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近年来因波前为涡旋形状而具备轨道角动量(OAM)的电磁波所展现的信息携带能力越来越受关注。作为电磁场的基本物理量,OAM在物理层提供了信息调制的额外自由度,利用不同OAM模态之间的正交特性来承载信息有望提升系统的频谱效率。鉴于OAM电波固有的传输特性,如何将其利用于无线传输并对可能带来的实际增益进行分析意义重大。本文围绕OAM在无线传输领域的应用展开研究,根据不同的场景进行系统建模和性能分析,主要内容概述如下:本文建立和分析了基于均匀环形阵列(UCA)的OAM复用传输模型。UCA作为一种能灵活辐射和接收OAM电波的方式,在OAM复用传输方面发挥着重要作用,而相同的配置也可基于传统的MIMO方式传输,我们期望分析这两种传输方式的差异和性能关系,进而揭示在在不同阵列配置和发送端信道边信息(CSI)假设下各自的优势和不足。模型中发送端单个UCA通过馈电叠加同时辐射多路涡旋电波,通过对UCA的接收信号进行DFT变换或基于MMSE准则来检测信号。以传输速率为参考,结果表明在发端已知CSI时如果两个平行的UCA有相同的阵元个数则两种传输方式等效,OAM的优势体现在发端未知CSI且收发阵列对齐时,DFT检测方式达到信道本身提供的最大传输速率。考虑到不同模式值的OAM电波具备的内在正交特性,本文的第二部分,我们希望将其正交性利用在自干扰消除方面并建立了基于OAM的同时同频全双工传输模型。模型中利用不同模式的OAM电波分别作为收发信号的载波,收发天线放置于同一个参考轴但彼此之间存在倾角。由于馈电偏差等因素导致辐射的OAM波束含有寄生分量,和接收模式一致的OAM分量将会被本地节点接收并作为残留干扰而存在。以最大化双工系统和速率为度量,在不同的模式纯度和白噪声强度下分析了最佳的双工模式选择。结果表明,在残留干扰起主导作用时双工模式选择为可选模式集中的最大或最小值;在干扰和噪声同时起作用时,模式选择在干扰和噪声单独存在时的极端值间过度变化。本文最后研究了OAM和MIMO相融合的传输系统。OAM和MIMO结合相当于拓展了原有的MIMO传输维度,在每个MIMO支路复用多路OAM有望进一步提升系统频谱效率。与此同时,OAM波束的发散效果相比平面波更加严重,导致接收功率快速衰减,基于此,我们建立了通用的复用传输模型以分析在这两个矛盾因素的影响下融合传输可能带来的增益。结果表明,在接收天线能覆盖波束有效拓展半径的前提下,近距离时复用传输的维度越多传输的容量也越大,而由于功率衰减在远距离时OAM-MIMO的传输速率不如MIMO。