欠尋址的光學(xué)mimo系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)空間模式分配的制作方法
【專利摘要】可以通過配置傳送器處的空間模式耦合器和/或接收器處的空間模式分離器以在短于信道相干時(shí)間的時(shí)間標(biāo)度上動(dòng)態(tài)改變其空間模式配置而降低欠尋址光學(xué)MIMO系統(tǒng)中的運(yùn)行中斷概率。在MIMO系統(tǒng)采用具有充分糾錯(cuò)能力的FEC碼來糾正與傳送器和接收器之間所建立的MFMO信道的平均狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤的量的情況下,該相對(duì)快速的動(dòng)態(tài)變化趨于降低如下事件的頻率,在該事件期間,每FEC編碼的數(shù)據(jù)塊的錯(cuò)誤數(shù)量超出FEC碼的糾錯(cuò)能力。
【專利說明】欠尋址的光學(xué)MIMO系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)空間模式分配
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2011年3月4日提交的題為“SPATIAL-MODE MANAGEMENT INUNDER-ADDRESSED OPTICAL MIMO SYSTEMS” 的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng) N0.61 / 449,246 的優(yōu)先權(quán),所述申請(qǐng)全文通過引用結(jié)合于此。
[0003]本申請(qǐng)的主題涉及Peter J.Winzer和Gerard J.Foschini于本申請(qǐng)的同一日期提交的、代理所卷號(hào)為 809976-US-NP 的、題為 “INTRA-LINK SPATIAL-MODE MIXING IN ANUNDER-ADDRESSED OPTICAL MIMO SYSTEM” 的美國(guó)專利申請(qǐng) N0.13 / 332,968 的主題,所述申請(qǐng)全文通過引用結(jié)合于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]本發(fā)明涉及光學(xué)通信設(shè)備,尤其但并非排他地涉及用于在多?;蚨嘈竟饫w上建立和操作多輸入/多輸出(MIMO)光學(xué)傳輸信道的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0005]這一部分對(duì)可能有助于更好地理解本發(fā)明(多個(gè))的方面進(jìn)行介紹。因此,這一部分的聲明要考慮到這一點(diǎn)進(jìn)行閱讀而并非被理解為承認(rèn)其屬于或不屬于現(xiàn)有技術(shù)。
[0006]MMO方法被主動(dòng)研發(fā)以利用多模和多芯光纖固有的高傳輸能力。在光學(xué)MMO系統(tǒng)的傳送器處,多個(gè)光信號(hào)利用數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立調(diào)制并且耦合到多?;蚨嘈竟饫w的相對(duì)應(yīng)的多個(gè)空間模式之中以便傳輸至遠(yuǎn)程接收器。在接收器處,所接收的由多個(gè)空間模式所承載的光信號(hào)在接收器被彼此分離以及解調(diào)/解碼以在接收器處恢復(fù)被編碼到原始光信號(hào)上的數(shù)據(jù)。
[0007]光學(xué)MIMO系統(tǒng)中所使用的代表性的多模或多芯光纖可以具有相對(duì)大量(例如,>100)的空間模式。由于某些硬件限制,常規(guī)傳送器可能無法單獨(dú)對(duì)典型的多?;蚨嘈竟饫w所支持的所有空間模式進(jìn)行尋址。出于類似的硬件原因,常規(guī)接收器也可能無法對(duì)所有那些所支持的空間模式進(jìn)行單獨(dú)尋址。結(jié)果,這樣的傳送器可能無法將對(duì)應(yīng)的經(jīng)調(diào)制光信號(hào)耦合到所有所支持的空間模式中,并且這樣的接收器可能無法從所有所支持的空間模式中同時(shí)提取對(duì)應(yīng)的經(jīng)調(diào)制光信號(hào)。此外,在傳送器處尋址的空間模式的子集可能與在接收器處尋址的空間模式的子集有所不同。不利的是,光纖鏈路所施加的光學(xué)噪聲和依賴于模式的損耗可能使得在這樣的欠尋址(under-addressed)光學(xué)MIMO系統(tǒng)中的運(yùn)行中斷概率相對(duì)聞。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]現(xiàn)有技術(shù)中的這些和某些其它問題被這里所公開的光學(xué)MMO系統(tǒng)的各個(gè)實(shí)施例所解決。本公開的創(chuàng)新方面包括但并不局限于:(i)被設(shè)計(jì)和配置為對(duì)光學(xué)空分復(fù)用(SDM)信號(hào)的傳送器和/或接收器處的空間模式選擇/分配進(jìn)行動(dòng)態(tài)且智能管理的光學(xué)MMO系統(tǒng);(ii)被設(shè)計(jì)和配置為對(duì)光鏈路的空間模式混合特性進(jìn)行可控改變的鏈路內(nèi)光學(xué)模式混合器,以及(iii)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體操作并且也對(duì)傳送器、接收器和模式混合器中的每一個(gè)單獨(dú)進(jìn)行操作以實(shí)現(xiàn)高傳輸能力和/或高的操作可靠性的方法。本公開的各實(shí)施例所提供的某些益處和優(yōu)勢(shì)可以在所述系統(tǒng)規(guī)范實(shí)施相對(duì)嚴(yán)格的誤比特率(BER)要求時(shí)變得更為關(guān)出。
