Comunicación óptica robusta de alta capacidad en espacio libre utilizando luz estructurada basada en OAM y...

Área de la Ciencia:

• Comunicaciones Ópticas
• Procesamiento de Señales
• Física Atmosférica

Sus antecedentes:

• La comunicación óptica en espacio libre (FSO) ofrece transmisión de datos segura y de alta velocidad, pero está limitada por la turbulencia atmosférica (AT).
• Los métodos existentes luchan con la compensación adaptativa en tiempo real para la degradación de la señal inducida por AT.
• Los desafíos incluyen la distorsión del haz, la atenuación de la intensidad y la interferencia intermodal en enlaces FSO de larga distancia.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un marco híbrido novedoso de FSO para una mayor resiliencia contra la turbulencia atmosférica.
• Integrar haces de luz estructurada, óptica adaptativa y procesamiento de señales inteligente para una compensación en tiempo real.
• Mejorar el rendimiento y la escalabilidad de los sistemas de comunicación FSO en condiciones atmosféricas adversas.

Principales métodos:

• Se propuso un marco híbrido de FSO que incorpora haces de Bessel, Airy y momento angular orbital (OAM).
• Se implementó óptica adaptativa (AO) y procesamiento de señales inteligente, incluido un Sistema de Inferencia Difusa Dinámica (DNFIS) para ecualización.
• Se utilizó una Red Neuronal Convolucional Profunda con Generación de Secuencia de Correlación en el Dominio del Tiempo (DCNN-TCSGm) para la predicción y compensación de turbulencias en tiempo real.
• Se modeló la multiplexación OAM con la multiplexación por división de longitud de onda (WDM) en el espectro del infrarrojo medio utilizando metamateriales ópticos.

Principales resultados:

• Se logró una reducción del 55% en la Tasa de Error de Bit (BER) en comparación con los sistemas convencionales.
• Se demostró una mejora del 22% en la estabilidad del voltaje de la señal.
• Se obtuvo hasta 10 dB de ganancia de potencia sobre los sistemas tradicionales de multiplexación por división de modo (MDM)-FSO y ecualizador de retroalimentación de decisión (DFE).
• Se validó la robustez y escalabilidad en condiciones atmosféricas desafiantes.

Conclusiones:

• El marco híbrido de FSO propuesto mitiga eficazmente los efectos de la turbulencia atmosférica.
• La integración de luz estructurada, AO y procesamiento de señales impulsado por IA mejora significativamente el rendimiento de la comunicación FSO.
• El marco ofrece una solución escalable y robusta para futuras redes FSO de alto rendimiento.