CN103597387B

CN103597387B - 欠寻址的光学mimo系统中的动态空间模式分配

Info

Publication number: CN103597387B
Application number: CN201280011634.6A
Authority: CN
Inventors: P·J·温泽; G·J·福斯奇尼
Original assignee: Alcatel Optical Networks Israel Ltd
Current assignee: Alcatel Optical Networks Israel Ltd
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2018-04-03
Anticipated expiration: 2032-02-27
Also published as: US9995879B2; EP2681597B1; EP2681597A1; CN103597387A; JP5782141B2; US20120224863A1; US20140161390A1; WO2012121918A1; KR20130129451A; EP2681598A2; EP2681598B1; US8958703B2; JP5755760B2; US8705913B2; US20120224861A1; WO2012121929A2; CN103562763B; JP2014513450A; KR20130136521A; US9207401B2

Abstract

可以通过配置传送器处的空间模式耦合器和／或接收器处的空间模式分离器以在短于信道相干时间的时间标度上动态改变其空间模式配置而降低欠寻址光学MIMO系统中的运行中断概率。在MIMO系统采用具有充分纠错能力的FEC码来纠正与传送器和接收器之间所建立的MFMO信道的平均状态相对应的错误的量的情况下，该相对快速的动态变化趋于降低如下事件的频率，在该事件期间，每FEC编码的数据块的错误数量超出FEC码的纠错能力。

Description

欠寻址的光学MIMO系统中的动态空间模式分配

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年3月4日提交的题为“SPATIAL-MODE MANAGEMENT IN UNDER-ADDRESSED OPTICAL MIMO SYSTEMS”的美国临时专利申请No.61／449,246的优先权，所述申请全文通过引用结合于此。

本申请的主题涉及Peter J.Winzer和Gerard J.Foschini于本申请的同一日期提交的、代理所卷号为809976-US-NP的、题为“INTRA-LINK SPATIAL-MODE MIXING IN ANUNDER-ADDRESSED OPTICAL MIMO SYSTEM”的美国专利申请 No.13／332,968的主题，所述申请全文通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及光学通信设备，尤其但并非排他地涉及用于在多模或多芯光纤上建立和操作多输入／多输出(MIMO)光学传输信道的设备。

背景技术

这一部分对可能有助于更好地理解本发明(多个)的方面进行介绍。因此，这一部分的声明要考虑到这一点进行阅读而并非被理解为承认其属于或不属于现有技术。

MIMO方法被主动研发以利用多模和多芯光纤固有的高传输能力。在光学MIMO系统的传送器处，多个光信号利用数据进行独立调制并且耦合到多模或多芯光纤的相对应的多个空间模式之中以便传输至远程接收器。在接收器处，所接收的由多个空间模式所承载的光信号在接收器被彼此分离以及解调／解码以在接收器处恢复被编码到原始光信号上的数据。

光学MIMO系统中所使用的代表性的多模或多芯光纤可以具有相对大量(例如，>100)的空间模式。由于某些硬件限制，常规传送器可能无法单独对典型的多模或多芯光纤所支持的所有空间模式进行寻址。出于类似的硬件原因，常规接收器也可能无法对所有那些所支持的空间模式进行单独寻址。结果，这样的传送器可能无法将对应的经调制光信号耦合到所有所支持的空间模式中，并且这样的接收器可能无法从所有所支持的空间模式中同时提取对应的经调制光信号。此外，在传送器处寻址的空间模式的子集可能与在接收器处寻址的空间模式的子集有所不同。不利的是，光纤链路所施加的光学噪声和依赖于模式的损耗可能使得在这样的欠寻址 (under-addressed)光学MIMO系统中的运行中断概率相对高。

发明内容

现有技术中的这些和某些其它问题被这里所公开的光学 MIMO系统的各个实施例所解决。本公开的创新方面包括但并不局限于：(i)被设计和配置为对光学空分复用(SDM)信号的传送器和／或接收器处的空间模式选择／分配进行动态且智能管理的光学 MIMO系统；(ii)被设计和配置为对光链路的空间模式混合特性进行可控改变的链路内光学模式混合器，以及(iii)对系统进行整体操作并且也对传送器、接收器和模式混合器中的每一个单独进行操作以实现高传输能力和／或高的操作可靠性的方法。本公开的各实施例所提供的某些益处和优势可以在所述系统规范实施相对严格的误比特率(BER)要求时变得更为突出。

