CN116192286A - 一种信号发射系统、信号接收系统、信号发射方法及装置 - Google Patents

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CN116192286A CN202310092491.6A CN202310092491A CN116192286A CN 116192286 A CN116192286 A CN 116192286A CN 202310092491 A CN202310092491 A CN 202310092491A CN 116192286 A CN116192286 A CN 116192286A
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杨航
何通
李楠
郑史烈
余显斌
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Zhejiang University ZJU
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Abstract

本说明书公开了一种信号发射系统、信号接收系统、信号发射方法及装置。通过本说明书提供的信号发射系统中控制芯片控制信号源生成的指定信号分别到第一、第二调频装置的传输，可使第一、第二调频装置能够分别根据是否收到指定信号，确定自身的待传输信息对应的有用信号，以根据自身的有用信号调制载波分别得到处于太赫兹频段的第一射频信号及第二射频信号。以通过超表面器件生成并发射共轴传输的双模态轨道角动量电磁波，实现对待传输信息的传输。能够生成处于太赫兹频段的共轴传输的双模态轨道角动量电磁波并发射，实现将待传输信息到信号接收端的发送。

Description

一种信号发射系统、信号接收系统、信号发射方法及装置
技术领域
本说明书涉及通信技术领域，尤其涉及一种信号发射系统、信号接收系统、信号发射方法及装置。
背景技术
随着无线通信产业的发展，频谱资源愈发匮乏。无线电频谱需求量的增加与有限的频谱资源之间的矛盾愈发突出。为了缓解现有矛盾，迫切需要一种新的无线通信方式。
螺旋状的电磁波具有轨道角动量。不同模态的轨道角动量间的正交性为无线通信提供了新的研究方向。
为了解决频谱资源愈发匮乏的问题，本说明书提供一种基于轨道角动量的信号发射及信号接收方式。
发明内容
本说明书提供一种信号发射系统、信号接收系统、信号发射方法及装置，以至少部分的解决上述存在的问题。
本说明书采用下述技术方案：
本说明书提供了一种信号发射系统，所述系统包括：信号源、载波发生器、第一调频装置、第二调频装置、控制芯片及超表面器件；其中：
所述信号源，用于生成指定信号；
所述控制芯片，用于根据待传输信息，控制是否将所述信号源生成的所述指定信号传输至所述第一调频装置和所述第二调频装置，使所述第一调频装置和所述第二调频装置根据是否接收到所述指定信号，确定所述待传输信息对应的有用信号；
所述载波发生器，用于生成载波，并将所述载波传输至所述第一调频装置和所述第二调频装置；
所述第一调频装置，用于根据所述第一调频装置自身确定的有用信号，对所述第一调频装置自身接收到的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第一射频信号，并从第一方向向所述超表面器件输出所述第一射频信号；
所述第二调频装置，用于根据所述第二调频装置自身确定的有用信号，对所述第二调频装置自身接收到的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第二射频信号，并从第二方向向所述超表面器件输出所述第二射频信号；
所述超表面器件，用于基于所述第一射频信号以及所述第二射频信号，输出沿第三方向共轴传输的双模态轨道角动量电磁波。
可选地，所述第一调频装置至少包括：第一倍频器以及第一混频器；
所述第一倍频器，用于将所述载波调频至太赫兹频段，并发送至所述第一混频器；
所述第一混频器，用于根据是否接收到所述指定信号，确定所述待传输信息对应的有用信号，并根据所述第一混频器自身确定出的有用信号，对所述第一混频器自身接收到的太赫兹频段的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第一射频信号。
可选地，所述第一调频装置还包括：第一带通滤波器；
所述第一倍频器，具体用于对所述载波进行调频，得到太赫兹波，并将所述太赫兹波发送至所述第一带通滤波器；
所述第一带通滤波器，具体用于接收所述第一倍频器发送的太赫兹波，对接收到的太赫兹波滤波得到第一指定太赫兹频段的载波，并发至所述第一混频器。
可选地，所述第二调频装置至少包括：第二倍频器以及第二混频器；
所述第二倍频器，用于将所述载波调频至太赫兹频段，并发送至所述第二混频器；
所述第二混频器，用于根据是否接收到所述指定信号，确定所述待传输信息对应的有用信号，并根据所述第二混频器自身确定出的有用信号，对所述第二混频器自身接收到的太赫兹频段的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第二射频信号。
可选地，所述第二调频装置还包括：第二带通滤波器；
