【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光通信，具体涉及基于radial carpet光束优化谱分布的通信编译码方法。
技术介绍
1、随着5g大规模商用，全球业界对6g的研究正如火如荼开展，为实现从万物互联到万物智联的跨越，促进虚拟现实vr向沉浸式扩展现实xr转变，以及全息通信、智慧交互、数字孪生等全新业务落地，6g网络需至少达到tbps的传输量级，因此低时延、高速率和大容量的通信技术成为研究者关注的重点。光通信作为重要的通信手段之一，以其频谱资源丰富、传输速率高、无需频率授权、高保密且无电磁辐射等优势，近年来得到极大发展和应用。然而光信号易受环境影响，尤其在雨雪雾霾粉尘等恶劣条件下，信号强度将迅速衰减，光波波前遭受破坏；此外，光束在传输过程中光斑尺寸会逐渐展宽，光斑纵向剖面呈现倒锥发散结构形态，使波束在远距离传输和波束对准等方面面临挑战。因此，如何克服环境干扰对光传输的影响，解决光斑尺寸展宽难题，对光通信具有重要的理论和工程价值。
2、近年来，为提升光传输过程抗环境干扰性能，解决光斑尺寸展宽难题，业内提出无衍射光束的概念，无衍射光束在传输过程中具有光斑形态时不变、遇障碍物自愈合的特性，使得这类光束相比于传统激光器直接出射的激光束能保持更加优越的传输性能。2018年，rasouli提出一种新型无衍射光束——rc(radial carpet)光束(saifollah rasouli,physical review a,第97卷,033844)，该光束除了具有bessel、airy、mathieu、weber以及pearcey等无衍射光束共有的无
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供基于radial carpet光束优化谱分布的通信编译码方法，解决了现有光通信波束在远距离传输和波束对准方面面临的可靠性及准确度低的问题。
2、本专利技术所采用的技术方案是：基于radial carpet光束优化谱分布的通信编译码方法，包括以下步骤：
3、步骤1、在发送端向空间光调制器加载径向光栅产生对应模式系数的rc光束，再将数字信号信息映射到不同模式的rc光束，完成信息编码；
4、步骤2、将步骤1所得rc光束在海洋信道中传输，得到考虑海洋湍流影响的rc光束；
5、步骤3、在接收端拍摄步骤2所得rc光束并获取优化螺旋谱分布，根据谱分布能量的大小判读出rc光束的模式系数，恢复出发送端的数字信号信息，完成信息译码。
6、本专利技术的特点还在于，
7、步骤1具体为：在发送端用氦氖激光器出射的基模高斯光束照射空间光调制器，根据径向光栅的相位传输函数t(θ)＝exp[iγcos(lθ)]生成径向光栅全息图，γ表示光栅调节系数，选取l＝1,2…,m共m种模式系数的径向光栅，将径向光栅与数字信号建立一一映射关系，则对某时刻数字信号进行编码等效于向空间光调制器加载对应的径向光栅全息图。
8、步骤2中在海洋信道中传输后得到的rc光束的光场u(r,θ,z)表示为：
9、u(r,θ,z)＝u0(r,θ,z)exp[iφ(x,y)]
10、式中，(r,θ)为柱坐标系下极坐标，θ＝tan-1(y/x)，i表示虚数单位；假设传输到z处未受海洋湍流影响的rc光束的光场为u0(r,θ,z)，表示为：
11、
12、式中，k为光波波数，j(ql+1)/2(·)表示(ql+1)/2阶第一类贝塞尔函数，λ为光波波长，l表示光束模式系数取值；
13、φ(x,y)为受海洋湍流影响rc光束所附加的湍流相位，表示为：
14、
15、式中，h(κx,κy)是均值为0且方差为1的n×n维复随机矩阵，表示傅里叶变换运算；σ2(κx,κy)为相位屏频谱方差，表示为：
16、
17、式中，δx表示当相位屏网格间距，n为相位屏平面沿x或y方向的栅格数，κx、κy分别表示x轴和y轴空间频率；φ(κx,κy)为海洋湍流的相位频谱，表示为：
18、φ(κx,κy)＝2πk2δzφn(κx,κy)
19、式中，φn(κx,κy)为海洋湍流折射率起伏功率谱，表示为：
20、φn(κ)＝0.388×10-8ε-1/3κ-11/3[1+2.35(κη)2/3]f(κ,ω,χt)
