本發(fā)明涉及一種無線通信技術(shù)，尤其涉及一種適用于微波與毫米波頻段上的基于數(shù)字域共軸復(fù)用的多模態(tài)軌道角動(dòng)量復(fù)用通信系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
：根據(jù)量子力學(xué)和麥克斯韋理論，天線輻射的電磁波具有波粒二象性，可以像運(yùn)動(dòng)粒子一樣攜帶線動(dòng)量與角動(dòng)量。電磁波角動(dòng)量包括白旋角動(dòng)量(SpinAngularMomentum，SAM)和軌道角動(dòng)量(OrbitalAngularMomentum，OAM)兩部分，其中，SAM與光子旋轉(zhuǎn)相關(guān)，表現(xiàn)為電磁波的左旋或右旋圓極化，僅有(表示約化普朗克常量)兩個(gè)正交狀態(tài)；OAM則與光子波函數(shù)空間分布相關(guān)，是所有“渦旋電磁波”的基本屬性，表現(xiàn)為波束具有螺旋狀等相位面并且沿螺旋線傳播(如圖1所示)。渦旋電磁波中每個(gè)光子攜帶的軌道角動(dòng)量，拓?fù)浜蒷取值為任意整數(shù)，不同拓?fù)浜蒷的OAM模式彼此正交。因此，擁有無窮多個(gè)正交模式的渦旋電磁波，理論上可以承載無窮多路信息同時(shí)同頻的復(fù)用傳輸，從而提供了一種獨(dú)立于時(shí)間、頻率與極化之外的信息復(fù)用新自由度，進(jìn)而有望成倍提升無線通信系統(tǒng)的容量與頻譜效率。軌道角動(dòng)量復(fù)用通信理論上超高的頻譜效率，使其成為解決未來通信網(wǎng)絡(luò)頻譜資源稀缺與千倍容量增長需求間矛盾的最有潛力的關(guān)鍵技術(shù)之一；目前已成功應(yīng)用于自由空間光通信、光纖通信、可見光通信、毫米波與太赫茲通信等諸多前沿領(lǐng)域。白1992年Allen等人首次試驗(yàn)證實(shí)了具有相位因子的拉蓋爾-高斯(LG，Laguerre-Gaussian)渦旋光束可攜帶軌道角動(dòng)量，針對(duì)OAM的研究已深入至射電天文、原子操縱、關(guān)聯(lián)成像、量子通信、光學(xué)與光子學(xué)等諸多領(lǐng)域。近年來，研究發(fā)現(xiàn)渦旋電磁波的無窮多個(gè)OAM正交模式，與光子能量、頻率和極化屬性一樣，是信息復(fù)用的獨(dú)立自由度。深入挖掘OAM這一尚未充分利用的電磁波參數(shù)維度，有望大幅提高無線通信頻譜效率，滿足未來2-3個(gè)數(shù)量級(jí)的容量增長需求。現(xiàn)有技術(shù)中，攜OAM渦旋電磁波的產(chǎn)生方法，總體上可分為“通過模態(tài)轉(zhuǎn)換”和“基于OAM天線”兩類。前者多用于可見光與毫米波頻段，具體包括：將平面電磁波(高斯光束)通過螺旋相位板、Q盤、柱面透鏡、計(jì)算全息光柵等轉(zhuǎn)換器變?yōu)闇u旋電磁波(LG光束)；后者則適用于微波頻段，具體包括：直接由經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的OAM天線輻射產(chǎn)生，例如：均勻圓環(huán)陣列天線、賦形拋物面天線和環(huán)形諧振器天線等。上述方法共同的局限性在于：當(dāng)天線或轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)加工完成后，就只能產(chǎn)生一種或幾種固定的OAM模態(tài)，而無法通過軟件重新定義模態(tài)拓?fù)浜?。?duì)于渦旋電磁波多個(gè)本征模態(tài)的復(fù)用，現(xiàn)有技術(shù)中普遍采用“大圈套小圈”的共軸傳輸方式。如圖2(a)所示，在毫米波與可見光頻段，通常采用準(zhǔn)光學(xué)器件分束鏡(即：半透半反片)將多個(gè)獨(dú)立產(chǎn)生的單模OAM波(例如圖2(a)中的信號(hào)1和信號(hào)2)在空間上疊加合成多模復(fù)用波束?；谠摷夹g(shù)途徑，2012年Wang等人提出并演示了4路OAM模態(tài)復(fù)用的光通信實(shí)驗(yàn)，頻譜效率達(dá)到25.6bit/s/Hz；2014年Yan等人在28GHz的載波頻率上同樣實(shí)現(xiàn)了4路OAM模態(tài)共軸復(fù)用傳輸，頻譜效率超過16bit/s/Hz。而在微波頻段上，實(shí)現(xiàn)共軸復(fù)用的技術(shù)途徑則比較單一，即，設(shè)計(jì)可同時(shí)輻射多個(gè)OAM模態(tài)的一體化天線。例如，文獻(xiàn)“Utilizationofphotonorbitalangularmomentuminthelow-frequencyradiodomain，”(B.Thide，H.Then，J.Sjoholm，etal.，Physicalreviewletters，vol.99，no.8，Aug.2007)中提出了由偶極子組成的雙圈同心圓環(huán)陣列天線可產(chǎn)生雙模疊加的OAM電磁波(如圖2(b)所示)，并完成了不含饋電網(wǎng)絡(luò)的天線仿真驗(yàn)證。文獻(xiàn)“Multiplexedmillimeterwavecommunicationwithdualorbitalangularmomentum(OAM)modeantennas”(X.Hui，S.Zheng，Y.Chen，Y.Hu，etal.，ScientificReports，5，2015)和“基于半?；刹▽?dǎo)的軌道角動(dòng)量模式復(fù)用天線”(陳弋凌、鄭史烈、池灝、金曉峰、章獻(xiàn)民，全國微波毫米波會(huì)議，2015)基于環(huán)形諧振腔原理設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了多模OAM天線，分別在60GHz與10GHz實(shí)現(xiàn)多模共軸復(fù)用。然而，現(xiàn)有的微波段OAM復(fù)用理論與技術(shù)手段，也在一定程度上導(dǎo)致了模態(tài)復(fù)用數(shù)完全取決于多模天線的性能指標(biāo)。軌道角動(dòng)量復(fù)用傳輸，在光通信領(lǐng)域的研究進(jìn)展令人興奮(傳輸速率已突破100Tbps)；然而，在無線通信系統(tǒng)最常使用的微波頻段，該項(xiàng)技術(shù)尚處于理論探索與概念驗(yàn)證階段，其中一個(gè)主要技術(shù)瓶頸即上述“微波頻段上模態(tài)復(fù)用數(shù)受限問題”，即：為了確保OAM模態(tài)間的正交性，多路復(fù)用的渦旋電磁波通常需要調(diào)節(jié)至“共軸”(如圖2(a)、(b)所示)。而將多個(gè)單模渦旋電磁波通過分束鏡共軸疊加的方法，實(shí)用性與集成度較差，僅適合毫米波及更高頻段。同時(shí)，當(dāng)前主流的OAM多模天線(圓陣列/諧振腔/拋物面等)，則受限于陣元數(shù)及饋電網(wǎng)絡(luò)等因素，因此，要大幅增加OAM模態(tài)復(fù)用數(shù)，技術(shù)難度與成本代價(jià)都很高?；贠AM復(fù)用的新型通信體制，在微波頻段上巨大潛力的發(fā)揮，將很大程度上依賴于上述關(guān)鍵問題的解決。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種多模態(tài)軌道角動(dòng)量復(fù)用通信系統(tǒng)及方法，以實(shí)現(xiàn)物理特征顯著區(qū)別與傳統(tǒng)平面波的渦旋電磁波的多模態(tài)OAM復(fù)用通信技術(shù)，并達(dá)到頻譜效率與傳輸速率的倍增。