所述第二倍频器，具体用于对所述载波进行调频，得到太赫兹波，并将所述太赫兹波发送至所述第二带通滤波器；
所述第二带通滤波器，具体用于接收所述第二倍频器发送的太赫兹波，对接收到的太赫兹波滤波得到第二指定太赫兹频段的载波，并发至所述第二混频器。
可选地，所述信号发射系统还包括第一功率放大器以及第二功率放大器；
所述第一调频装置，具体用于将所述第一射频信号传输至所述第一功率放大器，通过所述第一功率放大器，将功率放大的第一射频信号从第一方向向所述超表面器件输出；
所述第二调频装置，具体用于将所述第二射频信号传输至所述第二功率放大器，通过所述第二功率放大器，将功率放大的第二射频信号从第二方向向所述超表面器件输出。
可选地，所述控制芯片为单片机。
本说明书提供了一种信号接收系统，所述系统包括：信号分离装置以及解调装置；其中：
所述信号分离装置，用于接收太赫兹频段的双模态轨道角动量电磁波，并将所述双模态轨道角动量电磁波分离得到沿第四方向传输的第一接收信号，以及沿第五方向传输的第二接收信号；
所述解调装置，用于对所述第一接收信号解调，得到所述双模态轨道角动量电磁波携带的第一信息，以及对所述第二接收信号进行解调，得到所述双模态轨道角动量电磁波携带的第二信息；
其中，所述第一信息与所述第二信息为所述信号发射系统用于调制载波的待传输信息。
可选地，所述信号分离装置包括：重构板、补偿板以及透镜；
所述重构板，用于将所述双模态轨道角动量电磁波变换为线性波，得到第一线性波；
所述补偿板，用于接收所述重构板变换得到的所述第一线性波，并去除所述第一线性波的噪声相位，得到第二线性波；
所述透镜，用于根据所述第二线性波，分离得到沿第四方向传输的第一接收信号，以及沿第五方向传输的第二接收信号。
可选地，所述解调装置包括第一下变频模块、第二下变频模块、第三功率放大器以及第四功率放大器；
所述第一下变频模块，用于接收所述第一接收信号，并将所述第一接收信号的频段由太赫兹频段降低到指定频段，得到第一变频信号，并将所述第一变频信号输入所述第三功率放大器；
所述第三功率放大器，用于根据所述第一变频信号，得到所述双模态轨道角动量电磁波携带的第一信息；
所述第二下变频模块，用于接收所述第二接收信号，并将所述第二接收信号的频段由太赫兹频段降低到所述指定频段，得到第二变频信号，并将所述第二变频信号输入所述第四功率放大器；
所述第四功率放大器，用于根据所述第二变频信号，得到所述双模态轨道角动量电磁波携带的第二信息。
可选地，所述信号接收系统还包括：显示器；
所述显示器，用于展示所述第一信息以及所述第二信息。
本说明书提供了一种信号发射方法，应用于控制芯片，所述方法包括：
获取待传输信息；
根据所述待传输信息控制是否将信号源生成的指定信号传输至第一调频装置和第二调频装置，使所述第一调频装置和所述第二调频装置根据是否接收到所述指定信号，确定所述待传输信息对应的有用信号；
其中，所述有用信号，用于使得所述第一调频装置根据所述第一调频装置自身确定的有用信号，对所述第一调频装置自身接收到的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第一射频信号，并从第一方向向所述超表面器件输出所述第一射频信号，以及用于使得所述第二调频装置根据所述第二调频装置自身确定的有用信号，对所述第二调频装置自身接收到的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第二射频信号，并从第二方向向超表面器件输出所述第二射频信号；所述第一射频信号以及所述第二射频信号用于使所述超表面器件输出沿第三方向共轴传输的双模态轨道角动量电磁波。
本说明书提供了一种信号发射装置，应用于控制芯片，所述装置包括：
获取模块，用于获取待传输信息；
调制发射模块，用于根据所述待传输信息控制是否将信号源生成的指定信号传输至第一调频装置和第二调频装置，使所述第一调频装置和所述第二调频装置根据是否接收到所述指定信号，确定所述待传输信息对应的有用信号；其中，所述有用信号，用于使得所述第一调频装置根据所述第一调频装置自身确定的有用信号，对所述第一调频装置自身接收到的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第一射频信号，并从第一方向向所述超表面器件输出所述第一射频信号，以及用于使得所述第二调频装置根据所述第二调频装置自身确定的有用信号，对所述第二调频装置自身接收到的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第二射频信号，并从第二方向向超表面器件输出所述第二射频信号；所述第一射频信号以及所述第二射频信号用于使所述超表面器件输出沿第三方向共轴传输的双模态轨道角动量电磁波。
本说明书提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述信号发射方法。
本说明书提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述信号发射方法。
