通信有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/17