Codificación y decodificación a partir del momento angular orbital de la luz y GNU Radio

Abstract

Se desarrolló una herramienta de simulación para la comunicación óptica en espacio libre basada en el Momento Angular Orbital (OAM) implementada en GNU Radio. Cada símbolo transmite hasta 4 bits mediante 4 canales OAM paralelos con |ℓ| = 1, 2, 3, 4; en cada canal, el signo codifica el bit: +ℓ representa 1 y −ℓ representa 0. El sistema es completamente configurable con 18 parámetros (número de canales, longitud de onda, potencia, aperturas TX/RX, nivel de turbulencia, SNR), permitiendo análisis desde 1 hasta 4 modos por símbolo bajo diversas condiciones atmosféricas. La arquitectura modular comprende: codificación bit-a-modo, simulación de turbulencia según el modelo de Kolmogorov con pantallas de fase (𝐶𝑛2=1×10−16 m-2/3), modelado de canal AWGN, decodificación por proyección modal vía correlación normalizada (NCC) y tableros de visualización múltiples. Bajo condiciones de laboratorio (láser HeNe λ = 633 nm, propagación 10 m, SNR = 30 dB), las estructuras anulares modales y detección de signo se preservan con degradación moderada del frente de onda. Los resultados cuantitativos muestran NCC >0.85 para turbulencia débil, validando el simulador contra datos experimentales publicados (Zhao et al., 2020) y estableciendo una línea base reproducible para investigación en comunicaciones ópticas OAM en espacio libre.