本说明书采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：通过本说明书提供的信号发射系统，能够使得控制芯片控制信号源生成的指定信号分别到第一、第二调频装置的传输，使得第一、第二调频装置能够分别根据是否收到指定信号确定自身的待传输信息对应的有用信号，以根据自身的有用信号调制载波分别得到处于太赫兹频段的第一射频信号及第二射频信号，以通过超表面器件生成并发射共轴传输的双模态轨道角动量电磁波，以实现对待传输信息的传输。能够生成处于太赫兹频段的共轴传输的双模态轨道角动量电磁波并发射，实现对待传输信息的发送。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本说明书的进一步理解，构成本说明书的一部分，本说明书的示意性实施例及其说明用于解释本说明书，并不构成对本说明书的不当限定。在附
图中：
图1为本说明书中提供的一种信号发射系统的示意图；
图2为本说明书中提供的一种信号发射系统的示意图；
图3为本说明书中提供的一种信号接收系统的示意图；
图4为本说明书中提供的一种信号分离装置的示意图；
图5为本说明书中提供的一种解调装置的示意图；
图6为本说明书中提供的一种信号发射方法的流程示意图；
图7为本说明书中提供的一种信号发射装置的示意图；
图8为本说明书中提供的一种电子设备的示意图。
具体实施方式
由于螺旋状的电磁波具有轨道角动量，不同模态的轨道角动量间具有正交性，因此，若能够生成轨道角动量电磁波并传输，则能够实现通过一个载波传输多份信息。当然，同时传输的多份信息分别对应的轨道角动量电磁波的模态应当是不同的，如此才能保证轨道角动量电磁波间的正交性，使得各轨道角动量电磁波互不干扰。
因此，本说明书根据不同模态的轨道角动量电磁波的正交性，实现信息的无线传输。
另外，由于如今在无线通信领域常用的频段的频谱资源几乎耗尽。于是，本说明书中将无线通信落实在新的频段——太赫兹频段，以解决现有的无线通信技术所存在的问题。
为使本说明书的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书具体实施例及相应的附图对本说明书技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，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，都属于本说明书保护的范围。
以下结合附图，详细说明本说明书各实施例提供的技术方案。
图1为本说明书提供的一种信号发射系统的示意图。该系统包括：信号源、载波发生器、第一调频装置、第二调频装置、控制芯片及超表面器件。其中：
该信号源，用于生成指定信号。
在本说明书一个或多个实施例中，该信号源可以是任意波形发生器。
该控制芯片，则用于根据待传输信息，控制是否将该信号源生成的指定信号传输至第一调频装置和第二调频装置，使第一调频装置和第二调频装置根据是否接收到指定信号，确定待传输信息对应的有用信号。
图1中，除了从载波发生器指向第一调频装置的实线箭头外，指向第一调频装置的另一实线箭头表示指定信号被传输至第一调频装置。指向第一调频装置的虚线箭头表示指定信号未被传输至第一调频装置。图1中，除了从载波发生器指向第二调频装置的实线箭头外，指向第二调频装置的另一实线箭头表示指定信号被传输至第二调频装置。指向第二调频装置的虚线箭头表示指定信号未被传输至第二调频装置。
其中，该控制芯片对是否将该信号源生成的指定信号传输至第一调频装置和第二调频装置的控制，可通过该控制芯片与第一调频装置间的第一开关(图1中未示出)，以及该控制芯片与第二调频装置间的第二开关实现。即，该控制芯片可通过控制第一开关，控制是否将该信号源生成的指定信号传输至第一调频装置，通过控制第二开关(图1中未示出)，控制是否将该信号源生成的指定信号传输至第二调频装置。
在本说明书一个或多个实施例中，该待传输信息可包括第一调频装置对应的第一待传输信息，以及第二调频装置对应的第二待传输信息。
在本说明书一个或多个实施例中，该指定信号可用于表示特定含义，也可无任何意义，只要第一调频装置和第二调频装置能够根据自身是否接收到该指定信号而确定有用信号即可。
该第一待传输信息与第二待传输信息可以是不同的、互不相关的两份信息，如两个用户的信息，或同一个用户的不同业务信息。或者，该第一待传输信息与第二待传输信息也可用于表示同一份信息，如将同一个用户的同一个业务信息。
以第一待传输信息与第二待传输信息用于表示同一份信息为例，假设第一待传输信息以101表示，第二待传输信息以011表示。第一调频装置和第二调频装置可在接收到指定信号确定有用信号为1，未接收到指定信号时确定有用信号为0。
在传输第一待传输信息的第一位数据“1”时，该控制芯片可控制该指定信号传输至第一调频装置，第一调频装置可确定有用信号为1。当传输第一待传输信息的第二位数据“0”时，该控制芯片可控制该指定信号不被传输至第一调频装置，该第一调频装置可确定有用信号为0。在传输第一待传输信息的第三位数据“1”时，该控制芯片可控制该指定信号传输至第一调频装置，该第一调频装置可确定有用信号为1。即，在该第一调频装置未接收到指定信号时，可确定有用信号为0，否则确定有用信号为1。