本發(fā)明之一所述的一種多模態(tài)軌道角動(dòng)量復(fù)用通信系統(tǒng)，其包括：相互通信連接的發(fā)射裝置和接收裝置，其中，所述發(fā)射裝置包括：M個(gè)比特級(jí)處理模塊，用于分別對(duì)外圍輸入的相互獨(dú)立的M路信息比特流A(n)進(jìn)行處理，并生成M路編碼比特流B(n)；M個(gè)分別與所述M個(gè)比特級(jí)處理模塊一一對(duì)應(yīng)地連接的星座映射模塊，用于分別對(duì)所述M路編碼比特流B(n)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，并生成M路調(diào)制符號(hào)流D(n)；M個(gè)分別與所述M個(gè)星座映射模塊一一對(duì)應(yīng)地連接的軌道角動(dòng)量調(diào)制模塊，用于根據(jù)一模態(tài)定義模塊提供的M個(gè)預(yù)設(shè)的OAM拓?fù)浜?，將所述M路調(diào)制符號(hào)流D(n)轉(zhuǎn)變?yōu)镸路OAM激勵(lì)矢量流R(n)；一與所述M個(gè)軌道角動(dòng)量調(diào)制模塊連接的數(shù)字域軌道角動(dòng)量多模態(tài)復(fù)用模塊，用于對(duì)所述M路OAM激勵(lì)矢量流R(n)進(jìn)行多路復(fù)用處理，以合并產(chǎn)生N路并行的復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流X(n)；2N個(gè)與所述數(shù)字域軌道角動(dòng)量多模態(tài)復(fù)用模塊連接的DAC模塊，用于對(duì)所述N路復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流X(n)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并生成2N路復(fù)用模擬信號(hào)流X(t)；N個(gè)與所述2N個(gè)DAC模塊連接的上變頻模塊，其中每?jī)蓚€(gè)所述DAC模塊與一個(gè)所述上變頻模塊連接，所述N個(gè)上變頻模塊用于根據(jù)第一相位同步模塊提供或觸發(fā)產(chǎn)生的第一本振信號(hào)，對(duì)所述2N路復(fù)用模擬信號(hào)流X(t)進(jìn)行IQ調(diào)制，并產(chǎn)生N路并行的復(fù)用射頻信號(hào)流Y(t)；以及一與所述N個(gè)上變頻模塊連接的圓環(huán)陣列發(fā)射天線，用于接收所述N路復(fù)用射頻信號(hào)流Y(t)，以發(fā)射電磁波；所述接收裝置包括：一圓環(huán)陣列接收天線，用于接收所述圓環(huán)陣列發(fā)射天線發(fā)射的電磁波，并生成N路并行的陣元射頻信號(hào)流Г(t)；N個(gè)與所述圓環(huán)陣列接收天線連接的下變頻模塊，用于根據(jù)第二相位同步模塊提供或觸發(fā)產(chǎn)生的第二本振信號(hào)，分別對(duì)所述N路陣元射頻信號(hào)流Г(t)進(jìn)行IQ解調(diào)，其中，所述第二本振信號(hào)與所述第一本振信號(hào)一致；2N個(gè)與所述N個(gè)下變頻模塊連接的ADC模塊，其中，每?jī)蓚€(gè)所述ADC模塊與一個(gè)所述下變頻模塊連接，所述2N個(gè)ADC模塊用于對(duì)經(jīng)過IQ解調(diào)的所述N路陣元射頻信號(hào)流Г(t)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并生成N路并行的接收復(fù)用符號(hào)流Θ(n)；一與所述2N個(gè)ADC模塊連接的數(shù)字域軌道角動(dòng)量解調(diào)及解復(fù)用模塊，用于根據(jù)一模態(tài)控制模塊提供的所述M個(gè)預(yù)設(shè)的OAM拓?fù)浜桑瑢?duì)所述N路接收復(fù)用符號(hào)流Θ(n)進(jìn)行OAM解調(diào)及多路解復(fù)用處理，并生成M路并行的接收基帶符號(hào)流Λ(n)；以及M個(gè)與所述數(shù)字域軌道角動(dòng)量解調(diào)及解復(fù)用模塊連接的檢測(cè)譯碼模塊，用于分別對(duì)所述M路接收基帶符號(hào)流Λ(n)進(jìn)行處理，并生成M路并行的輸出信息比特流Ω(n)。在上述的多模態(tài)軌道角動(dòng)量復(fù)用通信系統(tǒng)中，所述M路OAM激勵(lì)矢量流R(n)中的第k路OAM激勵(lì)矢量流Rk(n)包括N個(gè)激勵(lì)矢量元素，且所述N個(gè)激勵(lì)矢量元素中的第p個(gè)激勵(lì)矢量元素rk，p(n)由下式(1)表示：rk,p(n)=(dI,k(n)cos2πlk(p-1)N-dQ,k(n)sin2πlk(p-1)N)+j(dI,k(n)sin2πlk(p-1)N+dQ,k(n)cos2πlk(p-1)N),]]>k＝1，2，......，M，p＝1，2，......，N(1)；其中，dI，k(n)表示所述M路調(diào)制符號(hào)流D(n)中第k路調(diào)制符號(hào)流的實(shí)部的I路信號(hào)流，dQ，k(n)表示所述M路調(diào)制符號(hào)流D(n)中第k路調(diào)制符號(hào)流的虛部的Q路信號(hào)流，lk表示所述模態(tài)定義模塊提供給第k個(gè)所述軌道角動(dòng)量調(diào)制模塊的預(yù)設(shè)的OAM拓?fù)浜?。在上述的多模態(tài)軌道角動(dòng)量復(fù)用通信系統(tǒng)中，所述N路復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流X(n)中的第p路復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流xp(n)由下式(2)表示：xp(n)=Σk=1Mrk,p(n),p=1,2,......,N---(2).]]>在上述的多模態(tài)軌道角動(dòng)量復(fù)用通信系統(tǒng)中，所述M路接收基帶符號(hào)流Λ(n)中的第k路接收基帶符號(hào)流λk(n)由下式(3)表示：λk(n)=λI,k(n)+jλQ,k(n)=Σp=1N[θI,p(n)cos2πlk(p-1)N+θQ,p(n)sin2πlk(p-1)N]+jΣp=1N[-θI,p(n)sin2πlk(p-1)N+θQ,p(n)cos2πlk(p-1)N],]]>k＝1，2，......，M，p＝1，2，......，N(3)其中，λI，k(n)表示所述第k路接收基帶符號(hào)流λk(n)中實(shí)部的I路信號(hào)流，λQ，k(n)表示所述第k路接收基帶符號(hào)流λk(n)中虛部的Q路信號(hào)流，θI，p(n)表示所述N路接收復(fù)用符號(hào)流Θ(n)中的第p路接收復(fù)用符號(hào)流θp(n)的實(shí)部的I路信號(hào)流，θQ，p(n)表示所述N路接收復(fù)用符號(hào)流Θ(n)中的第p路接收復(fù)用符號(hào)流θp(n)的虛部的Q路信號(hào)流，lk表示所述模態(tài)控制模塊提供給所述數(shù)字域軌道角動(dòng)量解調(diào)及解復(fù)用模塊的針對(duì)所述第k路接收基帶符號(hào)流λk(n)的預(yù)設(shè)的OAM拓?fù)浜?。