[0009]根據(jù)本公開的一個(gè)方面,可以通過配置在傳送器處的空間模式耦合器或者在接收器處的空間模式分離器以在比信道相干時(shí)間更快速的時(shí)間標(biāo)度上動(dòng)態(tài)改變其空間模式配置而降低欠尋址光學(xué)MMO系統(tǒng)中的運(yùn)行中斷概率。在MMO系統(tǒng)采用了具有充分糾錯(cuò)能力的FEC (前向糾錯(cuò))碼來對(duì)與傳送器和接收器之間所建立的MMO信道的平均狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤的量進(jìn)行糾正的情況下,所述相對(duì)快速的動(dòng)態(tài)改變變化趨于降低如下事件的頻率,在所述事件期間,每FEC編碼的數(shù)據(jù)塊的錯(cuò)誤數(shù)量超出FEC碼的糾錯(cuò)能力。
[0010]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例,提供了一種光學(xué)系統(tǒng),其具有光學(xué)模式耦合(OMC)設(shè)備,被配置為對(duì)光鏈路的空間模式的第一子集進(jìn)行尋址;以及控制器,被配置為在通過所述OMC設(shè)備和所述光鏈路傳輸承載數(shù)據(jù)的光信號(hào)期間對(duì)OMC設(shè)備進(jìn)行重新配置,以對(duì)所述光鏈路的空間模式的第二子集進(jìn)行尋址,其中第二子集與第一子集相差一個(gè)或多個(gè)空間模式。
[0011]在以上光學(xué)系統(tǒng)的一些實(shí)施例中,光鏈路包括多模光纖、多芯光纖或光纖線纜;并且OMC設(shè)備被配置為對(duì)所述多模光纖、多芯光纖或光纖線纜的空間模式的子集進(jìn)行尋址。
[0012]在以上任意光學(xué)系統(tǒng)的一些實(shí)施例中,數(shù)據(jù)包括FEC編碼的數(shù)據(jù)塊或?qū)ьl數(shù)據(jù)序列。
[0013]在以上任意光學(xué)系統(tǒng)的一些實(shí)施例中,控制器被配置為使得OMC設(shè)備以大于與光鏈路相對(duì)應(yīng)的信道相干時(shí)間的倒數(shù)的速率改變空間模式的尋址。
[0014]在以上任意光學(xué)系統(tǒng)的一些實(shí)施例中,OMC設(shè)備是光傳送器的空間模式耦合器。
[0015]在以上任意光學(xué)系統(tǒng)的一些實(shí)施例中,光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步包括:FEC編碼器,被配置為生成承載FEC編碼的數(shù)據(jù)塊的多個(gè)數(shù)據(jù)流;和E / O轉(zhuǎn)換器,被配置為將所述多個(gè)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為多個(gè)經(jīng)調(diào)制的光信號(hào),其中:所述控制器被配置為使得所述空間模式耦合器在通過所述空間模式耦合器傳輸所述多個(gè)經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)期間改變第一子集中的一個(gè)或多個(gè)空間模式;并且所述空間模式耦合器被配置為將所述多個(gè)經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)中的每一個(gè)耦合到光鏈路的屬于當(dāng)前尋址子集的對(duì)應(yīng)的空間模式之中。
[0016]在以上任意光學(xué)系統(tǒng)的一些實(shí)施例中,所述FEC編碼器被配置為采用具有FEC塊大小的FEC碼,所述FEC塊大小使得承載FEC編碼的數(shù)據(jù)塊的經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)的傳輸?shù)某掷m(xù)時(shí)間短于信道相干時(shí)間。
[0017]在以上任意光學(xué)系統(tǒng)的一些實(shí)施例中,所述數(shù)據(jù)包括導(dǎo)頻數(shù)據(jù)序列;所述光學(xué)系統(tǒng)被配置為在通過所述OMC設(shè)備和光鏈路傳輸承載導(dǎo)頻數(shù)據(jù)序列數(shù)據(jù)的光信號(hào)期間監(jiān)測(cè)性能度量;并且所述控制器進(jìn)一步被配置為基于所監(jiān)測(cè)的性能度量選擇空間模式的第二子集并且在通過所述OMC設(shè)備和所述光鏈路傳輸承載有效載荷數(shù)據(jù)的第二光信號(hào)期間配置所述OMC設(shè)備以對(duì)空間模式的第二子集進(jìn)行尋址。
