用于光学MIMO系统的时空编码方法和设备技术方案

本发明专利技术的实施例提供了用于根据预定义时空编码速率对数字数据序列编码的时空编码设备，所述数据序列包括在单芯多模光纤传输系统中通过光学传输通道在多个时隙期间通过至少两个传播模式传播的一组调制符号，其中所述设备包括：‑码本生成器(53)，其被配置为确定一组码字矩阵，该组码字矩阵限定由空间维度和时间维度表示的时空码，每个码字矩阵包括复值和等于所述码的时间维度的多列和等于所述码的空间维度的多行，所述码本生成器(53)进一步被配置为将差别码字矩阵和距离度量与所述一组码字矩阵中的每对码字矩阵相关联，与给定对的码字矩阵相关联的差别码字矩阵的每个分量等于所述对的码字矩阵的相应分量之间的差别，与给定对的码字矩阵相关联的距离度量是通过计算与所述对相关联的差别码字矩阵的欧几里德范数来确定的，其中码本生成器(53)被配置为根据与单式差别码字矩阵以及与等于给定的欧几里德距离的距离度量相关联的多对码字矩阵来选择码字矩阵的分量；以及‑编码单元(55)，其被配置为将所述一组调制符号编码成从所述一组码字矩阵选出的码字矩阵。

【技术实现步骤摘要】
用于光学MIMO系统的时空编码方法和设备
本专利技术一般地涉及光学通信，尤其涉及用于使用多模光纤的基于光纤的传输系统的时空编码方法和设备。
技术介绍
光学传输系统用于在诸如电信系统的不同类型的系统中传输数据。光学通信系统提供了比有线或无线传输系统更大的传输能力。从接入网到城域网和长途网络，光学传输技术能够以低衰减在长距离内携带数据。它们已经成为现代电信基础设施的关键技术。在过去十年期间，连接机器和用户的数量持续增长以及多媒体应用和服务的出现已经加速了对更高传输数据率的需求，因此加速了使用光纤作为光学传输线路的光学传输系统的发展。这种发展已经由光纤提供的多个自由度驱动。光纤使得多路复用更多的数据通道以及引入了新的数字信号处理技术，新的数字信号处理技术减轻了通道的受损，同时确保以最高可实现速率进行可靠通信。在现有的光学传输系统中使用多个自由度，诸如光场的振幅、相位和偏振状态、时间和波长。早期的光学通信系统基于单模光纤。光纤传输系统基于光强度的“开-关”调制以及非相干检测。这种方法需要少量的光学组件，成本较低。然而，其仅利用光场的振幅。为进一步利用光场的相位，引入相干检测。相干检测使能检测信号的振幅和相位，从而使得能够使用更高阶的调制格式以及增加光纤链路的容量。除了相干检测外，也提出了光学放大器来使得在没有光电再生的情况下传输独立调制波长，如以下文献所披露的：P.J.Winzer，High-Spectral-EfficiencyOpticalModulationFormats，InJournalofLightwaveTechnology,第30卷，第24期，第3824-3835页，2012年12月。该技术称为波分复用(WDM)。相干检测能够通过利用光场的两个正交偏振状态而使得光学链路的容量倍增。使用偏振分复用(PDM)技术，能够在光学信号的两种偏振状态下发送独立的数据符号。结果，也能够使得光学传输系统的谱效率倍增。在由单模光纤提供的各个自由度之上，多模光纤使能获得额外的自由度，所谓的‘空间’，其源自于多个传播模式的可用性。传播模式在纤维中传播的同时定义波的分布。多模光纤允许在单芯或多芯纤维中多种模式的传播，其中每个芯可以是单模或多模。各种传播模式构成了一组正交通道，利用空分复用(SDM)技术，独立的数据符号能够在一组正交通道上复用。多模光纤中的SDM能够使得链路的容量与传播模式的数量相乘。空间仍任是能够在光学传输中用来满足对更大网络容量的需求的唯一可用自由度，因为所有其它自由度(即，频率、时间、相位和偏振)已经被利用来满足对带宽的需求。因此，存在考虑到多模光纤的所有可用自由度对于例如接入网、城域网和长途陆地和跨海链路提供更高容量的支持的、组合WDM、PDM和SDM技术的光纤传输系统的需要。在各个可用自由度上复用独立数据符号需要管理各复用通道之间的多个减损和串扰。这种减损能够使得传输系统的性能变劣。在PDM和SDM系统中，通道间的损耗差异性主要是由于光学组件(例如，纤维、放大器和复用器)的缺陷以及多模光纤中传播模式之间的串扰效应而导致的。