在上述的多模態(tài)軌道角動(dòng)量復(fù)用通信系統(tǒng)中，所述發(fā)射裝置還包括：M個(gè)分別連接在各個(gè)所述星座映射模塊與對(duì)應(yīng)的各個(gè)所述軌道角動(dòng)量調(diào)制模塊之間的第一符號(hào)級(jí)處理模塊，用于分別對(duì)所述M路調(diào)制符號(hào)流D(n)進(jìn)行信號(hào)處理，生成M路基帶符號(hào)流H(n)，并將所述M路基帶符號(hào)流H(n)一一對(duì)應(yīng)地傳輸至各個(gè)所述軌道角動(dòng)量調(diào)制模塊以供其處理。在上述的多模態(tài)軌道角動(dòng)量復(fù)用通信系統(tǒng)中，所述發(fā)射裝置還包括：M個(gè)分別連接在各個(gè)所述軌道角動(dòng)量調(diào)制模塊與所述數(shù)字域軌道角動(dòng)量多模態(tài)復(fù)用模塊之間的第二符號(hào)級(jí)處理模塊，用于分別對(duì)所述M路OAM激勵(lì)矢量流R(n)進(jìn)行信號(hào)處理，生成M路基帶激勵(lì)矢量流S(n)，并將所述M路基帶激勵(lì)矢量流S(n)同時(shí)傳輸至所述數(shù)字域軌道角動(dòng)量多模態(tài)復(fù)用模塊以供其處理。在上述的多模態(tài)軌道角動(dòng)量復(fù)用通信系統(tǒng)中，所述發(fā)射裝置還包括：N個(gè)分別連接在各個(gè)所述上變頻模塊與所述圓環(huán)陣列發(fā)射天線之間的第一射頻處理模塊，用于分別對(duì)所述N路復(fù)用射頻信號(hào)流Y(t)進(jìn)行信號(hào)處理，并產(chǎn)生N路并行的陣元激勵(lì)信號(hào)流Z(t)。在上述的多模態(tài)軌道角動(dòng)量復(fù)用通信系統(tǒng)中，所述接收裝置還包括：N個(gè)分別連接在所述圓環(huán)陣列接收天線與各個(gè)所述下變頻模塊之間的第二射頻處理模塊，用于分別對(duì)所述N路陣元射頻信號(hào)流Г(t)進(jìn)行信號(hào)處理，產(chǎn)生N路并行的接收射頻信號(hào)流Δ(t)，并將所述N路接收射頻信號(hào)流Δ(t)一一對(duì)應(yīng)地傳輸至各個(gè)所述下變頻模塊以供其處理。在上述的多模態(tài)軌道角動(dòng)量復(fù)用通信系統(tǒng)中，所述接收裝置還包括：M個(gè)分別連接在所述數(shù)字域軌道角動(dòng)量解調(diào)及解復(fù)用模塊與各個(gè)所述檢測(cè)譯碼模塊之間的第三符號(hào)級(jí)處理模塊，用于分別對(duì)所述M路接收基帶符號(hào)流Λ(n)進(jìn)行信號(hào)處理，生成M路接收復(fù)數(shù)符號(hào)流Φ(n)，并將所述M路接收復(fù)數(shù)符號(hào)流Φ(n)一一對(duì)應(yīng)地傳輸至各個(gè)所述檢測(cè)譯碼模塊以供其處理。本發(fā)明之二所述的一種多模態(tài)軌道角動(dòng)量復(fù)用通信方法，其包括以下步驟：步驟S1，提供如權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的多模態(tài)軌道角動(dòng)量復(fù)用通信系統(tǒng)；步驟S2，通過所述M個(gè)比特級(jí)處理模塊分別對(duì)外圍輸入的相互獨(dú)立的M路信息比特流A(n)進(jìn)行處理，并生成M路編碼比特流B(n)；步驟S3，通過所述M個(gè)星座映射模塊分別對(duì)所述M路編碼比特流B(n)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，并生成M路調(diào)制符號(hào)流D(n)；步驟S4，通過所述M個(gè)軌道角動(dòng)量調(diào)制模塊分別根據(jù)所述模態(tài)定義模塊提供的M個(gè)預(yù)設(shè)的OAM拓?fù)浜蓪⑺鯩路調(diào)制符號(hào)流D(n)轉(zhuǎn)變?yōu)镸路OAM激勵(lì)矢量流R(n)；步驟S5，通過所述數(shù)字域軌道角動(dòng)量多模態(tài)復(fù)用模塊對(duì)所述M路OAM激勵(lì)矢量流R(n)進(jìn)行多路復(fù)用處理，以合并產(chǎn)生N路并行的復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流X(n)；步驟S6，通過所述2N個(gè)DAC模塊對(duì)所述N路復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流X(n)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并生成2N路復(fù)用模擬信號(hào)流X(t)；步驟S7，通過所述N個(gè)上變頻模塊根據(jù)所述第一相位同步模塊提供或觸發(fā)產(chǎn)生的第一本振信號(hào)，對(duì)所述2N路復(fù)用模擬信號(hào)流X(t)進(jìn)行IQ調(diào)制，并產(chǎn)生N路并行的復(fù)用射頻信號(hào)流Y(t)；步驟S7，通過所述圓環(huán)陣列發(fā)射天線接收所述N路復(fù)用射頻信號(hào)流Y(t)，以發(fā)射電磁波；步驟S8，通過所述圓環(huán)陣列接收天線接收所述圓環(huán)陣列發(fā)射天線發(fā)射的電磁波，并生成N路并行的陣元射頻信號(hào)流Г(t)；步驟S9，通過所述N個(gè)下變頻模塊根據(jù)所述第二相位同步模塊提供或觸發(fā)產(chǎn)生的第二本振信號(hào)，分別對(duì)所述N路陣元射頻信號(hào)流Г(t)進(jìn)行IQ解調(diào)，其中，所述第二本振信號(hào)與所述第一本振信號(hào)一致；步驟S10，通過所述2N個(gè)ADC模塊對(duì)經(jīng)過IQ解調(diào)的所述N路陣元射頻信號(hào)流Г(t)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并生成N路并行的接收復(fù)用符號(hào)流Θ(n)；步驟S11，通過所述數(shù)字域軌道角動(dòng)量解調(diào)及解復(fù)用模塊根據(jù)所述模態(tài)控制模塊提供的所述M個(gè)預(yù)設(shè)的OAM拓?fù)浜?，?duì)所述N路接收復(fù)用符號(hào)流Θ(n)進(jìn)行OAM解調(diào)及多路解復(fù)用處理，并生成M路并行的接收基帶符號(hào)流Λ(n)；以及步驟S12，通過所述M個(gè)檢測(cè)譯碼模塊分別對(duì)所述M路接收基帶符號(hào)流Λ(n)進(jìn)行處理，并生成M路并行的輸出信息比特流Ω(n)。由于采用了上述的技術(shù)解決方案，本發(fā)明在利用傳統(tǒng)無線通信發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的比特級(jí)處理模塊、星座映射模塊、DAC/ADC模塊、上/下變頻模塊等的基礎(chǔ)上，新增了軌道角動(dòng)量調(diào)制模塊、數(shù)字域軌道角動(dòng)量多模態(tài)復(fù)用模塊、數(shù)字域軌道角動(dòng)量解調(diào)及解復(fù)用模塊、圓環(huán)陣列發(fā)射/接收天線、模式定義/控制模塊以及相位同步模塊等，從而通過這些新增模塊的綜合運(yùn)用與協(xié)同工作，引入了數(shù)字域共軸OAM復(fù)用的概念，實(shí)現(xiàn)了物理特征顯著區(qū)別與傳統(tǒng)平面波的渦旋電磁波多模態(tài)OAM復(fù)用通信技術(shù)，并達(dá)到了頻譜效率與傳輸速率倍增的目的，進(jìn)而進(jìn)一步擴(kuò)充了模態(tài)復(fù)用數(shù)提升的空間與潛力。