CN113271280A - 一种调制方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种调制方法、装置、设备及存储介质，所述方法包括：对输入码元进行划分，得到T组码元；将所述T组码元中的第一组码元划分为第一分组码元和第二分组码元；对所述第一分组码元确定索引值，对所述第二分组码元进行调制，得到第一调制符号序列；根据所述第一分组码元对应的索引值和激活的轨道角动量的数量N_A确定第i个激活的轨道角动量的本征值，直至得到N_A个本征值；根据所述第一分组码元对应的N_A个本征值，确定第一目标码字；根据所述第一目标码字，对所述第一调制符号序列进行傅里叶变换，得到N_A个电磁涡旋波。通过本发明实施例可以减少内存占用，降低存储资源消耗。

Description

一种调制方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种调制方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

目前，在利用轨道角动量进行索引调制时，通常通过键值对的形式将轨道角动量本征值构成的码字以及与码字对应的码元储存在字典序列中，从而实现从字典序列中查找与码元对应的码字，但这种做法需要收发端同时维系一个庞大的字典序列，这会占用大量内存，消耗存储资源。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种调制方法、装置、设备及存储介质，能够减少内存占用，降低存储资源消耗。

本发明实施例提供一种调制方法，所述方法包括：

对输入码元进行划分，得到T组码元；

将所述T组码元中的第一组码元划分为第一分组码元和第二分组码元；

对所述第一分组码元确定索引值，对所述第二分组码元进行调制，得到第一调制符号序列；

根据所述第一分组码元对应的索引值和激活的轨道角动量的数量N_A确定第i个激活的轨道角动量的本征值，直至得到N_A个本征值，其中，N_A为正整数，i为不大于N_A的正整数；

根据所述第一分组码元对应的N_A个本征值，确定第一目标码字；

根据所述第一目标码字，对所述第一调制符号序列进行傅里叶变换，得到N_A个电磁涡旋波。

本发明实施例还提供一种调制装置，包括：

第一分组单元，用于对输入码元进行划分，得到T组码元；

第二分组单元，用于将所述T组码元中的第一组码元划分为第一分组码元和第二分组码元；

第一调制单元，用于对所述第一分组码元确定索引值，对所述第二分组码元进行调制，得到第一调制符号序列；

第一确定单元，用于根据所述第一分组码元对应的索引值和激活的轨道角动量的数量N_A确定第i个激活的轨道角动量的本征值，直至得到N_A个本征值，其中，N_A为正整数，i为不大于N_A的正整数；

第二确定单元，用于根据所述第一分组码元对应的N_A个本征值，确定第一目标码字；

第一变换单元，用于根据所述第一目标码字，对所述第一调制符号序列进行傅里叶变换，得到N_A个电磁涡旋波。

本发明实施例还提供了一种调制设备，包括处理器和用于存储能够在所述处理器上运行的可执行指令的存储器；其中，处理器用于运行所述可执行指令时，所述可执行指令执行如上述任一项所述的调制方法。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如上述任一项所述的调制方法。

本发明实施例提供的调制方法、装置、设备及存储介质，首先对输入码元进行划分，得到T组码元；然后，将所述T组码元中的第一组码元划分为第一分组码元和第二分组码元；对所述第一分组码元确定索引值，对所述第二分组码元进行调制，得到第一调制符号序列；根据所述第一分组码元对应的索引值和激活的轨道角动量的数量N_A确定第i个激活的轨道角动量的本征值，直至得到N_A个本征值；根据所述第一分组码元对应的N_A个本征值，确定第一目标码字，从而保证第一码元分组与第一目标码字对应，保证解调的正确性，提高误比特率性能和调制效率；最后，根据所述第一目标码字，对所述第一调制符号序列进行傅里叶变换，得到N_A个电磁涡旋波，因为通过索引值和激活的轨道角动量的数量N_A得到第一目标码字，不用维持字典序列，因此减少内存占用，降低存储资源消耗。

附图说明

图1为本发明实施例提供的调制系统的模型示意图；

图2为本发明实施例提供的调制系统结构图；

图3为本发明实施例提供的一种调制方法的流程实现示意图；

图4是本申请实施例提供的调制流程图；

图5为本发明实施例提供的16-QAM正交振幅调制星座图；

图6为本发明实施例提供的一种调制方法的流程实现示意图；

图7为本发明实施例提供的一种调制装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面对本申请实施例进行详细说明。

对本发明实施例进行进一步详细说明之前，对本发明实施例中涉及的名词和术语进行说明，本发明实施例中涉及的名词和术语适用于如下的解释。

1)码元，在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为码元。码元是信息量的载体，不同进制的码元携带的信息量不同，在二进制中，每个码元携带的信息量是一个比特，在四进制中，每个码元携带的信息是两个比特，在8进制中，每个码元携带的信息量是三个比特。

