无线通信的高速发展给我们的生活带来了越来越多的便利，同时也带来了无线通信数据流量的“爆发式”增长以及一系列的安全问题。根据电磁波理论，电磁波除了具有振幅、相位和频率的特性外，还具有极化的基本特性。极化特性为解决当前通信面临的频谱短缺和安全问题提供了新的视角，目前广泛应用于雷达、光通信和无线通信等领域。电磁波偏振自然界中的一些昆虫、鱼类和哺乳动物可以很容易地区分偏振光和非偏振光，并利用光的偏振特性来控制运动路线。相比之下，人类是“两极盲”。肉眼很难分辨光的偏光，只能借助偏光滤镜等工具来分辨。电磁波的极化描述了电场矢量在传播段上随时间变化的轨迹[1]。也就是说，电磁波在自由空间中传播时，并不像射线那样运动，而是绕圈子运动。根据电磁波在垂直于传播方向的平面上的投影轨迹，电磁波分为三类：线极化电磁波、圆极化电磁波和椭圆极化电磁波。图1不同极化状态下的电磁波传播轨迹电磁波极化表示如何有效地描述电磁波的极化特性是电磁波极化特性研究的关键问题。1852年，斯托克斯引入了四个参数（斯托克斯参数）来表征偏振光、非偏振光和部分偏振光，奠定了偏振表征的数学理论基础[2]。1892年，庞加莱（法国数学家、天体力学、数学物理学家、科学哲学家）在单位球面上表示了所有可能的极化状态，即“庞加莱（Poincarepolarizationsphere）”，单位球面上各点的经纬度sphere唯一地定义了构成偏振的两个正交分量的振幅比(δ)和相位差(φ)，对应于特定的偏振态。庞加莱球加深了人们对偏振的直观认识，成为表征偏振态非常有效的工具。图2极化态在庞加莱球上的表示电磁波极化应用电磁波极化在雷达通信中的应用波本身是矢量，采用干扰抑制、极化滤波、目标极化检测等技术手段，大大增强和扩展了雷达的探测功能和应用范围。1955年，美国启动了GITA235项目，旨在利用偏振来区分目标和杂波[3]。1985年，世界上第一台机载极化合成孔径雷达（PolSAR）问世，标志着PolSAR进入实用化阶段。2004年，中国电子科技集团研制的机载双极化合成孔径雷达试射成功。我国新一代星载合成孔径雷达具有多波段、多极化同步成像能力，广泛应用于军事通信和民用遥感领域。图3高分辨率SAR图像与光学图像对比电磁波偏振在光通信中的应用在光通信中，信号的偏振态通常称为偏振态。目前，偏振态在光通信中的应用主要包括偏振复用和偏振调制。偏振复用和偏振调制利用光信号偏振态的自由??度，可以与各种相位调制和幅度调制相结合，提高频谱效率和传输速率。1987年，E.Dictrich提出偏振调制技术，并成功试验了560Mbit/s的数据传输。1992年，贝尔实验室的SGJEvangelides实现了偏振态复用[4]。图4大容量光纤通信中电磁波偏振在无线通信中的应用目前的无线通信中，电磁波偏振主要应用在偏振分集、偏振复用和偏振调制三个方面。极化分集最早由贝尔实验室的Lee和Yeh于1972年提出，其基本思想是利用天线的极化正交性来实现分集功能[5]。偏振复用类似于光通信中偏振复用的思想，即利用两个或多个偏振态之间不相关的特性来同时发送和接收多个不同的电磁信号，不同之处在于偏振复用的散射环境和频段不同。极化调制利用电磁波的偏振态来携带信息，具有与现有调制方式兼容性好、不易被探测到的优点。2016年，DWei提出了一种将极化调制与传统幅相调制相结合的更高效的无线传输方案，并利用硬件平台实现了该方案。该方案可用于提高通信效率和安全通信[6]。图5极化调制通信硬件平台结语作为电磁波的一个基本特征，其研究的深度和广度与其在无线通信极化信息处理领域的重要性是远远不相称的。在无线通信中引入极化信息处理，可为解决未来无线系统容量提升、异构网络共存、频谱稀缺等热点问题开辟新的路径，具有良好的理论价值和应用前景。参考文献：[1]。庄兆文。雷达极化信息处理及其应用[M]．国防工业出版社，1999．[2]．斯托克斯GG。关于光折射率的变化。第二期[J]．385-396.[3].BoernerWM,YanWL,XiAQ.Basicequationsofradarpolarimetryanditssolutions:thecharacteristicradar-polarizationstatesforthecoherentandpartiallypolarizedcases[J].ProceedingsofSPIE-TheInternationalSocietyforOpticalEngineering,1990,1317:16-79.[4].EvangelidesSGJ,MollenauerLF,GordonJP,etal.Polarizationmultiplexingwithsolitons[J].光波技术杂志,1992,10(1):28-35.[5].李文义，余义。移动无线电极化分集系统[J]．通信IEEETransactionson,1972,20(5):912-923。[6].,etal.APolarizationstateModulationbasedPhysicalLayerSecurityschemeforWirelessCommunications[C]//MilitaryCommunicationsConference,Milcom2016-.IEEE,2016:1195-1201.【本文为《中国保密协会科学技术分会》专栏作者原创稿件，转载请联系原作者】点此查看作者更多好文
