本發(fā)明通常涉及光遠(yuǎn)程通信領(lǐng)域，并且更具體地涉及使用多?；蚨嘈绢愋偷墓饫w的光遠(yuǎn)程通信的領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在長距離(從幾百到幾千公里)上的光傳輸使用單模光纖。這些提供不展示模式失真(除了偏振模失真以外)以及能夠支持每波長幾十千兆比特/s的高比特率，并對多個(gè)波長這么做的優(yōu)點(diǎn)。

然而，對于在短距離上的傳輸，尤其是對于寬帶局域網(wǎng)(lan)，多?；蚨嘈竟饫w構(gòu)成對單模光纖的特別引起興趣的備選方案。多模光纖目前以塑料光纖(或pof)或二氧化硅光纖的形式可得到。

多模光纖具有較大直徑的芯，允許幾個(gè)空間導(dǎo)模的傳播，用lplp表示線偏振，其中l(wèi)是方位模式指標(biāo)，而p是徑向模式指標(biāo)。模式lp01是基模，能夠在單模光纖中傳播的唯一模式。模式lplp的總數(shù)取決于光電幾何(optogeometric)參數(shù)(芯的直徑、指標(biāo)分布)。此外，對于每個(gè)空間模式lplp，可定義兩個(gè)正交偏振態(tài)。待傳輸?shù)男畔⒎植荚诓煌膶?dǎo)模上(且如果必要，在這些模式的不同偏振上)。當(dāng)導(dǎo)模的數(shù)量低時(shí)，光纖被稱為少模光纖。更具體地，光纖被稱為少模，如果它的標(biāo)準(zhǔn)化頻率參數(shù)v是使得v＜8。

多模光纖的容量通常大于單模光纖的容量，每個(gè)模式單獨(dú)地被調(diào)制，且待傳輸?shù)男盘栐诓煌哪Ｊ缴媳欢嗦穫鬏?。然而，這個(gè)容量由在傳播中的模間耦合llp(模間串?dāng)_)限制。

多芯光纖包括在公共包層中的多個(gè)芯(一般從2到7個(gè)芯)。芯的大小通常小到足以只允許在它們的每個(gè)中的單模傳播。在這種情況下，它們不展示任何模間失真。另一方面，衰逝波產(chǎn)生在不同芯之間的耦合(芯間串?dāng)_)，當(dāng)芯的數(shù)量增加且芯間距離減小時(shí)，串?dāng)_的水平增加。像以前描述的模間耦合一樣，芯間耦合限制這些系統(tǒng)的范圍。

可實(shí)現(xiàn)mimo(多輸入多輸出)技術(shù)以分離在不同?；虿煌旧系膫鬏敚⒁虼嗽黾觽鬏斎萘?，像具有空間分集的多天線無線遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)一樣。將能夠在opt.express19(16697-16707(2011))中出版的標(biāo)題為“6x56gb/smode-divisionmultiplexedtransmissionover33-kmfew-modefiberenabledby6x6mimoequalization”的s.randel等人的文章中找到用于在多模光纖上的mimo光傳輸?shù)姆椒ǖ拿枋觥?/p>

最近，以本申請人的名字的申請fr-a-2977099提出使用空間-時(shí)間編碼來在多個(gè)模(在少模光纖中)或芯上傳輸符號。這種技術(shù)與上面提到的未編碼mimo光傳輸系統(tǒng)相比，使得能夠明顯減少比特誤碼率。

然而，在有或沒有空間-時(shí)間編碼的情況下，在多模或多芯型光纖上的mimo光傳輸對大量模/芯實(shí)現(xiàn)起來是復(fù)雜的，在接收時(shí)的處理的復(fù)雜度根據(jù)解碼類型至多在o(m³)方面改變，其中m是光纖的模/芯的數(shù)量。此外，所涉及的處理并行地需要m個(gè)rf子系統(tǒng)，這相稱地影響收發(fā)機(jī)的成本。為了減小處理復(fù)雜度和成本，必須選擇模/芯，傳輸將通過模/芯被執(zhí)行。

