基於軌道角動量的無線通信容量理論與信號處理技術

《基於軌道角動量的無線通信容量理論與信號處理技術》是依託浙江大學，由張朝陽擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於軌道角動量的無線通信容量理論與信號處理技術
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：張朝陽
• 項目類別：面上項目

項目摘要

軌道角動量（OAM）反映了電磁波與繞動相關的空間結構化特性，其螺錐狀的空間相位波前和渦旋狀的空間強度分布特性，賦予電磁波一種新的自由度- - 旋轉自由度（Rotational EM Degree of Freedom）。這為無線電通信帶來新的攜帶和傳遞信息的方式。由於OAM理論上具有無窮多個正交的特徵態，從而利用OAM進行大容量信息傳輸將成為可能，這對於資源極度匱乏、技術亟待革新的無線通信具有重大的意義。本項目擬進一步深入了解和探索無線OAM復用傳輸機理，分析其潛在的容量性能，探討OAM分集復用折中問題，並重點研究與無線OAM生成、調製、採樣和檢測相關的信號處理技術，為OAM在未來無線通信中的套用提供必要的理論支撐和合理的技術方案。

結題摘要

軌道角動量（OAM）反映了電磁波與繞動相關的空間結構化特性，其具有螺錐狀的空間相位波前和渦旋狀的空間強度分布特性。理論上，OAM具有無窮多個正交的特徵態，從而利用OAM進行大容量信息傳輸將成為可能，這對於資源極度匱乏、技術亟待革新的無線通信具有重大的意義；同時，OAM具有特殊的空間結構，相對於平面波具有更好的空間分辨力，這對於未來無線定位成像和雷達等套用也具有重要意義。本項目主要探索無線OAM復用傳輸機理，分析其潛在的容量性能，並重點研究與無線OAM生成、調製、採樣和檢測相關的信號處理技術，為OAM在未來無線通信和雷達中的套用提供理論支撐和技術思路。 本項目在無線OAM生成、調製、復用、接收和檢測相關理論和技術等方面展開了深入的研究，重點突破了OAM復用傳輸機理和新型無線OAM傳輸機制，取得了若干有意義的成果。具體如下： （ 1）研究了採用陣列方式產生OAM的機理，基於電磁傳播理論分析並驗證了不同天線單元和陣列構型產生OAM信號的可行性和空間特性； （ 2）深入研究和探索了無線OAM的信道傳輸特性和復用傳輸機理，全面比較了OAM與傳統MIMO在實際環境和特定接收機制下的性能； （ 3）重點研究了OAM與MIMO相結合所形成的OAM-MIMO聯合復用傳輸系統及其容量性能，獲得了OAM-MIMO聯合復用並不總能提高系統容量的重要結論，同時給出了OAM-MIMO優於傳統MIMO的基本條件。 （ 4）首次利用OAM模式間的正交性，提出了基於OAM的新型同時同頻全雙工無線傳輸體制及其最佳收發OAM模式選擇（分配）方案； （ 5）研究和探索了OAM模式檢測方案以及OAM二維雷達定位成像的相關原理，提高了雷達定位成像的精度。 項目成果為OAM在未來無線通信和雷達中的套用提供了一定的理論支撐和初步的技術思路。在項目支持下，在IEEE主要期刊和國際會議上發表論文38篇，其中SCI論文19篇，有關OAM-MIMO聯合復用傳輸機制和容量分析的國際會議論文獲得了IEEE WCSP 2017最佳論文獎，申請發明專利8項，達到了預期成果目標。