这种缺陷引起非统一减损，即，导致独立数据符号在其上复用的不同通道之间的正交损耗和/或能量损耗的减损。这种减损能够显著地降低光学链路的容量。PDM系统中的非统一效应，称为偏振相关损耗(PDL)，已经在以下文献得以解决：E.Awwad,Y,Jaouen,G.Rekaya-BenOthman,E.Pincemin,Polarization-TimeCodedOFDMforPDLmitigationinlong-haulopticaltransmissionsystem,EuropeanConferenceandExhibitiononOpticalCommunication(ECOC),P.3.4,London-UK,2013年9月。已经提出了提供PDM系统中PDL效应的高效缓解的信号处理解决方案，其组合正交频分复用(OFDM)和偏振-时间编码。开发的偏振-时间编码技术基于时空编码，最初构建是利用多天线技术在无线通信系统中复用数据。存在用于通过对于偏振-时间编码的低复杂度实现使用OFDM来执行多载波调制的解决方案。已经从光学和信号处理视角研究了称为模式相关损耗(MDL)的SDM系统中的非统一效应。提出了使用模式扰码或强模式耦合的光学解决方案来减少MDL对通道容量的影响。例如，基于将模式扰码器放置在纤维跨度之间的技术披露于以下文献中：A.Lobato,F.Ferreira,J.Rabe,M.Kuschnerov,B.Spinnler,B.Lankl,ModeScramblersandReduced-SearchMaximum-LikelihoodDetectionforMode-Dependent-Loss-ImpairedTransmission，IntheProceedingsoftheEuropeanConferenceandExhibitiononOpticalCommunication,2013年9月。该技术实现MDL效应的减少。然而，该技术未能完全缓解MDL且需要大量的扰码器。使用现有的时空编码包括用于PDL缓解的银码、金码和Alamouti码已经为研究它们在SDM系统中用于MDL缓解的可能的潜力奠定了基础。在以下文献披露的近期工作中已经利用了用于SDM系统中MDL缓解的基于时空编码的数字信号处理解决方案：E.Awwad,G.Rekaya-BenOthman,Y.Jaouen,和Y.Frignac,Space-TimeCodesforMode-MultiplexedOpticalFiberTransmissionSystems,OSAAdvancedPhotonicsCongress:SignalProcessingforPhotonicCommunications(SPPCom),SanDiego,USA,2014年7月。该方法集中于涉及用于模态扩散损耗的不同值的3和6个传播模式的SDM系统且展现出以低成本使用时空码有望用于完全MDL缓解的潜力。在现有方法中用于MDL缓解的时空码是主要设计用于无线通信系统的码，其中载有数据符号的信号经过类似瑞利衰落的衰减。虽然光纤传输系统可以表示为多输入多输出系统，但是光纤传播环境不同于无线介质。现有的时空码因此可能不足以适应光学MIMO(多输入多输出)系统，尤其是SDM系统。因此，对于实现针对SDM系统的MDL效应的完全缓解的数字编码技术存在需要。
技术实现思路
为了解决这些和其它问题，提供了一种根据预定义时空编码速率对数字数据序列编码的时空编码设备。所述数据序列包括在单芯多模光纤传输系统中通过光学传输通道在至少等于两个的多个时隙期间并且通过至少等于两个的多个传播模式传播的一组调制符号。所述设备包括：-码本生成器，其被配置为确定一组码字矩阵，该组码字矩阵限定由空间维度和时间维度表示的时空码。每个码字矩阵包括复值和等于码时间维度的多列和等于码空间维度的多行。所述码本生成器进一步被配置为将差别码字矩阵和距离度量与所述一组码字矩阵中的每对码字矩阵相关联。