2)码字，是指利用Huffman(哈夫曼)码编码后的信号，码字由若干个码元组成。

3)调制符号，在调制过程中，将一个比特映射为具有实部和虚部的矢量，然后将其调制到时域上相互正交的两个载波上，即得到调制符号。

4)轨道角动量，是指当波束含有角相关的相位分布(扭曲相位或螺旋相位) 时，此类波束具有与角相位分布有关的角动量，即轨道角动量。

5)电磁涡旋波，在携带数据信息的正常电磁波上添加一个与空间方位角θ相关的旋转相位因子e^ilθ，将其转变成电磁涡旋波U，且U_(r,θ)＝A(r)×e^ilθ，其中， A(r)表示正常电磁波的幅值，r表示到波束中心的轴线的辐射距离，θ为方位角，

为轨道角动量的本征值。具有不同本征值的电磁涡旋波相互正交，可以在同一带宽内并行传输多路电磁涡旋波，而不产生干扰。

6)索引调制，通过选择不同的索引序号来传递信息，即通过激活部分索引资源(天线、子载波、扩频码等)来传递信息。

7)误比特率，在一定时间内收到的数字信号中发生差错的比特数与同一时间所收到的数字信号的总比特数之比。

在无线通信领域，信号在无线信道传输的过程中衰减很快，为了保证通信效果，克服远距离信号传输的问题，必须将信号频谱搬移到高频信道中进行传输。这种将发送信号加载到高频信号的过程就叫调制。实际应用中，无论模拟信号还是数字信号，通常利用电磁场的线性角动量如幅度、相位、频率作为自由度进行调制，其对应的三种调制方法分别为：调幅、调相和调频。然而，电磁场除了常用的如相位、频率这样的线性角动量，还存在与场空间分布有关的轨道角动量。

不同轨道角动量本征值内在的正交性，可以实现在同一频率上传输多路电磁涡旋信号，根据本征值不同来区分不同的信道。也正是因为此特性，轨道角动量逐渐被用在自由空间光通信和无线通信领域，以进一步提高频谱效率。

利用轨道角动量进行索引调制的方案的原理为：轨道角动量本征值构成码字的索引可以携带额外的信息，因此，码元信息除了通过传统的调制符号传输，还可以通过轨道角动量本征值构成的码字进行传输，如此，可为传统的调制技术提供一个新的调制维度，从而进一步提高通信速率。

然而，对于如何通过码元选择由多个轨道角动量本征值构成的码字，相关技术普遍使用字典序列的方式，即，将输入的码元信息与轨道角动量本征值构成的码字信息在字典序列中以键值对的形式储存下来。

发射端每次发射信号之前，首先根据输入的码元信息从字典序列中查找对应的码字，信号经过信道传输由接收端接收，接收端根据检测算法检测出码字，再从字典序列中查找码字对应的码元信息，从而解调出原始发射信息。但是以上处理方式容易造成：时间复杂度高，每次发射信号之前，发射端要根据码元信息去查找字典序列，找到对应的轨道角动量本征值构成的码字；消耗大量存储资源。

收发端都需要维系这样一个字典序列，而且，轨道角动量有可能存在小数的本征值，当本征值的个数达到上千个时，码元与码字之间的对应关系可能达到亿级别，所需要的存储空间会更大，会造成系统存储资源大量浪费；误比特率高，当字典序列中的键值对足够大时，容易重复声明，造成不同的码元信息对应同一种码字，一旦出错，会给接收端解调带来严重灾难，使误比特率性能急剧下降。

从以上可以看出，现有技术的缺点在于：首先，现有技术中的收发端需要同时维系一个庞大的字典序列，占用大量内存，消耗存储资源；其次，发射端根据输入的码元信息进行调制时，需要从这张庞大的字典序列中搜索对应的码字，接收端接收到信号以后也需要从字典序列中查找与码字对应的码元信息进行解调，相应的时间复杂度高；最后，现有技术中码元与码字之间对应关系没有一定的规则，造成接收端根据接收的信号进行解调时，容易出错，会造成误码率高，通信性能急剧下降。

为了解决相关技术中利用轨道角动量进行索引调制存在的上述不足之处，本发明实施例的技术方案包括：发射端根据输入的码元采用动态计算的方式得到与输入的码元对应的码字(由N_A个轨道角动量本征值构成的码字)，使得发射端和接收端不需要再去维系一个超级大的字典序列，节约了字典序列所需要的内存。同时，发射端直接根据输入的码元信息动态计算而不是在庞大的字典序列中搜索对应的码字，从而降低了时间复杂度。