本發(fā)明的目的是提出用于選擇在用于mimo光學(xué)系統(tǒng)的多芯光纖中的多模光纖/芯中的模式的獨(dú)創(chuàng)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明由用于在多模光纖上的mimo傳輸?shù)南到y(tǒng)的模式選擇方法定義，該方法包括：

(a)測量由所述光纖的模式的集合構(gòu)成的傳輸通道的傳遞矩陣的步驟；

(b)將所述傳遞矩陣轉(zhuǎn)換成塊對角矩陣的操作，每個(gè)塊與所述光纖的模式子集有關(guān)；

(c)針對與所述塊相關(guān)聯(lián)的每個(gè)模式子集確定增益和/或傳輸容量(130)的步驟；

(d)選擇對應(yīng)于最高增益和/或容量的模式子集的步驟，mimo傳輸系統(tǒng)然后只使用這樣選擇的子集的模式來在所述光纖上傳輸。

傳遞矩陣的轉(zhuǎn)換有利地包括閾值化步驟，其中矩陣的低于預(yù)定閾值的所有元素被設(shè)置為零，隨后是通過置換這樣得到的傳遞矩陣的行和列來重新組織所述傳遞矩陣的步驟，對行的置換和對列的置換是相同的。

根據(jù)第一變形，根據(jù)增益標(biāo)準(zhǔn)來選擇模式子集，其中n是模式子集的數(shù)量，hn是被精簡到子集n的模式的傳輸通道的傳遞矩陣，是hn的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，以及tr(.)是跡函數(shù)。

根據(jù)第二變形，根據(jù)增益標(biāo)準(zhǔn)來選擇模式子集，其中n是模式子集的數(shù)量，mn是子集n的基數(shù)，hn是被精簡到子集n的模式的傳輸通道的傳遞矩陣，是hn的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，以及tr(.)是跡函數(shù)。

根據(jù)第三變形，根據(jù)容量標(biāo)準(zhǔn)來選擇模式子集，其中mn是子集n的基數(shù)，是在子集n的模式m上的傳輸通道的增益，pe是在mn個(gè)模式上分布的傳輸功率，以及n0是在模式上的接收時(shí)的噪聲功率。

根據(jù)第四變形，根據(jù)混合增益和容量標(biāo)準(zhǔn)來選擇模式子集，其中cn是被精簡到子集n的模式的傳輸通道的容量，其中hn是被精簡到子集n的模式的傳輸通道的傳遞矩陣，是hn的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，以及tr(.)是跡函數(shù)，且其中φ(.,.)是cn和γn的遞增函數(shù)。

在選擇模式子集之后，在不同模式上傳輸?shù)姆柕恼{(diào)制程度可被選擇為等于值q'，使得m'logq'＝mlogq，其中m是在選擇之前模式集合的基數(shù)，m'是所選擇的模式子集的基數(shù)，以及q是在選擇模式子集之前傳輸?shù)姆柕恼{(diào)制程度。