[0018]在以上任意光學(xué)系統(tǒng)的一些實(shí)施例中,所述控制器進(jìn)一步被配置為使得所述OMC設(shè)備保持第二子集不變直至通過所述OMC設(shè)備和所述光鏈路傳輸承載導(dǎo)頻數(shù)據(jù)序列的第
三光信號(hào)。
[0019]在以上任意光學(xué)系統(tǒng)的一些實(shí)施例中,所述OMC設(shè)備是光接收器的空間模式分離器。
[0020]在以上任意光學(xué)系統(tǒng)的一些實(shí)施例中,所述空間模式分離器被配置為將從所述光鏈路接收的光學(xué)SDM信號(hào)轉(zhuǎn)換為多個(gè)經(jīng)調(diào)制的光信號(hào),每個(gè)所述經(jīng)調(diào)制光信號(hào)對(duì)應(yīng)于來自當(dāng)前尋址的子集的相應(yīng)空間模式;并且所述光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步包括:0 / E轉(zhuǎn)換器,其被配置為將多個(gè)經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的多個(gè)數(shù)字樣本流;以及數(shù)字信號(hào)處理器,其被配置為對(duì)多個(gè)數(shù)字樣本流進(jìn)行處理以恢復(fù)由光學(xué)SDM信號(hào)承載的數(shù)據(jù)。
[0021]在以上任意光學(xué)系統(tǒng)的一些實(shí)施例中,在歸類時(shí)間,所述光接收器被配置為基于對(duì)應(yīng)的經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)的SNR值將當(dāng)前尋址子集的空間模型歸類為第一群組和第二群組,以使得第一群組具有比第二群組更高的SNR值;所述數(shù)字信號(hào)處理器被配置為基于與空間模式的第一群組相對(duì)應(yīng)的數(shù)字樣本流恢復(fù)由光學(xué)SDM信號(hào)承載的數(shù)據(jù);并且在兩個(gè)連續(xù)的歸類時(shí)間之間,所述控制器被配置為使得所述空間模式分離器改變空間模式的第二群組中的一個(gè)或多個(gè)空間模式而保持空間模式的第一群組不變。
[0022]在以上任意光學(xué)系統(tǒng)的一些實(shí)施例中,所述控制器被配置為:在第二群組中選擇對(duì)應(yīng)于最低SNR值的第一空間模式;在空間模式的當(dāng)前尋址子集之外隨機(jī)選擇第二空間模式;并且使得所述空間模式分離器對(duì)所述第二空間模式而不是第一空間模式進(jìn)行尋址。
[0023]在以上任意光學(xué)系統(tǒng)的一些實(shí)施例中,所述控制器被配置為:從當(dāng)前尋址子集中隨機(jī)選擇第一空間模式;在當(dāng)前尋址子集之外隨機(jī)選擇第二空間模式;并且使得所述OMC設(shè)備對(duì)所述第二空間模式而不是第一空間模式進(jìn)行尋址。
[0024]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例,提供了一種光學(xué)系統(tǒng),其具有OMC設(shè)備,被配置為對(duì)用于承載數(shù)據(jù)的光鏈路的空間模式的第一子集以及用于監(jiān)測(cè)性能度量的光鏈路的空間模式的第二子集進(jìn)行尋址,其中獲得的第一子集和第二子集共同包括光鏈路的所有引導(dǎo)模式。所述光學(xué)系統(tǒng)還具有控制器,被配置為在通過所述OMS設(shè)備和所述光鏈路傳輸承載數(shù)據(jù)的光信號(hào)期間對(duì)所述光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行重新配置以改變第一和第二子集中的至少一個(gè)。
[0025]根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例,提供了一個(gè)處理光信號(hào)的方法。所述方法包括步驟:配置OMC設(shè)備以對(duì)光鏈路的空間模式的第一子集進(jìn)行尋址;并且在通過所述OMC設(shè)備和所述光鏈路傳送承載數(shù)據(jù)的光信號(hào)的同時(shí)改變第一子集中的一個(gè)或多個(gè)空間模式。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]根據(jù)以下詳細(xì)描述和附圖,作為示例,本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的其它方面、特征和益處將變得更為清楚,其中:
[0027]圖1不出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)MIMO系統(tǒng)的框圖;
[0028]圖2示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的能夠在圖1的系統(tǒng)中使用的多模光纖的三個(gè)最低線性偏振(LP)模式的代表性強(qiáng)度分布和偏振;
[0029]圖3示出了根據(jù)本公開的另一實(shí)施例的能夠在圖1的系統(tǒng)中使用的多模光纖的若干LP模式的代表性相位/場(chǎng)強(qiáng)度(PFS)模式;
