Orbital angular momentum (OAM) at radio frequency (RF) provides a novel approach of multiplexing a set of orthogonal modes on the same frequency channel to achieve high spectral efficiencies (SEs). However, the existing research on OAM wireless communications is mainly focused on pointto-point transmission in the line-of-sight (LoS) scenario. In this paper, we propose an overall scheme of the downlink multi-user OAM (MU-OAM) wireless backhaul based on uniform circular arrays (UCAs) for broadcasting networks, which can achieve the joint spatial division and coaxial multiplexing (JSDCM). A salient feature of the proposed downlink MU-OAM wireless backhaul systems is that the channel matrices are completely characterized by the position of each small base station (SBS), independent of the numbers of subcarriers and antennas, which avoids estimating large channel matrices required by the traditional downlink multi-user multiple-input multiple-output (MU-MIMO) wireless backhaul systems. Thereafter, we propose an OAM-based multiuser distance and angle of arrival (AoA) estimation method, which is able to simultaneously estimate the positions of multiple SBSs with a flexible number of training symbols. With the estimated distances and AoAs, a MU-OAM preprocessing scheme is applied to eliminate the co-mode and inter-mode interferences in the downlink MU-OAM channel. At last, the proposed methods are extended to the downlink MU-OAM-MIMO wireless backhaul system equipped with uniform concentric circular arrays (UCCAs), for which much higher spectral efficiency (SE) and energy efficiency (EE) than traditional MU-MIMO systems can be achieved. Both mathematical analysis and simulation results validate that the proposed scheme can effectively eliminate both interferences of the practical downlink MU-OAM channel and approaches the performance of the ideal MU-OAM channel.


翻译:无线电频率(RF)的轨道角动力(OAM)提供了一种新颖的方法,即在同一频率频道上多x一组正方形模式,以实现高光谱效率(SES)。然而,对OAM无线通信的现有研究主要侧重于视线(LOS)情景中的点对点传输。在本文中,我们提出了一个基于统一循环阵列(UCAs)的广播网络无线反向阵列(UCAs)的无线反向阵列(JSDCM),可以实现联合空间分解和焦向复向多向多向多向多向多向多向式模式。拟议的下向下移动模式(MUMU-MUM)的下向点传输(MU-MUM)系统下向下移动(MUS-M)的无向点传输模式(OAM的多向下向下移动式阵列(O-O-ML-ML-O)的内向内向下移动的电路段和向内流(AA-S-S-moder-ro-mo-moder-moal-mod-moal-real-moal-mode-mode-mode-mode-mode-mode-mode-mode-mode-mode-moal-mode-mode-moal-mode-moal-moal-mode-mode-moal-moal-moal-mode-mode-mode-mode-mode-mode-modeal-mode-mode-mode-modal-modal-modal-mode-mode-mode-modia-mode-mode-mode-mode-mode-mode mas-modal-moal-moal-modal-mod-moal-modal-s-mods-mode-mode-mode-mode-mode-modia-mod-mod-mod-mod-mod-mo-mo-mo-moal-mod-modal-modal-mode-moal-mode-mode-mode-moal-mode-l-

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