本發(fā)明可應(yīng)用于微波或毫米波頻段的多模態(tài)OAM復(fù)用通信系統(tǒng)中。附圖說明圖1是渦旋電磁波與軌道角動(dòng)量(OAM)復(fù)用技術(shù)的原理示意圖；圖2(a)、(b)分別是現(xiàn)有技術(shù)中基于準(zhǔn)光學(xué)器件的多模復(fù)用技術(shù)和圓環(huán)陣列天線的多模復(fù)用技術(shù)的原理示意圖；圖3是本發(fā)明的一種多模態(tài)軌道角動(dòng)量復(fù)用通信系統(tǒng)中發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖4是本發(fā)明的一種多模態(tài)軌道角動(dòng)量復(fù)用通信系統(tǒng)中接收裝置的結(jié)構(gòu)框圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖，給出本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述。本發(fā)明之一，即一種多模態(tài)軌道角動(dòng)量復(fù)用通信系統(tǒng)，包括：相互通信連接的發(fā)射裝置和接收裝置。具體來說，如圖3所示，發(fā)射裝置包括：M個(gè)比特級(jí)處理模塊101，其用于一一對(duì)應(yīng)地對(duì)外圍輸入的相互獨(dú)立的M路信息比特流A(n)進(jìn)行處理，并生成M路編碼比特流B(n)，其中，M路信息比特流A(n)記作：A(n)＝[a1(n)，a2(n)，......，aM(n)]，M路編碼比特流B(n)記作：B(n)＝[b1(n)，b2(n)，......，bM(n)]，即，第1個(gè)比特級(jí)處理模塊101對(duì)第1路信息比特流a1(n)進(jìn)行處理，并生成第1路編碼比特流b1(n)；第2個(gè)比特級(jí)處理模塊101對(duì)第2路信息比特流a2(n)進(jìn)行處理，并生成第2路編碼比特流b2(n)；……；第M個(gè)比特級(jí)處理模塊101對(duì)第M路信息比特流aM(n)進(jìn)行處理，并生成第M路編碼比特流bM(n)；在本實(shí)施例中，比特級(jí)處理模塊1可以包括：信道編碼、交織、加擾、擴(kuò)頻等多個(gè)處理單元；M個(gè)分別與M個(gè)比特級(jí)處理模塊101一一對(duì)應(yīng)地連接的星座映射模塊102，其用于一一對(duì)應(yīng)地對(duì)M路編碼比特流B(n)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，并生成M路調(diào)制符號(hào)流D(n)，其中，每路調(diào)制符號(hào)流包括實(shí)部的I路信號(hào)流以及虛部的Q路信號(hào)流，因此，M路調(diào)制符號(hào)流D(n)記作：D(n)＝[dI，1(n)+jdQ，1(n)，dI，2(n)+jdQ，2(n)，......，dI，M(n)+jdQ，M(n)]，即，第1個(gè)星座映射模塊102對(duì)第1路編碼比特流b1(n)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，并生成第1路調(diào)制符號(hào)流dI，1(n)+jdQ，1(n)(其中，dI，1(n)表示第1路調(diào)制符號(hào)流中的實(shí)部的I路信號(hào)流，dQ，1(n)表示第1路調(diào)制符號(hào)流中的虛部的Q路信號(hào)流)；第2個(gè)星座映射模塊102對(duì)第2路編碼比特流b2(n)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，并生成第2路調(diào)制符號(hào)流dI，2(n)+jdQ，2(n)；……；第M個(gè)星座映射模塊2對(duì)第M路編碼比特流bM(n)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，并生成第M路調(diào)制符號(hào)流dI，M(n)+jdQ，M(n)；一個(gè)模態(tài)定義模塊103，其用于提供M個(gè)預(yù)設(shè)的OAM拓?fù)浜蒷1，l2，......，lM(這些OAM拓?fù)浜煽梢酝ㄟ^軟件定義與控制)；M個(gè)分別與M個(gè)星座映射模塊102一一對(duì)應(yīng)地連接的軌道角動(dòng)量調(diào)制模塊(以下稱為OAM調(diào)制模塊)104，其用于根據(jù)模態(tài)定義模塊103提供的對(duì)應(yīng)的OAM拓?fù)浜?，一一?duì)應(yīng)地將M路調(diào)制符號(hào)流D(n)轉(zhuǎn)變?yōu)镸路OAM激勵(lì)矢量流R(n)，其中，M路OAM激勵(lì)矢量流R(n)記作：R(n)＝[R1(n)，R2(n)，......，RM(n)]，且其中的第k路OAM激勵(lì)矢量流Rk(n)，k＝1，2，......，M包括N個(gè)激勵(lì)矢量元素rk，p(n)，p＝1，2，......，N，即，Rk(n)＝[rk，1(n)，rk，2(n)，......，rk，p(n)，......，rk，N(n)]，k＝1，2，......，M，p＝1，2，......，N，且其中的第p個(gè)激勵(lì)矢量元素rk，p(n)由下式(1)表示：rk,p(n)=(dI,k(n)cos2πlk(p-1)N-dQ,k(n)sin2πlk(p-1)N)+j(dI,k(n)sin2πlk(p-1)N+dQ,k(n)cos2πlk(p-1)N),]]>k＝1，2，......，M，p＝1，2，......，N(1)；其中，lk表示模態(tài)定義模塊103提供給第k個(gè)OAM調(diào)制模塊104的OAM拓?fù)浜桑溆糜诙x第k路的OAM模態(tài)；即，第1個(gè)OAM調(diào)制模塊104將第1路調(diào)制符號(hào)流dI，1(n)+jdQ，1(n)轉(zhuǎn)變?yōu)榈?路OAM激勵(lì)矢量流R1(n)，且該第1路OAM激勵(lì)矢量流R1(n)＝[r1，1(n)，r1，2(n)，......，r1，N(n)]；第2個(gè)OAM調(diào)制模塊104將第2路調(diào)制符號(hào)流dI，2(n)+jdQ，2(n)轉(zhuǎn)變?yōu)榈?路OAM激勵(lì)矢量流R2(n)，且該第2路OAM激勵(lì)矢量流R2(n)＝[r2，1(n)，r2，2(n)，......，r2，N(n)]；……；第M個(gè)OAM調(diào)制模塊104將第M路調(diào)制符號(hào)流dI，M(n)+jdQ，M(n)轉(zhuǎn)變?yōu)榈贛路OAM激勵(lì)矢量流RM(n)，且該第M路OAM激勵(lì)矢量流RM(n)＝[rM，1(n)，rM，2(n)，......，rM，N(n)]；一個(gè)同時(shí)與M個(gè)OAM調(diào)制模塊104連接的數(shù)字域軌道角動(dòng)量多模態(tài)復(fù)用模塊105，其對(duì)M路OAM激勵(lì)矢量流R(n)進(jìn)行多路復(fù)用處理，以合并產(chǎn)生N路并行的復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流X(n)，其中，N路復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流X(n)記作：X(n)＝[x1(n)，x2(n)，......