本發(fā)明屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及基于循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器的差分模式群時(shí)延補(bǔ)償系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

采用多芯或者少模光纖的空分復(fù)用系統(tǒng)近年來得到了廣泛的報(bào)道。其中，基于少模光纖的空分復(fù)用系統(tǒng)也叫做模分復(fù)用系統(tǒng)。相對于多芯來講，少模光纖的非線性容忍度高，連接方便；少模放大器的制造較為容易，因此得到了更為廣泛的關(guān)注。然而，模分復(fù)用的實(shí)用化仍然存在著諸多挑戰(zhàn)，接收端的多輸入多輸出(MIMO)信號處理的復(fù)雜度是限制模分復(fù)用工程應(yīng)用的主要限制因素。模分復(fù)用系統(tǒng)的接收端復(fù)雜度主要依賴于耦合的模式數(shù)，以及鏈路當(dāng)中最大的差分群時(shí)延；最大群時(shí)延之差是限制接收端MIMO均衡抽頭數(shù)的主要因素。

目前主要有以下幾種解決方案來結(jié)局模分復(fù)用接收端復(fù)雜度的問題：第一種方案是采用高效的算法，例如頻域均衡。時(shí)域均衡的算法復(fù)雜度隨著差分群時(shí)延的增長而線性增長，頻域均衡的算法復(fù)雜度隨差分模式群時(shí)延的增大而呈對數(shù)式增長。然而，對于傳輸多個(gè)模式的光纖鏈路來說，總的差分模式群時(shí)延很大；這種情況下，即使采用頻域均衡算法，接收端的MIMO信號處理仍然非常復(fù)雜。第二種方案是設(shè)計(jì)并制造一種低差分模式群時(shí)延的光纖；雖然可支持六個(gè)LP模式傳輸?shù)墓饫w已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但是支持更多模式的低差分模式群時(shí)延光纖卻很難實(shí)現(xiàn)。第三種方案是通過引入分布式模式耦合來降低信道的群時(shí)延展寬，例如采用偏心熔接的方式來引入分布式耦合；然而，接收機(jī)復(fù)雜度的降低卻是以模式相關(guān)損耗的增加以及系統(tǒng)容量的減少為代價(jià)的。第四種方案是采用和第三種方案相反的策略，在光纖設(shè)計(jì)階段來抑制各個(gè)模式之間的耦合，使用部分MIMO信號處理來降低復(fù)雜度。通常，圓形少模光纖中的模式能夠?qū)崿F(xiàn)模群之間的分離，但是同一個(gè)模群內(nèi)的兼并模式卻很難分離。采用橢圓少模光纖可以進(jìn)一步的抑制簡并模間的耦合，從而進(jìn)一步降低MIMO信號處理的復(fù)雜度，但這種方法只適用于短距離傳輸。第五種方法是采用差分模式群時(shí)延補(bǔ)償光纖，即利用兩種具有相反的差分模式群時(shí)延特性的少模光纖交替連接，對差分模式群時(shí)延進(jìn)行補(bǔ)償。然而實(shí)際操作時(shí)，需要進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)對光纖的差分模式群時(shí)延常數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測量，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的群時(shí)延補(bǔ)償光纖。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器的差分模式群時(shí)延補(bǔ)償系統(tǒng)，其目的在于利用循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器減小甚至消除差分模式群時(shí)延。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器的差分模式群時(shí)延補(bǔ)償系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)陣列、模分復(fù)用器、K段少模光纖、M個(gè)循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器、模分解復(fù)用器和接收機(jī)陣列；K段少模光纖構(gòu)成光纖鏈路；

其中，模分復(fù)用器的N個(gè)輸入端分別與發(fā)射機(jī)陣列的N個(gè)輸出端相連，光纖鏈路的一端與模分復(fù)用器的輸出端相連，光纖鏈路的另一端與模分解復(fù)用器的輸入端相連，接收機(jī)陣列的N個(gè)輸入端分別與模分解復(fù)用器的N個(gè)輸出端相連；

循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器的數(shù)量M為K段少模光纖中插入的循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器數(shù)量之和，每段少模光纖插入循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器的數(shù)量可能不同；K、M、N均為不小于1的正整數(shù)，M的最小值為K×(N-1)、最大值為K×N。

發(fā)射機(jī)陣列發(fā)出的N路信號分別以N種模式承載，由模分復(fù)用器將N種模式的信號進(jìn)行復(fù)用，復(fù)用信號進(jìn)入光纖鏈路中傳輸；模分解復(fù)用器對經(jīng)光纖鏈路傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行分解；接收機(jī)陣列對分解獲得的N路信號進(jìn)行解調(diào)。

優(yōu)選的，上述差分模式群時(shí)延補(bǔ)償系統(tǒng)，其循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器用于實(shí)現(xiàn)N個(gè)模式的循環(huán)轉(zhuǎn)換；光信號經(jīng)過循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器后，第1個(gè)模式轉(zhuǎn)換為第2個(gè)模式，第2個(gè)模式轉(zhuǎn)換為第3個(gè)模式，……，第(N-1)個(gè)模式轉(zhuǎn)換為第N個(gè)模式，第N個(gè)模式轉(zhuǎn)換為第1個(gè)模式。

優(yōu)選的，上述差分模式群時(shí)延補(bǔ)償系統(tǒng)，利用循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器使光纖模式實(shí)現(xiàn)循環(huán)轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，在任意一段少模光纖中等間隔的插入(N-1)個(gè)循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器，使得各路信號均分別以N個(gè)模式傳輸相同的距離L，第1路信號、第2路信號、……、第N路信號均遍歷不同的模式；N個(gè)模式的差分群時(shí)延的總和經(jīng)過本段光纖傳輸后，每路信號總的差分群時(shí)延均為其中，τ_i為第i個(gè)模式的群時(shí)延。

優(yōu)選的，上述差分模式群時(shí)延補(bǔ)償系統(tǒng)，當(dāng)實(shí)際應(yīng)用要求輸出某段光纖的各路信號的模式與輸入時(shí)的模式相同，則在該段光纖的末端再插入1個(gè)循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器，共插入N個(gè)循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器，但并不影響差分群時(shí)延的補(bǔ)償；

由于光纖鏈路的總差分群時(shí)延為K段少模光纖的差分群時(shí)延之和，經(jīng)任意一段少模光纖傳輸后信號的差分群時(shí)延均為0，則經(jīng)過整個(gè)光纖鏈路傳輸后信號的總差分群時(shí)延也為0。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

(1)本發(fā)明提供的基于循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器的差分模式群時(shí)延補(bǔ)充系統(tǒng)，采用循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)光纖模式的循環(huán)轉(zhuǎn)換，使得光纖通信系統(tǒng)中的差分模式群時(shí)延得到有效補(bǔ)償，不僅降低了接收機(jī)的復(fù)雜度，也提高了系統(tǒng)的傳輸容量，實(shí)現(xiàn)光纖通信系統(tǒng)高速、大容量、低成本的傳輸；

(2)本發(fā)明提供的基于循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器的差分模式群時(shí)延補(bǔ)充系統(tǒng)，在使用循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器時(shí)，無需預(yù)知光纖的差分模式群時(shí)延常數(shù)，需要對少模光纖的群時(shí)延常數(shù)進(jìn)行測量，不需要針對已經(jīng)有的光纖設(shè)計(jì)相匹配的補(bǔ)償光纖，無需繁雜的實(shí)驗(yàn)，易于實(shí)現(xiàn)，有助于加快實(shí)際應(yīng)用中的施工和實(shí)驗(yàn)速度；

(3)本發(fā)明提供的基于循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器的差分模式群時(shí)延補(bǔ)充系統(tǒng)，由于所采用的循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器既可以作為一種分立器件實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，也可以集成到其他器件如放大器或光纖鏈路中，起到減小光纖通信系統(tǒng)的體積的作用，可低成本顯著降低MIMO信號復(fù)雜度；

(4)本發(fā)明提供的基于循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器的差分模式群時(shí)延補(bǔ)充系統(tǒng)，還可以根據(jù)光纖通信系統(tǒng)的實(shí)際情況，調(diào)整循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器與其他器件的組合方式，具有物理層的靈活性。

附圖說明

圖1是實(shí)施例中采用的循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器的功能示意圖；

圖2是實(shí)施例提供的基于循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器的差分模式群時(shí)延補(bǔ)償系統(tǒng)的示意圖；

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1-為發(fā)射機(jī)陣列、2-模分復(fù)用器、3-少模光纖、4-循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器、5-模分解復(fù)用器、6-接收機(jī)陣列。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明提供的一種低成本的基于循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器的差分模式群時(shí)延補(bǔ)償系統(tǒng)，其發(fā)射機(jī)陣列發(fā)出的N路信號分別以N種模式承載，N種模式的信號經(jīng)模分復(fù)用器復(fù)用并進(jìn)入由少模光纖構(gòu)成的光纖鏈路中傳輸；經(jīng)光纖鏈路傳輸?shù)男盘栠M(jìn)入模分解復(fù)用器后被分解；分解后的N路信號進(jìn)入接收機(jī)陣列分別進(jìn)行解調(diào)；其所基于的循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器，其功能示意圖如圖1所示，光信號經(jīng)過循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器后，其所包含的模式會依次轉(zhuǎn)換；將循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器插入光纖鏈路中對光纖模式進(jìn)行循環(huán)轉(zhuǎn)換，以減少甚至消除差分模式群時(shí)延。

實(shí)施例提供的差分模式群時(shí)延補(bǔ)償系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)陣列1、模分復(fù)用器2、多段少模光纖3、M個(gè)循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器4、模分解復(fù)用器5和接收機(jī)陣列；多段少模光纖3構(gòu)成光纖鏈路；