此外，本发明实施例提供的技术方案，可以保证码元与码字之间独一无二的对应关系，进而保证解调的正确性，提高误比特率性能，接收端通过简单的动态计算就可以得到码字对应的码元信息，而不需要从字典序列中查找，进而减少接收端解调复杂度。

参阅图1和图2，图1是本发明实施例提供的调制系统的模型示意图，图2 为本发明实施例提供的调制系统的结构图。其中，调制系统包括发射模块1(如图1(a)所示)和接收模块2(如图1(b)所示)，发射模块1包括码元分组单元201、串并转换单元202、正交振幅调制单元203、索引调制单元204和傅里叶变换单元205，发射模块用于对输入码元进行码元分组101、串并转换102、索引调制103、正交振幅调制104和离散傅里叶变换105，其中，索引调制103、正交振幅调制104和离散傅里叶变换105由发射端调制器11完成。接收模块2 包括傅里叶逆变换单元206、调制符号检测单元207、码字检测单元208、调制符号解调单元209、码字解调单元210、并串转换单元211和码元合并单元212，接收模块2用于对接收信号进行离散傅里叶逆变换106、码字检测107、调制符号检测108、码字解调109、调制符号解调110、并串转换111以及码元合并112，其中，离散傅里叶逆变换106、码字检测107、调制符号检测108、码字解调109 和调制符号解调110由接收端调制器12完成。

发射模块1在接收到输入的B码元后，通过码元分组单元201按照每组R 个码元对B码元进行分组，得到T组码元，其中，R、T为正整数。此后，通过串并转换单元202依次对T组码元中的每组码元进行转换，将每组码元转换成并行的两部分，可得到T个第一码元分组M₁和对应的T个第二码元分组M₂。因为发射端调制器11每次只能对R个码元进行调制，所以在每个时隙中，只有R个码元，即T组码元中只有一组码元进入到发射端调制器11中，以T组码元中的第一组码元的第一码元分组M₁和对应的第二码元分组M₂为例，对之后的调制过程进行说明，通过索引调制单元204对第一码元分组M₁进行调制，可得到码字

码字

由N_A个轨道角动量的本征值

构成，通过正交振幅调制单元203对第二码元分组M₂进行调制，可得到调制符号序列

通过傅里叶变换单元205对调制符号序列

和码字

进行变换，形成N_A个电磁涡旋波S，该过程相当于对正常电磁波的相位进行扭曲，扭曲程度由码字决定。在接下来的时隙中，依次对剩余的T-1组码元的T个第一码元分组M₁和对应的T个第二码元分组 M₂先后进行上述调制，每次得到N_A个电磁涡旋波。N_A个电磁涡旋波经过信道 H传输后，得到接收信号矢量y，接收信号矢量y由接收模块2接收后，先经过傅里叶逆变换单元206变换得到目标接收信号

然后，通过调制符号检测单元207和码字检测单元208分别对目标接收信号

进行检测，得到第二调制符号序列

和第二目标码字

再通过调制符号解调单元209对第二调制符号序列

进行解调，得到第三码元分组，以及通过码字解调单元210对第二目标码字

进行解调，得到第四码元分组，将第三码元分组和第四码元分组输入并串转换单元211中，得到一组串行码元，该组串行码元是对T组码元中第一组码元的估计。由T组码元中每组码元可得到N_A个电磁涡旋波，对每次得到的N_A个电磁涡旋波进行上述处理，即可得到 T组串行码元，通过码元合并单元212按接收模块2的接收顺序对T组串行码元进行合并，得到B'码元，B'码元是对输入的B码元的估计。

参见图3，图3为本发明实施例提供的一种调制方法的流程实现示意图，所述方法包括：

步骤301，对输入码元进行划分，得到T组码元。

其中，发射模块1不断的接收到码元，选取一个时刻为基准，将在该时刻发射模块1所接收到的待处理的码元称之为输入码元，如图1(a)中的B码元。因为输入码元数量可能较多，而发射端调制器每次调制的码元数量有限，因此需要对输入码元进行划分，分批次，以方便后续处理。如图1(a)所示，当发射模块接收到B码元后，对其进行划分，得到2组码元，分别为{011011…0110} 和{110001…0101}。需要注意的是，对于同一输入码元，不同的划分方法，所得到的码元的组的数量并不相同，本申请对于划分方法不做限定。

