涡旋电磁波在无线通信中的发射与接收技术研究

论文摘要

科技的不断发展和进步使人们的生活方式随之改变,在未来生活中,通信的主体不再仅限于人与人的交流,而是将会拓展到人与物、物与物之间的交流。这些需求使得无线通信业务指数级增长,然而,承载这些业务的无线电磁波的可用维度日益紧缺,并且频谱资源的应用现状十分复杂,存在严重的拥挤和浪费,很难找到空闲的频谱来满足新业务的需求。探索无线电磁波的新维度,突破现有无线电磁波使用方式下信息承载的瓶颈,是业内科研人员亟待解决的难题。近些年来涡旋电磁波相关技术发展迅速,因其表现出的“空间正交”特性,使得涡旋波在通信领域中应用前景广泛,具备用于下一代通信技术的潜力。但是涡旋电磁波在实际传输中,波前相位以及幅度等容易受到影响,无法对其进行准确的接收解调,本文立足于该现状对涡旋电磁波在无线通信中的发射与接收技术进行了相关研究。本文介绍了基于涡旋电磁波无线通信的研究背景、意义和相关技术的国内外研究现状以及发展趋势。并对现有常见的涡旋电磁波产生与接收技术进行了介绍和分析。针对涡旋电磁波在无线通信中发射以及接收方面做了以下工作:(1)在涡旋电磁波面向通信应用的产生方面,以八个阵元的阵列天线为例,关于涡旋电磁波的产生进行了仿真分析。针对阵列天线产生涡旋电磁波的方式,类比于采样定理提出空间采样定律的思想并进行详细论述。在采用均匀圆阵列天线产生涡旋波的过程中,分析了幅度和相位的误差对涡旋电磁波空间中场强分布和相位波前的影响以及这些误差来源,并仿真了误差对涡旋电磁波的影响,计算了相应的模态纯度。针对现有设备产生信号的实际情况以及实际应用中的问题,提出了基于均匀圆阵列天线的相关校准方法,根据涡旋电磁波的相关形成原理设计了相应的校准天线,对校准算法进行了建模,分析证明了该方法的正确性。(2)在涡旋电磁波面向通信应用的接收相关技术方面,本文设计了一种基于馈电网络天线的涡旋电磁波信号收发系统,对该系统进行了相关理论分析,并在不同收发距离、不同模态数量以及不同信号调制方式的条件下进行了实际测试,证实了该方法的可行性。基于信号接收处理的硬件设备现状,提出了接收误差消除的方法,实现了对各个信号采集通道的统一,并且设计了相应的接收校准天线,完成整个系统模型的建立、校准方法的设计、仿真与分析。最后基于现有的硬件平台,使用基础的信号调制方式,设计了多模态涡旋电磁波信号的解调方法,并实现了多模态涡旋电磁波信号在不同调制方式下的接收解调。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号对照表
• 缩略语对照表
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 国内外研究现状及发展趋势
•     1.2.1 国外研究现状
•     1.2.2 国内研究现状
•   1.3 研究目的及意义
•   1.4 论文内容安排及贡献
•     1.4.1 研究内容
•     1.4.2 章节安排
•     1.4.3 主要贡献
• 第二章 涡旋电磁波基本技术
•   2.1 引言
•   2.2 涡旋电磁波通信基本原理
•     2.2.1 涡旋电磁波基本原理
•     2.2.2 IQ调制技术
•   2.3 涡旋电磁波产生方法
•     2.3.1 反射法
•     2.3.2 透射法
•     2.3.3 阵列天线法
•   2.4 涡旋电磁波接收与识别方法
•   2.5 本章小结
• 第三章 阵列天线产生涡旋电磁波相关分析
•   3.1 引言
•   3.2 误差分析
•     3.2.1 空间采样定律
•     3.2.2 误差对涡旋电磁波的影响
•   3.3 基于UCA的发射误差自适应消除方法
•     3.3.1 系统模型
•     3.3.2 信号建模
•     3.3.3 发射误差自适应消除算法
•     3.3.4 仿真分析
•   3.4 本章总结
• 第四章 基于阵列天线的涡旋电磁波接收技术
•   4.1 引言
•   4.2 基于馈网阵列天线的涡旋电磁波接收
•     4.2.1 系统模型
•     4.2.2 理论分析
•     4.2.3 实际测试
•   4.3 基于UCA的接收误差自适应消除方法
•     4.3.1 系统模型
•     4.3.2 信号建模
•     4.3.3 接收误差自适应消除方法
•   4.4 多模态涡旋电磁波接收解调方法
•     4.4.1 硬件平台
•     4.4.2 系统模型
•     4.4.3 基于UCA与Mega BEE的涡旋波接收解调方法
•     4.4.4 实验验证
•   4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙涛

导师: 张海林

关键词: 涡旋电磁波,误差消除,阵列天线,调制解调

来源: 西安电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,电信技术

单位: 西安电子科技大学

分类号: TN92;O441.4

DOI: 10.27389/d.cnki.gxadu.2019.000723

总页数: 78

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