إرسال متعدد حسب العزم الزاوي المداري

قالب:Expert subject

تقنيات الإرسال
المتعدد المتقابل
نسق الدارة
(ثابت السعة)
TDM • FDM • WDM
الإرسال المتعدد للاستقطاب
إرسال متعدد حيزي (MIMO)
إرسال متعدد متقابل إحصائي
(متغير السعة)
نسق حزمي البيانات • Dynamic TDM
FHSS • DSSS • OFDMA
المواضيع ذات الصلة
طرق الولوج القنوي
ضبط ولوج الوسائط (MAC)
 ع • ن • ت

إرسال متعدد حسب العزم الزاوي المداري Orbital angular momentum multiplexing ( OAM) هي طريقة الطبقة المادية لإشارات تعدد الإرسال المنقولة على الموجات الكهرومغناطيسية استخدام العزم الزاوي المداري للموجات الكهرومغناطيسية للتمييز بين الإشارات المتعامدة المختلفة.[1]

العزم الزاوي المداري هو أحد شكلين من العزم الزاوي للضوء. يختلف عن OAM، ولا ينبغي الخلط بينه وبين ، العزم الخفيف الزاوي المداري. يوفر العزم الزاوي الدوار للضوء حالتين فقط متعامدة حالة كمية تتوافق مع حالتين استقطاب دائري ، ويمكن إثبات أنه مكافئ لمزيج من تعدد إرسال الاستقطاب و إزاحة الطور. من ناحية أخرى ، يعتمد OAM على شعاع ضوئي ممتد ، ودرجات حرية أكبر تأتي مع التمديد. وبالتالي ، يمكن أن يؤدي تعدد الإرسال OAM إلى الوصول إلى مجموعة من الحالات التي من المحتمل أن تكون غير محدودة ، وبالتالي تقدم عددًا أكبر بكثير من القنوات ، تخضع فقط لقيود البصريات في العالم الحقيقي.[بحاجة لمصدر]

اعتبارا من 2013, على الرغم من أن تعدد الإرسال OAM يعد بتحسينات كبيرة جدًا في عرض النطاق الترددي عند استخدامه بالتنسيق مع أنظمة التشكيل والتعددية الحالية الأخرى ، إلا أنه لا يزال تقنية تجريبية ، وقد تم عرضه حتى الآن فقط في المختبر. بعد الادعاء المبكر بأن OAM يستغل وضعًا كميًا جديدًا لنشر المعلومات ، أصبحت التقنية مثيرة للجدل ، حيث تشير العديد من الدراسات إلى أنه يمكن تصميمها كظاهرة كلاسيكية بحتة من خلال اعتبارها كشكل معين من إستراتيجيات تعدد الإرسال MIMO ذات التشكيل الضيق ، وامتثال حدود المعلومات الكلاسيكية النظرية.

اعتبارا من 2020, تشير أدلة جديدة من ملاحظات التلسكوب الراديوي إلى أن العزم الزاوي المداري للتردد الراديوي ربما لوحظ في الظواهر الطبيعية على المقاييس الفلكية ، وهي ظاهرة لا تزال قيد التحقيق.[2]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

تاريخ

تم عرض تعدد الإرسال OAM باستخدام أشعة الضوء في الفضاء الحر في بداية عام 2004.[3] ومنذ ذلك الحين ، استمر البحث في OAM في مجالين: التردد اللاسلكي والإرسال البصري.