步骤302，将所述T组码元中的第一组码元划分为第一分组码元和第二分组码元。

其中，需要将T组码元中的每一组码元都划分为第一分组码元和第二分组码元，T组码元中，第一分组码元和第二分组码元一一对应，在图1(a)中，对第一组码元{011011…0110}进行串并转换，得到第一分组码元M₁和第二分组码元M₂。可选的，也可将每一组码元划分为并列的3部分、4部分等。

步骤303，对所述第一分组码元确定索引值，对所述第二分组码元进行调制，得到第一调制符号序列。

其中，索引值是将一组二进制码元转换成十进制后所得到的数字，例如，将二进制的第一分组码元“110”，转换为十进制，得到“7”，因此与该第一分组码元对应的索引值是7，如此，可确定第一分组码元对应的索引值。

若干个码元在经过调制后可得到一个调制符号，不同的调制方法得到一个调制符号所需要的码元数量不同，所得到的调制符号也不相同。第二分组码元中包括调制得到一定数量的调制符号所需要的码元，因此，对第二分组码元进行调制，可以得到一定数量的调制符号，这些调制符号组成第一调制符号序列。

步骤304，根据所述第一分组码元对应的索引值和激活的轨道角动量的数量N_A确定第i个激活的轨道角动量的本征值，直至得到N_A个本征值，其中， N_A为正整数，i为不大于N_A的正整数。

其中，考虑到用轨道角动量本征值构成码字的索引可携带额外的信息，因此在本申请中，将轨道角动量作为需要激活的索引资源，在一次时隙中，所有的轨道角动量的数量为N，需要激活的轨道角动量的数量为N_A，这N_A个轨道角动量彼此正交。在第一分组码元中，根据其对应的索引值和激活的轨道角动量的数量N_A可依次确定N_A个轨道角动量的分别对应的N_A个本征值。

步骤305，根据所述第一分组码元对应的N_A个本征值，确定第一目标码字。

其中，第一目标码字

由N_A个激活的轨道角动量的本征值

构成。步骤304和步骤305即是对第一分组码元M₁进行索引调制。

步骤306，根据所述第一目标码字，对所述第一调制符号序列进行傅里叶变换，得到N_A个电磁涡旋波。

其中，在傅里叶变换过程中，第一目标码字的存在使得根据第一调制符号序列得到的N_A个电磁波的相位发生了扭曲，从而得到N_A个电磁涡旋波，之后，将N_A个电磁涡旋波通过图1(a)中所示的天线a、b传送出去。需要说明的是，步骤301至步骤306均在图1(a)所示的发射模块1中进行。

本发明实施例提供的调制方法，首先对输入码元进行划分，得到T组码元；然后，将所述T组码元中的第一组码元划分为第一分组码元和第二分组码元；对所述第一分组码元确定索引值，对所述第二分组码元进行调制，得到第一调制符号序列；根据所述第一分组码元对应的索引值和激活的轨道角动量的数量 N_A确定第i个激活的轨道角动量的本征值，直至得到N_A个本征值；根据所述第一分组码元对应的N_A个本征值，确定第一目标码字，从而保证第一码元分组与第一目标码字对应，保证解调的正确性，提高误比特率性能和调制效率；最后，根据所述第一目标码字，对所述第一调制符号序列进行傅里叶变换，得到 N_A个电磁涡旋波，因为通过索引值和激活的轨道角动量的数量N_A得到第一目标码字，不用维持字典序列，因此减少内存占用，降低存储资源消耗。

参见图4，图4为本发明实施例提供的一种调制方法的流程实现示意图，所述方法包括：

步骤401，对输入码元进行划分，得到T组码元。

其中，结合图1可知，在一个时刻，输入码元为B码元，B码元中一共有 B个码元，对B个码元按照每组R个码元进行分组，得到T组码元，R满足公式(1)：

上式中，

表示下取整，N是均匀圆阵列天线所能产生的总的轨道角动量的个数，N_A是一个码字中包含的轨道角动量本征值的个数，即每个时隙从所有的轨道角动量中选择激活的轨道角动量的个数，M为调制阶数。

步骤402，将所述T组码元中的第一组码元划分为第一分组码元和第二分组码元。

由公式(1)可知，R由m和N_A·log₂M两部分组成，将T组码元中的第一组码元中的R个码元中的前m个码元划分为第一码元分组，将R个码元中剩余的N_A·log₂M个码元划分为第二码元分组，从而得到第一码元分组和第二码元分组。

需要说明的是，不同的调制方式对应的调制阶数不同，若对第二码元分组进行16正交振幅调制(16QAM)，则调制阶数M＝16，若对第二码元分组进行正交相移键控(QPSK)，则M＝4，若对第二码元分组进行64正交幅相调制 (64QAM)，则M＝64，本申请对第二码元分组具体的调制方法不做限定。

