基于oam同頻復(fù)用的高碼速率星地數(shù)據(jù)安全傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于軌道角動量(OAM)實現(xiàn)同頻復(fù)用的無線通信數(shù)據(jù)傳輸方法，主要應(yīng)用于衛(wèi)星與地面接收站之間高碼速率數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著衛(wèi)星所攜帶的載荷分辨率越來越高，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)越來越多。載荷所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)的下傳難題已成為制約衛(wèi)星高分辨率數(shù)據(jù)實時應(yīng)用的瓶頸。目前電磁波的頻率、幅度、相位等屬性已得到充分的開發(fā)和利用，也提出了時分復(fù)用、空分復(fù)用、碼分復(fù)用、極化復(fù)用等復(fù)用技術(shù)。雖然在這些維度的漸進式擴容還可以繼續(xù)進行，但是要實現(xiàn)幾個數(shù)量級的大幅度擴容，已經(jīng)沒有足夠空間。因此，發(fā)展新的理論與技術(shù)以獲得更高的頻譜使用效率滿足衛(wèi)星海量載荷數(shù)據(jù)的實時下傳變得越來越迫切。
[0003]近年來將攜帶OAM的電磁波用于通信的研究引起了人們的極大關(guān)注，被認為將帶來通信技術(shù)的革命性變化。本發(fā)明提供了一種基于OAM同頻復(fù)用的高碼速率星地數(shù)據(jù)傳輸方法。通過該數(shù)據(jù)傳輸方法，一是實現(xiàn)了不同OAM態(tài)信號的產(chǎn)生；二是解決了多路OAM態(tài)信號的發(fā)射；三是解決了多路OAM電磁波經(jīng)過長距離傳輸接收的難題。
[0004]如何通過單個天線發(fā)射多路OAM電磁波以及地面接收站天線布局接收經(jīng)過長距離傳播的多路OAM電磁波是本發(fā)明關(guān)鍵所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于OAM同頻復(fù)用的高碼速率星地數(shù)據(jù)安全傳輸方法。
[0006]根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于OAM同頻復(fù)用的高碼速率星地數(shù)據(jù)安全傳輸方法，將不同的信號調(diào)制到不同的OAM態(tài)上，實現(xiàn)多路信號的同頻復(fù)用，包括如下步驟:
[0007]步驟1:不同OAM態(tài)信號的產(chǎn)生；
[0008]步驟2:多路OAM態(tài)信號的發(fā)射；
[0009]步驟3:多路OAM態(tài)信號的接收。
[0010]優(yōu)選地，所述步驟I包括如下步驟:
[0011]步驟IA:在發(fā)送端由多路信號源發(fā)生器產(chǎn)生4路基帶信號；
[0012]步驟IB:對所述4路基帶信號進行射頻調(diào)制，調(diào)制到Ka頻段，得到4路調(diào)制信號；
[0013]步驟IC:將所述4路調(diào)制信號分別連接到產(chǎn)生不同OAM態(tài)的4個螺旋調(diào)相器SPP，產(chǎn)生4路不同OAM態(tài)的同頻信號。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟2包括如下步驟:
[0015]步驟2A:將每2路不同OAM態(tài)的同頻信號分別通過二合一射頻合路器合并為I路信號A，即將4路不同OAM態(tài)的同頻信號兩兩合并得到2路信號A ;
[0016]步驟2B:再由一個二合一射頻合路器將2路信號A合并為I路信號B，在I路信號B中產(chǎn)生了 4路不同OAM態(tài)的信號；
[0017]步驟C:合路后得到的信號B通過棱鏡喇叭天線輻射到自由空間。
[0018]優(yōu)選地，所述步驟3包括如下步驟:
[0019]步驟3A:根據(jù)軌道高度以及4個不同OAM態(tài)，確定4個不同OAM態(tài)電磁波投影到地面的4個圓環(huán)區(qū)域；
[0020]步驟3B:將4個OAM接收天線部署在四個同心圓環(huán)上；
[0021 ] 步驟3C:將每個OAM接收天線接收到的OAM信號通過一個與發(fā)送端OAM態(tài)反相的螺旋調(diào)相器，恢復(fù)出的射頻信號；
[0022]步驟3D:將恢復(fù)出的射頻信號進行解調(diào)獲得基帶信號。
[0023]優(yōu)選地，在穿過地面上4個同心圓環(huán)的同一條直線上部署天線，用于接收4種不同OAM態(tài)的信號。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0025]1、本發(fā)明解決了星地通信的頻譜資源緊張以及抗截獲能力的難題；
[0026]2、本發(fā)明的應(yīng)用提高了星地通信的頻譜使用效率，增強了信號的抗截獲能力。
【附圖說明】
[0027]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0028]圖1為本發(fā)明發(fā)送端系統(tǒng)組成框圖。
[0029]圖2為本發(fā)明中四個不同OAM態(tài)復(fù)用通信遠場場強分布示意圖。
[0030]圖3為本發(fā)明接收端系統(tǒng)組成框圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0032]本發(fā)明公開了一種基于多維軌道角動量(0AM:0rbital Angular Momentum)復(fù)用的星地通信新方法，實現(xiàn)了 4路信號在同一頻率上并行傳輸。本方法實現(xiàn)裝置和方法包含發(fā)送端和接收端，發(fā)送端系統(tǒng)包括多路信號源發(fā)生器、螺旋調(diào)相器、多維OAM信號合路器以及發(fā)射天線，將4路信號調(diào)制到不同OAM態(tài)上進行傳輸；接收端系統(tǒng)包括接收天線、多維OAM信號分路器、螺旋調(diào)相器以及信號處理器，將不同OAM態(tài)的信號接收并恢復(fù)。