根据本公开的一个方面，可以通过配置在传送器处的空间模式耦合器或者在接收器处的空间模式分离器以在比信道相干时间更快速的时间标度上动态改变其空间模式配置而降低欠寻址光学MIMO 系统中的运行中断概率。在MIMO系统采用了具有充分纠错能力的 FEC(前向纠错)码来对与传送器和接收器之间所建立的MIMO信道的平均状态相对应的错误的量进行纠正的情况下，所述相对快速的动态改变变化趋于降低如下事件的频率，在所述事件期间，每FEC 编码的数据块的错误数量超出FEC码的纠错能力。

根据一个实施例，提供了一种光学系统，其具有光学模式耦合 (OMC)设备，被配置为对光链路的空间模式的第一子集进行寻址；以及控制器，被配置为在通过所述OMC设备和所述光链路传输承载数据的光信号期间对OMC设备进行重新配置，以对所述光链路的空间模式的第二子集进行寻址，其中第二子集与第一子集相差一个或多个空间模式。

在以上光学系统的一些实施例中，光链路包括多模光纤、多芯光纤或光纤线缆；并且OMC设备被配置为对所述多模光纤、多芯光纤或光纤线缆的空间模式的子集进行寻址。

在以上任意光学系统的一些实施例中，数据包括FEC编码的数据块或导频数据序列。

在以上任意光学系统的一些实施例中，控制器被配置为使得 OMC设备以大于与光链路相对应的信道相干时间的倒数的速率改变空间模式的寻址。

在以上任意光学系统的一些实施例中，OMC设备是光传送器的空间模式耦合器。

在以上任意光学系统的一些实施例中，光学系统进一步包括： FEC编码器，被配置为生成承载FEC编码的数据块的多个数据流；和E／O转换器，被配置为将所述多个数据流转换为多个经调制的光信号，其中：所述控制器被配置为使得所述空间模式耦合器在通过所述空间模式耦合器传输所述多个经调制的光信号期间改变第一子集中的一个或多个空间模式；并且所述空间模式耦合器被配置为将所述多个经调制的光信号中的每一个耦合到光链路的属于当前寻址子集的对应的空间模式之中。

在以上任意光学系统的一些实施例中，所述FEC编码器被配置为采用具有FEC块大小的FEC码，所述FEC块大小使得承载FEC 编码的数据块的经调制的光信号的传输的持续时间短于信道相干时间。

在以上任意光学系统的一些实施例中，所述数据包括导频数据序列；所述光学系统被配置为在通过所述OMC设备和光链路传输承载导频数据序列数据的光信号期间监测性能度量；并且所述控制器进一步被配置为基于所监测的性能度量选择空间模式的第二子集并且在通过所述OMC设备和所述光链路传输承载有效载荷数据的第二光信号期间配置所述OMC设备以对空间模式的第二子集进行寻址。

在以上任意光学系统的一些实施例中，所述控制器进一步被配置为使得所述OMC设备保持第二子集不变直至通过所述OMC设备和所述光链路传输承载导频数据序列的第三光信号。

在以上任意光学系统的一些实施例中，所述OMC设备是光接收器的空间模式分离器。

在以上任意光学系统的一些实施例中，所述空间模式分离器被配置为将从所述光链路接收的光学SDM信号转换为多个经调制的光信号，每个所述经调制光信号对应于来自当前寻址的子集的相应空间模式；并且所述光学系统进一步包括：O／E转换器，其被配置为将多个经调制的光信号转换为对应的多个数字样本流；以及数字信号处理器，其被配置为对多个数字样本流进行处理以恢复由光学 SDM信号承载的数据。

在以上任意光学系统的一些实施例中，在归类时间，所述光接收器被配置为基于对应的经调制的光信号的SNR值将当前寻址子集的空间模型归类为第一群组和第二群组，以使得第一群组具有比第二群组更高的SNR值；所述数字信号处理器被配置为基于与空间模式的第一群组相对应的数字样本流恢复由光学SDM信号承载的数据；并且在两个连续的归类时间之间，所述控制器被配置为使得所述空间模式分离器改变空间模式的第二群组中的一个或多个空间模式而保持空间模式的第一群组不变。

在以上任意光学系统的一些实施例中，所述控制器被配置为：在第二群组中选择对应于最低SNR值的第一空间模式；在空间模式的当前寻址子集之外随机选择第二空间模式；并且使得所述空间模式分离器对所述第二空间模式而不是第一空间模式进行寻址。