例如，当N＝4，N_A＝2，时，

则第一码元分组中一共有两个码元，这两个码元的组合可能为：00、01、10、 11。若此时选取16正交振幅调制方法，则M＝16，第二码元分组中一共有4N_A＝8 个码元，若第一码元组合为{0000010011}，则经过转换后，得到第一码元分组“00”和第二码元分组“0001 0011”。

需要注意的是，在未将轨道角动量作为索引引入调制过程时，仅存在第二码元分组部分，此时R＝N_A·log₂M，可见，将轨道角动量引入调制过程，可以提高码元分组后每组码元中的码元数量，即提高每个时隙发射模块发送的信息量，最终提高系统的可达速率。

步骤403，对所述第一分组码元确定索引值，对所述第二分组码元进行调制，得到第一调制符号序列。

其中，假设第一码元分组为“11”，将二进制的第一码元分组“11”转换成十进制，得到“3”，即索引值Γ＝3。

其中，若选取16正交振幅调制(16-QAM)方法，可做出如图5所示的 16-QAM正交振幅调制星座图。因为在16正交振幅调制中，是将每4个比特映射成一个调制符号，而在二进制中，一个码元携带的信息量是一个比特，因此由每4个码元可以得到一个调制符号，最终经过16正交振幅调制，可以得到 N_A个(2个)调制符号。由图5可知，第二码元分组中“0001”经过调制后的调制符号为1+3j，第二码元分组中“0011”经过调制后的调制符号为3+3j，因此，当第一码元组合为{0000,010011}时，对第二码元分组进行调制，可得对应的第一调制符号序列{s₁,s₂}＝{1+3j，3+3j}。

步骤404，根据所述第一分组码元对应的索引值和激活的轨道角动量的数量N_A确定第i个激活的轨道角动量的本征值，直至得到N_A个本征值，其中， N_A为正整数，i为不大于N_A的正整数。

其中，组合数字系统的组合学知识，可知第一码元分组对应的索引值Γ与构成第一目标码字的N_A个轨道角动量的本征值满足如公式2所示的映射关系：

根据公式2和贪婪算法的思想可以得到如公式(3)所示的目标公式：

其中，c_i为第一变量，i为第二变量，c_i与i均为自然数，Γ与N_A为已知值。当i确定时，可以得到满足该目标公式的若干个c_i，选取若干个c_i中的最大值，通过c_i得到第i个激活的轨道角动量的本征值

