一种同时同频全双工通信中信息的收发方法技术

本发明专利技术公开一种同时同频全双工通信中信息的收发方法，对产生n(n>1)种OAM模式的涡旋电磁波结构，利用OAM模式彼此正交的特性，将n种OAM模式的任意k(0<k<n)种模式用于信息的发送，剩余n‑k种OAM模式用于信息的接收，不需要额外的自干扰消除措施，就能实现同一频带同时发送和接收多路彼此独立且互不干扰的信号，进而实现高速率大容量的同时同频全双工通信，有效解决现有无线通信频谱资源紧张和通信速率有限等问题，为现代高速率大容量无线通信提供解决思路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种同时同频全双工通信中信息的收发方法。
技术介绍
随着移动通信技术的高速发展，无线通信速率也随之得到提升，而如何提高频谱利用率成为人们关注的焦点。为充分利用有限的频谱资源，提高频谱利用率，同时同频全双工(Co-time Co-frequency Full Duplex,CCFD)技术应运而生。传统的双工模式主要为频分双工(Frequency Division Duplexing,FDD)和时分双工(Time Division Duplexing,TDD)，用以避免发射时的大信号对接收到的小信号在频域和时域上的干扰。为减小传统双工模式中频率或时隙资源的开销，在新兴的CCFD通信中，发射机和接收机占用相同的频谱资源并同时工作，使得通信双方在上下行通信链路利用相同的载波频率同时进行多路无线信号的发射和接收，从而将频谱利用率成倍增加，显著提高系统的通信速率。然而，CCFD通信技术仍然面临极大挑战。对任何通信系统而言，发射信号强度都远大于接收信号强度。若收发信号工作在相同的载波频率且同时进行收发，将导致接收信号完全湮没于发射信号所引起的干扰中，从而使接收机无法从接收信号中识别出需要的信息。因此，CCFD通信系统的关键在于自干扰的有效消除。迄今，经过人们的深入研究，已取得了相应成果。斯坦福大学Choi等人运用天线对消和巴伦抵消实现了同时同频信号的收发和噪声信号的消除，文献[Choi J I,Jain M,Srinivasan K,et al.Achieving single channel,full duplex wireless communication[C]//Proceedings of the 16th annual international conference on mobile computing and networking.ACM,2010:1-12.]和[Jain M,Choi J I,Kim T,et al.Practical,real-time,full duplex wireless[C]//Proceedings of the 17th annual international conference on mobile computing and networking.ACM,2011:301-312.]等进行了报道；莱斯大学Sabharwal等人公布研究成果[Duarte M,Sabharwal A.Full-duplex wireless communications using off-the-shelf radios:Feasibility and first results[C]//IEEE Conference record of the 44th asilomar conference on signals,systems and computers(ASILOMAR),2010:1558-1562.]和[Sahai A,Patel G,Sabharwal A.Pushing the limits of full-duplex:Design and real-time implementation[J].arXiv preprint arXiv:1107.0607,2011.]，通过在接收天线处构造额外射频链路以及改变收发天线相对位置来抵消干扰信号，从而提高收发间的隔离度；此外，纽约大学Knox等人在文献[Knox M E.Single antenna full duplex communications using a common carrier[C]//IEEE 13th annual wireless and microwave technology conference(WAMICON),2012:1-6.]中提出一种单天线收发方案，通过定向耦合器消除环形器泄漏和天线反射的影响，从而实现较好的收发隔离。但是，上述所有实施方案都较复杂，需要通过额外措施来解决系统的自干扰问题。由于无线传输的媒介是电磁波，如果找到可利用的电磁波新物理机理并用于CCFD，则可给CCFD通信系统甚至整个无线通信带来变革。由麦克斯韦经典电磁理论可知电磁辐射可以同时载有能量和动量，动量包括线性动量和角动量。角动量分为自旋角动量(Spin Angular Momentum，SAM)和轨道角动量(Orbital Angular Momentum，OAM)。作为电磁波的一个基本物理属性，OAM的本征态具有形如的相位因子，l即为OAM的模式，又称为拓扑荷(Topological Charge，TC)，代表OAM的空间分布。普通的电磁波OAM模式为0，等相位面为平面；如果波束被扭曲，电磁波的OAM模式不为0，将导致波前以螺旋状态旋转于波的传播方向，且波前中心的场强为零，这种具有螺旋状相位波前的特殊电磁波就是涡漩电磁波。涡旋电磁波作为一种新机制，拥有高效频谱利用率和抗干扰等引人注目的特性。目前已有研究人员将涡旋电磁波的OAM视为一个新自由度并作为数据信息载体，开展了利用涡旋电磁波进行无线通信的基础理论和关键技术研究。Tamburini等人2012年发表研究成果[Tamburini F,Mari E,Sponselli A,et al.Encoding many channels on the same frequency through radio vorticity:first experimental test.New Journal of Physics,2012,14(3):033001]，通过实验验证了涡旋电磁波应用于无线通信的可行性。对于任意频率的涡旋电磁波，OAM理论上可取无穷多模式，再通过对涡旋电磁波的不同OAM模式进行相同格式编码，可实现同一频带同时传输多路彼此独立且互不干扰的信号。进一步，将其中某些OAM模式的涡旋电磁波用于信息的发送而剩余模式用于信息的接收并用于CCFD通信系统中，由于OAM模式的彼此正交性，可有效解决CCFD系统自干扰问题，从而实现高速率大容量的高性能无线通信。因而，基于涡旋电磁波的CCFD通信具有在同一频率同时进行收发信息且携带无限多信息量的潜力，能大幅提升无线频谱的利用率和通信速率，具有极大的发展前景。基于涡旋电磁波的CCFD通信，首先需要产生这种具有螺旋相位波前的电磁波，由于这种电磁波具有中空特性，表现为锥度波束，这种波束在传播过程中是发散的，呈锥度扩散状。这种发散状的辐射特性，将直接影响信息的传输距离，从而对发射机功率提出了更高要求，而更高的发射功率也给接收带来更大干扰，这给CCFD通信系统的收发设计带来极大挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种同时同频全双工通信中信息的收发方法，解决CCFD通信系统自干扰问题。本专利技术无需额外的干扰消除技术即可实现CCFD通信，能有效解决现有无线通信频谱资源匮乏和通信速率有限的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种同时同频全双工通信中信息的收发方法，利用涡旋电磁波不同OAM模式彼此正交的特性，对于一个产生n(n>1)种工作频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同时同频全双工通信中信息的收发方法，利用涡旋电磁波不同轨道角动量模式即OAM模式彼此正交的特性，对于一个产生n种工作频率相同、OAM模式不同的涡旋电磁波结构，将其中任意k种OAM模式用于信息的发送，剩余n‑k种OAM模式用于信息的接收，即可实现同一频率同时发送和接收多路彼此独立且互不干扰的信号。