21、
22、δ＝8.284(κη)4/3+12.978(κη)2
23、式中，at、as和ats为常量，κ表示空间频率，ε表示海洋湍流的能动耗散率，η表示海洋湍流的微尺度，χt表示湍流的温度方差耗散率，ω为由海水温度与盐度导致海洋湍流的比值。
24、步骤3中获取rc光束螺旋谱分布时，将rc光束分解为一系列螺旋谐波exp(imθ)的线性叠加：
25、
26、式中，对应的能量为因此模式系数取值为l的rc光束对应的谱分量为：
27、
28、由此，在一定范围内对模式系数为l的rc光束进行螺旋谐波展开，得到rc光束经过海洋湍流传输后的谱分布情况。
29、步骤3还包括对得到的螺旋谱分布进行优化，具体为：首先，将得到的经过海洋湍流传输后rc光束谱分布按照模式系数取值为负数、等于0、正数划分为三部分；然后，谱分布中模式系数等于0的这一部分能量保持不变，将模式取值为负数的部分对应的能量一一对应加到互为共轭模式系数的谱能量上，同时将模式为负数的部分对应的能量全部置零；接着，找出模式系数为0外谱能量取最大值时对应的模式系数l′；最后，将模式系数等于0的谱能量合并到l′上，并对模式为零的谱能量置零。
30、本专利技术的有益效果是：本专利技术的基于radial carpet光束优化谱分布的通信编译码方法，通过构建rc光束在海洋湍流中的谱分布传输特性模型，得出了计算rc光束通过海洋传输环境后的谱分布计算方法，提升了光束在复杂介质中传输的可靠性，通过螺旋谱分布优化方案，极大提高了发射光束模式识别准确度，对研究海洋中无衍射光束的传播和通信问题提供了理论依据，有望为现有光通信技术提供潜在的通信编译码应用解决手段。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.基于radial carpet光束优化谱分布的通信编译码方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于radial carpet光束优化谱分布的通信编译码方法，其特征在于，所述步骤1具体为：在发送端用氦氖激光器出射的基模高斯光束照射空间光调制器，根据径向光栅的相位传输函数t(θ)＝exp[iγcos(lθ)]生成径向光栅全息图，γ表示光栅调节系数，选取l＝1,2…,M共M种模式系数的径向光栅，将径向光栅与数字信号建立一一映射关系，则对某时刻数字信号进行编码等效于向空间光调制器加载对应的径向光栅全息图。
3.如权利要求1所述的基于radial carpet光束优化谱分布的通信编译码方法，其特征在于，所述步骤2中在海洋信道中传输后得到的RC光束的光场u(r,θ,z)表示为：
4.如权利要求3所述的基于radial carpet光束优化谱分布的通信编译码方法，其特征在于，所述步骤3中获取RC光束螺旋谱分布时，将RC光束分解为一系列螺旋谐波exp(imθ)的线性叠加：
5.如权利要求4所述的基于radial carpet光
...【技术特征摘要】
1.基于radial carpet光束优化谱分布的通信编译码方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于radial carpet光束优化谱分布的通信编译码方法，其特征在于，所述步骤1具体为：在发送端用氦氖激光器出射的基模高斯光束照射空间光调制器，根据径向光栅的相位传输函数t(θ)＝exp[iγcos(lθ)]生成径向光栅全息图，γ表示光栅调节系数，选取l＝1,2…,m共m种模式系数的径向光栅，将径向光栅与数字信号建立一一映射关系，则对某时刻数字信号进行编码等效于向空间光调制器加载对应的径向光栅全息图。
3.如权利要求1所述的基于radial carpet光束优化谱分布的通信编译码方法，其特征在于，所述步骤2中在海洋信道中传输后得到的rc光束的光场u(r,θ,z)表示为：
4.如...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙诗雅，李永旭，谢佳炜，慕晓冬，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。