[發明專利]一種多輸入多輸出的光通信系統及方法

無效

• 申請號: 201110387694.5
• 申請日: 2011-11-28
• 公開（公告）號: CN102571208A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 劉陳;劉德明
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04B10/12
• 分類號: H04B10/12
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 周發軍

技術領域

本發明涉及一種多輸入多輸出(MIMO)光通信系統及其實現方法，包括光纖信道及自由空間信道條件下的MIMO光通信系統及方法。

背景技術

無線通信中，多輸入多輸出(MIMO)技術利用多發射和多接收天線來實現空分復用，在有限的頻譜資源和不增加發射功率的前提下，以較小的系統復雜度換取通信速率的線性提升。MIMO技術實質上是利用空間資源的信號處理技術，包括空間復用技術和發射分集技術。其基本原理在于經歷不同衰落的多徑信號僅僅是部分相關的，為獲得良好的分集性能，要求分集支路之間的相關性盡可能小。

MIMO技術利用了無線信道多徑傳播的固有特性。無線通信中，在發送端與接收端同時采用多天線系統，能夠提供空間分集、極化分集和角度分集、陣列分集、編碼分集等。但由于空間的限制，多天線系統勢必造成信號空域相關性，天線單元互耦以及通道的互耦，這都將影響MIMO系統性能。

光纖通信中，波分復用、偏振復用和高階調制等技術的使用，使得光纖的傳輸容量已經接近其香農極限。空分復用是解決該問題的方法之一。多模光纖中的多模傳輸和模間耦合類似于無線通信中的多徑和散射環境，可以利用其多種模式并行承載待傳送數據，接收端將各個傳輸模式分開實現數據恢復。

波分復用、偏振復用、模式復用分別利用了光載波及光纖的某一自由度進行復用，但在光發射端需要精確控制光載波的波長、偏振態、及入射光纖的傳輸模式，在光接收端需采用復雜的解復用器將波長、偏振態、及傳輸模式分離開來以恢復傳輸數據。上述復用方式在恢復數據時實際上已通過解復用將各傳輸信道分離，在各探測器上轉換的是各發射信道的信息，而不是多個信道傳輸耦合后的信息，這一點與無線MIMO技術實質有很大差別。

發明內容

本發明要解決的技術問題是光通信提供一種簡單可行的多輸入多輸出調制實現手段，同時提供光纖信道及自由空間信道條件下的MIMO光通信系統及方法。

本發明的技術構思是采用具有光譜差異的多個光源及具有光譜響應特性差異的多個光探測器構建光通信系統，光源光譜的差異及光探測器的光譜響應差異使得各發射機光源到各接收機光電探測器的信道沖擊響應彼此不相關，由此可得到多輸入多輸出系統的信道傳輸矩陣，根據MIMO解調原理恢復原始傳輸數據，實現集中式的多輸入多輸出光通信。

本發明具體技術方案如下：

一種多輸入多輸出的光通信系統，其特征在于，

光發射機端，光發射機采用復數個光源構成光學天線發射陣，所述光源相互之間具有不同的光譜特性，光接收機端，采用復數個光電探測器構成多光學天線多通道接收機，光電探測器相互之間具有不同的光譜響應特性；所述光發射機的復數個光源與光接收機的復數個光電探測器之間，滿足信道沖擊響應所獲得的信道傳輸矩陣可求逆。

這樣，光接收機端不需要波分復用和解復用器，接收光經功分器分成多路供多個光探測器進行并行光電轉換，結合通過訓導序列所獲得的信道矩陣進行數據處理恢復傳輸的原始數據。

所述復數個光源可以較大距離分散分布，也可集中布置；所述復數個探測器可分散布置，也可集中布置。

所述光發射機端調制的多路光經耦合器耦合到一根光纖中，其后在光纖中或后續的自由空間傳輸。

或者，所述光發射機端調制的多路光直接出射并經自由空間多徑傳輸。

所述光源為激光器，或發光二極管，其光譜為窄光譜或寬光譜，各光源光譜之間至少部分不相互重疊。所述光電探測器的光譜響應特性至少部分不相互重疊。

本發明還提出了上述多輸入多輸出的光通信系統的實現方法，其特征在于，包括以下步驟：

所述光發射機端多組信息對復數個光源進行并行調制；

所述發射機出射光經同一傳輸信道進行傳輸；

所述光接收機端采用多個光電探測器對接收光進行并行光電轉換，然后進行多輸入多輸出解調。

本發明的優點如下所述：

一、以簡單、可靠手段實現多輸入多輸出光通信

波分復用、偏振復用、模式復用等提高光通信通信速率的方式需精確控制光載波的波長、偏振態、及傳輸模式，在光接收端需采用復雜的解復用器將波長、偏振態、及傳輸模式分離開來以恢復傳輸數據。本發明不需復雜的復用與解復用光器件，通過合理設計調制光源及光探測器實現類似無線通信中的分集發射與分集接收，被調制光共用信道進行傳輸，以MIMO原理實現數據解調。

二、對光源及探測器的要求低