的最大值，实现局部最优，通过每一步的局部最优实现整体最优，最终得到N_A个激活的轨道角动量的本征值

即得到第一目标码字

其中，得到第一分组码元对应的N_A个本征值的流程可参见图6，图6为本发明实施例提供的一种调制方法的流程实现示意图，包括：

步骤601，获取第一分组码元对应的索引值Γ和激活的轨道角动量的数量 N_A。

步骤602，给第一变量c_i赋值为N_A，第二变量i赋值为N_A。

其中，第一变量c_i和第二变量i均为自然数，N_A为c_i的初始值，同时也是 i的初始值。

步骤603，将赋值后的第一变量c_i和第二变量i代入目标公式

若所述目标公式成立，转到步骤604，若所述目标公式不成立，转到步骤605。。

步骤604，给c_i赋值为c_i+1，转到步骤603。

其中，假设索引值Γ＝3，激活的轨道角动量的数量N_A＝2，因为目标公式中

中n的取值范围为[i+1，N_A]，因此，当i＝N_A时，该项不存在，可舍去，此时目标公式等同于

将i＝N_A＝2、c_i＝N_A＝2、Γ＝3代入

中，目标公式成立，因此，c_i自加1，得到新的c_i为3，将i＝2、c_i＝3代入

中，目标公式也成立，c_i再次自加1，为4，将i＝2、c_i＝4代入

中，目标公式不成立，因此，转到步骤605。

步骤605，根据c_i确定第i个激活的轨道角动量的本征值

其中，

因为在步骤604中，i＝2时，c_i＝4是使目标公式不成立的最小值，因此，将 i＝2，c_i＝c₂＝4代入

得到

因此，第2个激活的轨道角动量的本征值

步骤606，给i赋值为i-1。

在步骤605中得到

之后，给i赋值为i-1＝1。

步骤607，判断i是否为0，若i不等于0，转到步骤608，若i等于0，转到步骤609。

步骤608，给c_i赋值为i，转到步骤603。

因为步骤606中，i≠0，因此，给c_i赋值为c_i＝i＝1。将i＝1，c_i＝1代入目标公式，此时n＝i+1＝2，

目标公式不成立，因此，

则需要求解的两(N_A＝2)个激活的轨道角动量的本征值为

步骤609，输出N_A个激活的轨道角动量的本征值

其中，当i自减为0时，就可以确认之前已经得到了的N_A个激活的轨道角动量的本征值

在本实施例中，

步骤405，根据所述第一分组码元对应的N_A个本征值，确定第一目标码字。

其中，根据N_A个激活的轨道角动量的本征值

可以得到对应的第一目标码字

步骤406，根据所述第一目标码字，对所述第一调制符号序列进行傅里叶变换，得到N_A个电磁涡旋波。

其中，对第一调制符号序列

进行离散傅里叶变换后，可以得到对应的N_A个电磁涡旋波的复用，即

其中，p_i表示第i个激活的轨道角动量的本征值

的功率分配因子，s_i为

对应的调制符号，由电磁涡旋波的表达式可见，轨道角动量本征值

的存在使得电磁波的相位发生了扭曲，从而得到电磁涡旋波。由于具有不同本征值的电磁涡旋波是相互正交的，因此这N_A个电磁涡旋波可以在同一带宽内传输多路电磁涡旋波，并且不会产生相互干扰。

步骤407，对所述N_A电磁涡旋波进行傅里叶逆变换，得到目标接收信号。

其中，对电磁涡旋波的表达式进行简化，得到S＝WPx，其中，W∈Ω^N×N是离散傅里叶变换矩阵，P＝diag([p₁,…p_NA])是功率分配矩阵。在一个时隙中形成的 N_A个电磁涡旋波经过信道传输后，由接收模块接收，得到接收信号矢量y＝HS+n，其中，n∈Ω^N×1是均值为0、方差为

(一般取1)的高斯白噪声，H＝[_ij]_N×N是信道矩阵，表示信道的环境，

表示第i根发射阵元到第j根接收阵元的信道增益，λ为波长，β为衰减常数，d_ij是发射天线第i个阵元与接收天线第j个阵元之间的距离。

然后，对N_A个电磁涡旋波对应的接收信号矢量y进行离散傅里叶逆变换，得到目标接收信号

其过程如下：

W^Hy＝W^HHS+W^Hn

其中，Λ∈Ω^N×N是对信道矩阵H进行对角化得到的一个对角矩阵。

步骤408，对所述目标接收信号进行检测，得到第二调制符号序列和第二目标码字。

其中，可通过有序块最小均方误差算法、最大比合并算法、球形译码检测算法、吉布斯采样算法等算法对目标接收信号进行检测，得到第二调制符号序列与第二目标码字，为了使检测结果更接近真实值，降低误比特率，本发明实施例采用最大似然检测算法进行检测，检测过程可表示为：

通过将可能的轨道角动量的本征值和可能的调制符号一一代入上述公式，得到使高斯白噪声最小的第二调制符号序列

以及第二目标码字

需要说明的是，本发明实施例对具体的检测算法不做限定。

步骤409，对所述第二调制符号序列进行解调，得到第三码元分组。

其中，对第二调制符号序列

进行星座解调，得到第三码元分组

第三码元分组

是对图1中第一码元分组M₁的估计，因为星座解调属于常用技术手段，在此不过多说明。

步骤410，对所述第二目标码字进行解调，得到第四码元分组。

其中，对所述第二目标码字进行解调，得到第四码元分组，包括：对所述第二目标码字确定估计的N_A个激活的轨道角动量的本征值；根据估计的N_A个激活的轨道角动量的本征值计算，得到索引值；根据所述索引值确定所述第四码元分组。

其中，根据第二目标码字

可以确定估计的N_A个轨道角动量的本征值

估计的N_A个轨道角动量的本征值与索引值满足如公式(4)所示的对应关系：

将

代入公式(4)，可以得到与第二目标码字

对应的索引值

因为索引值

是十进制的数字，将其转换成二进制，即得到第四码元分组

第四码元分组

是对图1中第二码元分组M₂的估计，例如，

转换成二进制，则对应的第四码元分组

为11。

可见，接收模块通过简单的计算就可以得到第二码元分组的估计，而不需要从字典序列中查找，减少了接收端解调的复杂度，接收模块也不需要再去维系一个超级大的字典序列，节约了字典序列所需要的内存。

步骤411，根据所述第三码元分组和所述第四码元分组确定所述T组码元中的第一组码元。

其中，所述根据所述第三码元分组和所述第四码元分组确定所述T组码元中的第一组码元，包括：对所述第三码元分组和所述第四码元分组进行并串转换，得到所述T组码元中的第一组码元。

