[发明专利]基于信号串扰分布特征识别OAM光束拓扑荷数的检测系统

说明书

基于信号串扰分布特征识别OAM光束拓扑荷数检测系统，包括OAM复用模块、第一、第二光学天线模块、OAM解复用模块和OAM光束拓扑荷数检测模块；OAM复用模块对涡旋光束进行轨道角动量复用；第一光学天线模块将经过OAM复用模块后的涡旋光束信号发射进入光通信信道；第二光学天线将经过光通信信道后的光束进行接收并传入OAM解复用模块，OAM解复用模块将接收到的光信号分解到一组OAM模式上，并转化成串扰分布电信号后输入所述OAM光束拓扑荷数检测模块，OAM光束拓扑荷数检测模块对输入数据进行分析以得出涡旋光束的拓扑荷数。本发明利用串扰分布的特征，充分利用串扰分布中包含的拓扑荷数信息使得涡旋光束拓扑荷数检测的正确率高、速率快，实现高速率信息传输。

技术领域

本发明属于激光通信技术领域，具体涉及一种基于信号串扰分布特征识别轨道角动量(OAM)光束拓扑荷数的检测系统。

背景技术

从上世纪90年代起，国内外学者对涡旋光束开展了大量研究工作，其中就包括了对涡旋光束的拓扑荷数的检测。从一开始，对涡旋光束的拓扑荷数检测主要包括两种方法，一种是基于干涉衍射效应对接收端的光斑使用光学方法来使得拓扑荷数的数值特性显示在干涉或衍射后的光斑图像中。这种方法利用了涡旋光束的相位分布的宏观特征，相干涡旋光束具有不同拓扑荷数时会发生干涉现象并在光斑上显现出与拓扑荷数相关的亮斑或暗斑。另一种方法是基于近几年提出的涡旋光束串扰分布特征的。涡旋光束的串扰分布在未受到信道干扰前或在较弱的信道干扰下，拓扑荷数非常容易被区分，而在受到较强的信道干扰后的串扰分布特征则难以用于拓扑荷数的检测。这主要是由于传统的对串扰分布的检测只接受基于检测串扰值最高的点为拓扑荷数而放弃了对其他邻近位置串扰分布的数值进行分析。

传统的轨道角动量复用系统中，由于涡旋光束需要在光通信信道中传输，极易受到信道干扰的影响从而导致涡旋光束的拓扑荷数难以被识别，这一结果也导致了轨道角动量的解复用系统难以实现。再加之传统的轨道角动量解复用系统中使用的拓扑荷数检测方法多是基于在接收端对检测到的光斑进行干涉或衍射的方法。这种方法在低速率且较弱信道干扰下是可行的，而在较强的信道干扰下，通过分析接收端检测到的光斑的几何分布特性来确定拓扑荷数则非常困难，并且对干涉或衍射后的光斑进行图像处理的速率也很难达到高速通信系统的要求。而基于串扰分布特征的检测方法由于局限于对串扰值最高点的判决而缺少对串扰分布包络的分析，对拓扑荷数的检测正确率也难以达到实际应用的要求。

发明内容

为了解决现有技术存在结构复杂、准确率低、速率低、使用不方便等技术问题，本发明提供了一种结构简单、准确率高、速率高、使用简便的涡旋光束拓扑荷数检测系统。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

基于信号串扰分布特征识别OAM光束拓扑荷数检测系统，包括OAM复用模块、第一光学天线模块、第二光学天线模块、OAM解复用模块和OAM光束拓扑荷数检测模块；所述的OAM复用模块对涡旋光束进行轨道角动量复用；所述的第一光学天线模块将经过OAM复用模块后的涡旋光束信号发射进入光通信信道；所述的第二光学天线将经过光通信信道后的光束进行接收并传入OAM解复用模块，所述的OAM解复用模块将接收到的光信号分解到一组OAM模式上，并转化成串扰分布电信号后输入所述OAM光束拓扑荷数检测模块，所述的OAM光束拓扑荷数检测模块对输入数据进行分析以得出涡旋光束的拓扑荷数。

优选的，所述的OAM光束拓扑荷数检测模块包括涡旋光束串扰计算模块、码本寄存器、相似因数计算模块；

涡旋光束串扰计算模块，将输入的不同拓扑荷数涡旋光束对应的电信号转化为串扰分布并以矢量的形式作为训练序列将串扰分布存入码本寄存器，并且将输出的串扰分布矢量作为相似因数计算模块的一路输入；

码本寄存器，将串扰分布矢量作为码矢保存，并通过统计学习算法，随着训练序列的增加实时更新码本寄存器中的码矢，并且将寄存器中的码矢作为相似因数计算模块的一路输入；