姓名：陈敏
学号：21011210025
学院：通信工程学院
【嵌牛导读】基于均匀圆阵的OAM通信系统性能
【嵌牛鼻子】轨道角动量，涡旋电磁波
【嵌牛提问】UCA-OAM通信系统性能如何？
【嵌牛正文】
RF-OAM系统商业化部署的主要障碍之一是发射和接收天线阵需要完美对准。如果不能准确满足这一条件，系统性能会迅速恶化。所以本文在接收端进行接收技术研究以改善上述问题。在一个RF-OAM通信系统中，OAM波束由发射端的 元UCA产生，并在接收端由另一个 元UCA接收。在实践中，发送UCA和接收UCA之间的完美对准可能不容易实现。因此，可以观察到两种常见的未对准情况：非平行和离轴。离轴情况可以分解为两个非平行的情况，如图1所示。
与MIMO系统相比，OAM系统不需要对信道信息进行复杂的均衡。然而，一旦不满足完美对准，信道分解就不成立，从而导致接收端的模式间干扰，从而降低系统性能。这是由于接收端圆阵的偏转会使得收发天线阵元之间的传输距离发生变化，信道矩阵不再满足循环对称性，因而就不能实现涡旋电磁波的正确接收，即不能使用空域傅里叶变换实现信道矩阵的对角化。
接下来仿真非平行情况对系统性能的影响。仿真条件如下，接收端信噪比(SNR)为 30dB，收发端均匀圆阵的阵元个数为16，半径为10个波长。在不同传输距离下对理想状态（收发圆阵对准）和非理想状态（收发圆阵未对准且为非平行情况）下的系统信道容量进行对比。仿真结果如图2所示。
在图2中可以观察到，当收发端圆阵非平行时的倾斜角从零增大时，单模情况下的OAM通信系统信道容量的衰减程度逐渐增加，并且信道容量的下降速度也逐渐增加。可以看到，当收发端天线未对准时会对信道容量产生很大影响。
接下来，仿真单模情况下的OAM无线通信系统的信道增益。仿真条件如下，接收端信噪比(SNR)为30dB，收发端均匀圆阵的阵元个数为4，半径为10个波长。在相同的传输距离时仿真不同倾斜角度对等效信道增益的影响，仿真结果如图3所示。
从图3中可以观察到，在没有任何改善方案下，系统的信道增益随倾斜角的增加而迅速下降。并且在倾斜角度为2度时，信道增益几乎下降为零，这个结果和上述的理论分析相吻合。