可選地，在選擇模式子集之后，在不同模式上傳輸?shù)姆柕恼{(diào)制程度被選擇為對于模式子集的不同模式是不同的。

最后，待傳輸?shù)姆柨赡苁艿娇臻g-時(shí)間編碼，空間-時(shí)間代碼的元素然后只在所選擇的所述模式子集的模式上被傳輸。

本發(fā)明還涉及用于在多芯光纖上的mimo傳輸?shù)南到y(tǒng)的芯選擇方法，其包括：

(a)測量由所述光纖的芯的集合構(gòu)成的傳輸通道的傳遞矩陣的步驟；

(b)將所述傳遞矩陣轉(zhuǎn)換成塊對角矩陣的操作，每個(gè)塊與所述光纖的芯子集有關(guān)；

(c)確定與所述塊相關(guān)的每個(gè)芯子集的增益和/或傳輸容量的步驟；

(d)選擇對應(yīng)于最高增益和/或容量的芯子集的步驟，mimo傳輸系統(tǒng)然后只使用這樣選擇的子集的芯來在所述光纖上傳輸。

傳遞矩陣的轉(zhuǎn)換有利地包括閾值化步驟，其中矩陣的低于預(yù)定閾值的所有元素被設(shè)置為零，后面是通過置換這樣得到的傳遞矩陣的行和列來重新組織該傳遞矩陣的步驟，對行的置換和對列的置換是相同的。

根據(jù)第一變形，根據(jù)增益標(biāo)準(zhǔn)來選擇芯子集，其中n是芯子集的數(shù)量，hn是被精簡到子集n的芯的傳輸通道的傳遞矩陣，是hn的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，以及tr(.)是跡函數(shù)。

根據(jù)第二變形，根據(jù)增益標(biāo)準(zhǔn)來選擇芯子集，其中n是芯子集的數(shù)量，mn是子集n的基數(shù)，hn是被精簡到子集n的芯的傳輸通道的傳遞矩陣，是hn的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，以及tr(.)是跡函數(shù)。

根據(jù)第三變形，根據(jù)容量標(biāo)準(zhǔn)來選擇芯子集，其中mn是子集n的基數(shù)，是在子集n的芯m上的傳輸通道的增益，pe是在mn個(gè)芯上分布的傳輸功率，以及n0是在芯上的接收時(shí)的噪聲功率。

根據(jù)第四變形，根據(jù)混合增益和容量標(biāo)準(zhǔn)來選擇芯子集，其中cn是被精簡到子集n的芯的傳輸通道的容量，其中hn是被精簡到子集n的芯的傳輸通道的傳遞矩陣，是hn的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，以及tr(.)是跡函數(shù)，且其中φ(.,.)是cn和γn的遞增函數(shù)。

在選擇芯子集之后，待在不同芯上傳輸?shù)姆柕恼{(diào)制程度可被選擇為等于值q'，使得m'logq'＝mlogq，其中m是在選擇之前芯的集合的基數(shù)，m'是所選擇的芯子集的基數(shù)，以及q是在選擇芯子集之前待傳輸?shù)姆柕恼{(diào)制程度。

可選地，在選擇芯子集之后，在不同芯上傳輸?shù)姆柕恼{(diào)制程度可被選擇為對于子集的不同芯是不同的。

有利地，待傳輸?shù)姆柺艿娇臻g-時(shí)間編碼，空間-時(shí)間代碼的元素然后只在所選擇的所述模式子集的芯上被傳輸。

附圖說明

在閱讀關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例時(shí)參考附圖，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，其中：

圖1示意性表示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于在多模光纖上的mimo傳輸?shù)南到y(tǒng)的模式選擇方法；

圖2示意性表示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的用于在多芯光纖上的mimo傳輸?shù)南到y(tǒng)的芯選擇方法。

具體實(shí)施方式

將首先在用于在多模光纖上的mimo傳輸?shù)南到y(tǒng)的情況下解釋本發(fā)明。在這樣的系統(tǒng)中，在給定時(shí)刻傳輸?shù)姆栐诠饫w的多個(gè)(m個(gè))模式上被多路傳輸(且如果必要，對于給定模式，在兩個(gè)不同的偏振上)。在接收時(shí)，在不同的模式上接收的信號例如被提供到最大似然(ml)檢測器以估計(jì)被傳輸?shù)姆枴?/p>

由光纖的m個(gè)模式構(gòu)成的傳輸通道可接著由下式建模：

y＝hx+n(1)

其中x是大小為m的矢量，其元素是所傳輸?shù)膹?fù)雜符號，h是大小為m×m的矩陣，其表示傳輸通道的函數(shù)并被稱為通道的傳遞矩陣，y是表示在不同模式上接收的復(fù)雜符號的大小為m的矢量，以及n是大小為m的矢量，其元素是假想的高斯加性白噪聲和每模方差n0的樣本。

