自由空间轨道角动量无线光通信研究进展

期

自由空间轨道角动量无线光通信研究进展

Research progress on free space

orbital angular momentum wireless optical communication

WANG Wei1,2,3,LI Xiaoji1,2*,REN Yaping3,DU Weihai1,2,3,LIU Zhihong3

(1.Key Laboratory of Cognitive Radio and Information Processing of Ministry of Education,Guilin University of Electronic Technology,

Guilin Guangxi541004,China;2.Guangxi Experiment Center of Information Science,Guilin Guangxi541004,China;

3.School of Marine Information Engineering,Guilin University of Electronic Technology,Beihai Guangxi536000,China)

Abstract:Orbital angular momentum(OAM)provides a novel information modulation degree for wireless optical communica-tion,which can promote the channel capacity and spectral efficiency tremendously.Currently,the OAM wireless optical commu-nication regime has attracted the highly interest of academic community.Firstly,this paper reviews the communication approach-es of OAM wireless optical communication,then investigates the random phase screen for atmospheric turbulence,transmission characteristics of OAM under atmospheric turbulence and mitigation schemes for atmospheric turbulence effects.And some ap-plication prospects and research trends for OAM wireless optical communication are discussed finally.

Key words:orbital angular momentum;wireless optical communication;atmospheric turbulence

王伟1,2,3，李晓记1,2*，任亚萍3，杜卫海1,2,3，刘致宏3

(1.桂林电子科技大学认知无线电与信息处理教育部重点实验室,广西桂林541004;

2.广西信息科学实验中心,广西桂林541004;

3.桂林电子科技大学海洋信息工程学院,广西北海536000)

摘要:轨道角动量（OAM）为无线光通信提供了新的信息调制维度，极大地提升了系统的信道容量和频谱利用率。目前，基于OAM的新型无线光通信体制引起了学术界的极大关注。首先介绍了通信方式，其次依次综述了大气湍流随机相位屏、大气湍流下传输特性和大气湍流效应抑制策略，最后展望了自由空间OAM无线光通信的应用前景和研究趋势。

关键词:轨道角动量；无线光通信；大气湍流

中图分类号:TN929.1文献标识码:A文章编号:1002-5561(2019)04-0012-06

D OI:10.13921/ki.issn1002-5561.2019.04.003开放科学(资源服务)标识码(OSID):

0引言

随着“互联网+”和大数据时代的到来,物联网、云

计算数据中心和移动互联网等带宽消耗型业务的不

断增加,给现有无线通信系统带来了巨大的压力和挑

战。研究显示,在今后的10~30年里,信息流量需求预

计将会有2~4个数量级的增长[1]。随着光波的基本维

度(幅度、相位、频率/波长、偏振和时间等)资源均已被

开发利用,无线光通信已经开始出现新的容量危机[2]。

因此,如何持续满足不断增长的信息容量需求,确保

高速信息的畅通传输,已经成为了无线光通信亟待解

决的问题。轨道角动量(OAM)无线光通信利用了光波

的空间自由度这一信息调制维度资源,可以有效提升

通信链路的传输容量和频谱利用率[3],同时,相对于传

统无线光通信更具有安全性[4]。

1992年,L.Allen等人发现具有空间螺旋相位因子

exp的拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束携

有OAM[5]。每个光子携带的OAM为,其中为拓扑

荷数,的取值可以为任意整数;为方向相位角;为

OAM的模态值(也称模式值或本征态值),其值为普朗收稿日期:2018-12-26。

基金项目:国家自然科学基金项目(编号:61761014)资助;广西信息科

学实验中心平台建设项目(编号:PT1604)资助;广西研究生教育创新计

划项目(编号:YCSW2019152)资助。

作者简介:王伟(1990-),男,湖南湘乡人,硕士研究

生,研究方向为水下无线光通信,现就读于桂林电子

科技大学认知无线电与信息处理教育部重点实验室,

参与国家自然科学基金项目1项,其他科研项目1

项,参加国际学术会议1次。

*通信作者:李晓记(E-mail:46941917@)。

引用本文:王伟,李晓记,任亚萍,等:自由空间轨

道角动量无线光通信研究进展[J].光通信技术,2019,43(4):12-17.

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2019年第4