，xN(n)]，且其中的第p路復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流xp(n)由下式(2)表示：xp(n)=Σk=1Mrk,p(n),p=1,2,......,N---(2);]]>2N個(gè)同時(shí)與數(shù)字域軌道角動(dòng)量多模態(tài)復(fù)用模塊105連接的DAC模塊106，其用于對(duì)N路復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流X(n)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并生成2N路復(fù)用模擬信號(hào)流X(t)，其中，每2個(gè)DAC模塊106對(duì)1路復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流的實(shí)部(I路)與虛部(Q路)分別進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，因此，2N路復(fù)用模擬信號(hào)流X(t)記作：X(t)＝[xI，1(t)，xQ，1(t)，xI，2(t)，xQ，2(t)，......，xI，N(t)，xQ，N(t)]，即，第1、2個(gè)DAC模塊106對(duì)第1路復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流x1(n)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并生成第1、2路復(fù)用模擬信號(hào)流xI，1(t)，xQ，1(t)；第3、4個(gè)DAC模塊106對(duì)第2路復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流x2(n)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并生成第3、4路復(fù)用模擬信號(hào)流xI，2(t)，xQ，2(t)；……；第2N-1、2N個(gè)DAC模塊106對(duì)第N路復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流xN(n)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并生成第2N-1、2N路復(fù)用模擬信號(hào)流xI，N(t)，xQ，N(t)；N個(gè)與2N個(gè)DAC模塊106連接的上變頻模塊107，其中每2個(gè)DAC模塊106與1個(gè)上變頻模塊107連接，N個(gè)上變頻模塊107用于根據(jù)同一個(gè)第一相位同步模塊108提供或觸發(fā)產(chǎn)生的第一本振信號(hào)，對(duì)2N路復(fù)用模擬信號(hào)流X(t)進(jìn)行IQ調(diào)制，并產(chǎn)生N路并行的復(fù)用射頻信號(hào)流Y(t)，其中，N路復(fù)用射頻信號(hào)流Y(t)記作：Y(t)＝[y1(t)，y2(t)，......，yN(t)]；上述N個(gè)上變頻模塊107通過第一相位同步模塊108保持各個(gè)用于混頻的本振信號(hào)的相位同步，具體方法可以是：由第一相位同步模塊108直接提供同一個(gè)本振信號(hào)至各個(gè)上變頻模塊107，從而對(duì)各路輸入信號(hào)進(jìn)行上變頻，也可以由N個(gè)上變頻模塊107根據(jù)第一相位同步模塊108觸發(fā)產(chǎn)生相同的本振信號(hào)(即，使用時(shí)鐘分配器來實(shí)現(xiàn)多個(gè)射頻通道在時(shí)頻與相位上的同步)；一個(gè)同時(shí)與N個(gè)上變頻模塊107連接的圓環(huán)陣列發(fā)射天線109，其為由N個(gè)沿圓環(huán)等間隔排列的單元天線(也稱為“陣元”)所組成的平面陣列天線，該圓環(huán)陣列發(fā)射天線109的N個(gè)單元天線一一對(duì)應(yīng)地接收N路復(fù)用射頻信號(hào)流Y(t)，以發(fā)射電磁波；在本實(shí)施例中，圓環(huán)陣列發(fā)射天線109的N個(gè)陣元為相似元，它們可以是微帶貼片天線，也可以是喇叭天線等其它類型的天線。另外，在本實(shí)施例中，發(fā)射裝置還可以包括：M個(gè)分別連接在各個(gè)星座映射模塊102與對(duì)應(yīng)的各個(gè)OAM調(diào)制模塊104之間的第一符號(hào)級(jí)處理模塊110，其用于一一對(duì)應(yīng)地對(duì)M路調(diào)制符號(hào)流D(n)進(jìn)行信號(hào)處理，生成M路基帶符號(hào)流H(n)，并將該M路基帶符號(hào)流H(n)一一對(duì)應(yīng)地傳輸至M個(gè)OAM調(diào)制模塊104以供其處理，其中，M路基帶符號(hào)流H(n)記作：H(n)＝[hI，1(n)+jhQ，1(n)，hI，2(n)+jhQ，2(n)，......，hI，M(n)+jhQ，M(n)]；在本實(shí)施例中，第一符號(hào)級(jí)處理模塊110可以包括：OFDM(正交頻分復(fù)用)調(diào)制、加窗、成幀等多個(gè)處理單元；另外，需要注意的是，當(dāng)發(fā)射裝置中包括第一符號(hào)級(jí)處理模塊110時(shí)，第k路OAM激勵(lì)矢量流Rk(n)中的第p個(gè)激勵(lì)矢量元素rk，p(n)可以由下式(1’)表示：rk,p(n)=(hI,k(n)cos2πlk(p-1)N-hQ,k(n)sin2πlk(p-1)N)+j(hI,k(n)sin2πlk(p-1)N+hQ,k(n)cos2πlk(p-1)N),]]>k＝1，2，......，M，p＝1，2，......，N(1’)；M個(gè)分別連接在各個(gè)OAM調(diào)制模塊104與數(shù)字域軌道角動(dòng)量多模態(tài)復(fù)用模塊105之間的第二符號(hào)級(jí)處理模塊111，其用于一一對(duì)應(yīng)地對(duì)M路OAM激勵(lì)矢量流R(n)進(jìn)行信號(hào)處理，生成M路基帶激勵(lì)矢量流S(n)，并將該M路基帶激勵(lì)矢量流S(n)同時(shí)傳輸至數(shù)字域軌道角動(dòng)量多模態(tài)復(fù)用模塊105以供其處理，其中，M路基帶激勵(lì)矢量流S(n)記作：S(n)＝[S1(n)，S2(n)，......，SM(n)]，且其中的第k路基帶激勵(lì)矢量流Sk(n)，k＝1，2，......，M包括N個(gè)基帶激勵(lì)矢量元素，即，Sk(n)＝[sk，1(n)，sk，2(n)，......，sk，N(n)]，其中，各個(gè)基帶激勵(lì)矢量元素均為包含I路信號(hào)流和Q路信號(hào)流的復(fù)數(shù)符號(hào)；在本實(shí)施例中，第二符號(hào)級(jí)處理模塊111可以包括：脈沖成形、數(shù)字上采樣、數(shù)字濾波等多個(gè)處理單元；另外，需要注意的是，當(dāng)發(fā)射裝置中包括第二符號(hào)級(jí)處理模塊111時(shí)，N路復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流X(n)中的第p路復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流xp(n)可以由下式(2’)表示：xp(n)=Σk=1Msk,p(n),p=1,2,......,N---(2,);]]>N個(gè)分別連接在各個(gè)上變頻模塊107與圓環(huán)陣列發(fā)射天線109之間的第一射頻處理模塊112，其用于一一對(duì)應(yīng)地對(duì)N路復(fù)用射頻信號(hào)流Y(t)進(jìn)行信號(hào)處理，并產(chǎn)生N路并行的陣元激勵(lì)信號(hào)流Z(t)，其中，N路陣元激勵(lì)信號(hào)流Z(t)記作：Z(t)＝[z1(t)，z2(t)，......