多模光纖事實(shí)上包括多個(gè)(l個(gè))段、設(shè)置在每對連續(xù)段之間的放大器。每個(gè)光纖段可在概念上被分成k個(gè)連續(xù)部分，光纖的特征在每個(gè)部分的長度上是固定的。在每個(gè)段上的傳遞矩陣可由矩陣乘積tl,krl,k得到，其中大小為m×m的rl,k是與段l的部分k有關(guān)的模間耦合矩陣，以及tl,k是也具有大小為m×m的對角矩陣，其對角元素給出在段l的部分k上的不同模式的相應(yīng)相移。

每個(gè)耦合矩陣rl,k可被建模為正交隨機(jī)矩陣(其中im是單位矩陣)，其給出在不同模式上分布的能量的節(jié)省。耦合矩陣的非對角系數(shù)是模間耦合系數(shù)。它們的值取決于在所涉及的段的部分中傳播的不同模式之間的場分布的重疊的積分。重疊的積分本身取決于不完美性和在這個(gè)部分中的光纖段的曲率。

矩陣tl,k是對角系數(shù)具有的形式的矩陣，其中是均勻地分布在[0,2π]上的隨機(jī)變量的繪制的結(jié)果。

最后，在兩個(gè)段l和l+1之間的放大器可由增益矩陣gl建模。更具體地，gl是大小為m×m的對角矩陣，其元素給出對于不同的模式的放大器的相應(yīng)增益。矩陣gl可由平均(標(biāo)量)增益與在這個(gè)增益周圍的偏移矩陣的乘積表示。

最后，傳輸通道的傳遞矩陣可以用下面的形式表示：

在k上的乘積相對于一個(gè)且同一部分，而在l上的乘積相對于一個(gè)且同一部分。

實(shí)際上，矩陣h揭露模式子集，屬于一個(gè)且同一子集的模式耦合在一起，而屬于不同子集的模式只微弱地耦合或根本不耦合。換句話說，模間耦合只在所確定的模式子集內(nèi)明顯地起作用。

如果例如通過對傳輸通道h的傳遞矩陣的行執(zhí)行置換并對列執(zhí)行對應(yīng)置換按照子集將模式分組在一起，則得到塊對角矩陣，也就是說，采用下面的形式的矩陣：

其中矩陣(或塊)hn，(n＝1,...,n)是大小為mn×mn的方矩陣，使得在塊hn的對角線之外的項(xiàng)在(3)中被表示為零，但實(shí)際上它們可簡單地低于最小耦合閾值。

本發(fā)明所基于的思想是在傳輸中從光纖的m個(gè)模式中選擇對應(yīng)于塊hn之一的模式子集，n＝1,...,n。根據(jù)增益標(biāo)準(zhǔn)和/或容量標(biāo)準(zhǔn)來有利地執(zhí)行這個(gè)選擇，如在下文中所述的。在接收時(shí)，將可能只使用所選擇的模式的子集或甚至其超集，甚至所有模式，以對信息解碼。實(shí)際上，恢復(fù)模式中的信息可能是引起興趣的，模式雖然未被選擇且因此不被發(fā)射機(jī)使用但包含信息，該選擇根據(jù)在性能和復(fù)雜度之間的折衷標(biāo)準(zhǔn)來做出。

可根據(jù)不同的變形來設(shè)想增益標(biāo)準(zhǔn)。在這里，增益項(xiàng)應(yīng)在其最寬接受的意義上被理解，只要增益值可低于1。

