Метод оптимизации считывания информации, переданной по каналу оптической связи, на основе технологии оптических вихрей
Аннотация
В работе предложен вычислительно эффективный алгоритм обработки и декодирования сигналов, передаваемых по открытой оптической линии связи, на основе модуляции проекции орбитального момента импульса фотонов (т.н. технологии оптических вихрей). Алгоритм декодирования заключается в корреляционной обработке зарегистрированного изображения, имеющего характерную многолепестковую структуру. Вычислительная эффективность достигается за счет формирования одномерных массивов данных из исходного изображения, на основе которых производится вычисление линейной корреляции между формируемыми данными и эталонными сигналами. На основе компьютерного имитационного моделирования получены зависимости вероятности битовой ошибки декодирования от отношения сигнал-шум при воздействии на исходное изображение аддитивного релеевского и мультипликативного шумов для оптического аналога фазовой модуляции радиосигнала.
- оптическая связь
- модуляция лазерного излучения
- оптические вихри
- обработка изображений
- декодирование данных
- вероятность битовой ошибки
Abstract (in English)
A method for optimizing the reading of information transmitted via an optical communication channel based on optical vortex technology
This paper proposes a computationally efficient algorithm for processing and decoding signals transmitted over an open optical communication line based on modulation of the projection of the orbital angular momentum of photons (also known as optical vortex technology). The decoding algorithm involves correlation processing of a recorded image with a characteristic multi-lobe structure. The computational efficiency is due to the transformation of the original two-dimensional arrays into one-dimensional ones, preceding the correlation processing. Based on computer simulation modeling, the dependences of the probability of a bit error in decoding on the signal-to-noise ratio were obtained. During the modeling the original image was exposed to additive Rayleigh and multiplicative noise for an optical analogue of phase modulation of a radio signal.
Финансирование
Исследование выполнено за счет гранта Российского Научного Фонда 21-72-30020 П https://rscf.ru/project/21-72-30020/
Для цитирования
Вакс В.Л., Галкина Ю.В., Морозов О.А., Семенова А.В., Сорохтин М.М. Метод оптимизации считывания информации, переданной по каналу оптической связи, на основе технологии оптических вихрей // Журнал радиоэлектроники. – 2026. – № 9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.9.8
Литература
- Фокин В. Г. Оптические системы передачи и транспортные сети: учебное пособие. – М.: Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, Эко-Трендз, 2008. – 271 с.
- Князев Б. А., Сербо В. Г. Пучки фотонов с ненулевой проекцией орбитального момента импульса: новые результаты //Успехи физических наук. – 2018. – Т. 188. – №. 5. – С. 508-539. https://doi.org/10.3367/UFNe.2018.02.038306
- Wang H.,Song Q.,Cai Y.,Lin Q.,Lu X., Shangguan H., Ai Y., Xu Sh. Recent advances in generation of terahertz vortex beams andtheir applications //Chinese Physics B. – 2020. – Т. 29. – №. 9. – С. 105-121 https://doi.org/10.1088/1674-1056/aba2df
- Yang H., Zheng Sh., He W., Yu X., Zhang X. Terahertz Orbital Angular Momentum: Generation, Detection and Communication // China Communications, 2021. – Т. 18. – №. 5. – С. 131 – 152. https://doi.org/10.23919/JCC.2021.05.009
- Аксенов В. П., Канев Ф. Ю., Куксенок Д. С., Макенова Н. А., Хапаева А. В. Регистрация параметров вихревого пучка в турбулентной атмосфере. Ч.1. Использование градиентов волнового фронта // Известия Томского Политехнического Университета, 2013. – Т. 323. – №. 2. – С. 177 – 180.
- Аксенов В. П., Богданов О. В. Дудоров В. В., Кагадей В. А., Казинский П. О., Колосов В. В., Королев П. С., Лазаренко Г. Ю., Левицкий М. Е., Рякин В. А. Передача сигнала, мультиплексированного по орбитальному угловому моменту, с помощью когерентного сложения лазерных пучков // Оптика Атмосферы и океана, 2025. – Т. 38. – №. 8. – С. 601 – 611. https://doi.org/ 10.15372/AOO20250801
- Krenn M., Fickler R., Fink M., Handsteiner J., Malik M., Scheidl T., Ursin R., Zeilinger A. Communication with spatially modulated light through turbulent air across Vienna //New Journal of Physics. – 2014. – Т. 16. – №. 11. – С. 113028. https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/11/113028
- Krenn M., Handsteiner J., Fink M., Fickler R., Ursin R., Malik M., Zeilinger A. Twisted Light Transmission over 143 kilometers // Proceedings of the National Academy of Sciences. – 2016. – Т. 113. – №. 48. – С. 13648-13653. https://doi.org/10.1073/pnas.1612023113
- Allen L., Beijersbergen M.W., Spreeuw R.J. C., Woerdman J.P. Orbital angular momentum of light and the transformation of Laguerre-Gaussian laser modes // Physical Review A, 1992. – Т. 45. – №. 11. – С. 8185-8189. https://doi.org/10.1103/physreva.45.8185
- Короленко П.В. Оптические вихри // Соросовский образовательный журнал, 1998. – Т. 6. – С. 94 – 99.
- Wang X.L.,Chen J., Li Y., Ding J. Optical orbital angular momentum from the curl of polarization // Physical Review Letters, 2010. – Т. 105. – С. 253602, https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.253602
- Котляр В.В., Ковалев А.А., Хонина А.А. Вращающиеся вихревые лазерные пучки. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2021. – 240 с.
- Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: учеб. пособие для втузов. – М.: Высш. шк., 1977. – 479 с.
- Витерби А. Д., Омура Дж. К. Принципы цифровой связи и кодирования. – М.: Радио и связь, 1982. – 536 с.
- Чечеткин В.В., Семенова А.В., Черняева М.Б., Вакс В.Л. О возможности обнаружения суперпозиции оптических вихрей при наличии отдельных искажающих факторов (гауссова шума, вращения и смещения изображения) с использованием нейронных сетей. // Оптика и спектроскопия, 2025, – Т. 133. – №. 9. – С. 968-974. https://doi.org/10.61011/OS.2025.09.61765.8233-25