Low-Complexity Adaptive Optics Aided Orbital Angular Momentum Based Wireless Communications

角动量 无线 自适应光学 物理 自由空间光通信 计算机科学 光学 电子工程 光通信 电信 工程类 经典力学
作者
Huan Chang,Xiaoli Yin,Haipeng Yao,Jingjing Wang,Ran Gao,Jianping An,Lajos Hanzo
出处
期刊:IEEE Transactions on Vehicular Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:70 (8): 7812-7824 被引量:18
标识
DOI:10.1109/tvt.2021.3092791
摘要

Adaptive optics (AO) has the potential to mitigate the effect of atmospheric turbulence and improve the performance of orbital angular momentum (OAM)-based optical wireless communication (OAM-OWC) links. Here, we propose a single-intensity-measurement phase retrieval algorithm (SPRA)-based AO technique of compensating for the distortion of the OAM beam. The only parameter required by the SPRA wave-front sensor is the intensity of the probe beam in the Fourier domain, which substantially simplifies the AO system. We first derive an analytical expression to characterize the expansion of probe beam in OAM-OWC links and then determine the diameter constraints as the apriori information of the SPRA required for guaranteeing a certain compensation performance. The simulation results illustrate that the SPRA-AO approach can indeed correct a distorted OAM beam both in a single-channel scenario and in multiplexed OAM-OWC systems. The bit error rate can be improved by orders of magnitude with the aid of SPRA-AO compensation. Furthermore, we establish noise models of AO-based OAM-OWC systems and analyze the robustness of the SPRA-AO technique. In a nutshell, this paper provides new insights for the applications of AO and forms the theoretical basis of employing probe beams in OAM-OWC systems.

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