[發明專利]一種基于循環模式轉換器的差分模式群時延補償系統

在審

• 申請號: 201611195557.0
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN106712850A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 付松年;劉麗瓊;梁俊鵬;唐明;劉德明
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04B10/2507
• 分類號: H04B10/2507;H04B10/25;H04B10/2581;H04J3/06
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 趙偉

技術領域

本發明屬于光纖通信技術領域，更具體地，涉及基于循環模式轉換器的差分模式群時延補償系統。

背景技術

采用多芯或者少模光纖的空分復用系統近年來得到了廣泛的報道。其中，基于少模光纖的空分復用系統也叫做模分復用系統。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注。然而，模分復用的實用化仍然存在著諸多挑戰，接收端的多輸入多輸出(MIMO)信號處理的復雜度是限制模分復用工程應用的主要限制因素。模分復用系統的接收端復雜度主要依賴于耦合的模式數，以及鏈路當中最大的差分群時延；最大群時延之差是限制接收端MIMO均衡抽頭數的主要因素。

目前主要有以下幾種解決方案來結局模分復用接收端復雜度的問題：第一種方案是采用高效的算法，例如頻域均衡。時域均衡的算法復雜度隨著差分群時延的增長而線性增長，頻域均衡的算法復雜度隨差分模式群時延的增大而呈對數式增長。然而，對于傳輸多個模式的光纖鏈路來說，總的差分模式群時延很大；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雜。第二種方案是設計并制造一種低差分模式群時延的光纖；雖然可支持六個LP模式傳輸的光纖已經實現，但是支持更多模式的低差分模式群時延光纖卻很難實現。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，接收機復雜度的降低卻是以模式相關損耗的增加以及系統容量的減少為代價的。第四種方案是采用和第三種方案相反的策略，在光纖設計階段來抑制各個模式之間的耦合，使用部分MIMO信號處理來降低復雜度。通常，圓形少模光纖中的模式能夠實現模群之間的分離，但是同一個模群內的兼并模式卻很難分離。采用橢圓少模光纖可以進一步的抑制簡并模間的耦合，從而進一步降低MIMO信號處理的復雜度，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延補償光纖，即利用兩種具有相反的差分模式群時延特性的少模光纖交替連接，對差分模式群時延進行補償。然而實際操作時，需要進行大量實驗對光纖的差分模式群時延常數進行準確測量，并設計相應的群時延補償光纖。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于循環模式轉換器的差分模式群時延補償系統，其目的在于利用循環模式轉換器減小甚至消除差分模式群時延。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于循環模式轉換器的差分模式群時延補償系統，包括發射機陣列、模分復用器、K段少模光纖、M個循環模式轉換器、模分解復用器和接收機陣列；K段少模光纖構成光纖鏈路；

其中，模分復用器的N個輸入端分別與發射機陣列的N個輸出端相連，光纖鏈路的一端與模分復用器的輸出端相連，光纖鏈路的另一端與模分解復用器的輸入端相連，接收機陣列的N個輸入端分別與模分解復用器的N個輸出端相連；

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

發射機陣列發出的N路信號分別以N種模式承載，由模分復用器將N種模式的信號進行復用，復用信號進入光纖鏈路中傳輸；模分解復用器對經光纖鏈路傳輸的信號進行分解；接收機陣列對分解獲得的N路信號進行解調。

優選的，上述差分模式群時延補償系統，其循環模式轉換器用于實現N個模式的循環轉換；光信號經過循環模式轉換器后，第1個模式轉換為第2個模式，第2個模式轉換為第3個模式，……，第(N-1)個模式轉換為第N個模式，第N個模式轉換為第1個模式。

優選的，上述差分模式群時延補償系統，利用循環模式轉換器使光纖模式實現循環轉換的特點，在任意一段少模光纖中等間隔的插入(N-1)個循環模式轉換器，使得各路信號均分別以N個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個模式的差分群時延的總和經過本段光纖傳輸后，每路信號總的差分群時延均為其中，τ_i為第i個模式的群時延。

優選的，上述差分模式群時延補償系統，當實際應用要求輸出某段光纖的各路信號的模式與輸入時的模式相同，則在該段光纖的末端再插入1個循環模式轉換器，共插入N個循環模式轉換器，但并不影響差分群時延的補償；

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