Radio frequency-orbital angular momentum (RF-OAM) is a novel approach of multiplexing a set of orthogonal modes on the same frequency channel to achieve high spectrum efficiencies. Since OAM requires precise alignment of the transmit and the receive antennas, the electronic beam steering approach has been proposed for the uniform circular array (UCA)-based OAM communication system to circumvent large performance degradation induced by small antenna misalignment in practical environment. However, in the case of large-angle misalignment, the OAM channel capacity can not be effectively compensated only by the electronic beam steering. To solve this problem, we propose a hybrid mechanical and electronic beam steering scheme, in which mechanical rotating devices controlled by pulse width modulation (PWM) signals as the execution unit are utilized to eliminate the large misalignment angle, while electronic beam steering is in charge of the remaining small misalignment angle caused by perturbations. Furthermore, due to the interferometry, the receive signal-to-noise ratios (SNRs) are not uniform at the elements of the receive UCA. Therefore, a rotatable UCA structure is proposed for the OAM receiver to maximize the channel capacity, in which the simulated annealing algorithm is adopted to obtain the optimal rotation angle at first, then the servo system performs mechanical rotation, at last the electronic beam steering is adjusted accordingly. Both mathematical analysis and simulation results validate that the proposed hybrid mechanical and electronic beam steering scheme can effectively eliminate the effect of diverse misalignment errors of any practical OAM channel and maximize the OAM channel capacity.


翻译:无线电频率-轨道角动力(RF-OAM)是在同一频率频道上多交一组正方位模式实现高频效率的新办法,由于OAM要求对传输和接收天线进行精确的对齐,因此为统一圆形阵列(UCA)基于OAM的OAM通信系统提议了电子光束引导方法,以避免小型天线在实际环境中的错配导致的大规模性能退化。然而,在大角错配的情况下,OAM频道的机械和电路流间流流能力不能仅通过电子波束方向来有效补偿。为解决这一问题,我们提议了一个混合机械和电子波流路方向引导计划,其中由脉冲宽度调制(PWM)信号控制的机械旋转装置用于消除巨大的偏差角,而电子波束导系统则用于消除在实际环境中的小天线错配角。此外,由于对内部测量,接收的信号到螺旋流的流流率比率比率(SNRIS)与第一个接收的电子系统不统一。因此,在OCA的轨道上,最优化的旋转方向机流路路路段机能可以进行最优化的运行到随后的磁力调整。

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