如果假設(shè)借助于與塊hn相關(guān)聯(lián)的模式來執(zhí)行符號的傳輸，則功率增益可由下式表示：

根據(jù)這個(gè)變形，對不同的子集n＝1,...,n計(jì)算增益值γn，且保留使得到最大增益(最大損失)變得可能的子集nopt：

根據(jù)另一變形，可能選擇每模式平均增益最高的模式子集，換句話說：

其它變形可選地能夠被本領(lǐng)域技術(shù)人員考慮，而不以任何方式偏離本發(fā)明的范圍。矩陣是可對角化的，n＝1,...,n，且它們的本征值是實(shí)數(shù)和正的，被表示為m＝1,...,mn，對于矩陣可能使用增益函數(shù)而不是在(4)中給出的本征值的和，例如它們的乘積(或相等地，)。

第二選擇標(biāo)準(zhǔn)是容量標(biāo)準(zhǔn)。如果假設(shè)借助于與塊hn相關(guān)聯(lián)的模式來執(zhí)行符號的傳輸，則假定有線性響應(yīng)的通道的容量由下式給出：

其中pe是分布在mn個(gè)模式上的總傳輸功率。比率表示在模式m上的接收時(shí)的信噪比。使用高信噪比水平，通道的容量可由下式近似：

然后可能選擇使得到最大傳輸容量變得可能的模式子集nopt，即：

最后，可能基于增益和傳輸容量來使用混合選擇標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，最好地證實(shí)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模式子集nopt由下式給出：

其中φ是cn和γn的遞增函數(shù)。這個(gè)函數(shù)例如能夠是cn和γn的線性或非線性組合，加權(quán)系數(shù)取決于需要分配給傳輸容量和增益的優(yōu)先級。

無論保留什么標(biāo)準(zhǔn)，上面提到的選擇方法都使將模式的數(shù)量從m減小到變得可能。

可有利地通過增加所傳輸?shù)姆柕恼{(diào)制程度以不變的有用比特率做出這個(gè)減小。更具體地，如果q是在模式的數(shù)量減小之前的調(diào)制字母的基數(shù)，則可能選擇基數(shù)q'的調(diào)制字母，使得：

m'logq'＝mlogq(11)

例如，如果模式的初始數(shù)量是m＝6，具有4-qam調(diào)制，則可能使用在模式m'＝4上的8-qam調(diào)制或在m'＝3模式上的16-qam調(diào)制。在調(diào)制程度中的增加必定伴隨有在誤碼率(ber)方面的性能水平的對應(yīng)降低。于是可能通過使用如在導(dǎo)言部分中引用的申請fr-a-2977099中描述的空間-時(shí)間編碼來補(bǔ)償這個(gè)降低。

通常，在空間-時(shí)間編碼被實(shí)現(xiàn)的情況下，符號在塊中被傳輸，符號的塊在傳輸間隔(tti)上使用空間-時(shí)間代碼矩陣c來傳輸，矩陣c的行對應(yīng)于不同的模式，而列對應(yīng)于在傳輸間隔期間通道的連續(xù)使用(通道使用)?？臻g-時(shí)間編碼使與可能存在于選定模式子集內(nèi)的增益差異作斗爭變得可能。

圖1表示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于在多模光纖上的mimo傳輸?shù)南到y(tǒng)的模式選擇方法的流程圖。

重要地注意到，這個(gè)選擇將能夠在系統(tǒng)或接收機(jī)安裝的時(shí)間徹底地被執(zhí)行?？蛇x地，如果返回通道被提供到發(fā)射機(jī)，則這個(gè)選擇將能夠周期性地被做出，以考慮部件(特別是放大器)的漂移/老化或更換，指標(biāo)nopt然后在這個(gè)通道上由接收機(jī)傳輸。

