[發(fā)明專利]一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的相干OAM通信解調(diào)系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811346980.5
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109450550A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周俊鶴;胡靜;樊盼盼;吳建杰
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: H04B10/516
• 分類號: H04B10/516;H04B10/548;G06N3/04
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 宣慧蘭

本發(fā)明涉及一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的相干OAM通信解調(diào)系統(tǒng)，包括：光源發(fā)生裝置，產(chǎn)生攜帶OAM的LG光束；OAM相干調(diào)制裝置，利用相干調(diào)制產(chǎn)生多路OAM相干調(diào)制信號；OAM相干調(diào)制信號合束裝置，將產(chǎn)生的多路OAM相干調(diào)制信號耦合為一路進(jìn)行傳輸；接收處理裝置，接收多路OAM相干調(diào)制信號并將其轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)分布形式；CNN解調(diào)裝置，連接接收處理裝置，將光強(qiáng)分布形式的OAM相干調(diào)制信號經(jīng)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類和識別，得到解調(diào)的多路OAM相干調(diào)制信號。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有效的將相干光通信技術(shù)與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合，既提高了相干OAM通信系統(tǒng)解調(diào)的便捷性，又提高了OAM光載波的利用率，操作簡單，成本較低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種OAM相干調(diào)制信號的解調(diào)系統(tǒng)，尤其是涉及一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的相干OAM通信解調(diào)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

數(shù)字OAM(Quadrature Amplitude Modulation)調(diào)制技術(shù)因其頻譜利用率高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于數(shù)字電視等廣播通信領(lǐng)域。文獻(xiàn)1“Turbulence-inducedchannel crosstalk in an orbital angular momentum-multiplexed free-spaceoptical link”(Anguita J A,Neifeld M A,Vasic B V.[J].Appl Opt,2008,47(13):2414-2429.)中提出，在無大氣擾動的自由空間光通信(Free Space OpticalCommunication，F(xiàn)SO)中，攜帶OAM的LG光束可以表示為：

其中，z是LG光束的傳輸距離；r是LG光束到傳輸軸的徑向距離；為歸一化的拉蓋爾多項式；z_R是光束的瑞利長度，且z_R＝πw₀/λ，λ是LG光束的波長，w₀是LG光束在z＝0處的束腰半徑；w_z是LG光束傳播至z處的束腰半徑；m是LG光束的拓?fù)浜纱笮。硎疽粋€光學(xué)波長內(nèi)相位旋轉(zhuǎn)周期數(shù)，正負(fù)決定了光束相位的旋轉(zhuǎn)方向；p是徑向模式數(shù)，表示傳輸軸橫截面上圓環(huán)的數(shù)量p+1。上述光束可以調(diào)制不同的信號，如強(qiáng)度信號，相干光信號等。

現(xiàn)有技術(shù)中的相干OAM解調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用范圍窄，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的缺點(diǎn)。

例如文獻(xiàn)2“Machine learning approach to OAM beam demultiplexing viaconvolutional neural networks”(Doster T,Watnik A T.Applied Optics,2017,56(12):3386.)中提出，利用OOK(On Off Keying)信號調(diào)制5種不同的OAM模式，經(jīng)大其傳播后，將接收到的強(qiáng)度調(diào)制信號經(jīng)Dalsa GigE相機(jī)進(jìn)行強(qiáng)度探測，再將探測到的信號強(qiáng)度經(jīng)過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類和識別，最后解調(diào)出32種強(qiáng)度調(diào)制信號。該技術(shù)只能解調(diào)強(qiáng)度調(diào)制信號。

例如文獻(xiàn)3“Experimental demonstration of orbital angular momentum(OAM)modes(De)multiplexing and transmission in 2-Km fiber with Nyquist 32-QAMcoherent detection signals”(Wang J,Zhu L,Zou K,et al.Lasers and Electro-Optics.IEEE,2016:SW4F.2.)中提出，在接收端利用本地振蕩器產(chǎn)生本地載波，經(jīng)過帶通濾波器的信號在相乘器中與本地載波相乘，經(jīng)低通濾波后進(jìn)行抽樣判決。為了保證信號解調(diào)的可靠性，本地載波需與信號載波保持同頻同相。利用鎖相環(huán)技術(shù)保證本地載波和信號載波相位和頻率的一致性。該技術(shù)不再利用簡單的強(qiáng)度探測，而是使用較為復(fù)雜的相干檢測解調(diào)，提高了成本。

發(fā)明內(nèi)容