[0030]圖4A-4B圖示了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的能夠在圖1的系統(tǒng)中使用的光學(xué)模式耦合(OMC)設(shè)備;
[0031]圖5A-5B圖示了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的能夠在圖1的系統(tǒng)中使用的光學(xué)模式混合器;[0032]圖6示出了根據(jù)本公開的另一實(shí)施例的能夠在圖1的系統(tǒng)中使用的光學(xué)模式混合器的截面?zhèn)纫晥D;
[0033]圖7示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的對(duì)圖1的系統(tǒng)進(jìn)行操作的方法的流程圖;
[0034]圖8示出了根據(jù)本公開的另一實(shí)施例的對(duì)圖1的系統(tǒng)進(jìn)行操作的方法的流程圖;
[0035]圖9示出了根據(jù)本公開的又一實(shí)施例的對(duì)圖1的系統(tǒng)進(jìn)行操作的方法的流程圖;
[0036]圖10示出了根據(jù)本公開的又一實(shí)施例的對(duì)圖1的系統(tǒng)進(jìn)行操作的方法的流程圖;以及
[0037]圖11示出了根據(jù)本公開的又一實(shí)施例的對(duì)圖1的系統(tǒng)進(jìn)行操作的方法的流程圖?!揪唧w實(shí)施方式】
[0038]多模光纖例如通過空分復(fù)用(SDM)而能夠提供比單模光纖更高的傳輸能力。更具體地,多模光纖的不同引導(dǎo)模式能夠被不同調(diào)制的光信號(hào)或者獨(dú)立調(diào)制的光信號(hào)的給定集合的不同線性組合所使用。隨后能夠在接收器處通過對(duì)作為結(jié)果的所接收的光學(xué)SDM信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)解復(fù)用和展開而恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。類似概念也可應(yīng)用于多芯光纖。有利的是,空分復(fù)用能夠被用來對(duì)諸如時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用、正交頻分復(fù)用和偏振復(fù)用之類的其它復(fù)用技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)充,由此進(jìn)一步提高對(duì)應(yīng)光學(xué)傳輸鏈路的可用傳輸能力。
[0039]如現(xiàn)有技術(shù)所知的,多模光纖會(huì)使得通過其傳送的光信號(hào)受到隨機(jī)幅度衰減的影響。通過使用FEC(前向糾錯(cuò))編碼,可以至少一定程度地消除幅度衰減的不利影響。FEC編碼使用系統(tǒng)性地生成的冗余數(shù)據(jù)來減少接收器處的誤比特率(BER)。所述減少的成本是相伴出現(xiàn)的所需的前向信道帶寬的增加,后者以FEC碼的“速率”為特征。通常,較低速率的FEC碼被用于噪聲更大的信道。當(dāng)信道條件隨時(shí)間波動(dòng)時(shí),速率和/或FEC碼能夠適應(yīng)性地有所改變以保持可接受的BER。然而,在信道波動(dòng)過快和/或動(dòng)態(tài)改變碼率對(duì)給定系統(tǒng)而言過于復(fù)雜的任何時(shí)候,就會(huì)使用固定碼率和固定FEC碼,這趨于在大多數(shù)光學(xué)信道實(shí)例上可靠工作。然而,對(duì)于最大MMO能力低于FEC碼所允許的最小MMO能力的那些光學(xué)信道實(shí)例而言,所接收的SDM信號(hào)會(huì)變得不可解碼,這會(huì)在光學(xué)信道保持在這樣的“不良”實(shí)例中的時(shí)間內(nèi)不利地產(chǎn)生錯(cuò)誤而導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行中斷。
[0040]如這里所使用的,術(shù)語“運(yùn)行中斷”是指接收器在其間接收器失去其利用小于所規(guī)定的閾值BER的BER從所接收的光信號(hào)恢復(fù)數(shù)據(jù)的能力的事件。通常,在任意給定時(shí)刻,光纖鏈路中的信號(hào)傳播條件對(duì)于不同空間模式而言并非是統(tǒng)一的,并且此外,那些條件對(duì)于每個(gè)不同空間模式而言可以隨時(shí)間有所變化。在欠尋址光學(xué)MMO系統(tǒng)中,例如在信號(hào)傳播條件對(duì)于傳送器和/或接收器所尋址的空間模式的子集(多個(gè))而言特別不適宜時(shí),可能發(fā)生運(yùn)行中斷。
