基于多模態(tài)軌道角動量的無線信道編譯碼設計與研究.pdf

1、隨著通信技術的不斷進步與革新，頻譜資源的匱乏已經變成了制約無線通信業(yè)務擴展的一個阻礙，許多為了改善頻譜資源利用率的技術也被人們相繼提出，其中攜帶OAM的渦旋電磁波為人們提供了一個解決頻譜資源問題的新方向。渦旋電磁波具有螺旋形的波形結構、各模態(tài)相互正交，可實現多路信息同一頻點同時傳輸，從而提高頻譜利用率。由于多個模態(tài)的渦旋電磁波同時傳輸會出現模式串擾等問題降低系統(tǒng)性能，考慮在OAM通信系統(tǒng)中引入信道編碼相關技術來提高系統(tǒng)性能。本文通過總結

2、和分析OAM通信系統(tǒng)的特性，對具有OAM的通信系統(tǒng)與信道編譯碼進行了深入研究并提出將信道編譯碼應用在OAM通信系統(tǒng)的辦法，論文的主要工作與結論如下:
　　(1)針對OAM的相關概念、產生方法及信道編譯碼的現狀進行了總結與分析，為將信道編譯碼技術應用到OAM通信系統(tǒng)中建立一定的研究基礎。同時，對產生OAM的幾種方式進行了總結，選擇一種合適的產生渦旋電磁波的方法來建立相應模型。這一部分為本論文的相關研究打下了堅實的理論基礎。
　

3、　(2)建立基于圓形陣列天線的OAM通信系統(tǒng)，對此系統(tǒng)的相關性能進行了分析，推導。OAM通信系統(tǒng)可通過具有多個陣元的圓形陣列天線進行構建，利用控制各個陣元之間饋電的相位差來改變空間能量分布從而實現不同模態(tài)的渦旋電磁波的產生。并對其在發(fā)送天線與接收天線同軸傳輸情況的容量進行了推導。通過實驗證明，當發(fā)送天線陣列與接收天線陣列數目相同，且構造的子信道數目相同的情況下，OAM通信系統(tǒng)與MIMO通信系統(tǒng)的容量相同。MIMO可構建的信道數目是有限的

4、，OAM通信系統(tǒng)理論上是可以實現無數條子信道在同一頻點上的同時傳輸。當OAM構建的子信道數目逐漸增加時，OAM的信道容量會大于MIMO系統(tǒng)。同時，通過對不同的調制方式下系統(tǒng)的誤碼率進行分析與比較，了解系統(tǒng)的相關性能。
　　(3)針對OAM在無線通信中由于串擾、發(fā)散等問題引起的系統(tǒng)性能降低這一問題，本文提出將信道編譯碼引入到OAM通信系統(tǒng)中，改善系統(tǒng)性能。本文首先采用經典的RS碼作為短碼方案將其引入到OAM通信系統(tǒng)中。在實驗證明信道

5、編譯碼能夠有效降低系統(tǒng)誤碼率之后，考慮到未來大容量通信的發(fā)展趨勢，將LDPC碼應用在OAM通信系統(tǒng)長碼的編譯碼中。通過仿真對LDPC碼在Gallager、Mackay、QC-LDPC三種不同檢驗矩陣構造法下的碼性能進行分析，選擇最優(yōu)編碼方案，并結合PEG算法對檢驗矩陣進行優(yōu)化，增加圍長，提高碼性能。同時對BP、MS譯碼算法下的碼性能進行了比較，選取合適的譯碼算法作為LDPC碼的譯碼方式。對于不同信噪比、碼長、碼率和譯碼迭代的次數對OAM