مدل‌سازی کانال سیستم مخابراتی مبتنی بر OAM در حضور انعکاس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی برق، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران

چکیده

تکنولوژی جدیدی که اخیرا جهت افزایش ظرفیت کانال  سیستم‌های مخابراتی مورد بررسی قرار گرفته شده، ممان زاویه‌ای مداری (OAM) می باشد. در سیستم OAM ، آرایه دایروی یکنواخت (UCA) بدلیل سهولت پیاده‌سازی تعامد مودهای OAM، استفاده زیادی داشته است در اکثر تحقیقات انجام گرفته در این زمینه فرض شده است آرایه‌های آنتنی فرستنده و گیرنده روبروی هم در محیط بدون هیچ نوع انعکاسی قرار گرفته‌اند. اثر انعکاس تنها در حالات ارسال تک آنتنه و آرایه خطی یکنواخت (ULA) بررسی شده است که با توجه به تفاوت زیاد مدل کانال سیستم OAM مبتنی بر UCA با مدل کانال سیستم OAM مبتنی بر ULA، نتایج حاصله در تحقیقات مورد اشاره را نمی‌توان برای سیستم OAM مبتنی بر UCA استفاده نمود. در این مقاله کانال سیستم OAM مبتنی بر UCA را در حضور انعکاس آینه‌ای مدلسازی می‌شود. بدین‌منظور اثر انعکاس با استفاده از UCA فرستنده مجازی مدل می‌شود. همچنین در حالات حدی، مدل تقریبی ساده شده را برای کانال محاسبه شده و ظرفیت کانال را بر اساس مدل های حاصله محاسبه می‌شود. نشان می‌دهیم که در حالت وجود انعکاس، تعامد بین مودهای OAM در حالت آرایه دایروی از بین رفته که منجر به کاهش ظرفیت کانال می‌گردد. در نتیجه جهت جلوگیری از کاهش ظرفیت، نیاز به پیش کدینگ مناسب می باشد. با استفاده از نتایج شبیه‌سازی صحت ادعای خود را نشان می‌دهیم.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Channel Modeling of the OMA-based Communication System in the Presence of the Reflection

نویسندگان [English]

  • V. Vahidinia
  • M. Atashbar
  • S. Hosseinzadeh
Department of Electrical Engineering, Azarbaijan Shahid Masdani University, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Orbit Angular Momentum is a novel technology which has been used recently for increasing the channel capacity of communication systems.  In the OAM system, the Uniform Circular Array (UCA) has been widely used due to its capability in easy implement of the OAM modes orthogonality.In most of the researches, it is assumed that the transmitter and receiver antenna arrays are aligned with each other in the channel without any reflection. The effect of channel reflection is investigated only on single antenna and Uniform Linear Array (ULA) cases, which according to many difference between the UCA  and  ULA based OAM systems, the obtained results cannot been used for UCA based OAM system. In this paper, the channel modeling of the UCA based OAM system in presence of the reflection in done. For this purpose, the reflection effect is modeled by a virtual transmitter UCA. Also, the channel matrix in extreme cases is approximated, and the channel capacity using the obtained model is computed. We show that, in the presence of channel reflection, the orthogonality of OAM modes are corrupted, which leads to decreasing the channel capacity. Consequently, a proper pre-coding is needed to prevent capacity loss. We evaluated the obtained results by the simulations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • UCA
  • Channel
  • Communication system
  • Reflection
  • Orbit angular momentum