[0033]電磁波的軌道角動量具有無限多種兩兩正交的狀態(tài)，將不同的信號調(diào)制到不同的OAM態(tài)上，可以實現(xiàn)多路信號的同頻復(fù)用，提高了頻譜的使用效率，并且攜帶信息的OAM態(tài)呈不同的螺旋狀，可用于物理層加密，實現(xiàn)安全通信。整個裝置包含發(fā)送端和接收端，組成了一個完成的通信系統(tǒng)。
[0034]圖1給出了本發(fā)明的發(fā)送端系統(tǒng)框圖，具體的，首先由多路信號源發(fā)生器DATAl?4產(chǎn)生4路獨立的信號，在其中完成基帶處理及射頻調(diào)制，將4路信號均調(diào)制到Ka頻段，之后通過4個不同OAM態(tài)的螺旋調(diào)相器SPPl?4，產(chǎn)生4路不同OAM態(tài)的信號，然后將4路信號使用3個二合一的射頻合路器BSl?3，完成4路不同OAM態(tài)信號的合路，便于通過一個物理通道進行傳輸，最后將合路后的一路信號通過一個棱鏡喇叭天線輻射到自由空間，完成信號的發(fā)射。
[0035]圖2給出了本發(fā)明的接收端的4路OAM態(tài)信號的輻射遠場場強分布圖，根據(jù)衛(wèi)星的軌道高度及使用的OAM態(tài)，計算出OAM信號在地面的場強分布，根據(jù)計算結(jié)果，在穿過地面上4個同心圓的一條直徑上部署天線，用于接收不同OAM態(tài)的信號。
[0036]圖3給出了本發(fā)明的接收端系統(tǒng)組成框圖，具體的，根據(jù)圖2布置的接收天線位置，接收OAM信號，將每個天線接收到的OAM信號通過一個與發(fā)送端OAM態(tài)反相的螺旋調(diào)相器SPP-1?-4，恢復(fù)出傳統(tǒng)的射頻信號，最后將射頻信號通過信號處理器DATAl?4進行解調(diào)獲得基帶?目號。
[0037]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1.一種基于OAM同頻復(fù)用的高碼速率星地數(shù)據(jù)安全傳輸方法，其特征在于，將不同的信號調(diào)制到不同的OAM態(tài)上，實現(xiàn)多路信號的同頻復(fù)用，包括如下步驟: 步驟1:不同OAM態(tài)信號的產(chǎn)生； 步驟2:多路OAM態(tài)信號的發(fā)射； 步驟3:多路OAM態(tài)信號的接收。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OAM同頻復(fù)用的高碼速率星地數(shù)據(jù)安全傳輸方法，其特征在于，所述步驟I包括如下步驟: 步驟IA:在發(fā)送端由多路信號源發(fā)生器產(chǎn)生4路基帶信號； 步驟IB:對所述4路基帶信號進行射頻調(diào)制，調(diào)制到Ka頻段，得到4路調(diào)制信號；步驟IC:將所述4路調(diào)制信號分別連接到產(chǎn)生不同OAM態(tài)的4個螺旋調(diào)相器SPP，產(chǎn)生4路不同OAM態(tài)的同頻信號。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OAM同頻復(fù)用的高碼速率星地數(shù)據(jù)安全傳輸方法，其特征在于，所述步驟2包括如下步驟: 步驟2A:將每2路不同OAM態(tài)的同頻信號分別通過二合一射頻合路器合并為I路信號A，即將4路不同OAM態(tài)的同頻信號兩兩合并得到2路信號A ; 步驟2B:再由一個二合一射頻合路器將2路信號A合并為I路信號B，在I路信號B中產(chǎn)生了 4路不同OAM態(tài)的信號； 步驟C:合路后得到的信號B通過棱鏡喇叭天線輻射到自由空間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OAM同頻復(fù)用的高碼速率星地數(shù)據(jù)安全傳輸方法，其特征在于，所述步驟3包括如下步驟: 步驟3A:根據(jù)軌道高度以及4個不同OAM態(tài)，確定4個不同OAM態(tài)電磁波投影到地面的4個圓環(huán)區(qū)域； 步驟3B:將4個OAM接收天線部署在四個同心圓環(huán)上； 步驟3C:將每個OAM接收天線接收到的OAM信號通過一個與發(fā)送端OAM態(tài)反相的螺旋調(diào)相器，恢復(fù)出的射頻信號； 步驟3D:將恢復(fù)出的射頻信號進行解調(diào)獲得基帶信號。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于OAM同頻復(fù)用的高碼速率星地數(shù)據(jù)安全傳輸方法，其特征在于，在穿過地面上4個同心圓環(huán)的同一條直線上部署天線，用于接收4種不同OAM態(tài)的信號。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于OAM同頻復(fù)用的高碼速率星地數(shù)據(jù)安全傳輸方法，實現(xiàn)了4路信號在同一頻率上并行傳輸。本方法實現(xiàn)裝置含發(fā)送端和接收端，發(fā)送端系統(tǒng)包括多路信號源發(fā)生器、螺旋調(diào)相器、多維OAM信號合路器以及發(fā)射天線，將4路信號調(diào)制到不同OAM態(tài)上進行傳輸；接收端系統(tǒng)包括接收天線、多維OAM信號分路器、螺旋調(diào)相器以及信號處理器，將不同OAM態(tài)的信號接收并恢復(fù)。本發(fā)明的應(yīng)用提高了星地通信的頻譜使用效率，增強了信號的抗截獲能力。
【IPC分類】H04L5/04, H04L5/00, H04L25/14
【公開號】CN105049169
【申請?zhí)枴緾N201510465725
【發(fā)明人】劉梅林, 劉波, 王民建, 俞杭華, 路同山, 丁菲
【申請人】上海衛(wèi)星工程研究所
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月31日