在以上任意光学系统的一些实施例中，所述控制器被配置为：从当前寻址子集中随机选择第一空间模式；在当前寻址子集之外随机选择第二空间模式；并且使得所述OMC设备对所述第二空间模式而不是第一空间模式进行寻址。

根据另一个实施例，提供了一种光学系统，其具有OMC设备，被配置为对用于承载数据的光链路的空间模式的第一子集以及用于监测性能度量的光链路的空间模式的第二子集进行寻址，其中获得的第一子集和第二子集共同包括光链路的所有引导模式。所述光学系统还具有控制器，被配置为在通过所述OMS设备和所述光链路传输承载数据的光信号期间对所述光学系统进行重新配置以改变第一和第二子集中的至少一个。

根据又一个实施例，提供了一个处理光信号的方法。所述方法包括步骤：配置OMC设备以对光链路的空间模式的第一子集进行寻址；并且在通过所述OMC设备和所述光链路传送承载数据的光信号的同时改变第一子集中的一个或多个空间模式。

附图说明

根据以下详细描述和附图，作为示例，本发明各个实施例的其它方面、特征和益处将变得更为清楚，其中：

图1示出了根据本公开的一个实施例的光学MIMO系统的框图；

图2示出了根据本公开的一个实施例的能够在图1的系统中使用的多模光纤的三个最低线性偏振(LP)模式的代表性强度分布和偏振；

图3示出了根据本公开的另一实施例的能够在图1的系统中使用的多模光纤的若干LP模式的代表性相位／场强度(PFS)模式；

图4A-4B图示了根据本公开的一个实施例的能够在图1的系统中使用的光学模式耦合(OMC)设备；

图5A-5B图示了根据本公开的一个实施例的能够在图1的系统中使用的光学模式混合器；

图6示出了根据本公开的另一实施例的能够在图1的系统中使用的光学模式混合器的截面侧视图；

图7示出了根据本公开的一个实施例的对图1的系统进行操作的方法的流程图；

图8示出了根据本公开的另一实施例的对图1的系统进行操作的方法的流程图；

图9示出了根据本公开的又一实施例的对图1的系统进行操作的方法的流程图；

图10示出了根据本公开的又一实施例的对图1的系统进行操作的方法的流程图；以及

图11示出了根据本公开的又一实施例的对图1的系统进行操作的方法的流程图。

具体实施方式

多模光纤例如通过空分复用(SDM)而能够提供比单模光纤更高的传输能力。更具体地，多模光纤的不同引导模式能够被不同调制的光信号或者独立调制的光信号的给定集合的不同线性组合所使用。随后能够在接收器处通过对作为结果的所接收的光学SDM信号进行适当解复用和展开而恢复原始数据。类似概念也可应用于多芯光纤。有利的是，空分复用能够被用来对诸如时分复用、波分复用、正交频分复用和偏振复用之类的其它复用技术进行补充，由此进一步提高对应光学传输链路的可用传输能力。

如现有技术所知的，多模光纤会使得通过其传送的光信号受到随机幅度衰减的影响。通过使用FEC(前向纠错)编码，可以至少一定程度地消除幅度衰减的不利影响。FEC编码使用系统性地生成的冗余数据来减少接收器处的误比特率(BER)。所述减少的成本是相伴出现的所需的前向信道带宽的增加，后者以FEC码的“速率”为特征。通常，较低速率的FEC码被用于噪声更大的信道。当信道条件随时间波动时，速率和／或FEC码能够适应性地有所改变以保持可接受的BER。然而，在信道波动过快和／或动态改变码率对给定系统而言过于复杂的任何时候，就会使用固定码率和固定FEC码，这趋于在大多数光学信道实例上可靠工作。然而，对于最大MIMO能力低于FEC码所允许的最小MIMO能力的那些光学信道实例而言，所接收的SDM信号会变得不可解码，这会在光学信道保持在这样的“不良”实例中的时间内不利地产生错误而导致系统运行中断。

如这里所使用的，术语“运行中断”是指接收器在其间接收器失去其利用小于所规定的阈值BER的BER从所接收的光信号恢复数据的能力的事件。通常，在任意给定时刻，光纤链路中的信号传播条件对于不同空间模式而言并非是统一的，并且此外，那些条件对于每个不同空间模式而言可以随时间有所变化。在欠寻址光学 MIMO系统中，例如在信号传播条件对于传送器和／或接收器所寻址的空间模式的子集(多个)而言特别不适宜时，可能发生运行中断。