在传输第二待传输信息的第一位数据“0”时，该控制芯片可控制该指定信号不被传输至第二调频装置，该第二调频装置可确定有用信号为0。在传输第二待传输信息的第二位数据“1”时，该控制芯片可控制该指定信号传输至第二调频装置，该第二调频装置可确定有用信号为1。在传输第二待传输信息的第三位数据“1”时，该控制芯片可控制该指定信号传输至第二调频装置，该第二调频装置可确定有用信号为1。
其中，第一待传输信息与第二传输信息相同位的数据同时传输。则，当信号发射系统发射携带第一待传输信息的第一位数据“1”以及第二待传输信息的第一位数据“0”的轨道角动量电磁波后，信号接收系统可接收并解调得到的数据表示“10”。当信号发射系统发射携带第一待传输信息的第二位数据“0”以及第二待传输信息的第二位数据“1”的轨道角动量电磁波后，信号接收系统可接收并解调得到的数据表示“01”。当信号发射系统发射携带第一待传输信息的第三位数据“1”以及第二待传输信息的第三位数据“1”的轨道角动量电磁波后，信号接收系统可接收并解调得到的数据表示“11”。
即，待传输信息以10、01、11的键控信号形式被传输。不同的键控信号可表示不同的含义，能够用于还原待传输信息。
并且，第一调频装置和第二调频装置根据是否接收到该指定信号，各自确定出的该待传输信息对应的有用信号可以相同也可以不同。
需要说明的是，本说明书中对具体采用哪种控制芯片不做限制。例如，该控制芯片可以是单片机。
或者，在本说明书一个或多个实施例中，该控制芯片还可以是现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等芯片。
基于控制芯片对第一开关与第二开关的控制，可实现快速控制指定信号至第一、第二调频装置的传输，以进一步使得第一调频装置、第二调频装置快速确定自身对应的有用信号，使得第一射频信号与第二射频信号能够快速生成，并输入至超表面器件，实现双模态轨道角动量电磁波的快速发射。
在本说明书中，该载波发生器，可用于生成载波，并将载波传输至第一调频装置和该第二调频装置。
在本说明书一个或多个实施例中，该载波发生器具体可以是本振信号源，用于提供12.5GHZ的载波。
其中，传输至第一调频装置的载波与第二调频装置的载波频率可以相同也可以不同。
该第一调频装置，则用于根据该第一调频装置自身确定的有用信号，对该第一调频装置自身接收到的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第一射频信号，并从第一方向向超表面器件输出该第一射频信号。
该第二调频装置，则用于根据第二调频装置自身确定的有用信号，对第二调频装置自身接收到的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第二射频信号，并从第二方向向超表面器件输出该第二射频信号。
该超表面器件，则可用于基于第一射频信号以及第二射频信号，输出沿第三方向共轴传输的双模态轨道角动量电磁波。即，实现携带待传输信息的双模态轨道角动量电磁波向接收端的发射。
基于图1所示的信号发射系统，能够使得控制芯片控制信号源生成的指定信号分别到第一、第二调频装置的传输，使得第一、第二调频装置能够分别根据是否收到指定信号确定自身的待传输信息对应的有用信号，以根据自身的有用信号调制载波分别得到处于太赫兹频段的第一射频信号及第二射频信号，以通过超表面器件生成并发射共轴传输的双模态轨道角动量电磁波，以实现对待传输信息的传输。能够生成处于太赫兹频段的共轴传输的双模态轨道角动量电磁波并发射，实现将待传输信息到信号接收端的发送。
在本说明书一个或多个实施例中，超表面器件的等效相位函数φ1(x1,y1)如下所示：
Figure BDA0004084042420000071
其中，l1、l2均表示模态，
Figure BDA0004084042420000072
θi1表示第一射频信号与超表面器件垂直方向的夹角，θi2表示第二射频信号与超表面器件垂直方向的夹角。
在本说明书一个或多个实施例中，θi1＝30°，θi2＝-30°。当然还可以采用其他角度，本说明书在此不做限制。i为虚数单位。
其中，
Figure BDA0004084042420000073
表示太赫兹频段的载波波矢大小，λ为波长。x1、y1表示超表面器件的x、y两个坐标轴的坐标。z轴为超表面器件的垂直方向。x为水平方向的坐标轴，y为竖直方向的坐标轴。
在本说明书一个或多个实施例中，l1＝1，l2＝-1。
基于该等效相位函数，第一射频信号与第二射频信号在输入超表面器件后，在垂直超表面器件的后方可得到模态为l1、l2的共轴传输的双模态轨道角动量电磁波信号。
另外，由于信号源生成的载波并非太赫兹频段的波，因此，需将载波进行上变频，得到太赫兹频段的载波，之后可再根据有用信号对太赫兹频段的载波进行调制。
因此，在本说明书一个或多个实施例中，第一调频装置可至少包括：第一倍频器以及第一混频器。
该第一倍频器，可用于将载波调频至太赫兹频段，并发送至第一混频器。
该第一混频器，则用于根据是否接收到该指定信号，确定待传输信息对应的有用信号，并根据该第一混频器自身确定出的有用信号，对该第一混频器自身接收到的太赫兹频段的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第一射频信号。
进一步地，由于在进行上变频过程中可能会出现作为噪声的其他谐波。因此，在本说明书一个或多个实施例中，第一调频装置还包括：第一带通滤波器。