，zN(t)]；在本實(shí)施例中，第一射頻處理模塊112可以包括：非線性預(yù)處理、功率放大、模擬濾波器等多個(gè)處理單元；另外，需要注意的是，當(dāng)發(fā)射裝置中包括第一射頻處理模塊112時(shí)，將N路陣元激勵(lì)信號(hào)流Z(t)作為圓環(huán)陣列發(fā)射天線109的輸入信號(hào)，以分別用于激勵(lì)各個(gè)陣元輻射電磁波，具體來說，第1路陣元激勵(lì)信號(hào)流z1(t)為1號(hào)陣元的激勵(lì)信號(hào)，第2路陣元激勵(lì)信號(hào)流z2(t)為2號(hào)陣元的激勵(lì)信號(hào)，以此類推，第N路陣元激勵(lì)信號(hào)流zN(t)為N號(hào)陣元的激勵(lì)信號(hào)。考慮到圓環(huán)陣列的圓對(duì)稱特性，陣元的編號(hào)的起始位置(即1號(hào)陣元)可在N個(gè)陣元中任意選擇；陣元編號(hào)的增加方向可以是順時(shí)針方向，也可以是逆時(shí)針方向。具體來說，如圖4所示，接收裝置包括：一個(gè)圓環(huán)陣列接收天線201，其與圓環(huán)陣列發(fā)射天線109的結(jié)構(gòu)相同，同樣為由N個(gè)沿圓環(huán)等間隔排列的單元天線所組成的平面陣列天線，該圓環(huán)陣列接收天線201的N個(gè)單元天線接收?qǐng)A環(huán)陣列發(fā)射天線109發(fā)射的電磁波，并生成N路并行的陣元射頻信號(hào)流Г(t)，其中，N路陣元射頻信號(hào)流Г(t)記作：Г(t)＝[γ1(t)，γ2(t)，......，γN(t)]；N個(gè)同時(shí)與圓環(huán)陣列接收天線201連接的下變頻模塊202，其用于根據(jù)同一個(gè)第二相位同步模塊203提供或觸發(fā)產(chǎn)生的第二本振信號(hào)，一一對(duì)應(yīng)地對(duì)N路陣元射頻信號(hào)流Г(t)進(jìn)行IQ解調(diào)，其中，第二本振信號(hào)與第一本振信號(hào)一致；上述N個(gè)下變頻模塊202通過第二相位同步模塊203保持各個(gè)用于混頻的本振信號(hào)的相位同步，具體方法可以是：由第二相位同步模塊203直接提供同一個(gè)本振信號(hào)至各個(gè)下變頻模塊202，從而對(duì)各路輸入信號(hào)進(jìn)行下變頻，也可以由N個(gè)下變頻模塊202根據(jù)第二相位同步模塊203觸發(fā)產(chǎn)生相同的本振信號(hào)(即，使用時(shí)鐘分配器來實(shí)現(xiàn)多個(gè)射頻通道在時(shí)頻與相位上的同步)；2N個(gè)與N個(gè)下變頻模塊202連接的ADC模塊204，其中，每2個(gè)ADC模塊204與1個(gè)下變頻模塊202連接，2N個(gè)ADC模塊204用于對(duì)經(jīng)過IQ解調(diào)的N路陣元射頻信號(hào)流Г(t)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并生成N路并行的接收復(fù)用符號(hào)流Θ(n)，其中，其中，每2個(gè)ADC模塊204對(duì)1路經(jīng)過IQ解調(diào)的陣元射頻信號(hào)流的實(shí)部(I路)與虛部(Q路)分別進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，因此，N路接收復(fù)用符號(hào)流Θ(n)記作：Θ(n)＝[θI，1(n)+jθQ，1(n)，θI，2(n)+jθQ，2(n)，......，θI，N(n)+jθQ，N(n)]，即，第1、2個(gè)ADC模塊204對(duì)第1路經(jīng)過IQ解調(diào)的陣元射頻信號(hào)流γ1(t)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并生成第1路接收復(fù)用符號(hào)流θI，1(n)+jθQ，1(n)；第3、4個(gè)ADC模塊204對(duì)第2路經(jīng)過IQ解調(diào)的陣元射頻信號(hào)流γ2(t)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并生成第2路接收復(fù)用符號(hào)流θI，2(n)+jθQ，2(n)；……；第2N-1、2N個(gè)ADC模塊204對(duì)第N路經(jīng)過IQ解調(diào)的陣元射頻信號(hào)流γN(t)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并生成第N路接收復(fù)用符號(hào)流θI，N(n)+jθQ，N(n)；一個(gè)模態(tài)控制模塊205，其作用與模態(tài)定義模塊103相同，用于提供M個(gè)預(yù)設(shè)的OAM拓?fù)浜蒷1，l2，......，lM(這些OAM拓?fù)浜煽梢酝ㄟ^軟件定義與控制)；一個(gè)同時(shí)與2N個(gè)ADC模塊204連接的數(shù)字域軌道角動(dòng)量解調(diào)及解復(fù)用模塊206，其用于根據(jù)模態(tài)控制模塊205提供的OAM拓?fù)浜?，?duì)N路接收復(fù)用符號(hào)流Θ(n)進(jìn)行OAM解調(diào)及多路解復(fù)用處理，并生成M路并行的接收基帶符號(hào)流Λ(n)，其中，每路接收基帶符號(hào)流包括實(shí)部的I路信號(hào)流以及虛部的Q路信號(hào)流，因此，M路接收基帶符號(hào)流Λ(n)記作：Λ(n)＝[λ1(n)，λ2(n)，......，λM(n)]＝[λI，1(n)+jλQ，1(n)，λI，2(n)+jλQ，2(n)，......，λI，M(n)+jλQ，M(n)]，且其中的第k路接收基帶符號(hào)流λk(n)，k＝1，2，......，M由下式(3)表示：λk(n)=λI,k(n)+jλQ,k(n)=Σp=1N[θI,p(n)cos2πlk(p-1)N+θQ,p(n)sin2πlk(p-1)N]+jΣp=1N[-θI,p(n)sin2πlk(p-1)N+θQ,p(n)cos2πlk(p-1)N],]]>k＝1，2，......，M，p＝1，2，......，N(3)其中，θI，p(n)表示N路接收復(fù)用符號(hào)流Θ(n)中的第p路接收復(fù)用符號(hào)流θp(n)的實(shí)部的I路信號(hào)流，θQ，p(n)表示N路接收復(fù)用符號(hào)流Θ(n)中的第p路接收復(fù)用符號(hào)流θp(n)的虛部的Q路信號(hào)流，lk表示模態(tài)控制模塊205提供給數(shù)字域軌道角動(dòng)量解調(diào)及解復(fù)用模塊206的針對(duì)第k路接收基帶符號(hào)流λk(n)的OAM拓?fù)浜?