مدل‌ سازي كانال سيستم مخابراتي مبتني بر OAM در حضور انعكاس

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

تكنولوژي جديدي كه اخيرا جهت افزايش ظرفيت كانال سيستم‌هاي مخابراتي مورد بررسي قرار گرفته شده، ممان زاويه‌اي مداري (OAM) مي باشد. در سيستم OAM ، آرايه دايروي يكنواخت (UCA) بدليل سهولت پياده‌سازي تعامد مودهاي OAM، استفاده زيادي داشته است در اكثر تحقيقات انجام گرفته در اين زمينه فرض شده است آرايه‌هاي آنتني فرستنده و گيرنده روبروي هم در محيط بدون هيچ نوع انعكاسي قرار گرفته‌اند. اثر انعكاس تنها در حالات ارسال تك آنتنه و آرايه خطي يكنواخت (ULA) بررسي شده است كه با توجه به تفاوت زياد مدل كانال سيستم OAM مبتني بر UCA با مدل كانال سيستم OAM مبتني بر ULA، نتايج حاصله در تحقيقات مورد اشاره را نمي‌توان براي سيستم OAM مبتني بر UCA استفاده نمود. در اين مقاله كانال سيستم OAM مبتني بر UCA را در حضور انعكاس آينه‌اي مدلسازي مي‌شود. بدين‌منظور اثر انعكاس با استفاده از UCA فرستنده مجازي مدل مي‌شود. همچنين در حالات حدي، مدل تقريبي ساده شده را براي كانال محاسبه شده و ظرفيت كانال را بر اساس مدل هاي حاصله محاسبه مي‌شود. نشان مي‌دهيم كه در حالت وجود انعكاس، تعامد بين مودهاي OAM در حالت آرايه دايروي از بين رفته كه منجر به كاهش ظرفيت كانال مي‌گردد. در نتيجه جهت جلوگيري از كاهش ظرفيت، نياز به پيش كدينگ مناسب مي باشد. با استفاده از نتايج شبيه‌سازي صحت ادعاي خود را نشان مي‌دهيم.

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.