则，该第一倍频器，可具体用于对载波进行调频，得到太赫兹波，并将该太赫兹波发送至第一带通滤波器。
该第一带通滤波器，具体用于接收第一倍频器发送的太赫兹波，并对接收到的太赫兹波滤波得到第一指定太赫兹频段的载波，并发至第一混频器。
之后，该第一混频器，则可根据是否接收到该指定信号，确定待传输信息对应的有用信号，并根据该第一混频器自身确定出的有用信号，对该第一混频器自身接收到的太赫兹频段的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第一射频信号。
在本说明书一个或多个实施例中，该第二调频装置至少包括：第二倍频器以及第二混频器。
该第二倍频器，可用于将载波调频至太赫兹频段，并发送至第二混频器。
该第二混频器，则用于根据是否接收到该指定信号，确定待传输信息对应的有用信号，并根据第二混频器自身确定出的有用信号，对第二混频器自身接收到的太赫兹频段的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第二射频信号。
在本说明书一个或多个实施例中，第二调频装置还包括：第二带通滤波器。
该第二倍频器，具体用于对载波进行调频，得到太赫兹波，并将得到的太赫兹波发送至第二带通滤波器。
该第二带通滤波器，具体用于接收第二倍频器发送的太赫兹波，对接收到的太赫兹波滤波得到第二指定太赫兹频段的载波，并发至第二混频器。
该第二混频器则可根据是否接收到指定信号，确定待传输信息对应的有用信号，并根据第二混频器自身确定出的有用信号，对第二混频器自身接收到的太赫兹频段的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第二射频信号。
需要说明的是，第一指定太赫兹频段的载波与第二指定太赫兹频段的载波频率可以相同，也可以不同。
在本说明书一个或多个实施例中，当载波发生器输出的载波为12.5GHZ的载波时，该第一倍频器和/或第二倍频器可以是8倍频器。则，第一指定太赫兹频段的载波，和/或，第二指定太赫兹频段的载波可以是100GHZ的载波。
另外，为了保证输入超表面器件的射频信号的质量，该信号发射系统还可包括第一功率放大器以及第二功率放大器。
该第一调频装置，具体用于将第一射频信号传输至第一功率放大器，通过第一功率放大器，将功率放大的第一射频信号从第一方向向超表面器件输出。
该第二调频装置，具体用于将第二射频信号传输至第二功率放大器，通过第二功率放大器，将功率放大的第二射频信号从第二方向向超表面器件输出。
由于功率放大的第一射频信号与第二射频信号需要向超表面器件发射，因此，该信号发射系统还可包括第一喇叭天线以及第二喇叭天线。如图2所示。
图2为本说明书提供的一种信号发射系统的示意图。如图2，信号发射系统包括载波发生器、第一倍频器、第一带通滤波器、第一混频器、第一功率放大器、第一喇叭天线、第二倍频器、第二带通滤波器、第二混频器、第二功率放大器、第二喇叭天线、信号源、控制芯片、第一开关、第二开关、第一负载、第二负载以及超表面器件。
其中，该第一开关与第二开关皆为单刀双掷电开关。
该控制芯片可在控制第一开关的J1端输出时，使得信号源的输出端J0与第一开关的J1连通，进一步使得指定信号被传输至第一混频器。该控制芯片在控制第一开关的J2端输出时，使得第一开关的J2与J0连通，进一步使得指定信号未被传输至第一混频器。该第一负载用于接收指定信号，避免指定信号泄漏造成干扰。
该控制芯片可在控制第二开关的J1端输出时，使得信号源的输出端J0与第二开关的J1端连通，进一步使得指定信号被传输至第二混频器。该控制芯片在控制第二开关的J2端输出时，使得第二开关的J2与J0连通，进一步使得指定信号未被传输至第二混频器。该第二负载用于接收指定信号，避免指定信号泄漏造成干扰。
本说明书还提供了图3所示的信号接收系统，该信号接收系统包括：信号分离装置以及解调装置。其中：
该信号分离装置，用于接收太赫兹频段的双模态轨道角动量电磁波，并将该双模态轨道角动量电磁波分离得到沿第四方向传输的第一接收信号，以及沿第五方向传输的第二接收信号。
该解调装置，用于对第一接收信号解调，得到双模态轨道角动量电磁波携带的第一信息，以及对第二接收信号进行解调，得到模态轨道角动量电磁波携带的第二信息。
其中，该第一信息与第二信息为信号发射系统用于调制载波的待传输信息。
在本说明书一个或多个实施例中，该第一信息与第二信息具体可以是如图1所示的信号发射系统用于调制载波的待传输信息。当然，图1所示的信号发射系统仅为本说明书提供的一个示例。该信号接收系统解调得到的第一信息与第二信息还可以是其他形式的信号发射系统用于调制载波的待传输信息。该太赫兹频段的双模态轨道角动量电磁波也可以采用图1以外的方式得到，本说明书在此不做限制。
同理，通过图1所示的信号发射系统发射的太赫兹频段的双模态轨道角动量电磁波，可通过图3所示的信号接收系统接收并解调得到待传输信息，或者，也可采用图3以外的信号接收系统接收并解调得到待传输信息，本说明书在此不做限制。
基于图3所示的信号接收系统，能够接收太赫兹频段的双模态轨道角动量电磁波，并分离得到沿第四方向传输的第一接收信号，以及沿第五方向传输的第二接收信号，以解调得到双模态轨道角动量电磁波携带的第一信息，以及第二信息。实现对信号发射段生成的太赫兹频段的双模态轨道角动量电磁波的接收，并解调得到待传输信息，实现无线通信。