例如，第三码元分组M₁＝{0,0,0,0}，第四码元分组M₂＝{0,0,1,1}，则对第三码元分组和第四码元分组进行并串转换之后，得到一组串行码元 {0,0,0,0,0,0,1,1}。

在轨道角动量索引调制技术中，目前通常采用的方式是将激活的轨道角动量本征值构成的码字与第一码元分组在字典序列中以键值对的形式储存下来，并从字典序列中查找与第一码元分组对应的码字，但这种做法需要收发端同时维系一个庞大的字典序列，占用大量内存，消耗存储资源，且第一码元分组与码字之间的对应关系没有一定的规则，使得接收模块在对接收信号进行解调时容易出错，造成误码率高，通信性能下降。本申请实施例将贪婪算法的思想引入，根据目标公式进行动态计算，从而确定与第一码元分组对应的第一目标码字，不需要在庞大的字典序列中搜索对应的目标码字，降低了时间复杂度，提高误比特率性能，且发射端不需要维系一个超级大的字典序列，节约了字典序列所需要的内存。

参见图7，图7为本发明实施例提供的一种调制装置的示意图。其中，如图7所示，本发明实施例提供的调制装置包括：

第一分组单元701，用于对输入码元进行划分，得到T组码元；

第二分组单元702，用于将所述T组码元中的第一组码元划分为第一分组码元和第二分组码元；

第一调制单元703，用于对所述第一分组码元确定索引值，对所述第二分组码元进行调制，得到第一调制符号序列；

第一确定单元704，用于根据所述第一分组码元对应的索引值和激活的轨道角动量的数量N_A确定第i个激活的轨道角动量的本征值，直至得到N_A个本征值，其中，N_A为正整数，i为不大于N_A的正整数；

第二确定单元705，用于根据所述第一分组码元对应的N_A个本征值，确定第一目标码字；

第一变换单元706，用于根据所述第一目标码字，对所述第一调制符号序列进行傅里叶变换，得到N_A个电磁涡旋波。

在一种可能的示例中，所述第一确定单元703包括：

第一计算模块，用于将所述第一分组码元对应的索引值和目标集合中的 N_A-i个本征值代入目标公式，获取使所述目标公式成立的第i个激活的轨道角动量的本征值的最大值，其中，所述目标集合包括第i+1个至第N_A个本征值；

添加模块，用于将所述第i个激活的轨道角动量的本征值加入所述目标集合。

在一种可能的示例中，所述第一分组单元701包括：

第一确定模块，用于根据总体轨道角动量的数量N、激活的轨道角动量的数量N_A，确定第一数量a；

第二确定模块，用于根据所述N_A和调制阶数，确定第二数量b；

分组模块，用于将所述输入码元按照每组a+b个码元进行分组，得到所述 T组码元。

在一种可能的示例中，所述第二分组单元702，用于将所述T组码元中第一组码元的前a个码元划分为第一码元分组，将所述T组码元中剩余的b个码元划分为第二码元分组。

在一种可能的示例中，所述调制装置还包括：

第二变换单元707，用于对所述N_A个电磁涡旋波进行傅里叶逆变换，得到目标接收信号；

检测单元708，用于对所述目标接收信号进行检测，得到第二调制符号序列和第二目标码字；

第一解调单元709，用于对所述第二调制符号序列进行解调，得到第三码元分组；

第二解调单元710，用于对所述第二目标码字进行解调，得到第四码元分组；

第三确定单元711，用于根据所述第三码元分组和所述第四码元分组确定所述T组码元中的第一组码元。

在一种可能的示例中，所述第三确定单元711，包括：

转换模块，用于对所述第三码元分组和所述第四码元分组进行并串转换，得到所述T组码元中的第一组码元。

在一种可能的示例中，所述第二解调单元710，包括：

第三确定模块，用于对所述第二目标码字确定估计的N_A个激活的轨道角动量的本征值；

第二计算模块，用于根据估计的N_A个激活的轨道角动量的本征值计算，得到索引值；

第五确定模块，用于根据所述索引值确定所述第四码元分组。

本申请实施例中调制装置的具体实施可参见上述调制方法的各实施例，在此不做赘述。

与相关技术相比，本发明实施例提供的技术方案具有以下优点：

1)相比于相关技术使用字典序列完成码元与轨道角动量本征值构成码字的对应关系，本发明实施例采用发射端直接根据输入的码元动态计算在索引值Γ处由轨道角动量本征值直接生成独一无二的码字，即激活轨道角动量本征值对应的码字，从而避免了在庞大的字典序列中搜索，降低了时间复杂度、调制复杂度。

