李爽，王平，刘涛，潘宇婷，王炜

（西安电子科技大学通信工程学院综合业务网国家重点实验室，陕西 西安 710071）

0 引言

自由空间光通信（FSO,free space optical）技术以其大带宽、高数据速率、低功耗、快速方便部署以及不需要频谱许可等特点在无线通信领域中占据重要地位[1-3]。为了进一步增加FSO 链路的信息传输能力，研究者提出了多种技术，如波分复用[4]、空间多路复用[5]等。近年来，涡旋光的空间模式提供了一种新的信息编码自由度，大大提高了光通信链路在有限带宽内的系统容量和光谱效率，使基于涡旋光的FSO 通信系统研究逐渐成为当前无线通信领域研究的热点之一。

轨道角动量（OAM,orbital angular momentum）是光的一种特性。携带OAM 的光束通常被称为涡旋光，具有螺旋相位exp(i mθ)，其中m为拓扑荷，也被称为OAM 模式数；θ 为方位角[6]。和传统的振幅、频率、相位等自由度相比，OAM 在理论上拥有无限的模式，因而能够在不增加频谱带宽的情况下使信道容量以及频谱效率得到进一步的提升[7-8]。同时，带有不同拓扑荷的涡旋光束具有正交性，即通过真空传输后，任意2 个不同拓扑荷的涡旋光束标量积为0。OAM 键控是指将比特信息映射到涡旋光束的拓扑荷上，结合OAM 的无限模态实现更高阶的调制[9]。然而，由于涡旋光束相位和振幅结构的特殊性，OAM-SK FSO 通信链路的传输性能尤其是在长距离数据传输中仍面临2 个主要的挑战。一是光束发散的影响。当接收机孔径受限时，OAM光束的发散可能会导致功率损耗和模式串扰[10]。另外，高阶OAM 光束比低阶OAM 光束发散得更快，因此更难捕获[11]。……