[0041]本公開的各個(gè)實(shí)施例旨在FEC編碼在被應(yīng)用于欠尋址的光學(xué)MMO系統(tǒng)時(shí)緩解至少一些以上所指出的限制。例如,一個(gè)或多個(gè)所公開的性能提升技術(shù)能夠通過不時(shí)地改變以下的一個(gè)或多個(gè)而降低運(yùn)行中斷的概率:(i)由傳送器所尋址的空間模式的子集,(ii)由接收器所尋址的空間模式的子集,以及(iii)光纖鏈路的空間模式混合特性。所述改變可以以趨于使得實(shí)際BER低于相對(duì)應(yīng)的靜態(tài)配置中所觀察到的BER的可控方式來執(zhí)行。有利的是,較低的BER通常表面其自身針對(duì)固定的MMO數(shù)據(jù)傳輸能力而言具有較低的運(yùn)行中斷概率或者針對(duì)所規(guī)定的固定運(yùn)行中斷概率而言具有較高的可實(shí)現(xiàn)MMO數(shù)據(jù)傳輸能力。[0042]通信提供方可以有利地使用來自本公開的一些實(shí)施例來部署能夠適應(yīng)“未來”光信號(hào)傳輸技術(shù)的光纖或光纖線纜。例如,目前,光學(xué)收發(fā)器技術(shù)可能還沒有達(dá)到使得所有空間模式都能夠被尋址的程度。所述約束可能部分是由于耦合光學(xué)器件中的限制和/或MMO處理ASIC的能力的限制。然而,這里所公開的某些實(shí)施例可以使得這樣的通信提供方能夠部署“永不過時(shí)的”光纖或光纖線纜,同時(shí)為所述通信提供方提供了在相對(duì)應(yīng)的通信系統(tǒng)保持利用處于“欠尋址”配置的光纖或光纖線纜進(jìn)行操作時(shí)使得運(yùn)行中斷概率最小化的手段。
[0043]圖1示出了根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)MMO系統(tǒng)100的框圖。系統(tǒng)100具有經(jīng)由光纖鏈路140互相耦合的光傳送器110和光接收器160。光纖鏈路140具有兩個(gè)光纖分段146a-b以及置于那兩個(gè)分段之間的光學(xué)模式混合器150。系統(tǒng)100進(jìn)一步具有控制器130,其操作地連接至傳送器110、接收器160和模式混合器150中的一個(gè)或多個(gè),例如如圖1所指示。
[0044]在操作中,如以下進(jìn)一步描述的,控制器130對(duì)以下的一個(gè)或多個(gè)的配置進(jìn)行控制:⑴傳送器110中的空間模式(SM)耦合器120,(ii)接收器160中的SM分離器164,以及(iii)光學(xué)模式混合器150。在各個(gè)實(shí)施例中,控制器130可以包括一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立模塊。這些獨(dú)立模塊中的一些(如果存在)可以與傳送器110位于一起。一些其他模塊(如果存在)可以與接收器160位于一起。又一些其他模塊(如果存在)可以處于沿光纖鏈路140的一個(gè)或多個(gè)專用位置,例如接近光學(xué)模式混合器150。
[0045]還預(yù)見到了系統(tǒng)100的以下可替換實(shí)施例。在某些可替換實(shí)施例中,SM耦合器120和SM分離器164中的至少一個(gè)是動(dòng)態(tài)可(重新)配置的光學(xué)模式耦合(OMC)設(shè)備,而模式混合器150是靜態(tài)光學(xué)模式混合器或者根本不存在。在其它可替換實(shí)施例中,模式混合器150是動(dòng)態(tài)可(重新)配置的設(shè)備,而SM耦合器120和SM分離器164之一或二者是靜態(tài)OMC設(shè)備。此外,光纖鏈路140可以具有多于兩個(gè)的光纖分段146,而光學(xué)模式混合器150的對(duì)應(yīng)實(shí)例耦合在相應(yīng)的相鄰光纖分段146之間。例如,如果鏈路140具有三個(gè)光纖分段146,則鏈路具有兩個(gè)光學(xué)模式·混合器150。這兩個(gè)光學(xué)模式混合器之一耦合在所述鏈路的第一和第二光纖分段之間,并且這兩個(gè)光學(xué)模式混合器中的另一個(gè)耦合在所述鏈路的第二和第三光纖分段之間。
[0046]在操作中,傳送器110接收輸入數(shù)據(jù)流102并且生成承載由輸入數(shù)據(jù)流所提供的數(shù)據(jù)的光學(xué)SDM輸出信號(hào)124。輸入數(shù)據(jù)流102被應(yīng)用于FEC編碼器112,其例如使用適當(dāng)FEC碼向所述數(shù)據(jù)添加冗余。FEC碼所產(chǎn)生的每個(gè)冗余數(shù)據(jù)塊可選地進(jìn)行交織和/或解復(fù)用以產(chǎn)生K個(gè)平行數(shù)據(jù)流IH1-1Hk,其中K是大于I的證書。FEC編碼器112隨后將數(shù)據(jù)流IH1-1Hk應(yīng)用于電光(E / O)轉(zhuǎn)換器116。
[0047]E / O轉(zhuǎn)換器116具有K個(gè)光調(diào)制器(圖1中并未明確示出),每個(gè)光調(diào)制器被配置為生成經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)IIS1-1ISk中對(duì)應(yīng)的一個(gè)。在一個(gè)實(shí)施例中,經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)IIS1-1ISk具有相同(共同)的載波頻率,并且這些光信號(hào)中的每一個(gè)承載由數(shù)據(jù)流
