[发明专利]一种基于循环模式转换器的差分模式群时延补偿系统

说明书

技术领域

本发明属于光纤通信技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明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，按照本发明的一个方面，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，τ_i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。