تردد الراديو

تجارب أرضية

أظهرت تجربة في عام 2011 مضاعفة OAM لإشارتين راديويتين غير مترابطتين على مسافة 442 m.[4] تم الادعاء بأن OAM لا يتحسن على ما يمكن تحقيقه مع أنظمة RF التقليدية القائمة على العزم الخطي والتي تستخدم بالفعل MIMO ، حيث يشير العمل النظري إلى أنه في الترددات اللاسلكية ، يمكن إظهار تقنيات MIMO التقليدية لتكرار العديد من خصائص العزم الخطي للحزمة الراديوية التي تحمل OAM ، مما يترك القليل من مكاسب الأداء الإضافية أو معدومة.[5]

في نوفمبر 2012 ، كانت هناك تقارير عن اختلاف حول المفهوم النظري الأساسي لتعدد الإرسال OAM في الترددات الراديوية بين مجموعتي البحث Tamburini و Thide ، والعديد من المعسكرات المختلفة لمهندسي الاتصالات والفيزيائيين ، حيث أعلن البعض اعتقادهم بأن تعدد الإرسال OAM كان مجرد تنفيذ MIMO ، وآخرون يتمسكون بتأكيدهم أن تعدد الإرسال OAM هو ظاهرة متميزة ومثبتة تجريبياً.[6][7][8]

في عام 2014 ، وصفت مجموعة من الباحثين تنفيذ وصلة اتصال أكثر من 8 قنوات موجة ملليمترات معدة باستخدام مزيج من OAM وتعدد الإرسال في وضع الاستقطاب لتحقيق عرض نطاق إجمالي يبلغ 32 گيگابت / ثانية فوق مسافة 2.5 متر[9] تتوافق هذه النتائج جيدًا مع التوقعات بشأن المسافات المحدودة للغاية التي وضعها إدفورس وآخرون.[5]

يبدو أن الاهتمام الصناعي بتعدد إرسال الموجات الصغرية OAM للموجات البعيدة قد تضاءل منذ عام 2015 ، عندما نشر بعض المروجين الأصليين للاتصالات القائمة على OAM على ترددات الراديو (بما في ذلك سيا للإلكترونيات الدقيقة) تحقيقًا نظريًا[10] تبين أنه لا يوجد ربح حقيقي يتجاوز الإرسال المتعدد المكاني التقليدي من حيث السعة واحتلال الهوائي بشكل عام.

علم الفلك الراديوي

في عام 2019 ، قدمت رسالة نُشرت في "الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية" دليلاً على أن إشارات الراديو OAM قد تم استقبالها من محيط M87 * ثقب أسود ، أكثر من 50 مليون سنة ضوئية بعيدًا ، مما يشير إلى أن معلومات الزخم البصري الزاوي يمكن أن تنتشر عبر مسافات فلكية.[2]

ضوئياً

وقد تم تجربة تعدد الإرسال OAM في المجال البصري. في عام 2012 ، أظهر الباحثون سرعات إرسال بصري متعدد الإرسال OAM تصل إلى 2.5 Tbits / s باستخدام 8 قنوات OAM مميزة في شعاع واحد من الضوء ، ولكن فقط على مسار قصير جدًا في الفضاء الحر يبلغ مترًا واحدًا تقريبًا.[1][11] والعمل مستمر لتطبيق تقنيات OAM على الروابط العملية الاتصال البصري في الفضاء الحر.[12]

لا يمكن تنفيذ تعدد الإرسال OAM في أنظمة الألياف الضوئية لمسافات طويلة الحالية ، حيث تعتمد هذه الأنظمة على الألياف أحادية الوضع ، والتي لا تدعم بطبيعتها حالات الضوء OAM. بدلاً من ذلك ، يجب استخدام ألياف قليلة الوضع أو متعددة الأوضاع. تحدث مشكلة إضافية لتطبيق تعدد الإرسال OAM بسبب اقتران الوضع الموجود في الألياف التقليدية,[13] التي تسبب تغيرات في العزم الزاوي الدوراني للأنماط في الظروف العادية وتغيرات في العزم الزاوي المداري عندما تكون الألياف عازمة أو مضغوطة. بسبب عدم استقرار الوضع هذا ، لم يتم تحقيق تعدد إرسال OAM للكشف المباشر حتى الآن في اتصالات لمسافات طويلة. في عام 2012 ، أظهر الباحثون في جامعة بوسطن انتقال حالات OAM بنسبة نقاء 97 ٪ بعد 20 مترًا من ألياف خاصة.[14] أظهرت التجارب اللاحقة انتشارًا مستقرًا لهذه الأنماط على مسافات 50 مترًا,[15] والمزيد من التحسينات لهذه المسافة هي موضوع العمل الجاري. تشمل الأبحاث الجارية الأخرى حول جعل تعدد إرسال OAM يعمل في المستقبل نظام إرسال الألياف البصرية إمكانية استخدام تقنيات مشابهة لتلك المستخدمة لتعويض دوران الوضع في تعدد الإرسال الاستقطاب.[بحاجة لمصدر]

