本技术介绍了一种融合里所码与轨道角动量的水下相干叠加键控技术及其系统。该技术采用半导体激光器作为光源,通过分束器产生四束并行光束,并通过编码后的数据控制光开关,进而通过空间光调制器产生不同轨道角动量态的涡旋光束。利用相干叠加技术生成复合涡旋光束,该光束在经历海洋湍流信道扰动后,接收端利用深度学习技术实现自适应解调,并最终通过解码器恢复原始数据。此发明突破了空间光调制器刷新速率的限制,通过编解码技术显著提升系统误码率性能和抗干扰能力。此外,基于预训练神经网络的解调方法不仅提高了系统的解调速度和准确率,还简化了解调结构,降低了成本。
背景技术
电磁波在传输过程中不仅具有动量还具有能量。角动量由自旋角动量和轨道角动量(orbitalangularmomentum,OAM)两部分组成。轨道角动量是由于电磁场的空间相位结构,携带有不同轨道角动量的电磁波之间相互正交,轨道角动量的取值可取整数和分数,且理论上的取值范围为无限大。因此轨道角动量作为一种新的物理维度,与波长/频率、时间、振幅、相位等维度相互独立,可以作为一种新的自由度。将其与当前成熟的通信技术相结合,可以很大程度上提高通信系统的性能。因此如何更好的在通信系统中应用轨道角动量等问题成为了研究的热点。
当前常用的数字信号编码方式包括幅度键控、正交幅度调制、频移键控、相移键控等,这些编码方式分别利用了电磁波的振幅、频率和相位。涡旋光束的轨道角动量维度也可以用来信号编码,这种编码方式被称之为轨道角动量键控。在这种编码方式中,N个不同轨道角动量态的涡旋光束可以用来表示一个N进制的数字信息,使系统发送端发射的涡旋光束携带数据信息,在系统的接收端,通过对涡旋光束的检测与解码以得到传输的信息。
在OAM编码技术中,N个不同的OAM态(l1,l2,l3…lN)可以表示一个N进制数(0,1,2,…N-1),进而一次编码即具有的数字信息,相比于传统的二进制编码而言,将编码效率提升了倍,除此以外,还可以利用多个轨道角动量态叠加的复合涡旋光束来表示不同的数字信息,则编码效率最高可提升N倍。由于拓扑荷数的取值为:-∞-+∞之间的任意整数和分数,因此,基于轨道角动量的轨道角动量编码系统的信道容量在理论上可以拓展至无穷。
在轨道角动量编码技术中,虽然利用轨道角动量态之间相互正交的特性成倍的提升了编码效率,但是在接收端需要复杂的解调结构同时对空间光调制器的刷新速率要求较高,对轨道角动量编码的实际应用产生了困扰。因此需要新的技术来提高接收端的解调速度以及准确率,同时可以降低对空间光调制器的要求。此外海洋湍流信道对轨道角动量态的巨大干扰也对接收端的识别和系统的性能造成困扰,需要新的办法来减少海洋湍流的干扰以及提升系统性能。
实现思路