一种基于循环模式转换器的差分模式群时延补偿系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于循环模式转换器的差分模式群时延补偿系统，适用于基于少模光纤的模分复用通信系统，包括发射机阵列、模分复用器、少模光纤、循环模式转换器、模分解复用器和接收机阵列；由发射机阵列产生以N个模式承载的N路信号，利用少模光纤可支持的模式实现信号的并行传输；在少模光纤链路中插入循环模式转换器，利用循环模式转换器实现不同模式之间的循环转换，减小甚至消除各路信号之间的差分模式群时延；采用接收机阵列的N个相干接收机将N路信号解复用后进行联合信号处理，降低多输入多输出信号的处理复杂度，实现低成本、大容量的光通信。

A differential mode group time delay compensation system based on cyclic mode converter

The invention discloses a pattern of group delay compensation system circulation mode converter based on the difference, for few mode fiber mode division multiplexing communication system includes a transmitter array, based on mode multiplexers, few mode fiber, circulation mode converter, mode decomposition multiplexer and receiver array; N signal based on N a model of the bearing by the transmitter array, parallel transmission can support the use of few mode fiber mode signal; inserting cyclic mode converter in few mode fiber link, realize the conversion between different modes of recycling circulation mode converter, reduce or even eliminate the signals between the differential group delay model; the receiver array N a coherent receiver will N signal demultiplexing after combined signal processing, reduce the multiple input multiple output signal processing complexity, low cost, large capacity Quantitative optical communication.