بديل لتعدد إرسال OAM للكشف المباشر هو كشف متماسك معقد حسابيًا باستخدام نهج MIMO معالجة الإشارات الرقمية (DSP) ، والذي يمكن استخدامه لتحقيق الاتصال لمسافات طويلة,[16] حيث يُقترح اقتران الوضع القوي ليكون مفيدا للأنظمة القائمة على الكشف المتماسك.[17]

عرض عملي في نظام الألياف الضوئية

ورقة بوزينوڤتش وآخرون. تم نشرها في مجلة 'Science' في عام 2013 يدعي العرض الناجح لنظام نقل الألياف البصرية متعدد الإرسال OAM عبر مسار اختبار بطول 1.1 كم.[18][19] كان نظام الاختبار قادرًا على استخدام ما يصل إلى 4 قنوات OAM مختلفة في وقت واحد ، باستخدام ألياف ذات ملف تعريف معامل الانكسار "vortex". أظهروا أيضًا OAM و WDM مجتمعين باستخدام نفس الجهاز ، ولكن باستخدام وضعي OAM فقط.[19]

عرض عملي في أنظمة الألياف الضوئية التقليدية

في عام 2014 ، مقالات بقلم جي ميليون وآخرون. و ه. هوانگ و آخرون. ادعى أول عرض ناجح لنظام نقل الألياف البصرية متعدد الإرسال OAM عبر 5 كم من الألياف الضوئية التقليدية,[20][21][22] أي الألياف البصرية التي لها قلب دائري ومؤشر تعريف متدرج. على النقيض من عمل بوزينوڤتش وآخرون ، الذين استخدموا ألياف بصرية مخصصة لها شكل انكسار "دوامة" ، عمل جي. ميليون و آخرون. و ه. هوانگ و آخرون الذين أوضحوا أن تعدد الإرسال OAM يمكن استخدامه في الألياف الضوئية المتاحة تجاريًا باستخدام المعالجة الرقمية MIMO لتصحيح خلط الأسلوب داخل الألياف. هذه الطريقة حساسة للتغيرات في النظام التي تغير خلط الأنماط أثناء الانتشار ، مثل التغييرات في انحناء الألياف ، وتتطلب موارد حسابية كبيرة لتوسيع نطاقها إلى أعداد أكبر من الأوضاع المستقلة ، ولكنها واعدة بشكل كبير.