与给定对的码字矩阵相关联的差别码字矩阵的每个分量等于所述对的码字矩阵的相应分量之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于根据预定义时空编码速率来对数字数据序列进行编码的时空编码设备，所述数据序列包括在单芯多模光纤传输系统中通过光学传输通道在多个时隙期间通过至少两个传播模式传输的一组调制符号，其中，所述设备包括：码本生成器(53)，其被配置为确定一组码字矩阵，所述一组码字矩阵限定由空间维度和时间维度表示的时空码，每个码字矩阵包括复值和等于码时间维度的多列和等于码空间维度的多行，所述码本生成器(53)进一步被配置为将差别码字矩阵和距离度量与所述一组码字矩阵中的每对码字矩阵相关联，与给定对的码字矩阵相关联的差别码字矩阵的每个分量等于所述对的码字矩阵的相应分量之间的差别，与给定对的码字矩阵相关联的距离度量是通过计算与所述对相关联的差别码字矩阵的欧几里德范数来确定的，其中，所述码本生成器(53)被配置为取决于与单式差别码字矩阵以及与等于给定的欧几里德距离的距离度量相关联的码字矩阵的对的数量来选择所述码字矩阵的分量；以及编码单元(55)，其被配置为将所述一组调制符号编码成从所述一组码字矩阵选出的码字矩阵。

【技术特征摘要】
2016.05.13 EP 16305565.01.一种用于根据预定义时空编码速率来对数字数据序列进行编码的时空编码设备，所述数据序列包括在单芯多模光纤传输系统中通过光学传输通道在多个时隙期间通过至少两个传播模式传输的一组调制符号，其中，所述设备包括：码本生成器(53)，其被配置为确定一组码字矩阵，所述一组码字矩阵限定由空间维度和时间维度表示的时空码，每个码字矩阵包括复值和等于码时间维度的多列和等于码空间维度的多行，所述码本生成器(53)进一步被配置为将差别码字矩阵和距离度量与所述一组码字矩阵中的每对码字矩阵相关联，与给定对的码字矩阵相关联的差别码字矩阵的每个分量等于所述对的码字矩阵的相应分量之间的差别，与给定对的码字矩阵相关联的距离度量是通过计算与所述对相关联的差别码字矩阵的欧几里德范数来确定的，其中，所述码本生成器(53)被配置为取决于与单式差别码字矩阵以及与等于给定的欧几里德距离的距离度量相关联的码字矩阵的对的数量来选择所述码字矩阵的分量；以及编码单元(55)，其被配置为将所述一组调制符号编码成从所述一组码字矩阵选出的码字矩阵。2.如权利要求1所述的时空编码设备，其中，其还包括处理单元(51)，所述处理单元(51)被配置为确定一组码参数，所述参数是在由所述码时间维度、所述码空间维度、所述一组码字矩阵中的码字矩阵的数量、以及所述给定的欧几里德距离构成的组中选择的。3.如权利要求2所述的时空编码设备，其中，所述处理单元(51)被配置为取决于时隙的数量和/或所述预定义的时空编码速率和/或所述调制符号的数量来确定所述码时间维度。4.如任一前述权利要求所述的时空编码设备，其中，所述设备被配置为根据模式选择标准来预先从多个传播模式中选择一组传播模式。5.如前述权利要求2至4中任一项所述的时空编码设备，其中，所述处理单元(51)被配置为取决于选择的一组传播模式来确定所述码空间维度。6.如任一前述权利要求所述的时空编码设备，其中，所述码本生成器(53)被配置为通过使得与单式差别码字矩阵和等于所述给定的欧几里德距离的距离度量相关联的码字矩阵对的数量相对于可能的码字矩阵对的总数最大化来选择所述码字矩阵的分量。7.如任一前述权利要求所述的时空编码设备，其中，所述光纤传输系统与传输功率的预定义值和/或模式相关损耗的预定义值相关联。8.如任一前述权利要求所述的时空编码设备，其中，所述调制符号是在取决于调制方案的一组值中选择的。9.如任一前述权利要求所述的时空编码设备，其中，所述处理单元(51)被配置为取决于所述传输功率的所述预定义值和/或所述调制方案和/或所述时空编码速率来确定所述码字矩阵的数量。10.如任一前述权利要求所述的时空编码设备，其中，所述处理单元(51)被配置为取决于所述模式相关损耗的所述预定义值来确定所述给定的欧几里德距离。11....

【专利技术属性】
技术研发人员：EM·安胡达，G·雷卡亚本奥斯曼，Y·让，
申请(专利权)人：法国矿业电信学校联盟，
类型：发明
国别省市：法国,FR