【技术实现步骤摘要】
一种基于循环模式转换器的差分模式群时延补偿系统
本专利技术属于光纤通信
，更具体地，涉及基于循环模式转换器的差分模式群时延补偿系统。
技术介绍
采用多芯或者少模光纤的空分复用系统近年来得到了广泛的报道。其中，基于少模光纤的空分复用系统也叫做模分复用系统。相对于多芯来讲，少模光纤的非线性容忍度高，连接方便；少模放大器的制造较为容易，因此得到了更为广泛的关注。然而，模分复用的实用化仍然存在着诸多挑战，接收端的多输入多输出(MIMO)信号处理的复杂度是限制模分复用工程应用的主要限制因素。模分复用系统的接收端复杂度主要依赖于耦合的模式数，以及链路当中最大的差分群时延；最大群时延之差是限制接收端MIMO均衡抽头数的主要因素。目前主要有以下几种解决方案来结局模分复用接收端复杂度的问题：第一种方案是采用高效的算法，例如频域均衡。时域均衡的算法复杂度随着差分群时延的增长而线性增长，频域均衡的算法复杂度随差分模式群时延的增大而呈对数式增长。然而，对于传输多个模式的光纤链路来说，总的差分模式群时延很大；这种情况下，即使采用频域均衡算法，接收端的MIMO信号处理仍然非常复杂。第二种方案是设计并制造一种低差分模式群时延的光纤；虽然可支持六个LP模式传输的光纤已经实现，但是支持更多模式的低差分模式群时延光纤却很难实现。第三种方案是通过引入分布式模式耦合来降低信道的群时延展宽，例如采用偏心熔接的方式来引入分布式耦合；然而，接收机复杂度的降低却是以模式相关损耗的增加以及系统容量的减少为代价的。第四种方案是采用和第三种方案相反的策略，在光纤设计阶段来抑制各个模式之间的耦合，使用部分MIMO信号处理来降低复杂度。通常，圆形少模光纤中的模式能够实现模群之间的分离，但是同一个模群内的兼并模式却很难分离。采用椭圆少模光纤可以进一步的抑制简并模间的耦合，从而进一步降低MIMO信号处理的复杂度，但这种方法只适用于短距离传输。第五种方法是采用差分模式群时延补偿光纤，即利用两种具有相反的差分模式群时延特性的少模光纤交替连接，对差分模式群时延进行补偿。然而实际操作时，需要进行大量实验对光纤的差分模式群时延常数进行准确测量，并设计相应的群时延补偿光纤。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于循环模式转换器的差分模式群时延补偿系统，其目的在于利用循环模式转换器减小甚至消除差分模式群时延。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于循环模式转换器的差分模式群时延补偿系统，包括发射机阵列、模分复用器、K段少模光纤、M个循环模式转换器、模分解复用器和接收机阵列；K段少模光纤构成光纤链路；其中，模分复用器的N个输入端分别与发射机阵列的N个输出端相连，光纤链路的一端与模分复用器的输出端相连，光纤链路的另一端与模分解复用器的输入端相连，接收机阵列的N个输入端分别与模分解复用器的N个输出端相连；循环模式转换器的数量M为K段少模光纤中插入的循环模式转换器数量之和，每段少模光纤插入循环模式转换器的数量可能不同；K、M、N均为不小于1的正整数，M的最小值为K×(N-1)、最大值为K×N。发射机阵列发出的N路信号分别以N种模式承载，由模分复用器将N种模式的信号进行复用，复用信号进入光纤链路中传输；模分解复用器对经光纤链路传输的信号进行分解；接收机阵列对分解获得的N路信号进行解调。优选的，上述差分模式群时延补偿系统，其循环模式转换器用于实现N个模式的循环转换；光信号经过循环模式转换器后，第1个模式转换为第2个模式，第2个模式转换为第3个模式，……，第(N-1)个模式转换为第N个模式，第N个模式转换为第1个模式。优选的，上述差分模式群时延补偿系统，利用循环模式转换器使光纤模式实现循环转换的特点，在任意一段少模光纤中等间隔的插入(N-1)个循环模式转换器，使得各路信号均分别以N个模式传输相同的距离L，第1路信号、第2路信号、……、第N路信号均遍历不同的模式；N个模式的差分群时延的总和经过本段光纤传输后，每路信号总的差分群时延均为其中，τi为第i个模式的群时延。优选的，上述差分模式群时延补偿系统，当实际应用要求输出某段光纤的各路信号的模式与输入时的模式相同，则在该段光纤的末端再插入1个循环模式转换器，共插入N个循环模式转换器，但并不影响差分群时延的补偿；由于光纤链路的总差分群时延为K段少模光纤的差分群时延之和，经任意一段少模光纤传输后信号的差分群时延均为0，则经过整个光纤链路传输后信号的总差分群时延也为0。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提供的基于循环模式转换器的差分模式群时延补充系统，采用循环模式转换器实现光纤模式的循环转换，使得光纤通信系统中的差分模式群时延得到有效补偿，不仅降低了接收机的复杂度，也提高了系统的传输容量，实现光纤通信系统高速、大容量、低成本的传输；(2)本专利技术提供的基于循环模式转换器的差分模式群时延补充系统，在使用循环模式转换器时，无需预知光纤的差分模式群时延常数，需要对少模光纤的群时延常数进行测量，不需要针对已经有的光纤设计相匹配的补偿光纤，无需繁杂的实验，易于实现，有助于加快实际应用中的施工和实验速度；(3)本专利技术提供的基于循环模式转换器的差分模式群时延补充系统，由于所采用的循环模式转换器既可以作为一种分立器件实现量产，也可以集成到其他器件如放大器或光纤链路中，起到减小光纤通信系统的体积的作用，可低成本显著降低MIMO信号复杂度；(4)本专利技术提供的基于循环模式转换器的差分模式群时延补充系统，还可以根据光纤通信系统的实际情况，调整循环模式转换器与其他器件的组合方式，具有物理层的灵活性。附图说明图1是实施例中采用的循环模式转换器的功能示意图；图2是实施例提供的基于循环模式转换器的差分模式群时延补偿系统的示意图；在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-为发射机阵列、2-模分复用器、3-少模光纤、4-循环模式转换器、5-模分解复用器、6-接收机阵列。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供的一种低成本的基于循环模式转换器的差分模式群时延补偿系统，其发射机阵列发出的N路信号分别以N种模式承载，N种模式的信号经模分复用器复用并进入由少模光纤构成的光纤链路中传输；经光纤链路传输的信号进入模分解复用器后被分解；分解后的N路信号进入接收机阵列分别进行解调；其所基于的循环模式转换器，其功能示意图如图1所示，光信号经过循环模式转换器后，其所包含的模式会依次转换；将循环模式转换器插入光纤链路中对光纤模式进行循环转换，以减少甚至消除差分模式群时延。实施例提供的差分模式群时延补偿系统，包括发射机阵列1、模分复用器2、多段少模光纤3、M个循环模式转换器4、模分解复用器5和接收机阵列；多段少模光纤3构成光纤链路；模分复用器2的N个输入端分别与发射机阵列1的N个输出相连，模分复用器2与光纤链路的一端相连，光纤链路的另一端与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于循环模式转换器的差分模式群时延补偿系统，其特征在于，包括发射机阵列、模分复用器、K段少模光纤、M个循环模式转换器、模分解复用器和接收机阵列；由K段少模光纤构成光纤链路；所述模分复用器的N个输入端分别与发射机阵列的N个输出端相连，光纤链路的一端与模分复用器的输出端相连，光纤链路的另一端与模分解复用器的输入端相连，接收机阵列的N个输入端分别与模分解复用器的N个输出端相连；循环模式转换器间隔的插入在少模光纤中；K、M、N均为不小于1的正整数，M的最小值为K×(N‑1)、最大值为K×N。

【技术特征摘要】
1.一种基于循环模式转换器的差分模式群时延补偿系统，其特征在于，包括发射机阵列、模分复用器、K段少模光纤、M个循环模式转换器、模分解复用器和接收机阵列；由K段少模光纤构成光纤链路；所述模分复用器的N个输入端分别与发射机阵列的N个输出端相连，光纤链路的一端与模分复用器的输出端相连，光纤链路的另一端与模分解复用器的输入端相连，接收机阵列的N个输入端分别与模分解复用器的N个输出端相连；循环模式转换器间隔的插入在少模光纤中；K、M、N均为不小于1的正整数，M的最小值为K×(N-1)、最大值为K×N。2.如权利要求1所述的差分模式群时延补偿系统，其特征在于，发射机阵列发出的N路信号分别以N种模式承载；模分复用器用于将N种模式的信号进行复用，复用信号进入光纤链路中传输；模分解复用器用于对经光纤链路传输的信号进行分解；接收机阵列用于对分解获得的N路信号进行解调。3.如权利要求1或2所述的差分模式群时延补偿系统，其特征在于，循环模式转换器用于实现N个...

【专利技术属性】
技术研发人员：付松年，刘丽琼，梁俊鹏，唐明，刘德明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42