А.А. Пирогов1, А.В. Турецкий2, М.В. Хорошайлова3, Н.Б. Ускова4
1-4 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» (г. Воронеж, Россия)
1 Pirogov.alx@gmail.com; 2 kipr@vorstu.ru; 3 pmv2205@mail.ru; 4 nat-uskova@mail.ru
Постановка проблемы. С помощью вихревых волн, несущих орбитальный угловой момент (ОУМ), можно получить практически неограниченное число ортогональных состояний, что открывает новые возможности для высокоскоростной передачи данных и увеличения емкости каналов связи. Однако спиральный фазовый фронт таких волн чрезвычайно чувствителен к внешним воздействиям. Так, в свободном пространстве атмосферная турбулентность приводит к сильным искажениям волнового фронта и разрушению когерентности, вследствие чего возникают перекрестные помехи между соседними ОУМ-модами и резко уменьшается эффективность кодирования. В то же время существующие методы компенсации искажений (например, адаптивная оптика), требующие значительного времени сходимости, не всегда применимы для каналов с быстро меняющимися условиями. Поскольку традиционные подходы к ОУМ-кодированию, включая суперпозицию мод Лагерра-Гаусса, не зависят от текущего состояния канала и не обладают адаптивностью, их применение на практике ограничено. Таким образом, разработка адаптивных алгоритмов кодирования с ОУМ в качестве дополнительной степени свободы с возможностью корректировки искажения и подстройки параметров кодирования под изменяющиеся условия распространения в реальном времени является актуальной задачей.
Цель. Выполнить исследование адаптивных алгоритмов кодирования с ОУМ в качестве дополнительной степени свободы, предназначенных для компенсации вызванных атмосферной турбулентностью искажений и повышения скорости передачи, помехозащищенности и скрытности радиоканала с акцентом на их практическую реализацию и экспериментальную верификацию.
Результаты. Проведен анализ влияния атмосферной турбулентности на чистоту ОУМ-мод. Показано, что применение сверточной нейронной сети с архитектурой «кодировщик-декодировщик» позволяет прогнозировать фазовые искажения и восстанавливать исходную структуру волнового фронта. В результате моделирования установлено, что использование предложенного адаптивного алгоритма повышает чистоту моды с 32,5 до 97,1%, что подтверждает эффективность коррекции с использованием сверточных нейронных сетей (CNN) для компенсации турбулентных возмущений в реальном времени.
Практическая значимость. Результаты проведенного исследования адаптивных алгоритмов кодирования с использованием ОУМ могут быть использованы в системах спутниковой и наземной свободно-оптической связи для повышения пропускной способности и помехозащищенности каналов.
Пирогов А.А., Турецкий А.В., Хорошайлова М.В., Ускова Н.Б. Анализ адаптивных алгоритмов кодирования, использующих орбитальный угловой момент как дополнительную степень свободы // Радиотехника. 2026. Т. 90. № 7. С. 35-39. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202607-06
- Ji Z.R., Liu W.J., Krylyuk S., Fan X.J., Zhang Z.F., Pan A., Li L.J., Zhao J. Photocurrent detection of the orbital angular momentum of light // Science. 2020. Vl. 368. № 6492. P. 763–767.
- Хорошайлова М.В. Разработка и реализация симметричного самоорганизующегося нейросетевого декодера // Вестник Воронежского гос. технич. ун-та. 2020. Т. 16. № 3. С. 60-64.
- Башкиров А.В., Хорошайлова М.В., Демихова А.С. Оптимизация системы передачи информации от беспилотного летательного аппарата и повышение пропускной способности канала связи // Вестник Воронежского института МВД России. 2023. № 4. С. 140–148.
- Башкиров А.В., Хорошайлова М.В., Демихова А.С. Методика предварительного кодирования для системы беспилотных летательных аппаратов // Вестник Воронежского гос. технич. ун-та. 2023. Т. 19. № 5. С. 106–114.
- Башкиров А.В., Хорошайлова М.В., Чураков П.П., Турецкая Е.В. Разработка QC-LDPC-декодера с высокой пропускной способностью для 5G беспроводной радиосвязи // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 7. С. 14-19. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202207-03.