相對(duì)應(yīng)的一個(gè)所提供的數(shù)據(jù)。例如,經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)IlS1承載由數(shù)據(jù)流IH1所提供的數(shù)據(jù),經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)IlS2承載由數(shù)據(jù)流1142所提供的數(shù)據(jù),以此類推。
[0048]在一個(gè)實(shí)施例中,SM耦合器120經(jīng)由K個(gè)相應(yīng)的單模光纖從E / O轉(zhuǎn)換器116接收光信號(hào)IIS1-1ISk并且對(duì)這些光信號(hào)118中的每一個(gè)應(yīng)用空間相位濾波以對(duì)它們進(jìn)行適當(dāng)調(diào)諧以便有選擇地耦合至光纖分段146a中的不同的相應(yīng)空間模式之中。例如,如以下參考圖2-4進(jìn)一步描述的,經(jīng)空間相位濾波器的信號(hào)(圖1中未明確示出)在SM耦合器120中進(jìn)行重疊,以在光纖分段146a的輸入端點(diǎn)處生成光SDM信號(hào)124。
[0049]在SM耦合器120中對(duì)每個(gè)光信號(hào)IIS1-1ISkK應(yīng)用的空間相位濾波使得這些光信號(hào)中的每一個(gè)實(shí)質(zhì)上耦合到光纖分段126的單個(gè)所選擇空間模式之中,其中不同信號(hào)118被耦合至不同的相應(yīng)空間模式。根據(jù)系統(tǒng)100的特定實(shí)施例,不同光信號(hào)118到光纖分段146a的不同空間模式上的映射可以是靜態(tài)的(B卩,固定的且不隨時(shí)間變化)或動(dòng)態(tài)的(即,隨時(shí)間有所變化)。當(dāng)SM耦合器120是可(重新)配置的SM耦合器時(shí),控制器130經(jīng)由控制信號(hào)132對(duì)SM耦合器的空間模式配置及其隨時(shí)間的變化進(jìn)行控制。
[0050]當(dāng)個(gè)體光信號(hào)由SM耦合器120有選擇地在輸入端點(diǎn)144處實(shí)質(zhì)性耦合到光纖分段146a的單個(gè)空間模式之中并且因此被轉(zhuǎn)換為從所述光纖分段啟動(dòng)(launch down)的SDM信號(hào)124的光分量時(shí),就認(rèn)為所述空間模式被傳送器110所“尋址”。
[0051]在各個(gè)實(shí)施例中,例如(并非限制)可以使用以下的一個(gè)或多個(gè)來實(shí)施光纖分段146a-b中的每一個(gè):(i)多模光纖;(ii)多芯光纖;(iii)單模光纖的集束;以及(iv)光纖線纜。如果使用多芯線纜,則所述光纖的每個(gè)芯可以被設(shè)計(jì)為支持相應(yīng)的單個(gè)空間模式或者相應(yīng)的多個(gè)空間模式。有關(guān)光纖分段146a-b的可能實(shí)施方式的其它細(xì)節(jié)例如可以在美國(guó)專利申請(qǐng)公開N0.2010 / 0329670和2010 / 0329671以及美國(guó)專利申請(qǐng)序列N0.13 /018511中找到,所有這些均通過引用全文結(jié)合于此。
[0052]在某些實(shí)施例中,每個(gè)光纖分段146a_b支持N個(gè)空間模式,其中N>K。換句話說,在這些實(shí)施例中,傳送器Iio對(duì)光纖鏈路140中比其中的光纖模式的最大可能數(shù)量更少的空間模式進(jìn)行尋址。結(jié)果,光纖鏈路140作為欠尋址SDM鏈路進(jìn)行操作。在可替換實(shí)施例中,N=K。在其它可替換實(shí)施例中,光纖分段146a支持Na個(gè)空間模式,而光纖分段146b支持Nb個(gè)空間模式,其中Na幸Na并且Na和Na中的每一個(gè)均大于或等于K。
[0053]在本領(lǐng)域中已知的是,多模或多芯光纖的空間模式可能在它們沿光纖長(zhǎng)度傳播時(shí)經(jīng)歷模式間混合。結(jié)果,即使通信信號(hào)在光纖的輸入端點(diǎn)被完全限制于特定的單一空間模式,其它空間模式也將在光纖的輸出端點(diǎn)處受到來自所述通信信號(hào)的影響,所述輸出端點(diǎn)例如光纖分段146a的輸出端點(diǎn)148。
[0054]光學(xué)模式混合器提供可控地改變光纖鏈路140的空間模式混合特性的能力。在數(shù)學(xué)上,光學(xué)模式混合器150對(duì)經(jīng)過其傳播的SDM信號(hào)的影響由等式(I)進(jìn)行表述:
[0055]
Kut = mK⑴
[0056]其中〗,.?是具有凡個(gè)分量的輸入信號(hào)矢量,其中每個(gè)分量表不在光纖分段146a的輸出端點(diǎn)148處占據(jù)被光學(xué)模式混合器150所尋址的相對(duì)應(yīng)的空間模式的光信號(hào)是具有Nb個(gè)分量的輸出信號(hào)矢量,其中每個(gè)分量表不在光纖分段146b的輸入端點(diǎn)152處占據(jù)由光學(xué)模式混合器150所尋址的相對(duì)應(yīng)的空間模式的光信號(hào);并且M為NbXNa矩陣,其描述了光學(xué)模式混合器的空間模式混合特性。通常,和M中的每一個(gè)都是復(fù)數(shù)值的實(shí)體。在靜態(tài)配置中,模式混合矩陣是獨(dú)立于時(shí)間的并且具有恒定的矩陣元素。在動(dòng)態(tài)配置中,模式混合矩陣M取決于時(shí)間并且具有至少一個(gè)隨時(shí)間變化的矩陣元素。當(dāng)光學(xué)模式混合器150是可(重新)配置的模式混合器時(shí),控制器130經(jīng)由控制信號(hào)134對(duì)光學(xué)模式混合器的配置及其隨時(shí)間的變化進(jìn)行控制。