另外，在本说明书一个或多个实施例中，信号分离装置可包括：重构板、补偿板以及透镜。
该重构板，用于将双模态轨道角动量电磁波变换为线性波，得到第一线性波。
由于该重构板在将双模态轨道角动量电磁波变换为线性波的过程中会引入噪声相位。因此，需对噪声相位进行消除。
补偿板，则用于接收重构板变换得到的第一线性波，并去除第一线性波的噪声相位，得到第二线性波。
该透镜，则用于根据第二线性波，分离得到沿第四方向传输的第一接收信号，以及沿第五方向传输的第二接收信号。
图4为本说明书提供的一种信号分离装置的示意图。如图4，重构板接收双模态轨道角动量电磁波。重构板与补偿板的间距为50mm，补偿板与透镜紧挨贴合，为了便于展示，图4将补偿板与透镜分离。其中，透镜焦距为300mm。
在本说明书一个或多个实施例中，重构板的等效相位函数φ2(x2,y2)的表达式为：
Figure BDA0004084042420000101
在本说明书一个或多个实施例中，补偿板的等效相位函数φ3(x2,y2)的表达式为：
Figure BDA0004084042420000102
其中，a、b、L为预设参数，L表示重构板和补偿板之间的距离。k为太赫兹频段的载波波矢大小。
Figure BDA0004084042420000103
x2、y2表示重构板与补偿板所在坐标系的x、y坐标轴中的坐标。
在本说明书一个或多个实施例中，a＝9.70mm、b＝14mm，L＝50mm。
在本说明书一个或多个实施例中，该解调装置可包括第一下变频模块、第二下变频模块、第三功率放大器以及第四功率放大器。
该第一下变频模块，用于接收第一接收信号，并将第一接收信号的频段由太赫兹频段降低到指定频段，得到第一变频信号，并将第一变频信号输入第三功率放大器。
该第三功率放大器，用于根据第一变频信号，得到双模态轨道角动量电磁波携带的第一信息。
第二下变频模块，则用于接收第二接收信号，并将第二接收信号的频段由太赫兹频段降低到该指定频段，得到第二变频信号。
该第四功率放大器，用于根据第二变频信号，得到双模态轨道角动量电磁波携带的第二信息。
在本说明书一个或多个实施例中，该信号接收系统还可包括：显示器。该显示器，用于展示第一信息以及第二信息。
在本说明书一个或多个实施例中，该信号接收系统还可包括：离线数字信号处理装置，用于对第一信息以及第二信息进行数字信号处理。
由于解调装置需接收第一接收信号以及第二接收信号。因此，解调装置可包括第三喇叭天线以及第四喇叭天线。
图5为本说明书提供的一种解调装置的示意图。如图5所示，解调装置通过第三喇叭天线接收第一接收信号，接收到的第一接收信号输入第一下变频模块后，得到第一变频信号。将第一变频信号输入第三功率放大器，得到第三功率放大器输出的第一信息。解调装置通过第四喇叭天线接收第二接收信号，接收到的第二接收信号输入第二下变频模块后，得到第二变频信号。将第二变频信号输入第四功率放大器，得到第四功率放大器输出的第二信息。第一信息与第二信息可被输入显示器进行展示。之后，还可通过离线数字信号处理装置进行数字信号处理。
本说明书还提供了一种信号发射方法，如图6所示。
图6为本说明书中一种信号发射方法的流程示意图，该信号发射方法由控制芯片执行。该方法具体包括以下步骤：
S100：获取待传输信息。
S102：根据所述待传输信息控制是否将信号源生成的指定信号传输至第一调频装置和第二调频装置，使所述第一调频装置和所述第二调频装置根据是否接收到所述指定信号，确定所述待传输信息对应的有用信号。
其中，该有用信号，用于使得第一调频装置根据第一调频装置自身确定的有用信号，对第一调频装置自身接收到的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第一射频信号，并从第一方向向超表面器件输出第一射频信号，以及用于使得第二调频装置根据第二调频装置自身确定的有用信号，对第二调频装置自身接收到的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第二射频信号，并从第二方向向超表面器件输出所述第二射频信号。第一射频信号以及所述第二射频信号用于使超表面器件输出沿第三方向共轴传输的双模态轨道角动量电磁波。
基于图6所示的方法，能够使得控制芯片控制信号源生成的指定信号分别到第一、第二调频装置的传输，使得第一、第二调频装置能够分别根据是否收到指定信号，确定自身的待传输信息对应的有用信号，以根据自身的有用信号调制载波分别得到处于太赫兹频段的第一射频信号及第二射频信号，以通过超表面器件生成并发射共轴传输的双模态轨道角动量电磁波，以实现对待传输信息的传输。能够生成处于太赫兹频段的共轴传输的双模态轨道角动量电磁波并发射，实现将待传输信息到信号接收端的发送。
图7为本说明书提供的一种信号发射装置的示意图，该信号发射装置应用于控制芯片，该装置包括：
获取模块200，用于获取待传输信息。