在任何情況下，選擇方法包括在第一步驟110中在一組模式、甚至在光纖的所有模式上的傳輸通道h的傳遞矩陣的測量。

可借助于由發(fā)射機(jī)傳輸?shù)膶?dǎo)頻符號來執(zhí)行傳遞矩陣的測量，如本質(zhì)上已知的。

在步驟120中，傳遞矩陣h轉(zhuǎn)換成塊對角矩陣。這個(gè)轉(zhuǎn)換可包括矩陣的元素的閾值化。例如，矩陣(其模量低于預(yù)定閾值)的所有(復(fù)雜)元素被設(shè)置為零。如果在閾值化之后，矩陣不展示塊對角結(jié)構(gòu)，則矩陣的行和列被重新組織，以便將在模式子集中的模式分組在一起。模式子集使得屬于特定子集的模式耦合在一起，且屬于不同子集的模式不被耦合。重新組織包括對行和列執(zhí)行一系列置換，對行和列的置換是相同的(h是方矩陣)。

在步驟130中，針對與傳遞矩陣的塊相關(guān)聯(lián)的每個(gè)模式子集確定增益和/或傳輸容量。換句話說，值γn和/或cn如前面所解釋的被計(jì)算，n＝1,...,n。

在步驟140中，按照預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，例如根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)(5))、(6)、(9)或(10)之一來選擇對應(yīng)于最高增益和/或容量的模式子集。

mimo傳輸系統(tǒng)于是只使用被選擇傳輸符號的模式子集。

如果必要，模式的數(shù)量的這個(gè)減小將能夠伴隨有在待傳輸?shù)姆柕恼{(diào)制程度中的相關(guān)增加，甚至如前所述的空間-時(shí)間編碼。調(diào)制程度也能夠被選擇為對不同的模式是不同的。事實(shí)上應(yīng)理解，當(dāng)在模式上接收時(shí)的信噪比本身較高時(shí)，調(diào)制程度尤其能夠被選擇為對這個(gè)模式是相對應(yīng)較高的。

本發(fā)明的第二實(shí)施例涉及用于在多芯光纖上的mimo傳輸?shù)南到y(tǒng)的芯選擇方法。

為了簡潔的原因，將不完全重復(fù)對模式子集選擇給出的描述。然而，對本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚地顯現(xiàn)，在多芯光纖中的芯之間的耦合必須以與在多模光纖中的模式之間的耦合相同的方式被處理。

關(guān)于圖2只描述芯選擇方法的一般描述。

至于圖1的模式選擇，根據(jù)圖2的芯選擇將能夠在安裝系統(tǒng)時(shí)徹底地，或否則如果系統(tǒng)具有返回通道，則周期性和自適應(yīng)地被執(zhí)行。

選擇方法包括在第一步驟210中在多芯光纖的一組芯上、優(yōu)選地在這個(gè)光纖的所有芯上的傳輸通道h的傳遞矩陣的測量。

在這里再次，可借助于由發(fā)射機(jī)傳輸?shù)膶?dǎo)頻符號如本身已知的來測量傳遞矩陣。

在步驟220中，傳遞矩陣h轉(zhuǎn)換成塊對角矩陣。這個(gè)轉(zhuǎn)換可包括矩陣的元素的閾值化以及通過行和列的置換將模式重新組織成子集。芯子集使得屬于特定子集的芯耦合在一起，且屬于不同子集的芯不被耦合。

在步驟230中，針對與傳遞矩陣的塊相關(guān)聯(lián)的芯的每個(gè)子集，確定增益和/或傳輸容量。換句話說，值γn和/或cn如前面所解釋的被計(jì)算，n＝1,...,n，該計(jì)算與光纖的芯而不是模式有關(guān)。

在步驟240中，例如根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)(5))、(6)、(9)或(10)之一來選擇在預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的意義上的對應(yīng)于最高增益和/或容量的芯子集。

mimo傳輸系統(tǒng)于是只使用被選擇傳輸符號的芯子集。

最后，芯的數(shù)量的這個(gè)減小將能夠伴隨有在待傳輸?shù)姆柕恼{(diào)制程度中的相關(guān)增加，甚至如前所述的空間-時(shí)間編碼。如在第一實(shí)施例中的，調(diào)制程度將能夠根據(jù)這些芯中的每個(gè)上的信噪比被選擇為對不同的芯是不同的。