【技术特征摘要】
1.一种同时同频全双工通信中信息的收发方法，利用涡旋电磁波不同轨道角动量模式即OAM模式彼此正交的特性，对于一个产生n种工作频率相同、OAM模式不同的涡旋电磁波结构，将其中任意k种OAM模式用于信息的发送，剩余n-k种OAM模式用于信息的接收，即可实现同一频率同时发送和接收多路彼此独立且互不干扰的信号。2.根据权利要求1所述的同时同频全双工通信中信息的收发方法，所述产生n种不同OAM模式的涡旋电磁波结构可通过以下设计方法实现：步骤A-1.针对需要生成OAM模式为l的涡旋电磁波，构建一个阵元总数为m的平面阵列天线，其中阵元数m应满足|l|<m/2；所述m个阵元在阵面上为非直线排布并构成一条封闭曲线，选取其中任意一个阵元编号为1，以1号阵元为起点沿所述封闭曲线的顺时针或者逆时针方向依次将剩余阵元编号为2、3、…、m；步骤A-2.所有阵元的激励相位以阵元编号为序呈等差数列排布，所述等差数列以1号阵元的激励相位α1为首项、相位递进公差为2πl/m或者-2πl/m；步骤A-3.对所有阵元施加等幅、相位满足步骤A-2所述设定的激励，即可产...

【专利技术属性】
技术研发人员：李家林，张香博，张一明，王秉中，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51