[发明专利]一种基于卷积神经网络的相干OAM通信解调系统

说明书

本发明涉及一种基于卷积神经网络的相干OAM通信解调系统，包括：光源发生装置，产生携带OAM的LG光束；OAM相干调制装置，利用相干调制产生多路OAM相干调制信号；OAM相干调制信号合束装置，将产生的多路OAM相干调制信号耦合为一路进行传输；接收处理装置，接收多路OAM相干调制信号并将其转换成光强分布形式；CNN解调装置，连接接收处理装置，将光强分布形式的OAM相干调制信号经卷积神经网络进行分类和识别，得到解调的多路OAM相干调制信号。与现有技术相比，本发明有效的将相干光通信技术与机器学习相结合，既提高了相干OAM通信系统解调的便捷性，又提高了OAM光载波的利用率，操作简单，成本较低。

技术领域

本发明涉及一种OAM相干调制信号的解调系统，尤其是涉及一种基于卷积神经网络的相干OAM通信解调系统。

背景技术

数字OAM(Quadrature Amplitude Modulation)调制技术因其频谱利用率高、抗干扰能力强等优点被广泛应用于数字电视等广播通信领域。文献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，在无大气扰动的自由空间光通信(Free Space OpticalCommunication，FSO)中，携带OAM的LG光束可以表示为：

其中，z是LG光束的传输距离；r是LG光束到传输轴的径向距离；为归一化的拉盖尔多项式；z_R是光束的瑞利长度，且z_R＝πw₀/λ，λ是LG光束的波长，w₀是LG光束在z＝0处的束腰半径；w_z是LG光束传播至z处的束腰半径；m是LG光束的拓扑荷大小，表示一个光学波长内相位旋转周期数，正负决定了光束相位的旋转方向；p是径向模式数，表示传输轴横截面上圆环的数量p+1。上述光束可以调制不同的信号，如强度信号，相干光信号等。

现有技术中的相干OAM解调系统应用范围窄，具有结构复杂、成本高的缺点。

例如文献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)信号调制5种不同的OAM模式，经大其传播后，将接收到的强度调制信号经Dalsa GigE相机进行强度探测，再将探测到的信号强度经过卷积神经网络进行分类和识别，最后解调出32种强度调制信号。该技术只能解调强度调制信号。

例如文献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荡器产生本地载波，经过带通滤波器的信号在相乘器中与本地载波相乘，经低通滤波后进行抽样判决。为了保证信号解调的可靠性，本地载波需与信号载波保持同频同相。利用锁相环技术保证本地载波和信号载波相位和频率的一致性。该技术不再利用简单的强度探测，而是使用较为复杂的相干检测解调，提高了成本。

发明内容