[0057]接收器160從光纖分段146b的輸出端點(diǎn)154接收光SDM信號(hào)156,如以下進(jìn)一步描述的對(duì)所述SDM信號(hào)進(jìn)行處理以恢復(fù)數(shù)據(jù)流102的原始數(shù)據(jù),并且經(jīng)由輸出數(shù)據(jù)流178輸出所恢復(fù)的數(shù)據(jù)。SDM信號(hào)146被應(yīng)用于SM分離器164,其將SDM信號(hào)146劃分為L(zhǎng)個(gè)光信號(hào)分量166^166^,它們隨后被應(yīng)用于光電(O / E)轉(zhuǎn)換器168。注意到,在各個(gè)實(shí)施例中,L可能等于或不等于K。在代表性實(shí)施例中,L可以小于Nb并且也小于Na。
[0058]在一個(gè)實(shí)施例中,SM分離器164是與SM耦合器120相類似的OMC配置,但是被配置為以相反方向進(jìn)行操作。例如,SM分離器164可以被設(shè)計(jì)為將光信號(hào)166^166^ f禹合至L個(gè)相應(yīng)的單模光纖以便輸送至O / E轉(zhuǎn)換器168。為了執(zhí)行所述耦合,SM分離器164將SDM信號(hào)156劃分為L(zhǎng)個(gè)(例如,有所衰減的)副本并且應(yīng)用適宜的空間相位濾波以對(duì)每個(gè)所述副本進(jìn)行適當(dāng)調(diào)諧以便耦合到對(duì)應(yīng)的一個(gè)單模光纖。SM分離器164中應(yīng)用于SDM信號(hào)156的副本的空間相位濾波使得每個(gè)單模光纖實(shí)質(zhì)上從光纖分段146b的單個(gè)所選擇空間模式接收光能,其中不同的單模光纖從不同的相應(yīng)空間模式接收光能。根據(jù)系統(tǒng)100的特定實(shí)施例,不同光信號(hào)166到光纖分段146b的不同空間模式的映射可以是靜態(tài)的(即,固定的且不隨時(shí)間變化)或動(dòng)態(tài)的(即,隨時(shí)間有所變化)。當(dāng)SM分離器164是可(重新)配置的SM分離器時(shí),控制器130經(jīng)由控制信號(hào)136對(duì)SM分離器的配置及其隨時(shí)間的變化進(jìn)行控制。
[0059]當(dāng)f禹合至SM分離器164的單模光纖實(shí)質(zhì)上在輸出端點(diǎn)154從光纖分段146b中相對(duì)應(yīng)的單個(gè)所選擇空間模式接收光能并且因此生成信號(hào)166^166^中相對(duì)應(yīng)的一個(gè)時(shí),就認(rèn)為所述空間模式被接收器160所“尋址”。
[0060]光信號(hào)118和光信號(hào)116之間的關(guān)系一般可以使用等式(2)來表述:
[0061]
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)系統(tǒng),包括: 光學(xué)模式耦合(OMC)設(shè)備,被配置為對(duì)光鏈路的空間模式的第一子集進(jìn)行尋址;以及控制器,被配置為在通過所述OMC設(shè)備和所述光鏈路傳輸承載數(shù)據(jù)的光信號(hào)期間,對(duì)所述OMC設(shè)備進(jìn)行重新配置,以對(duì)所述光鏈路的空間模式的第二子集進(jìn)行尋址,其中所述第二子集與所述第一子集相差一個(gè)或多個(gè)空間模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng),其中: 所述光鏈路包括多模光纖、多芯光纖或光纖線纜; 所述OMC設(shè)備被配置為對(duì)所述多模光纖、多芯光纖或光纖線纜的空間模式的子集進(jìn)行尋址; 所述數(shù)據(jù)包括FEC編碼的數(shù)據(jù)塊或?qū)ьl數(shù)據(jù)序列;并且 所述控制器被配置為使得所述OMC設(shè)備以大于與所述光鏈路相對(duì)應(yīng)的信道相干時(shí)間的倒數(shù)的速率改變所述空間模式的尋址。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng),其中所述OMC設(shè)備是光傳送器的空間模式耦合器,所述光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步包括: FEC編碼器,被配置為生成承載FEC編碼的數(shù)據(jù)塊的多個(gè)數(shù)據(jù)流;以及 E / O轉(zhuǎn)換器,被配置為將所述多個(gè)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為多個(gè)經(jīng)調(diào)制的光信號(hào),其中: 所述控制器被配置為使得所述空間模式耦合器在通過所述空間模式耦合器傳輸所述多個(gè)經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)期間,改 