في 2018 زنگ جي يي, هوران رن, شبياو وي, جاو لن & من گو[23] في معهد ملبورن الملكي للتكنولوجيا حيث قامو بتصغير هذه التكنولوجيا ، مما قلصوها من حجم مائدة عشاء كبيرة إلى شريحة صغيرة يمكن دمجها في شبكات الاتصالات. ويتوقعون أن تزيد هذه الشريحة من قدرة كبلات الألياف الضوئية بما لا يقل عن 100 ضعف ومن المحتمل أن تكون أعلى مع تطور التكنولوجيا.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ^ أ ب Sebastian Anthony (2012-06-25). "Infinite-capacity wireless vortex beams carry 2.5 terabits per second". Extremetech. Retrieved 2012-06-25.
  2. ^ أ ب Tamburini, F.; Thidé, B.; Della Valle, M. (November 2019). "Measurement of the spin of the M87 black hole from its observed twisted light". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters. Vol. 492, no. 1. pp. L22–L27. doi:10.1093/mnrasl/slz176.
  3. ^ Gibson, G.; Courtial, J.; Padgett, M. J.; Vasnetsov, M.; Pas'Ko, V.; Barnett, S. M.; Franke-Arnold, S. (2004). "Free-space information transfer using light beams carrying orbital angular momentum". Optics Express. 12 (22): 5448–5456. Bibcode:2004OExpr..12.5448G. doi:10.1364/OPEX.12.005448. PMID 19484105.
  4. ^ Tamburini, F.; Mari, E.; Sponselli, A.; Thidé, B.; Bianchini, A.; Romanato, F. (2012). "Encoding many channels on the same frequency through radio vorticity: First experimental test". New Journal of Physics. 14 (3): 033001. arXiv:1107.2348. Bibcode:2012NJPh...14c3001T. doi:10.1088/1367-2630/14/3/033001.
  5. ^ أ ب Edfors, O.; Johansson, A. J. (2012). "Is Orbital Angular Momentum (OAM) Based Radio Communication an Unexploited Area?". IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 60 (2): 1126. Bibcode:2012ITAP...60.1126E. doi:10.1109/TAP.2011.2173142.
  6. ^ Jason Palmer (8 November 2012). "'Twisted light' data-boosting idea sparks heated debate". BBC News. Retrieved 8 November 2012.
  7. ^ Tamagnone, M.; Craeye, C.; Perruisseau-Carrier, J. (2012). "Comment on 'Encoding many channels on the same frequency through radio vorticity: First experimental test'". New Journal of Physics. 14 (11): 118001. arXiv:1210.5365. Bibcode:2012NJPh...14k8001T. doi:10.1088/1367-2630/14/11/118001.
  8. ^ Tamburini, F.; Thidé, B.; Mari, E.; Sponselli, A.; Bianchini, A.; Romanato, F. (2012). "Reply to Comment on 'Encoding many channels on the same frequency through radio vorticity: First experimental test'". New Journal of Physics. 14 (11): 118002. Bibcode:2012NJPh...14k8002T. doi:10.1088/1367-2630/14/11/118002.
  9. ^ Yan, Y.; Xie, G.; Lavery, M. P. J.; Huang, H.; Ahmed, N.; Bao, C.; Ren, Y.; Cao, Y.; Li, L.; Zhao, Z.; Molisch, A. F.; Tur, M.; Padgett, M. J.; Willner, A. E. (2014). "High-capacity millimetre-wave communications with orbital angular momentum multiplexing". Nature Communications. 5: 4876. Bibcode:2014NatCo...5.4876Y. doi:10.1038/ncomms5876. PMC 4175588. PMID 25224763.
  10. ^ Oldoni, Matteo; Spinello, Fabio; Mari, Elettra; Parisi, Giuseppe; Someda, Carlo Giacomo; Tamburini, Fabrizio; Romanato, Filippo; Ravanelli, Roberto Antonio; Coassini, Piero; Thide, Bo (2015). "Space-Division Demultiplexing in Orbital-Angular-Momentum-Based MIMO Radio Systems". IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 63 (10): 4582. Bibcode:2015ITAP...63.4582O. doi:10.1109/TAP.2015.2456953.