调制发射模块201，用于根据所述待传输信息控制是否将信号源生成的指定信号传输至第一调频装置和第二调频装置，使所述第一调频装置和所述第二调频装置根据是否接收到所述指定信号，确定所述待传输信息对应的有用信号；其中，所述有用信号，用于使得所述第一调频装置根据所述第一调频装置自身确定的有用信号，对所述第一调频装置自身接收到的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第一射频信号，并从第一方向向所述超表面器件输出所述第一射频信号，以及用于使得所述第二调频装置根据所述第二调频装置自身确定的有用信号，对所述第二调频装置自身接收到的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第二射频信号，并从第二方向向超表面器件输出所述第二射频信号；所述第一射频信号以及所述第二射频信号用于使所述超表面器件输出沿第三方向共轴传输的双模态轨道角动量电磁波。
本说明书还提供了一种计算机可读存储介质，该存储介质存储有计算机程序，计算机程序可用于执行上述信号发射方法。
本说明书还提供了图8所示的电子设备的示意结构图。如图8所述，在硬件层面，该电子设备包括处理器、内部总线、网络接口、内存以及非易失性存储器，当然还可能包括其他业务所需要的硬件。处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行，以实现上述信号发射方法。当然，除了软件实现方式之外，本说明书并不排除其他实现方式，比如逻辑器件抑或软硬件结合的方式等等，也就是说以下处理流程的执行主体并不限定于各个逻辑单元，也可以是硬件或逻辑器件。
在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本说明书时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。

Claims (15)

1.一种信号发射系统，其特征在于，所述系统包括：信号源、载波发生器、第一调频装置、第二调频装置、控制芯片及超表面器件；其中：
所述信号源，用于生成指定信号；
所述控制芯片，用于根据待传输信息，控制是否将所述信号源生成的所述指定信号传输至所述第一调频装置和所述第二调频装置，使所述第一调频装置和所述第二调频装置根据是否接收到所述指定信号，确定所述待传输信息对应的有用信号；
所述载波发生器，用于生成载波，并将所述载波传输至所述第一调频装置和所述第二调频装置；
所述第一调频装置，用于根据所述第一调频装置自身确定的有用信号，对所述第一调频装置自身接收到的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第一射频信号，并从第一方向向所述超表面器件输出所述第一射频信号；
所述第二调频装置，用于根据所述第二调频装置自身确定的有用信号，对所述第二调频装置自身接收到的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第二射频信号，并从第二方向向所述超表面器件输出所述第二射频信号；
所述超表面器件，用于基于所述第一射频信号以及所述第二射频信号，输出沿第三方向共轴传输的双模态轨道角动量电磁波。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一调频装置至少包括：第一倍频器以及第一混频器；
所述第一倍频器，用于将所述载波调频至太赫兹频段，并发送至所述第一混频器；
所述第一混频器，用于根据是否接收到所述指定信号，确定所述待传输信息对应的有用信号，并根据所述第一混频器自身确定出的有用信号，对所述第一混频器自身接收到的太赫兹频段的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第一射频信号。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一调频装置还包括：第一带通滤波器；
所述第一倍频器，具体用于对所述载波进行调频，得到太赫兹波，并将所述太赫兹波发送至所述第一带通滤波器；
所述第一带通滤波器，具体用于接收所述第一倍频器发送的太赫兹波，对接收到的太赫兹波滤波得到第一指定太赫兹频段的载波，并发至所述第一混频器。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二调频装置至少包括：第二倍频器以及第二混频器；
所述第二倍频器，用于将所述载波调频至太赫兹频段，并发送至所述第二混频器；
所述第二混频器，用于根据是否接收到所述指定信号，确定所述待传输信息对应的有用信号，并根据所述第二混频器自身确定出的有用信号，对所述第二混频器自身接收到的太赫兹频段的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第二射频信号。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二调频装置还包括：第二带通滤波器；
所述第二倍频器，具体用于对所述载波进行调频，得到太赫兹波，并将所述太赫兹波发送至所述第二带通滤波器；
所述第二带通滤波器，具体用于接收所述第二倍频器发送的太赫兹波，对接收到的太赫兹波滤波得到第二指定太赫兹频段的载波，并发至所述第二混频器。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号发射系统还包括第一功率放大器以及第二功率放大器；