，其用于解調(diào)分離出第k路接收基帶符號(hào)流λk(n)；M個(gè)同時(shí)與數(shù)字域軌道角動(dòng)量解調(diào)及解復(fù)用模塊206連接的檢測(cè)譯碼模塊207，其用于一一對(duì)應(yīng)地對(duì)M路接收基帶符號(hào)流Λ(n)進(jìn)行處理，并生成M路并行的輸出信息比特流Ω(n)，其中，M路輸出信息比特流Ω(n)記作：Ω(n)＝[ω1(n)，ω2(n)，......，ωM(n)]，即，第1個(gè)檢測(cè)譯碼模塊207對(duì)第1路接收基帶符號(hào)流λ1(n)進(jìn)行處理，并生成第1路輸出信息比特流ω1(n)；第2個(gè)檢測(cè)譯碼模塊207對(duì)第2路接收基帶符號(hào)流λ2(n)進(jìn)行處理，并生成第2路輸出信息比特流ω2(n)；……；第M個(gè)檢測(cè)譯碼模塊207對(duì)第M路接收基帶符號(hào)流λM(n)進(jìn)行處理，并生成第M路輸出信息比特流ωM(n)；在本實(shí)施例中，檢測(cè)譯碼模塊207可以包括：信道均衡、糾錯(cuò)譯碼、解交織等多個(gè)處理單元。另外，在本實(shí)施例中，接收裝置還可以包括：N個(gè)分別連接在圓環(huán)陣列接收天線201與各個(gè)下變頻模塊202之間的第二射頻處理模塊208，其用于一一對(duì)應(yīng)地對(duì)N路陣元射頻信號(hào)流Г(t)進(jìn)行信號(hào)處理，產(chǎn)生N路并行的接收射頻信號(hào)流Δ(t)，并將該N路接收射頻信號(hào)流Δ(t)一一對(duì)應(yīng)地傳輸至N個(gè)下變頻模塊202以供其處理，其中，N路接收射頻信號(hào)流Δ(t)記作：Δ(t)＝[δ1(t)，δ2(t)，......，δN(t)]；在本實(shí)施例中，第二射頻處理模塊208可以包括：低噪聲功放、模擬濾波器等多個(gè)處理單元；另外，需要注意的是，當(dāng)接收裝置中包括第二射頻處理模塊208時(shí)，N路接收復(fù)用符號(hào)流Θ(n)由N路接收射頻信號(hào)流Δ(t)經(jīng)過IQ解調(diào)、低通濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換后生成；M個(gè)分別連接在數(shù)字域軌道角動(dòng)量解調(diào)及解復(fù)用模塊206與各個(gè)檢測(cè)譯碼模塊207之間的第三符號(hào)級(jí)處理模塊209，其用于一一對(duì)應(yīng)地對(duì)M路接收基帶符號(hào)流Λ(n)進(jìn)行信號(hào)處理，生成M路接收復(fù)數(shù)符號(hào)流Φ(n)，并將該M路接收復(fù)數(shù)符號(hào)流Φ(n)一一對(duì)應(yīng)地傳輸至M個(gè)檢測(cè)譯碼模塊207以供其處理，其中，M路接收復(fù)數(shù)符號(hào)流Φ(n)記作：在本實(shí)施例中，第三符號(hào)級(jí)處理模塊209可以包括：OFDM解調(diào)、去循環(huán)前綴等多個(gè)處理單元。下面對(duì)本發(fā)明之二，即，一種多模態(tài)軌道角動(dòng)量復(fù)用通信方法，進(jìn)行說明。該方法包括以下步驟：步驟S1，提供如上所述的多模態(tài)軌道角動(dòng)量復(fù)用通信裝置；步驟S2，通過M個(gè)比特級(jí)處理模塊101分別對(duì)外圍輸入的相互獨(dú)立的M路信息比特流A(n)進(jìn)行處理，并生成M路編碼比特流B(n)，其中，M路信息比特流A(n)記作：A(n)＝[a1(n)，a2(n)，......，aM(n)]，M路編碼比特流B(n)記作：B(n)＝[b1(n)，b2(n)，......，bM(n)]步驟S3，通過M個(gè)星座映射模塊102分別對(duì)M路編碼比特流B(n)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，并生成M路調(diào)制符號(hào)流D(n)，其中，每路調(diào)制符號(hào)流包括實(shí)部的I路信號(hào)流以及虛部的Q路信號(hào)流，M路調(diào)制符號(hào)流D(n)記作：D(n)＝[dI，1(n)+jdQ，1(n)，dI，2(n)+jdQ，2(n)，......，dI，M(n)+jdQ，M(n)]；步驟S4，通過M個(gè)OAM調(diào)制模塊104分別根據(jù)模態(tài)定義模塊103提供的M個(gè)預(yù)設(shè)的OAM拓?fù)浜蓪路調(diào)制符號(hào)流D(n)轉(zhuǎn)變?yōu)镸路OAM激勵(lì)矢量流R(n)，其中，M路OAM激勵(lì)矢量流R(n)記作：R(n)＝[R1(n)，R2(n)，......，RM(n)]，且其中的第k路OAM激勵(lì)矢量流Rk(n)(k＝1，2，......，M)包括N個(gè)激勵(lì)矢量元素rk，p(n)(p＝1，2，......，N)，且其中的第p個(gè)激勵(lì)矢量元素rk，p(n)由下式(1)表示：rk,p(n)=(dI,k(n)cos2πlk(p-1)N-dQ,k(n)sin2πlk(p-1)N)+j(dI,k(n)sin2πlk(p-1)N+dQ,k(n)cos2πlk(p-1)N),]]>k＝1，2，......，M，p＝1，2，......，N(1)；其中，lk表示模態(tài)定義模塊103提供給第k個(gè)OAM調(diào)制模塊104的OAM拓?fù)浜?；步驟S5，通過一個(gè)數(shù)字域軌道角動(dòng)量多模態(tài)復(fù)用模塊105對(duì)M路OAM激勵(lì)矢量流R(n)進(jìn)行多路復(fù)用處理，以合并產(chǎn)生N路并行的復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流X(n)，其中，N路復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流X(n)記作：X(n)＝[x1(n)，x2(n)，......，xN(n)]，且其中的第p路復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流xp(n)由下式(2)表示：xp(n)=Σk=1Mrk,p(n),p=1,2,......,N---(2);]]>步驟S6，通過2N個(gè)DAC模塊106對(duì)N路復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流X(n)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并生成2N路復(fù)用模擬信號(hào)流X(t)，其中，每2個(gè)DAC模塊106對(duì)1路復(fù)用激勵(lì)符號(hào)流的實(shí)部(I路)與虛部(Q路)分別進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，2N路復(fù)用模擬信號(hào)流X(t)記作：X(t)＝[xI，1(t)，xQ，1(t)，xI，2(t)，xQ，2(t)，......，xI，N(t)，xQ，N(t)]；步驟S7，通過N個(gè)上變頻模塊107根據(jù)同一個(gè)第一相位同步模塊108提供或觸發(fā)產(chǎn)生的第一本振信號(hào)，對(duì)2N路復(fù)用模擬信號(hào)流X(t)進(jìn)行IQ調(diào)制，并產(chǎn)生N路并行的復(fù)用射頻信號(hào)流Y(t)，其中，N路復(fù)用射頻信號(hào)流Y(t)記作：Y(t)＝[y1(t)，y2(t)，......