  11. ^ "'Twisted light' carries 2.5 terabits of data per second". BBC News. 2012-06-25. Retrieved 2012-06-25.
  12. ^ Djordjevic, I. B.; Arabaci, M. (2010). "LDPC-coded orbital angular momentum (OAM) modulation for free-space optical communication". Optics Express. 18 (24): 24722–24728. Bibcode:2010OExpr..1824722D. doi:10.1364/OE.18.024722. PMID 21164819.
  13. ^ McGloin, D.; Simpson, N. B.; Padgett, M. J. (1998). "Transfer of orbital angular momentum from a stressed fiber-optic waveguide to a light beam". Applied Optics. 37 (3): 469–472. Bibcode:1998ApOpt..37..469M. doi:10.1364/AO.37.000469. PMID 18268608.
  14. ^ Bozinovic, Nenad; Steven Golowich; Poul Kristensen; Siddharth Ramachandran (July 2012). "Control of orbital angular momentum of light with optical fibers". Optics Letters. 37 (13): 2451–2453. Bibcode:2012OptL...37.2451B. doi:10.1364/ol.37.002451. PMID 22743418.
  15. ^ Gregg, Patrick; Poul Kristensen; Siddharth Ramachandran (January 2015). "Conservation of orbital angular momentum in air-core optical fibers". Optica. 2 (3): 267–270. arXiv:1412.1397. doi:10.1364/optica.2.000267.
  16. ^ Ryf, Roland; Randel, S.; Gnauck, A. H.; Bolle, C.; Sierra, A.; Mumtaz, S.; Esmaeelpour, M.; Burrows, E. C.; Essiambre, R.; Winzer, P. J.; Peckham, D. W.; McCurdy, A. H.; Lingle, R. (February 2012). "Mode-Division Multiplexing Over 96 km of Few-Mode Fiber Using Coherent 6 × 6 MIMO Processing". Journal of Lightwave Technology. 30 (4): 521–531. Bibcode:2012JLwT...30..521R. doi:10.1109/JLT.2011.2174336.
  17. ^ Kahn, J.M.; K.-P. Ho; M. B. Shemirani (March 2012). "Mode Coupling Effects in Multi-Mode Fibers" (PDF). Proc. Of Optical Fiber Commun. Conf.: OW3D.3. doi:10.1364/OFC.2012.OW3D.3. ISBN 978-1-55752-938-1.
  18. ^ Jason Palmer (28 June 2013). "'Twisted light' idea makes for terabit rates in fibre". BBC News.
  19. ^ أ ب Bozinovic, N.; Yue, Y.; Ren, Y.; Tur, M.; Kristensen, P.; Huang, H.; Willner, A. E.; Ramachandran, S. (2013). "Terabit-Scale Orbital Angular Momentum Mode Division Multiplexing in Fibers". Science. 340 (6140): 1545–8. Bibcode:2013Sci...340.1545B. doi:10.1126/science.1237861. PMID 23812709.
  20. ^ Richard Chirgwin (19 Oct 2015). "Boffins' twisted enlightenment embiggens fibre". The Register.
  21. ^ Milione, G.; et al. (2014). Orbital-Angular-Momentum Mode (De)Multiplexer: A Single Optical Element for MIMO-based and non-MIMO based Multimode Fiber Systems. pp. M3K.6. doi:10.1364/OFC.2014.M3K.6. ISBN 978-1-55752-993-0. {{cite book}}: |journal= ignored (help)
  22. ^ Huang, H.; Milione, G.; et al. (2015). "Mode division multiplexing using an orbital angular momentum mode sorter and MIMO-DSP over a graded-index few-mode optical fibre". Scientific Reports. 5: 14931. Bibcode:2015NatSR...514931H. doi:10.1038/srep14931. PMC 4598738. PMID 26450398.
  23. ^ Gu, Min; Lin, Jiao; Wei, Shibiao; Ren, Haoran; Yue, Zengji (2018-10-24). "Angular-momentum nanometrology in an ultrathin plasmonic topological insulator film". Nature Communications (in الإنجليزية). 9 (1): 4413. doi:10.1038/s41467-018-06952-1. ISSN 2041-1723. PMID 30356063.

وصلات خارجية

الكلمات الدالة:
تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=إرسال_متعدد_حسب_العزم_الزاوي_المداري&oldid=2232278"