所述第一调频装置，具体用于将所述第一射频信号传输至所述第一功率放大器，通过所述第一功率放大器，将功率放大的第一射频信号从第一方向向所述超表面器件输出；
所述第二调频装置，具体用于将所述第二射频信号传输至所述第二功率放大器，通过所述第二功率放大器，将功率放大的第二射频信号从第二方向向所述超表面器件输出。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制芯片为单片机。
8.一种信号接收系统，其特征在于，所述系统包括：信号分离装置以及解调装置；其中：
所述信号分离装置，用于接收太赫兹频段的双模态轨道角动量电磁波，并将所述双模态轨道角动量电磁波分离得到沿第四方向传输的第一接收信号，以及沿第五方向传输的第二接收信号；
所述解调装置，用于对所述第一接收信号解调，得到所述双模态轨道角动量电磁波携带的第一信息，以及对所述第二接收信号进行解调，得到所述双模态轨道角动量电磁波携带的第二信息；
其中，所述第一信息与所述第二信息为所述信号发射系统用于调制载波的待传输信息。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述信号分离装置包括：重构板、补偿板以及透镜；
所述重构板，用于将所述双模态轨道角动量电磁波变换为线性波，得到第一线性波；
所述补偿板，用于接收所述重构板变换得到的所述第一线性波，并去除所述第一线性波的噪声相位，得到第二线性波；
所述透镜，用于根据所述第二线性波，分离得到沿第四方向传输的第一接收信号，以及沿第五方向传输的第二接收信号。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述解调装置包括第一下变频模块、第二下变频模块、第三功率放大器以及第四功率放大器；
所述第一下变频模块，用于接收所述第一接收信号，并将所述第一接收信号的频段由太赫兹频段降低到指定频段，得到第一变频信号，并将所述第一变频信号输入所述第三功率放大器；
所述第三功率放大器，用于根据所述第一变频信号，得到所述双模态轨道角动量电磁波携带的第一信息；
所述第二下变频模块，用于接收所述第二接收信号，并将所述第二接收信号的频段由太赫兹频段降低到所述指定频段，得到第二变频信号，并将所述第二变频信号输入所述第四功率放大器；
所述第四功率放大器，用于根据所述第二变频信号，得到所述双模态轨道角动量电磁波携带的第二信息。
11.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述信号接收系统还包括：显示器；
所述显示器，用于展示所述第一信息以及所述第二信息。
12.一种信号发射方法，其特征在于，应用于控制芯片，所述方法包括：
获取待传输信息；
根据所述待传输信息控制是否将信号源生成的指定信号传输至第一调频装置和第二调频装置，使所述第一调频装置和所述第二调频装置根据是否接收到所述指定信号，确定所述待传输信息对应的有用信号；
其中，所述有用信号，用于使得所述第一调频装置根据所述第一调频装置自身确定的有用信号，对所述第一调频装置自身接收到的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第一射频信号，并从第一方向向超表面器件输出所述第一射频信号，以及用于使得所述第二调频装置根据所述第二调频装置自身确定的有用信号，对所述第二调频装置自身接收到的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第二射频信号，并从第二方向向超表面器件输出所述第二射频信号；所述第一射频信号以及所述第二射频信号用于使所述超表面器件输出沿第三方向共轴传输的双模态轨道角动量电磁波。
13.一种信号发射装置，其特征在于，应用于控制芯片，所述装置包括：
获取模块，用于获取待传输信息；
调制发射模块，用于根据所述待传输信息控制是否将信号源生成的指定信号传输至第一调频装置和第二调频装置，使所述第一调频装置和所述第二调频装置根据是否接收到所述指定信号，确定所述待传输信息对应的有用信号；其中，所述有用信号，用于使得所述第一调频装置根据所述第一调频装置自身确定的有用信号，对所述第一调频装置自身接收到的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第一射频信号，并从第一方向向超表面器件输出所述第一射频信号，以及用于使得所述第二调频装置根据所述第二调频装置自身确定的有用信号，对所述第二调频装置自身接收到的载波进行调制，得到处于太赫兹频段的第二射频信号，并从第二方向向超表面器件输出所述第二射频信号；所述第一射频信号以及所述第二射频信号用于使所述超表面器件输出沿第三方向共轴传输的双模态轨道角动量电磁波。
14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述权利要求12所述的信号发射方法。
15.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求12所述的信号发射方法。
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