OAMベースの構造化光とインテリジェント適応信号処理を用いた堅牢な大容量自由空間光通信

科学分野:

• 光通信
• 信号処理
• 大気物理学

背景:

• 自由空間光（FSO）通信は、高速で安全なデータ伝送を提供しますが、大気乱流（AT）によって制限されます。
• 既存の方法では、ATによって引き起こされる信号劣化に対するリアルタイムの適応補償が困難です。
• 課題には、長距離FSOリンクにおけるビーム歪み、強度フェージング、およびモード間干渉が含まれます。

研究 の 目的:

• 大気乱流に対する耐性を強化するための新しいハイブリッドFSOフレームワークを開発すること。
• 構造化光ビーム、適応光学、およびインテリジェント信号処理を統合して、リアルタイムの補償を行うこと。
• 悪条件下でのFSO通信システムのパフォーマンスとスケーラビリティを向上させること。

主な方法:

• ベッセルビーム、エアリービーム、および軌道角運動量（OAM）ビームを組み込んだハイブリッドFSOフレームワークを提案しました。
• 適応光学（AO）およびダイナミックニューラルファジィ推論システム（DNFIS）を含むインテリジェント信号処理を実装して、等化を行いました。
• 時間領域相関シーケンス生成（DCNN-TCSGm）を備えたディープ畳み込みニューラルネットワークを使用して、リアルタイムの乱流予測と補償を行いました。
• メタサーフェスを使用して、中赤外スペクトルにおける波長分割多重化（WDM）とのOAM多重化をモデル化しました。

主要な成果:

• 従来のシステムと比較してビットエラー率（BER）を55％削減しました。
• 信号電圧安定性を22％向上させました。
• 従来のモード分割多重化（MDM）-FSOおよび決定フィードバックイコライザー（DFE）システムと比較して、最大10dBの電力利得を得ました。
• 困難な大気条件下での堅牢性とスケーラビリティを検証しました。

結論:

• 提案されたハイブリッドFSOフレームワークは、大気乱流の影響を効果的に軽減します。
• 構造化光、AO、およびAI駆動信号処理の統合は、FSO通信パフォーマンスを大幅に向上させます。
• このフレームワークは、将来の高性能FSOネットワークにスケーラブルで堅牢なソリューションを提供します。