背景

本申請(qǐng)根據(jù)35u.s.c.§119要求2014年7月29日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)s/n.62/030,182的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，本申請(qǐng)基于該臨時(shí)申請(qǐng)的內(nèi)容并且該臨時(shí)申請(qǐng)的內(nèi)容通過引用整體結(jié)合于此。

已經(jīng)引入多模光纖以增加光通信網(wǎng)絡(luò)中的傳輸容量。在這些多通道光纖中利用波分復(fù)用以實(shí)現(xiàn)在單個(gè)纖芯或多個(gè)不同纖芯中的多個(gè)光模式的傳輸并幫助滿足對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量的需求中的爆炸式增長。然而，引起由特定模式攜載的信號(hào)在彼此之間耦合的模式耦合在此情況下是具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)問題。已引入多種方法來解決由此模式耦合所造成的信息擾亂(informationscrambling)。

多模光纖通信通道中的多輸入多輸出(mimo)通信依賴于具有廣泛快速前向糾錯(cuò)與電子補(bǔ)償?shù)南喔蓚鬏斠苑诸惓霰粩_亂的信號(hào)。如在通過引用結(jié)合于此的us授權(quán)前公開no.2014/0161439a1中所闡述的主態(tài)方法尋求將光發(fā)射到光學(xué)系統(tǒng)的正常模式中以限制模式耦合。不幸的是，產(chǎn)生、組合以及拆分這些狀態(tài)所需的部件是相對(duì)復(fù)雜的并且更新與控制可能是具有挑戰(zhàn)性的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開主要涉及光通信鏈路的n個(gè)輸出模式可被去卷積以提取輸入通信信號(hào)所用的系統(tǒng)與方法。更具體地，來自n個(gè)同時(shí)接收到的模式信號(hào)的多個(gè)波長信號(hào)可通過測量輸出主態(tài)(principalstate)以及所接收的模式場而非模式功率信息來解碼。

根據(jù)本公開的一些實(shí)施例，提供了解碼沿著多模光纖傳輸?shù)膎個(gè)疊加的相干光傳輸模式的方法，其中該方法包括：(i)在數(shù)據(jù)傳輸鏈路的發(fā)射部分處編碼、組合并沿著多模光纖傳輸n個(gè)相干輸入光信號(hào)(m1，m2，m3，……)，其中，數(shù)據(jù)傳輸鏈路的發(fā)射部分包括數(shù)據(jù)編碼器和模式組合器；(ii)在數(shù)據(jù)傳輸鏈路的接收部分處檢測n個(gè)傳播光信號(hào)中的每一個(gè)，作為輸出光信號(hào)，其中數(shù)據(jù)傳輸鏈路的接收部分包括相干檢測硬件以及數(shù)字信號(hào)處理器；(iii)將輸出光信號(hào)拆分到相干檢測硬件的n個(gè)光檢測通道內(nèi)；(iv)利用相干檢測硬件來測量輸出光信號(hào)的相位和振幅，作為與輸出模式m相關(guān)聯(lián)的向量場矩陣(v)在數(shù)據(jù)傳輸鏈路的接收部分處，利用數(shù)字信號(hào)處理器從對(duì)應(yīng)于n個(gè)傳播光信號(hào)的輸出矩陣的主態(tài)特征向量中確定輸出光信號(hào)的輸出主態(tài)[psout]1xn；以及(vi)利用數(shù)字信號(hào)處理器使用輸出光信號(hào)的輸出主態(tài)[psout]1xn、向量場矩陣以及每個(gè)輸出信號(hào)的時(shí)間延遲τ來從輸出光信號(hào)中提取輸入光信號(hào)[m]in。

根據(jù)本公開的其他實(shí)施例，提供了光信號(hào)接收器以用于執(zhí)行本文中所公開并構(gòu)想的方法。

附圖的若干視圖的簡要描述

當(dāng)結(jié)合附圖1閱讀時(shí)，可最好地理解本公開的特定實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，圖1是可根據(jù)本公開的概念來實(shí)施的數(shù)據(jù)傳輸鏈路的示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1是可根據(jù)本公開的概念而被實(shí)施的數(shù)據(jù)傳輸鏈路100的示意圖。構(gòu)想到，該數(shù)據(jù)傳輸鏈路100可被配置為具有不同程度的復(fù)雜性的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)或電信網(wǎng)絡(luò)的所有或部分。一般地，在圖1中，相應(yīng)的相干傳輸模式m1、m2、m3等使用數(shù)據(jù)編碼器20以及模式組合器30用數(shù)據(jù)來編碼并在鏈路100的發(fā)射部分10處輸入，該數(shù)據(jù)編碼器20允許單獨(dú)地控制相應(yīng)的相干傳輸模式m1、m2、m3等的屬性，該模式組合器30復(fù)用經(jīng)編碼的傳輸模式m1、m2、m3等以便經(jīng)由合適的光纖鏈路45來沿著多模光纖40傳播。雖然參考n個(gè)疊加的相干傳輸模式m1、m2、m3等的相位與振幅的單獨(dú)控制而在圖1中示意性地示出數(shù)據(jù)編碼器20，但是構(gòu)想到數(shù)據(jù)編碼器可被附加地或替代地配置成編碼n個(gè)疊加的相干傳輸模式m1、m2、m3等的偏振和/或其他屬性。構(gòu)想到，本公開的數(shù)據(jù)傳輸鏈路100的發(fā)射部分10可用于實(shí)施多種編碼方案，例如包括、相干光學(xué)mimo(多輸入、多輸出)系統(tǒng)。