變所述第一子集中的一個(gè)或多個(gè)空間模式;并且 所述空間模式耦合器被配置為將所述多個(gè)經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)中的每一個(gè)耦合到所述光鏈路的屬于當(dāng)前尋址子集的對(duì)應(yīng)的空間模式之中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)系統(tǒng),其中所述FEC編碼器被配置為采用具有FEC塊大小的FEC碼,所述FEC塊大小使得承載所述FEC編碼的數(shù)據(jù)塊的經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)的所述傳輸?shù)某掷m(xù)時(shí)間短于信道相干時(shí)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng),其中: 所述數(shù)據(jù)包括導(dǎo)頻數(shù)據(jù)序列; 所述光學(xué)系統(tǒng)被配置為在通過所述OMC設(shè)備和所述光鏈路傳輸承載所述導(dǎo)頻數(shù)據(jù)序列數(shù)據(jù)的所述光信號(hào)期間,監(jiān)測(cè)性能度量;并且 所述控制器進(jìn)一步被配置為基于所監(jiān)測(cè)的性能度量,選擇所述空間模式的所述第二子集,并且在通過所述OMC設(shè)備和所述光鏈路傳輸承載有效載荷數(shù)據(jù)的第二光信號(hào)期間,配置所述OMC設(shè)備,以對(duì)所述空間模式的所述第二子集進(jìn)行尋址。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng),其中所述控制器進(jìn)一步被配置為使得所述OMC設(shè)備保持所述第二子集不變,直至通過所述OMC設(shè)備和所述光鏈路傳輸承載導(dǎo)頻數(shù)據(jù)序列的第三光信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng),其中: 所述OMC設(shè)備是光接收器的空間模式分離器; 所述空間模式分離器被配置為將從所述光鏈路接收的光學(xué)SDM信號(hào)轉(zhuǎn)換為多個(gè)經(jīng)調(diào)制的光信號(hào),每個(gè)所述經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)對(duì)應(yīng)于來自當(dāng)前尋址子集的相應(yīng)空間模式;并且所述光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步包括: O / E轉(zhuǎn)換器,被配置為將所述多個(gè)經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的多個(gè)數(shù)字樣本流;以及 數(shù)字信號(hào)處理器,被配置為對(duì)所述多個(gè)數(shù)字樣本流進(jìn)行處理,以恢復(fù)由所述光學(xué)SDM信號(hào)承載的數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)系統(tǒng),其中: 在歸類時(shí)間,所述光接收器被配置為基于所述對(duì)應(yīng)的經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)的SNR值,將當(dāng)前尋址子集的空間模式歸類為第一群組和第二群組,以使得所述第一群組具有比所述第二群組高的SNR值; 所述數(shù)字信號(hào)處理器被配置為基于與空間模式的所述第一群組相對(duì)應(yīng)的所述數(shù)字樣本流,恢復(fù)由所述光學(xué)SDM信號(hào)承載的數(shù)據(jù);并且 在兩個(gè)連續(xù)的歸類時(shí)間之間,所述控制器被配置為使得所述空間模式分離器改變所述空間模式的第二群組中的一個(gè)或多個(gè)空間模式,而保持所述空間模式的第一群組不變。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng),其中所述控制器被配置為: 從當(dāng)前尋址子集中隨機(jī)選擇第一空間模式; 在所述當(dāng)前尋址子集之外隨機(jī)選擇第二空間模式;以及 使得所述OMC設(shè)備對(duì)所述第二空間模式而不是所述第一空間模式進(jìn)行尋址。
10.一種處理光信號(hào) 的方法,所述方法包括: 配置光學(xué)模式耦合(OMC)設(shè)備以對(duì)光鏈路的空間模式的第一子集進(jìn)行尋址;以及 在通過所述OMC設(shè)備和所述光鏈路傳送承載數(shù)據(jù)的光信號(hào)的同時(shí),改變所述第一子集中的一個(gè)或多個(gè)空間模式。
【文檔編號(hào)】H04J14/04GK103597387SQ201280011634
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月4日
【發(fā)明者】P·J·溫澤, G·J·福斯奇尼 申請(qǐng)人:阿爾卡特朗訊