本公开的各个实施例旨在FEC编码在被应用于欠寻址的光学 MIMO系统时缓解至少一些以上所指出的限制。例如，一个或多个所公开的性能提升技术能够通过不时地改变以下的一个或多个而降低运行中断的概率：(i)由传送器所寻址的空间模式的子集，(ii)由接收器所寻址的空间模式的子集，以及(iii)光纤链路的空间模式混合特性。所述改变可以以趋于使得实际BER低于相对应的静态配置中所观察到的BER的可控方式来执行。有利的是，较低的BER 通常表面其自身针对固定的MIMO数据传输能力而言具有较低的运行中断概率或者针对所规定的固定运行中断概率而言具有较高的可实现MIMO数据传输能力。

通信提供方可以有利地使用来自本公开的一些实施例来部署能够适应“未来”光信号传输技术的光纤或光纤线缆。例如，目前，光学收发器技术可能还没有达到使得所有空间模式都能够被寻址的程度。所述约束可能部分是由于耦合光学器件中的限制和／或MIMO处理ASIC的能力的限制。然而，这里所公开的某些实施例可以使得这样的通信提供方能够部署“永不过时的”光纤或光纤线缆，同时为所述通信提供方提供了在相对应的通信系统保持利用处于“欠寻址”配置的光纤或光纤线缆进行操作时使得运行中断概率最小化的手段。

图1示出了根据本公开一个实施例的光学MIMO系统100的框图。系统100具有经由光纤链路140互相耦合的光传送器110和光接收器160。光纤链路140具有两个光纤分段146a-b以及置于那两个分段之间的光学模式混合器150。系统100进一步具有控制器 130，其操作地连接至传送器110、接收器160和模式混合器150中的一个或多个，例如如图1所指示。

在操作中，如以下进一步描述的，控制器130对以下的一个或多个的配置进行控制：(i)传送器110中的空间模式(SM)耦合器 120，(ii)接收器160中的SM分离器164，以及(iii)光学模式混合器150。在各个实施例中，控制器130可以包括一个或多个独立模块。这些独立模块中的一些(如果存在)可以与传送器110位于一起。一些其他模块(如果存在)可以与接收器160位于一起。又一些其他模块(如果存在)可以处于沿光纤链路140的一个或多个专用位置，例如接近光学模式混合器150。

还预见到了系统100的以下可替换实施例。在某些可替换实施例中，SM耦合器120和SM分离器164中的至少一个是动态可(重新)配置的光学模式耦合(OMC)设备，而模式混合器150是静态光学模式混合器或者根本不存在。在其它可替换实施例中，模式混合器150是动态可(重新)配置的设备，而SM耦合器120和SM分离器164之一或二者是静态OMC设备。此外，光纤链路140可以具有多于两个的光纤分段146，而光学模式混合器150的对应实例耦合在相应的相邻光纤分段146之间。例如，如果链路140具有三个光纤分段146，则链路具有两个光学模式混合器150。这两个光学模式混合器之一耦合在所述链路的第一和第二光纤分段之间，并且这两个光学模式混合器中的另一个耦合在所述链路的第二和第三光纤分段之间。

在操作中，传送器110接收输入数据流102并且生成承载由输入数据流所提供的数据的光学SDM输出信号124。输入数据流102 被应用于FEC编码器112，其例如使用适当FEC码向所述数据添加冗余。FEC码所产生的每个冗余数据块可选地进行交织和／或解复用以产生K个平行数据流114₁-114_K，其中K是大于1的证书。FEC 编码器112随后将数据流114₁-114_K应用于电光(E／O)转换器116。

E／O转换器116具有K个光调制器(图1中并未明确示出)，每个光调制器被配置为生成经调制的光信号118₁-118_K中对应的一个。在一个实施例中，经调制的光信号118₁-118_K具有相同(共同) 的载波频率，并且这些光信号中的每一个承载由数据流114₁-114_K中相对应的一个所提供的数据。例如，经调制的光信号118₁承载由数据流114₁所提供的数据，经调制的光信号118₂承载由数据流114₂所提供的数据，以此类推。

在一个实施例中，SM耦合器120经由K个相应的单模光纤从 E／O转换器116接收光信号118₁-118_K并且对这些光信号118中的每一个应用空间相位滤波以对它们进行适当调谐以便有选择地耦合至光纤分段146a中的不同的相应空间模式之中。例如，如以下参考图 2-4进一步描述的，经空间相位滤波器的信号(图1中未明确示出) 在SM耦合器120中进行重叠，以在光纤分段146a的输入端点处生成光SDM信号124。

在SM耦合器120中对每个光信号118₁-118_K所应用的空间相位滤波使得这些光信号中的每一个实质上耦合到光纤分段126的单个所选择空间模式之中，其中不同信号118被耦合至不同的相应空间模式。根据系统100的特定实施例，不同光信号118到光纤分段146a的不同空间模式上的映射可以是静态的(即，固定的且不随时间变化)或动态的(即，随时间有所变化)。当SM耦合器120是可(重新)配置的SM耦合器时，控制器130经由控制信号132对 SM耦合器的空间模式配置及其随时间的变化进行控制。

当个体光信号由SM耦合器120有选择地在输入端点144处实质性耦合到光纤分段146a的单个空间模式之中并且因此被转换为从所述光纤分段启动(1aunch down)的SDM信号124的光分量时，就认为所述空间模式被传送器110所“寻址”。

在各个实施例中，例如(并非限制)可以使用以下的一个或多个来实施光纤分段146a-b中的每一个：(i)多模光纤；(ii)多芯光纤；(iii)单模光纤的集束；以及(iv)光纤线缆。如果使用多芯线缆，则所述光纤的每个芯可以被设计为支持相应的单个空间模式或者相应的多个空间模式。有关光纤分段146a-b的可能实施方式的其它细节例如可以在美国专利申请公开No.2010／0329670和 2010／0329671以及美国专利申请序列No.13／018511中找到，所有这些均通过引用全文结合于此。

在某些实施例中，每个光纤分段146a-b支持N个空间模式，其中N>K。换句话说，在这些实施例中，传送器110对光纤链路140 中比其中的光纤模式的最大可能数量更少的空间模式进行寻址。结果，光纤链路140作为欠寻址SDM链路进行操作。在可替换实施例中，N=K。在其它可替换实施例中，光纤分段146a支持N_a个空间模式，而光纤分段146b支持N_b个空间模式，其中N_a≠N_a并且N_a和 N_a中的每一个均大于或等于K。

在本领域中已知的是，多模或多芯光纤的空间模式可能在它们沿光纤长度传播时经历模式间混合。结果，即使通信信号在光纤的输入端点被完全限制于特定的单一空间模式，其它空间模式也将在光纤的输出端点处受到来自所述通信信号的影响，所述输出端点例如光纤分段146a的输出端点148。

光学模式混合器提供可控地改变光纤链路140的空间模式混合特性的能力。在数学上，光学模式混合器150对经过其传播的SDM 信号的影响由等式(1)进行表述：

其中是具有N_a个分量的输入信号矢量，其中每个分量表示在光纤分段146a的输出端点148处占据被光学模式混合器150所寻址的相对应的空间模式的光信号；是具有N_b个分量的输出信号矢量，其中每个分量表示在光纤分段146b的输入端点152处占据由光学模式混合器150所寻址的相对应的空间模式的光信号；并且M为N_b×N_a矩阵，其描述了光学模式混合器的空间模式混合特性。通常，和M中的每一个都是复数值的实体。在静态配置中，模式混合矩阵是独立于时间的并且具有恒定的矩阵元素。在动态配置中，模式混合矩阵M取决于时间并且具有至少一个随时间变化的矩阵元素。当光学模式混合器150是可(重新)配置的模式混合器时，控制器130 经由控制信号134对光学模式混合器的配置及其随时间的变化进行控制。

接收器160从光纤分段146b的输出端点154接收光SDM信号 156，如以下进一步描述的对所述SDM信号进行处理以恢复数据流102的原始数据，并且经由输出数据流178输出所恢复的数据。SDM 信号146被应用于SM分离器164，其将SDM信号146划分为L个光信号分量166₁-166_L，它们随后被应用于光电(O／E)转换器168。注意到，在各个实施例中，L可能等于或不等于K。在代表性实施例中，L可以小于N_b并且也小于N_a。

在一个实施例中，SM分离器164是与SM耦合器120相类似的OMC配置，但是被配置为以相反方向进行操作。例如，SM分离器164可以被设计为将光信号166₁-166_L耦合至L个相应的单模光纤以便输送至O／E转换器168。为了执行所述耦合，SM分离器164将 SDM信号156划分为L个(例如，有所衰减的)副本并且应用适宜的空间相位滤波以对每个所述副本进行适当调谐以便耦合到对应的一个单模光纤。SM分离器164中应用于SDM信号156的副本的空间相位滤波使得每个单模光纤实质上从光纤分段146b的单个所选择空间模式接收光能，其中不同的单模光纤从不同的相应空间模式接收光能。根据系统100的特定实施例，不同光信号166到光纤分段 146b的不同空间模式的映射可以是静态的(即，固定的且不随时间变化)或动态的(即，随时间有所变化)。当SM分离器164是可 (重新)配置的SM分离器时，控制器130经由控制信号136对SM 分离器的配置及其随时间的变化进行控制。

当耦合至SM分离器164的单模光纤实质上在输出端点154从光纤分段146b中相对应的单个所选择空间模式接收光能并且因此生成信号166₁-166_L中相对应的一个时，就认为所述空间模式被接收器 160所“寻址”。

光信号118和光信号116之间的关系一般可以使用等式(2) 来表述：

其中是具有K个分量的矢量，其中每个分量是光信号118₁-118_K中相对应的一个，是具有L个分量的矢量，其中每个分量是光信号 166₁-166_L中相对应的一个；并且H是L×K的信道矩阵。注意，除其它之外，信道矩阵H取决于SM耦合器120的配置、SM分离器 164的配置以及光学模式混合器150的配置(还参见等式(1))。表示信道矩阵H的不同值集合被称作所述矩阵的不同实例。

在一个实施例中，O／E转换器168执行每个光信号166₁-166_L的相干(零差或内差)检测以生成数字电信号170₁-170_L中对应的一个。在每个时隙中，信号170₁-170_L中的每一个可以承载两个值：一个对应于光信号166₁-166_L中对应的一个的同相(I)分量而另一个则对应于所述光信号的正交相位(Q)分量。能够用来实施O／E转换器 168的各个光学检测器例如在美国专利申请公开No.2010／0158521 和201I／0038631以及(2009年3月20日提交的)国际专利申请No. PCT／US09／37746中有所公开，所有这些都通过引用全文结合于此。

数字信号处理器(DSP)172对数字电信号170₁-170_L进行处理，并且基于所述处理生成输出数据流178。所述处理包括但并不局限于 (i)展开信号170₁-170_L以生成所恢复数据流的集合(图1中并未明确示出)，其中每个所恢复的数据流承载与数据流114₁-140_K之一对应的数据；(ii)如果传送器100中的FEC编码器112被配置为在生成数据流114₁-140_K的过程中交织FEC编码数据，则对所恢复数据流承载的数据块进行去交织；(iii)对去交织数据进行复用，或者如果无需执行去交织，则直接对所恢复数据流承载的数据块进行复用以生成估计数据流(图1中并未明确示出)；以及(iv)对估计数据流进行FEC解码以生成输出数据流178。假设FEC码对于链路140 的特定传输特性／条件而言充分鲁棒，则大多数(如果不是全部)传输／解码错误都被纠正，并且输出数据流178近似于(如果并非匹配) 输入数据流102，其中BER小于对于系统100规定的最大可接受BER 值。

通常，为了适当执行以上所描述的信号处理的展开步骤，DSP 172需要经由信号170₁-170_L接收充分数量的信号样本。例如，为了对SDM信号156所承载的Q个光学符号进行解码，DSP172需要获得所述信号的至少Q个独立样本。应用于这些样本的信号处理通常是基于意在对光纤链路140中空间模式混合的影响进行逆转的矩阵对角化算法，所述影响包括光学模式混合器150所施加的空间模式混合的影响(也参见等式(1))。

出于说明的目的，以下所描述的代表性实施例对应于其中光纤分段146a和146b中的每一个是多模光纤的系统100的实施例。从所提供的描述来看，本领域技术人员将能够修改所描述实施例以针对系统100的如下实施例而对它们进行调适，在所述实施例中，例如，(i)光纤分段146a和146b中的每一个是多芯光纤或者(ii)光纤分段146a和146b之一是多芯光纤而另一个光纤分段是多模光纤。

通常，多模光纤具有两个宽泛类型的空间模式：辐射模式和引导模式。辐射模式承载光纤芯之外的能量，因此其快速消散。辐射模式不是本公开的兴趣所在，因在在此对其不做讨论。引导模式主要局限于光纤芯，并且沿光纤传播能量，由此沿光纤链路140传输信息和功率。每个引导模式具有其子集的不同速度并且可以进一步被分解为两个正交偏振分量。光纤内的任意电磁(EM)场分布通常可以被表示为引导模式的组合。

对于给定波长λ而言，如果规范化地频率参数V(也称作V数量)大于2.405，则光纤分段146的多模光纤能够支持多个引导模式。等式(3)给出了V的表达形式：

其中a是光纤半径，而NA是数值孔径。对于阶跃折射率光纤而言，数值孔径由等式(4)给出：

其中n₁是光纤芯的折射率，而n₂是光纤包层的折射率。

引导模式通常可以被分类为(i)横电(TE)模式，对于其而言，电场的轴向分量为零；(ii)横磁(TM)模式，对于其而言，磁场的轴向分量为零；和(iii)HE或EH模式，对于其而言，电场的轴向分量和磁场的轴向分量均不为零。HE或EH的指定取决于电场(E)和磁场(H)分量中的哪一个作为主导。

多模光纤的引导模式可以基于以下的一个或多个进行排序： (i)横向平面中强度瓣(lobe)的数量，(ii)群组速度，以及(iii) 纵向波矢量的幅度。最低顺序的(也称作基本)模式通常具有单个强度瓣、最高的群组速度以及最长的纵向波矢量。其余(较高顺序) 模式通常基于其纵向波矢量的幅度进行排序。对于一些波导截面和V 数量而言，除了使用纵向波矢量的幅度之外，需要调用其余两个标准之一来确定一些引导模式的相对顺序。

诸如光纤链路140的通信链路中所使用的大多数阶跃折射率光纤的折射率分布图具有相对小的(例如，小于大约0.05)常量△，其使得这些光纤仅是弱引导的。等式(5)给出了阶跃折射率光纤的△的定义：

在一般圆柱体光纤的弱引导的近似中，TE、TM、HE和EH引导模式成为被称作线性偏振(LP)模式的模式。

以下注释通常被附加至LP模式的描述之中。每个LP模式使用两个整数指标所指定，例如为脚注的形式：LP_jk。第一整数指标(j) 给出了电场中关于光纤轴线(例如，Z坐标轴)的每一个方位角旋转的2π大小的相位增加的数量。第二整数指标(k)给出了径向尺寸中电场节点的数量，其中在作为径向节点进行计数的场分布的外边缘处具有零位场。一些LP模式也被给予进行指定的字母，例如a、b。所述字母遵循两个整数指标并且被用来区分某些退化模式。此外，每个LP模式可以具有两个不同的偏振，例如X偏振和Y偏振，其中X和Y是两个横向(即，垂直于光纤轴线)坐标轴线。

图2图形化地示出了根据本公开一个实施例的能够在链路104 中使用的多模光纤的三个最低LP模式的代表性强度分布和偏振。所述强度分布经颜色编码以使得(i)深蓝(外部)颜色对应于零强度， (ii)深红(内部)颜色对应于最高强度，并且(iii)处于其间的颜色对应于从蓝至红的类似彩虹的进展中的中间强度。虚线箭头表示不同模式的相应电场偏振。所示出的每个LP模式被双倍衰减，其具有对应于两个正交(例如，X和Y)偏振中的每一个的相同强度分布。

基本模式(LP₀₁)具有与高斯光束类似的分布图。LP₀₁模式对应于强引导光纤的HE₁₁模式。

下一个最低顺序的模式(LP₁₁)具有包括以相对应电场之间的 180度相位差为特征的两个强度峰值的强度分布图。在LP_11a模式中，强度峰值沿X轴排列。在LP_11b模式中，强度峰值类似地沿Y轴排列。LP_11a和LP_11b模式之间的不同退化状态对应于强引导光纤的 TE₀₁、TM₀₁和HE₂₁模式的不同线性组合。如果V数量(见等式(3)) 处于大约2.405和大约3.9的范围之内，则LP₀₁、LP_11a和LP_11b模式通常是光纤所支持的仅有的引导模式。

图3图形化地示出了根据本公开另一个实施例的能够在光纤链路140中使用的多模光纤的若干LP模式的代表性相位／场强度(PFS)模式。每个PFS模式使用颜色方案进行颜色编码，其中：(i) 颜色饱和的程度表示光学场强度，并且(ii)颜色自身表示电场的相位。例如，浅红色对应于比深红色更低的光学场强度。颜色从蓝至红的类似彩虹的变化表示相对相位从-π到+π的连续变化。