مراجع

[1] P. Yang, Y. Xiao, M. Xiao, and Sh. Li. “6G Wireless Communications: Vision and Potential Techniques." IEEE Network 33, no. 4,pp. 70-75, Jul. 2019.
[2] L. Wang, X. Ge, R. Zi, C.-X. Wang, “Capacity analysis of orbital angular momentum wireless channels”, IEEE Access, vol. 5, pp. 23069-23077, Oct. 2017.
[3] Y. Yuan, Z. Zhang, J. Cang, H. Wu, and C. Zhong, “Capacity analysis of UCA-based OAM multiplexing communication system,” in Proc. Int. Conf. Wireless Communication. Signal Process. (WCSP), Nanjing, China, pp. 1–5, Oct. 2015.
[4] R. Chen, H. Xu, M. Moretti, and J. Li, “Beam steering for the misalignment in UCA-based OAM communication systems,” IEEE Wireless Communications Letters, vol. 7, no. 4, pp. 582–585, Aug. 2018.
[5] S. Zheng, R. Dong, Z. Zhang, X. Yu, X. Jin, H. Chi, Z. N. Chen, X. Zhang, "Non-Line-of-Sight Channel Performance of Plane Spiral Orbital Angular Momentum MIMO Systems", IEEE Access, vol. 05, pp. 25377-25384, Oct 2017.
[6] O. Edfors and A. J. Johansson, “Is orbital angular momentum (OAM) based radio communication an unexploited area?” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 60, no. 2, pp. 1126–1131, Feb. 2012.
[7] W. Zhang et al., “Mode division multiplexing communication using microwave orbital angular momentum: An experimental study,” IEEE Trans. Wireless Communication., vol. 16, no. 2, pp. 1308–1318, Feb. 2017.
[8] W. Cheng, W. Zhang, H. Jing, S. Gao, H. Zhang, “Orbital angular momentum for wireless communications”, IEEE Wireless Communication, vol. 26,pp. 100-107, Feb. 2019.
[9] E. Basar, “Orbital angular momentum with index modulation”, IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 17, no. 3, pp. 2029-2037, Mar. 2018.
[10] K. A. Opare, Y. Kuang, J. J. Kponyo, K. S. Nwizege, and Z. Enzhan, “The degrees of freedom in wireless line-of-sight OAM multiplexing systems using a circular array of receiving antennas,” in Proc. 5th Int. Conf. Adv. Comput. Communication. Technol., pp. 608–613, Feb. 2015.
[11] F. E. Mahmouli and S. D. Walker, “4-Gb/s Uncompressed Video Transmission over a 60-GHz Orbital Angular Momentum Wireless Channel”, IEEE Wireless Communication. Lett., vol. 2, no. 2, pp. 223–26, Apr. 2013.
[12] Y. Yan et al., “32-Gb/s 60-Ghz Millimeter-Wave Wireless Communication Using Orbital Angular Momentum and Polarization Multiplexing,” Proc. 2016 IEEE ICC, pp. 1–6, May 2016.
[13] Y. Ren et al., “Line-of-Sight Millimeter-Wave Communications Using Orbital Angular Momentum Multiplexing Combined with Conventional Spatial Multiplexing”, IEEE Trans. Wireless Communication., vol. 16, no. 5, pp. 3151-61, May. 2017.
[14] W. Cheng et al., “Orbital-Angular-Momentum Embedded Massive MIMO: Achieving Multiplicative Spectrum-Efficiency for mmWave Communications,” IEEE Access, vol. 6, , pp. 2732–45, Feb. 2018.
[15] Y. Yan et al., “OFDM over mm-Wave OAM Channels in a Multipath Environment with Intersymbol Interference,” Proc. 2016 IEEE GLOBECOM, pp. 1–6 Dec. 2016.
[16] A. Zhang, S. Zheng, Y. Chen, X. Jin, H. Chi, X. Zhang, "The capacity gain of orbital angular momentum based multiple-input-multiple-output system”, Sci. Rep., vol. 6, pp. 25418, May 2016.
[17] I. B. Djrdjevic, "Multidimensional OAM-based secure high-speed wireless communications", IEEE Access, vol. 5, pp. 16416-16428, Sep. 2017.
[18] K. A. Opare, Y. Kuang, and J. J. Kponyo, “Mode combination in an ideal wireless OAM-MIMO multiplexing system,” IEEE Wireless Communication. Lett., vol. 4, no. 4, pp. 449–452, Aug. 2015.
[19] H. Tian, Z. Liu, W. Xi, G. Nie, L. Liu, and H. Jiang, “Beam axis detection and alignment for uniform circular array-based orbital angular momentum wireless communication”, IET Communication n., vol. 10, no. 1, pp. 44–49, Feb. 2016.
[20] E. Cano, B. Allen, Q. Bai, and A. Tennant, “Generation and detection of OAM signals for radio communications,” in 2014 Loughborough Antennas and Propagation Conference (LAPC), pp. 637– 640, Nov. 2014.
[21] A. Haskou, P. Mary, and M. Helard, “Error probability on the orbital angular momentum detection”, in Proc. IEEE 25th Ann. Int. Symp. Pers., Indoor, Mobile Radio Communication. (PIMRC), Washington, DC, USA, pp. 302–307, Sep. 2014.
[22] W. Cheng, H. Jing, W. Zhang, Z. Li, and H. Zhang. “Achieving Practical OAM Based Wireless Communications with Misaligned Transceiver”,  in ICC 2019-2019 IEEE International Conference on Communications (ICC), pp. 1-6,Jul. 2019.
[23] Y. Yan et al., “Multipath effects in millimetre-wave wireless communication using orbital angular momentum multiplexing”, Sci. Rep., vol. 6, Sep. 2016.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار