一种基于混合模式复用的光通信系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于混合模式复用的光通信系统，具体为基于混合模式复用的光通信方法及装置，所述方法包括以下步骤：光信号调制单元在基带数据信号的调制下产生单波长基模调制输出光信号；然后形成混合模式复用光信号；混合模式复用光信号在传输介质中传输，产生混合模式复用输出光信号；混合模式复用输出光信号形成单波长信道或波分复用多信道基模输出光信号；波分复用多信道基模输出光信号形成多路单波长信道基模输出光信号；各单波长信道基模输出光信号经过光信号解调单元，输出传输的数据信息。本发明专利技术充分利用自由空间或通信传输少模光纤的模式资源，可以最大程度地提升模式利用效率，进而增加光通信系统的传输容量和传输性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤通信
，涉及一种基于混合模式复用的光通信系统，具体为一种基于混合模式复用的光通信方法及装置。
技术介绍
随着各种数据业务的急速增长，尤其是在下一代互联网、物联网、智慧城市等为代表的大数据时代，各种信息业务流量需求促使光通信系统必须及时快速地更新传输速率和容量。其中，光纤通信系统作为信息高速公路的基础设施，是亟待更新传输速率和容量的光通信系统。目前，由于光纤非线性克尔效应的影响，单模光纤的传输容量已经接近性能极限。因此，需要开发新型光通信技术来解决光纤通信系统的容量极限问题。目前，采用高级调制技术和多维复用技术是光纤通信系统广泛研究的关键技术。其中，最广泛应用的复用技术之一就是空分复用技术(SDM)，主要包括少模光纤中的高阶线偏振模式复用、自由空间和少模光纤中的高阶轨道角动量模式复用等。然而，无论是线偏振模式还是轨道角动量模式，都可以看成是光纤本征矢量模式的简并组合，因此其在光纤中的传输都有可能因模式间串扰尤其是模组内简并模式间的串扰，导致系统传输性能下降。为此，需要开拓一种新型模式复用光通信系统，来为下一代超大容量模式复用光通信系统提供技术支持。
技术实现思路
为了解决现有技术中的技术难题，本专利技术提供一种基于混合模式复用的光通信方法及装置，其目的在于所提供的基于混合模式复用的光通信系统能够充分利用模式资源，实现超大容量的数据传输，提高光通信系统的资源利用率。依据本专利技术的第一方面，提供一种基于混合模式复用的光通信方法，其包括以下步骤：S1.光信号调制单元在基带数据信号的调制下产生单波长基模调制输出光信号；若要进行波分复用，则发射端将包含多个独立的光信号调制单元，进而产生多路基模调制输出光信号；S2.多路基模调制输出光信号通过波分复用器复用后，进入模式复用单元，经过模式转换和模式复用后，形成混合模式复用光信号；若为单一波长信道传输，则不需波分复用器，基模调制输出光信号直接进入模式复用单元，经过模式转换和模式复用后，形成混合模式复用光信号；S3.混合模式复用光信号在传输介质中传输，传输介质包括自由空间和通信传输光纤，产生混合模式复用输出光信号；S4.混合模式复用输出光信号进入模式解复用单元，包括模式解复用和模式转换后，形成单波长信道或波分复用多信道基模输出光信号；S5.波分复用多信道基模输出光信号经过波分解复用器后，形成多路单波长信道基模输出光信号；若为单波长信道基模输出信号光，则无需波分解复用器；S6.各单波长信道基模输出光信号经过光信号解调单元，输出传输的数据信息。其中，步骤S1具体为：基带数据信号产生模块产生的信号驱动电光调制器，将数据信息调制到激光器输出的光载波信号上，形成单路基模输出光信号；如果采用波分复用技术，则多路独立的基带数据信号将驱动各信号调制单元的电光调制器，将相应数据信息调制到由各激光器输出的光载波信号上，并通过波分复用器形成多路基模输出光信号。其中，步骤S2具体为：多路基模调制输出光信号通过波分复用器复用后，进入模式复用单元，首先按1∶N等比例分成N路光信号，其中N为待转换的模式总数，包括M个矢量模式和N-M个轨道角动量模式；然后，M路基模调制光信号进入各自的矢量模式转换器，如q-plate等，形成M路矢量模式转换光信号；而N-M路基模调制光信号进入各自的轨道角动量模式转换器，如空间光调制器等，形成N-M路矢量模式转换光信号；N路模式转换光信号经过模式复用器如光合束器等进行复用后，形成混合模式复用光信号；若为单一波长信道传输，则不需波分复用器，基模调制输出光信号直接进入模式复用单元，经过模式转换和模式复用后，形成混合模式复用光信号。其中，步骤S3具体为：混合模式复用光信号进入传输介质，如自由空间和通信传输光纤等，经一段距离传输后，产生混合模式复用输出光信号。其中，步骤S4具体为：混合模式复用输出光信号进入模式解复用单元，首先按1∶N等比例分成N路信号光，其中N为待转换的模式总数，包括M个矢量模式和N-M个轨道角动量模式；然后，M路混合模式复用输出光信号进入对应的M路矢量模式转换器，如q-plate等，形成M路基模输出光信号；而N-M路混合模式复用输出光信号则进入对应的N-M轨道角动量模式转换器，如空间光调制器等，形成N-M路基模输出光信号；最终，形成N路单波长信道或波分复用多信道基模输出光信号。其中，步骤S5具体为：N路波分复用多信道基模输出光信号经过波分解复用器后，形成多路单波长信道基模输出光信号；若为单波长信道基模输出信号光，则无需波分解复用器。其中，步骤S6具体为：各单波长信道基模输出光信号经过光信号解调单元，输出传输的数据信息。依据本专利技术的第二方面，提供一种实现上述方法的混合模式复用/解复用装置，其特征在于包括：波分复用/解复用器、光分束/合束器、矢量模式转换器、轨道角动量模式转换器等，所述波分复用/解复用器用来复用和解复用多个波长信道，若无波分复用，则该器件可以省略；所述光分束/合束器用来将基模输出光信号进行等比例分成N路光信号；所述矢量模式转换器主要用于将M路基模输出光信号转换为所期望的高阶矢量模式，或从高阶矢量模式转换为基模光信号；所述轨道角动量模式转换器主要用于将N-M路基模输出光信号转换为所期望的高阶轨道角动量模式，或从高阶轨道角动量模式转换为基模光信号。进一步地，所述装置还包括：激光器、基带数据信号产生模块、直流偏置模块、电光调制器、少模光纤、本振激光器、光接收机、数字信号处理单元等，所述激光器、基带数据信号产生模块、直流偏置模块、光调制器等构成光信号调制单元，所述激光器用来产生不同波长的光信号；所述基带数据产生模块主要用于产生待传输的基带数据信号；所述直流偏置模块主要用来控制光调制器的工作状态；所述电光调制器主要用来将待传输基带数据信息调制到激光器输出的光载波上面。优选地，所述少模光纤指进行混合模式复用的光纤通信系统用光纤；所述光接收机、本振激光器、数字信号处理单元等构成光信号解调单元，所述光接收机主要用来将探测到的基模光信号转变为电信号，并完成模拟信号到数字信号的转换；所述本振激光器主要用于相干检测混合模式复用光通信系统，若为直接检测混合模式复用光通信系统，则不需本振激光器；所述数字信号处理单元主要完成对转换后的数字信号进行处理，恢复出传输的数据信息。本专利技术实施例对比现今模式复用光通信系统中广泛应用的模式复用方法来说具有如下优点和效果：充分利用自由空间或通信传输少模光纤的模式资源，可以最大程度地提升模式利用效率，进而增加光通信系统的传输容量和传输性能。附图说明图1为本专利技术的混合模式复用/解复用装置整体系统结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。另外地，不应当将本专利技术的保护范围仅仅限制至下述具体模块或具体参数。本专利技术基于混合模式复用的光通信方法及装置被作为有可能应用于超大容量光纤通信系统得到了专利技术与研究。在本专利技术中，一种基于混合模式复用的光通信方法包括以下步骤：S1.光信号调制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于混合模式复用的光通信方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.光信号调制单元在基带数据信号的调制下产生单波长基模调制输出光信号；若要进行波分复用，则发射端将包含多个独立的光信号调制单元，进而产生多路基模调制输出光信号；S2.多路基模调制输出光信号通过波分复用器复用后，进入模式复用单元，经过模式转换和模式复用后，形成混合模式复用光信号；若为单一波长信道传输，则不需波分复用器，基模调制输出光信号直接进入模式复用单元，经过模式转换和模式复用后，形成混合模式复用光信号；S3.混合模式复用光信号在传输介质中传输，传输介质包括自由空间和通信传输光纤，产生混合模式复用输出光信号；S4.混合模式复用输出光信号进入模式解复用单元，包括模式解复用和模式转换后，形成单波长信道或波分复用多信道基模输出光信号；S5.波分复用多信道基模输出光信号经过波分解复用器后，形成多路单波长信道基模输出光信号；若为单波长信道基模输出信号光，则无需波分解复用器；S6.各单波长信道基模输出光信号经过光信号解调单元，输出传输的数据信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于混合模式复用的光通信方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.光信号调制单元在基带数据信号的调制下产生单波长基模调制输出光信号；若要进行波分复用，则发射端将包含多个独立的光信号调制单元，进而产生多路基模调制输出光信号；S2.多路基模调制输出光信号通过波分复用器复用后，进入模式复用单元，经过模式转换和模式复用后，形成混合模式复用光信号；若为单一波长信道传输，则不需波分复用器，基模调制输出光信号直接进入模式复用单元，经过模式转换和模式复用后，形成混合模式复用光信号；S3.混合模式复用光信号在传输介质中传输，传输介质包括自由空间和通信传输光纤，产生混合模式复用输出光信号；S4.混合模式复用输出光信号进入模式解复用单元，包括模式解复用和模式转换后，形成单波长信道或波分复用多信道基模输出光信号；S5.波分复用多信道基模输出光信号经过波分解复用器后，形成多路单波长信道基模输出光信号；若为单波长信道基模输出信号光，则无需波分解复用器；S6.各单波长信道基模输出光信号经过光信号解调单元，输出传输的数据信息。2.根据权利要求1所述的基于混合模式复用的光通信方法，其特征在于，步骤S1具体为：基带数据信号产生模块产生的信号驱动电光调制器，将数据信息调制到激光器输出的光载波信号上，形成单路基模输出光信号；如果采用波分复用技术，则多路独立的基带数据信号将驱动各信号调制单元的电光调制器，将相应数据信息调制到由各激光器输出的光载波信号上，并通过波分复用器形成多路基模输出光信号。3.根据权利要求1所述的基于混合模式复用的光通信方法，其特征在于，步骤S2具体为：多路基模调制输出光信号通过波分复用器复用后，进入模式复用单元，首先按1：N等比例分成N路光信号，其中N为待转换的模式总数，包括M个矢量模式和N-M个轨道角动量模式；然后，M路基模调制光信号进入各自的矢量模式转换器，如q-plate等，形成M路矢量模式转换光信号；而N-M路基模调制光信号进入各自的轨道角动量模式转换器，如空间光调制器等，形成N-M路矢量模式转换光信号；N路模式转换光信号经过模式复用器如光合束器等进行复用后，形成混合模式复用光信号；若为单一波长信道传输，则不需波分复用器，基模调制输出光信号直接进入模式复用单元，经过模式转换和模式复用后，形成混合模式复用光信号。4.根据权利要求1所述的基于混合模式复用的光通信方法，其特征在于，步骤S3具体为：混合模式复用光信号进入传输介质，如自由空间和通信传输光纤等，经一段距离传输后，产生混合模式复用输出光信号。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建平，李朝晖，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44