2)相比于相关技术收发端分别存储一张字典序列的方法，本发明实施例使得发射端和接收端不需要再去维系一个超级大的字典序列，发射端可以根据输入的码元，采用动态计算的方式找到独一无二的码字，节约了字典序列所需要的内存。

3)相比较于相关技术通过枚举的方式罗列所有可能的码字信息，本发明实施例基于贪婪算法提出的调制方法与系统，可以保证码元与码字之间独一无二的对应关系，不会出现不同的码元信息对应同一个码字，可以保证解调的正确性，提高误比特率性能。

4)相比较于相关技术，本发明实施例使得接收端根据算法逆向动态计算即可恢复出码字对应的码元信息，不需要去字典序列中去搜索，降低了接收端检测复杂度。

在本发明实施例中的各组成部分可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或processor(处理器)执行本发明实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

因此，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序使得计算机执行上述任一实施例所述的调制方法的部分或全部步骤。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述的调制方法。

本申请所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。

本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种调制方法，其特征在于，所述方法包括：

对输入码元进行划分，得到T组码元；

将所述T组码元中的第一组码元划分为第一分组码元和第二分组码元；

对所述第一分组码元确定索引值，对所述第二分组码元进行调制，得到第一调制符号序列；

根据所述第一分组码元对应的索引值和激活的轨道角动量的数量N_A确定第i个激活的轨道角动量的本征值，直至得到N_A个本征值，其中，N_A为正整数，i为不大于N_A的正整数；

根据所述第一分组码元对应的N_A个本征值，确定第一目标码字；

根据所述第一目标码字，对所述第一调制符号序列进行傅里叶变换，得到N_A个电磁涡旋波。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根所述第一分组码元对应的索引值和激活的轨道角动量的数量N_A确定第i个激活的轨道角动量的本征值，包括：

将所述第一分组码元对应的索引值和目标集合中的N_A-i个本征值代入目标公式，获取使所述目标公式成立的第i个激活的轨道角动量的本征值的最大值，其中，所述目标集合包括第i+1个至第N_A个本征值；

将所述第i个激活的轨道角动量的本征值加入所述目标集合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对输入码元进行划分，得到T组码元，包括：

根据总体轨道角动量的数量N、激活的轨道角动量的数量N_A，确定第一数量a；

根据所述N_A和调制阶数，确定第二数量b；

将所述输入码元按照每组a+b个码元进行分组，得到所述T组码元。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述T组码元中的第一组码元划分为第一分组码元和第二分组码元，包括：

将所述T组码元中第一组码元的前a个码元划分为第一码元分组，将所述T组码元中剩余的b个码元划分为第二码元分组。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述第一目标码字，对所述第一调制符号序列进行傅里叶变换，得到N_A个电磁涡旋波之后，所述方法还包括：

对所述N_A个电磁涡旋波进行傅里叶逆变换，得到目标接收信号；

对所述目标接收信号进行检测，得到第二调制符号序列和第二目标码字；

对所述第二调制符号序列进行解调，得到第三码元分组；

对所述第二目标码字进行解调，得到第四码元分组；

根据所述第三码元分组和所述第四码元分组确定所述T组码元中的第一组码元。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述第三码元分组和所述第四码元分组确定所述T组码元中的第一组码元，包括：

对所述第三码元分组和所述第四码元分组进行并串转换，得到所述T组码元中的第一组码元。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对所述第二目标码字进行解调，得到第四码元分组，包括：

对所述第二目标码字确定估计的N_A个激活的轨道角动量的本征值；

根据估计的N_A个激活的轨道角动量的本征值计算，得到索引值；

根据所述索引值确定所述第四码元分组。

8.一种调制装置，其特征在于，包括：

第一分组单元，用于对输入码元进行划分，得到T组码元；

第二分组单元，用于将所述T组码元中的第一组码元划分为第一分组码元和第二分组码元；

第一调制单元，用于对所述第一分组码元确定索引值，对所述第二分组码元进行调制，得到第一调制符号序列；

第一确定单元，用于根据所述第一分组码元对应的索引值和激活的轨道角动量的数量N_A确定第i个激活的轨道角动量的本征值，直至得到N_A个本征值，其中，N_A为正整数，i为不大于N_A的正整数；

第二确定单元，用于根据所述第一分组码元对应的N_A个本征值，确定第一目标码字；

第一变换单元，用于根据所述第一目标码字，对所述第一调制符号序列进行傅里叶变换，得到N_A个电磁涡旋波。

9.一种调制设备，其特征在于，至少包括：处理器和用于存储能够在所述处理器上运行的可执行指令的存储器，其中：

处理器用于运行所述可执行指令时，所述可执行指令执行如权利要求1至7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如权利要求1至7任一项所述的方法。

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