模分復(fù)用器2的N個(gè)輸入端分別與發(fā)射機(jī)陣列1的N個(gè)輸出相連，模分復(fù)用器2與光纖鏈路的一端相連，光纖鏈路的另一端與模分解復(fù)用器5相連，模分解復(fù)用器5的N個(gè)輸出分別與接收機(jī)陣列6的N個(gè)輸入相連；其中，M個(gè)循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器間隔的插入在光纖鏈路中，使得各路信號均分別以N個(gè)模式傳輸相同的距離，即第1路信號、第2路信號、……、第N路信號均分別以N個(gè)模式傳輸距離L。

所采用的少模光纖3可傳輸N個(gè)不同的模式，循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器4用于實(shí)現(xiàn)N個(gè)模式的循環(huán)轉(zhuǎn)換，具體地，光信號經(jīng)過循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器后，第1個(gè)模式轉(zhuǎn)換為第2個(gè)模式，第2個(gè)模式轉(zhuǎn)換為第3個(gè)模式，……，第N-1個(gè)模式轉(zhuǎn)換為第N個(gè)模式，第N個(gè)模式轉(zhuǎn)換為第1個(gè)模式。

在本發(fā)明實(shí)施例中，發(fā)射機(jī)陣列1包括N個(gè)并列的激光器，發(fā)出的N路信號分別以N個(gè)不同的模式承載；模分復(fù)用器2接收發(fā)射機(jī)陣列1的N路信號并對N個(gè)不同模式的信號進(jìn)行復(fù)用；模分解復(fù)用器5接收光纖鏈路的信號并對信號進(jìn)行分解；接收機(jī)陣列6包括N個(gè)并列的、聯(lián)合處理的相干接收機(jī)，用于對N個(gè)模式所承載的信號分別進(jìn)行解調(diào)。

為了更進(jìn)一步的說明本發(fā)明提供的這種差分模式群時(shí)延補(bǔ)償系統(tǒng)，以下結(jié)合附圖2及實(shí)施例1來進(jìn)一步闡述；

實(shí)施例1提供的一種基于循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器的差分模式群時(shí)延補(bǔ)償系統(tǒng)，其系統(tǒng)如圖2所示意的，包括發(fā)射機(jī)陣列1、模分復(fù)用器2、3段少模光纖3、6個(gè)循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器4、模分解復(fù)用器5和接收機(jī)陣列6。

在實(shí)施例1中，少模光纖3可傳輸3個(gè)不同的模式：LP₀₁、LP_11a、LP_11b；循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器3可以實(shí)現(xiàn)LP₀₁、LP_11a、LP_11b這3個(gè)模式的循環(huán)轉(zhuǎn)換；光信號經(jīng)過循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器3后，LP₀₁轉(zhuǎn)換為LP_11a，LP_11a轉(zhuǎn)換為LP_11b，LP_11b轉(zhuǎn)換為LP₀₁。

在實(shí)施例1中，如圖2所示，發(fā)射機(jī)陣列1的3個(gè)輸出端分別與模分復(fù)用器2的3個(gè)輸入端相連，發(fā)射機(jī)陣列1輸出的3路信號分別以3個(gè)不同的模式承載，3路不同模式的信號經(jīng)模分復(fù)用器2復(fù)用；模分復(fù)用器2與由少模光纖3構(gòu)成的光纖鏈路相連，將復(fù)用信號送入光纖鏈路中傳輸；光纖鏈路的輸出端與模分解復(fù)用器5相連，復(fù)用信號經(jīng)模分解復(fù)用器5分解，得到3路分解信號；模分解復(fù)用器5的3個(gè)輸出端分別與接收機(jī)陣列6的3個(gè)輸入端相連，接收機(jī)陣列6的3個(gè)接收機(jī)分別對接收到的3路信號進(jìn)行解調(diào)。

在實(shí)施例1中，少模光纖3的長度為30KM，采用3段少模光纖；分別在每段少模光纖的10KM處以及20KM處插入循環(huán)模式轉(zhuǎn)換器；以輸入光纖鏈路時(shí)LP₀₁模承載的第1路信號為例，在第一段30KM的少模光纖中，信號依次以LP₀₁、LP_11a、LP_11b模式分別傳輸10KM；在第二段30KM的少模光纖中，信號依次以LP_11b、LP₀₁、LP_11a模式分別傳輸10KM；在第三段30KM的光纖中，信號依次以LP_11a、LP_11b、LP₀₁模式分別傳輸10KM；最終，第1路信號分別以LP₀₁、LP_11a、LP_11b各傳輸了30KM；其他兩路信號也分別以LP₀₁、LP_11a、LP_11b各傳輸了30KM，各路信號總的差分群時(shí)延相同，從而實(shí)現(xiàn)差分模式群時(shí)延的補(bǔ)償。在實(shí)際應(yīng)用中，不要求每段少模光纖的長度相同；采用本發(fā)明提供的這種系統(tǒng)，信號經(jīng)任意一段少模光纖傳輸后，均會遍歷各個(gè)模式，差分模式群時(shí)延均能得到補(bǔ)償。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。