，yN(t)]；步驟S7，通過圓環(huán)陣列發(fā)射天線109的N個(gè)單元天線分別接收N路復(fù)用射頻信號(hào)流Y(t)，以發(fā)射電磁波；步驟S8，通過圓環(huán)陣列接收天線201接收?qǐng)A環(huán)陣列發(fā)射天線109發(fā)射的電磁波，并生成N路并行的陣元射頻信號(hào)流Г(t)，其中，N路陣元射頻信號(hào)流Г(t)記作：Г(t)＝[γ1(t)，γ2(t)，......，γN(t)]；步驟S9，通過N個(gè)下變頻模塊202根據(jù)同一個(gè)第二相位同步模塊203提供或觸發(fā)產(chǎn)生的第二本振信號(hào)，分別對(duì)N路陣元射頻信號(hào)流Г(t)進(jìn)行IQ解調(diào)，其中，第二本振信號(hào)與第一本振信號(hào)一致；步驟S10，通過2N個(gè)ADC模塊204對(duì)經(jīng)過IQ解調(diào)的N路陣元射頻信號(hào)流Г(t)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并生成N路并行的接收復(fù)用符號(hào)流Θ(n)，其中，每2個(gè)ADC模塊204對(duì)1路經(jīng)過IQ解調(diào)的陣元射頻信號(hào)流的實(shí)部(I路)與虛部(Q路)分別進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，N路接收復(fù)用符號(hào)流Θ(n)記作：Θ(n)＝[θI，1(n)+jθQ，1(n)，θI，2(n)+jθQ，2(n)，......，θI，N(n)+jθQ，N(n)]；步驟S11，通過數(shù)字域軌道角動(dòng)量解調(diào)及解復(fù)用模塊206根據(jù)模態(tài)控制模塊205提供的M個(gè)預(yù)設(shè)的OAM拓?fù)浜桑瑢?duì)N路接收復(fù)用符號(hào)流Θ(n)進(jìn)行OAM解調(diào)及多路解復(fù)用處理，并生成M路并行的接收基帶符號(hào)流Λ(n)，其中，每路接收基帶符號(hào)流包括實(shí)部的I路信號(hào)流以及虛部的Q路信號(hào)流，M路接收基帶符號(hào)流Λ(n)記作：Λ(n)＝[λ1(n)，λ2(n)，......，λM(n)]＝[λI，1(n)+jλQ，1(n)，λI，2(n)+jλQ，2(n)，......，λI，M(n)+jλQ，M(n)]，且其中的第k路接收基帶符號(hào)流λk(n)(k＝1，2，......，M)由下式(3)表示：λk(n)=λI,k(n)+jλQ,k(n)=Σp=1N[θI,p(n)cos2πlk(p-1)N+θQ,p(n)sin2πlk(p-1)N]+jΣp=1N[-θI,p(n)sin2πlk(p-1)N+θQ,p(n)cos2πlk(p-1)N],]]>k＝1，2，......，M，p＝1，2，......，N(3)其中，θI，p(n)表示N路接收復(fù)用符號(hào)流Θ(n)中的第p路接收復(fù)用符號(hào)流θp(n)的實(shí)部的I路信號(hào)流，θQ，p(n)表示N路接收復(fù)用符號(hào)流Θ(n)中的第p路接收復(fù)用符號(hào)流θp(n)的虛部的Q路信號(hào)流，lk表示模態(tài)控制模塊205提供給數(shù)字域軌道角動(dòng)量解調(diào)及解復(fù)用模塊206的針對(duì)第k路接收基帶符號(hào)流λk(n)的OAM拓?fù)浜?；步驟S12，通過M個(gè)檢測(cè)譯碼模塊207分別對(duì)M路接收基帶符號(hào)流Λ(n)進(jìn)行處理，并生成M路并行的輸出信息比特流Ω(n)，其中，M路輸出信息比特流Ω(n)記作：Ω(n)＝[ω1(n)，ω2(n)，......，ωM(n)]。在本實(shí)施例中，上述方法還包括：在執(zhí)行步驟S4之前，通過M個(gè)第一符號(hào)級(jí)處理模塊110分別對(duì)M路編碼比特流B(n)進(jìn)行信號(hào)處理，生成M路基帶符號(hào)流H(n)，并將該M路基帶符號(hào)流H(n)一一對(duì)應(yīng)地傳輸至M個(gè)OAM調(diào)制模塊104以供其處理，其中，M路基帶符號(hào)流H(n)記作：H(n)＝[hI，1(n)+jhQ，1(n)，hI，2(n)+jhQ，2(n)，......，hI，M(n)+jhQ，M(n)]；在執(zhí)行步驟S5之前，通過M個(gè)第二符號(hào)級(jí)處理模塊111分別對(duì)M路OAM激勵(lì)矢量流R(n)進(jìn)行處理，生成M路基帶激勵(lì)矢量流S(n)，并將該M路基帶激勵(lì)矢量流S(n)同時(shí)傳輸至數(shù)字域軌道角動(dòng)量多模態(tài)復(fù)用模塊105以供其處理，其中，M路基帶激勵(lì)矢量流S(n)記作：S(n)＝[S1(n)，S2(n)，......，SM(n)]；在執(zhí)行步驟S7之前，通過N個(gè)第一射頻處理模塊112分別對(duì)N路復(fù)用射頻信號(hào)流Y(t)進(jìn)行信號(hào)處理，并產(chǎn)生N路并行的陣元激勵(lì)信號(hào)流Z(t)，其中，N路陣元激勵(lì)信號(hào)流Z(t)記作：Z(t)＝[z1(t)，z2(t)，......，zN(t)]；在執(zhí)行步驟S9之前，通過N個(gè)第二射頻處理模塊208分別對(duì)N路陣元射頻信號(hào)流Г(t)進(jìn)行信號(hào)處理，并產(chǎn)生N路并行的接收射頻信號(hào)流Δ(t)，并將該N路接收射頻信號(hào)流Δ(t)一一對(duì)應(yīng)地傳輸至N個(gè)下變頻模塊202以供其處理，其中，N路接收射頻信號(hào)流Δ(t)記作：Δ(t)＝[δ1(t)，δ2(t)，......，δN(t)]；在執(zhí)行步驟S12之前，通過M個(gè)第三符號(hào)級(jí)處理模塊209分別對(duì)M路接收基帶符號(hào)流Λ(n)進(jìn)行信號(hào)處理，生成M路接收復(fù)數(shù)符號(hào)流Φ(n)，并將該M路接收復(fù)數(shù)符號(hào)流Φ(n)一一對(duì)應(yīng)地傳輸至M個(gè)檢測(cè)譯碼模塊207以供其處理，其中，M路接收復(fù)數(shù)符號(hào)流Φ(n)記作：綜上所述，本發(fā)明可應(yīng)用在微波與毫米波頻段的軌道角動(dòng)量復(fù)用通信系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了渦旋電磁波OAM模態(tài)的軟件定義、數(shù)字化OAM調(diào)制與解調(diào)、多模態(tài)OAM通信的數(shù)字域復(fù)用與解復(fù)用，解決了當(dāng)前微波與毫米波頻段軌道角動(dòng)量復(fù)用通信嚴(yán)重依賴于專用天線與準(zhǔn)光學(xué)器件的問題，能夠極大的提升OAM模態(tài)復(fù)用數(shù)目以及通信頻譜效率。以上所述的，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的上述實(shí)施例還可以做出各種變化。即凡是依據(jù)本發(fā)明申請(qǐng)的權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡(jiǎn)單、等效變化與修飾，皆落入本發(fā)明專利的權(quán)利要求保護(hù)范圍。本發(fā)明未詳盡描述的均為常規(guī)技術(shù)內(nèi)容。當(dāng)前第1頁1 2 3