傳播信號(hào)隨后在數(shù)據(jù)傳輸鏈路100的接收部分50處被接收并解碼，數(shù)據(jù)傳輸鏈路100的接收部分50也可被稱為光信號(hào)接收器被并示意性地示為包括相干檢測硬件60(包括本地振蕩器lo)以及數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)70。還提供了模數(shù)轉(zhuǎn)換器a/d以實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理。相干檢測硬件60的特定配置超出了本公開的范圍并可從對(duì)此對(duì)象的多種慣用教示或仍在開發(fā)的教示中的任一種中收集到。例如，參見ly-gagnon等人的“利用載波相位估計(jì)對(duì)光學(xué)正交相移鍵控信號(hào)的相干檢測”("coherentdetectionofopticalquadraturephase-shiftkeyingsignalswithcarrierphaseestimation")，光波技術(shù)雜志(journaloflightwavetechnology)，第24卷，第1期，12-21頁，2006年1月。對(duì)dsp70進(jìn)行編程以與相干檢測硬件60協(xié)作并執(zhí)行本公開的信號(hào)處理算法。除此之外，dsp70的特定配置也超出了本公開的范圍。zhang的“用于光相干通信系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理”("digitalsignalprocessingforopticalcoherentcommunicationsystems,")dtufotonik，2012展現(xiàn)了補(bǔ)充本公開的關(guān)于此對(duì)象的有用教示。對(duì)zhang的第3章：“利用dsp算法進(jìn)行相干檢測”("coherentdetectionwithdspalgorithms")做出特別引用。

us授權(quán)前公開no.2014/0161439a1教示了在數(shù)據(jù)傳輸鏈路的接收部分處用于生成與n個(gè)傳播光信號(hào)對(duì)應(yīng)的輸出矩陣的主態(tài)特征向量的合適硬件以及方法。前面提及的專利出版物還教示了可用于解決n個(gè)傳播光信號(hào)的主態(tài)的特征值與特征矩陣的矩陣方法。這些主態(tài)特征值與特征向量可用于幫助本文中所描述的信號(hào)解碼。

更具體地，本公開呈現(xiàn)了用于解碼沿著多模光纖(其中發(fā)生了模式耦合)傳輸?shù)膎個(gè)疊加的相干光傳輸模式的方法及相關(guān)架構(gòu)。參見圖1，假設(shè)n個(gè)相干輸入光信號(hào)(m1，m2，m3，……)在數(shù)據(jù)傳輸鏈路100的發(fā)射部分10處被編碼、組合并沿著多模光纖40傳輸，其中n>1，通過將輸出光信號(hào)拆分到接收部分50的相干檢測硬件60的n個(gè)光檢測通道內(nèi)，n個(gè)傳播光信號(hào)中的每一個(gè)在數(shù)據(jù)傳輸鏈路100的接收部分50處被檢測為輸出光信號(hào)。

相干檢測硬件60用于測量輸出光信號(hào)的相位與振幅，作為在每個(gè)模式位置處的用矩陣指定的向量場，且數(shù)字信號(hào)處理器70在數(shù)據(jù)傳輸鏈路100的接收部分50處從與n個(gè)傳播光信號(hào)對(duì)應(yīng)的輸出矩陣的主態(tài)特征向量中確定輸出光信號(hào)的輸出主態(tài)[psout]1xn。數(shù)字信號(hào)處理器70隨后使用輸出光信號(hào)的輸出主態(tài)[psout]1xn、向量場矩陣以及每個(gè)輸出信號(hào)的時(shí)間延遲τ從輸出光信號(hào)中提取輸入光信號(hào)[m]in。本文從三個(gè)不同的視角描述此提取過程：第一，一般參考計(jì)算偏振的輸出主態(tài)(psp)的復(fù)轉(zhuǎn)置；第二，一般參考去卷積輸入主態(tài)；以及第三，更具體地參考使用[γ]nxn。

更具體地，數(shù)字信號(hào)處理器可用于通過計(jì)算輸出主態(tài)[psout]1xn的復(fù)轉(zhuǎn)置來從輸出光信號(hào)[m]out的輸出主態(tài)[psout]1xn中確定輸入光信號(hào)[m]in的疊加的輸入態(tài)[sin]1xn。隨后可根據(jù)下式從疊加的輸入態(tài)[sin]1xn與輸出主態(tài)[psout]1xn計(jì)算系統(tǒng)的廣義轉(zhuǎn)移矩陣[h]：

[psout]1xn＝[h][sin]1xn。

隨后可至少部分地基于以下關(guān)系來提取m1、m2、m3……：

[m]in＝[h′]^-1[m]out

其中，輸入光信號(hào)[m]in被表示為如下：

[m]in＝(m1,m2,m3,…)。

從不同的視角，可參考數(shù)字信號(hào)處理器70的使用來描述本公開的方法和架構(gòu)，以從輸出光信號(hào)[m]out的輸出主態(tài)[psout]1xn首先確定輸入光信號(hào)[m]in的疊加的輸入態(tài)[sin]1xn。隨后，通過至少部分地根據(jù)以下將[sin]1xn去卷積來確定輸入光信號(hào)[m]in：

[m]in＝[d][sin]1xn；以及

從[m]in中提取m1、m2、m3、……，其中[m]in＝(m1,m2,m3,…)，并且[d]是建立疊加的輸入態(tài)與經(jīng)組合的輸入光信號(hào)之間的關(guān)系的矩陣。

從另一個(gè)視角，可參考至少部分地根據(jù)下式從所測量的向量場矩陣以及輸出主態(tài)[psout]1xn首先確定[a]nxn來描述本公開的方法與架構(gòu)：

其中，如在us2014/016,439a1(通過引用整體結(jié)合于此)中所描述的，[a]nxn將輸出模式與輸出主態(tài)關(guān)聯(lián)。疊加的輸入態(tài)[sin]1xn隨后可至少部分地根據(jù)下式來與輸入光信號(hào)(m1，m2，m3，……)的向量場fin關(guān)聯(lián)：

其中，從[a]nxn、輸出光信號(hào)的時(shí)間相關(guān)的向量場fj、以及與時(shí)間相關(guān)的向量場fj相關(guān)聯(lián)的傳播常數(shù)βi來構(gòu)造[γ]nxn的元素。因此，可至少部分地從向量場fin中確定m1、m2、m3、……，其中[m]in＝(m1,m2,m3,…)。從這個(gè)視角，可對(duì)數(shù)字信號(hào)處理器70進(jìn)行編程以至少部分地根據(jù)以下來確定[γ]nxn的元素：

其中，a11，a12,…是[a]nxn的元素，j是虛數(shù)，β1，β2,…是與主態(tài)時(shí)間延遲相關(guān)聯(lián)的傳播常數(shù)，即主態(tài)本征值方程的本征值，z是光纖40的長度，以及f1，f2,…是輸出光信號(hào)的時(shí)間相關(guān)的向量場。在一個(gè)實(shí)施例中，構(gòu)想到，可對(duì)數(shù)字信號(hào)處理器70進(jìn)行編程以至少部分地根據(jù)下式來確定傳播常數(shù)βi：

βi＝τikc

其中k＝2π/λ，且c是光速。

為了確定輸入調(diào)制場，方程

可被展開以給出：

其中，表示要被檢測的特定偏振模式?？蓪⑺玫木仃噷?duì)角化使得經(jīng)對(duì)角化的矩陣的對(duì)角線成分為輸入調(diào)制場。

作為此方法的結(jié)果，通過使用此算法以及如在us2014/016,439a1中所測量的輸出主態(tài)，人們可使用時(shí)間無關(guān)模式復(fù)用以及去復(fù)用部件將n個(gè)輸出信號(hào)去卷積，藉此消除了如在us2014/016,439a1中描述的提供時(shí)間相關(guān)的復(fù)用以及去復(fù)用的需要。如本文所述，要求這些部件復(fù)用或去復(fù)用將隨時(shí)間變化的疊加的主態(tài)。

注意，在本公開中對(duì)本發(fā)明的組件以特定方式“編程為”、“配置為”來使特定屬性具體化、或者以特定方式起作用的陳述都是結(jié)構(gòu)性的陳述，而不是期望用途的陳述。更具體地，本文中對(duì)組件被“編程”或“配置”的方式的引用指該組件的已有物理?xiàng)l件，并且同樣地被作為該組件的結(jié)構(gòu)特征的明確陳述。

在已經(jīng)詳細(xì)描述本公開主題并參考其特定實(shí)施例的情況下，應(yīng)注意本文中公開的各個(gè)細(xì)節(jié)不應(yīng)被用于暗示這些細(xì)節(jié)涉及作為本文中描述的各實(shí)施例的基本組件的元件，即使在特定元件在說明書附圖的每一幅圖中示出的情況下也是如此。反而，所附權(quán)利要求書應(yīng)該被用作本公開的廣度的唯一表示以及本文所述的各種發(fā)明的相應(yīng)范圍。進(jìn)一步，顯而易見的是，修改和變化而不脫離所附權(quán)利要求書所限定本發(fā)明的范圍是可能的。更具體地，雖然本公開的一些方面在本文中被標(biāo)識(shí)為優(yōu)選的或特別有優(yōu)勢的，但可構(gòu)想本公開不一定限于這些方面。