退化LP模式的不同状态的PFS模式能够通过适当旋转图3所示的PFS模式而获得。例如，LP_11b模式的PFS模式(见图2)可以通过将图3的顶行中的左起第二个画面中所示出的PFS模式旋转90 度而获得。LP模式的强度分布可以通过计算相对应PFS模式的绝对值的平方来获得。例如，图2最左侧画面所示出的LP₀₁模式的强度分布可以通过计算图3顶行最左侧画面中所示出的PFS模式的绝对值的平方来获得。类似地，图2中左起第三个画面中所示的LP_11a模式的强度分布可以通过计算图3顶行中左起第二个画面中所示的 PFS模式的绝对值的平方来获得。

为了有效且有选择地将光线耦合至多模光纤的特定LP模式之中，光源在光纤端面所创建的PFS模式和偏振应当大致近似于所述 LP模式的PFS模式和偏振。特别地，不与适当PFS模式和偏振相匹配的光可以被耦合到不同LP模式中，被耦合到辐射模式中，和／或从多模光纤的端面反射回来。例如，为了有效且有选择地将光耦合至X偏振的LP_11a模式中，相对应的光源应当被配置为产生大致近似于图3顶行中左起第二个画面中所示出的PFS模式以及图2的左起第三个画面中所示出的偏振的PFS模式。

出于简明和清楚的原因，以下描述参考低顺序的LP模式。然而，这里所公开的本公开的实施例并不局限于此。例如，所说明的创造性概念可类似地应用于其引导模式是相对应的TE、TM、HE和 EH模式而不是图2和3所示的LP模式的强引导多模光纤。所说明的创造性概念也可应用于所耦合多芯光纤的“超级模式”，其代表性描述例如可以在由R.Ryf、A.Sierra、R.-J.Essiambre等人在2011 European Conference on OpticalCommunication(ECOC)的论文集中所发表的、截稿日期后的论文中的、题为“Coherent1200-km6x6MIMO Mode-Multiplexed Transmission over3-core Microstructured Fiber”找到，其全文通过引用结合于此。

图4A-4B图示了根据系统100的一个实施例(也参见图1)的能够被用作传送器110中的SM耦合器120和／或接收器160中的SM 分离器164的OMC设备400。更具体地，图4A示出了OMC设备 400的框图。图4B示出了能够在OMC设备400的空间相位滤波器 420中使用的空间相位模式。为了清楚描绘，OMC设备400被示为具有两个空间模式信道。然而，根据所提供的描述，本领域技术人员将会理解如何设计出用于在系统100中使用的具有任意适当数量的信道的OMC设备。例如，能够通过与用来在OMC设备400中将信道2添加至信道1相类似地添加光学元件集合来创建新的光学信道。

在各个实施例中，光学相位滤波器420可以是静态相位掩膜或者是能够在例如由控制信号132或136(见图1)所实施的外部控制下改变所显示的空间相位模式的可动态(重新)配置的设备。

OMC设备400在图4A中被示为在其左侧耦合至单模光纤 402₁-402₂并且在其右侧耦合至多模光纤406。当OMC设备400被用作传送器110中的SM耦合器120(见图1)时，单模光纤402₁-402₂中的每一个被配置为接收相对应的一个经调制光信号118，并且多模光纤406是光纤分段146a的一部分。当OMC设备400被用作接收器160中的SM分离器164(见图1)时，单模光纤402₁-402₂中的每一个被配置为承载相对应的一个光信号分量166，并且多模光纤406 是光纤分段146b的一部分。

出于说明的目的，以下所提供的OMC设备400的描述假设光线从单模光纤402₁-402₂被引向多模光纤406，例如像在对应于SM 耦合器120(图1)的配置中那样。根据所述描述，本领域技术人员将会理解OMC设备400例如像在对应于SM分离器164(图1)的配置中那样在光线被从多模光纤406引向单模光纤402₁-402₂时如何进行操作。

OMC设备400具有两个透镜410，其中每一个对由相应的一个光纤402应用于OMC设备的相应分支光束进行校准。每个所产生的校准光束通过相应的一个空间相位滤波器420以创建相对应的经相位滤波的光束422。多个镜面430随后在空间上将这两个经相位滤波的光束422进行叠加并且将所产生的“叠加”光束引向光纤406。注意，镜面430₄是部分透明的镜面，而镜面430₁-430₃中的每一个是常规的非透明镜面。两个透镜442和446以及孔径444被用来对光束432进行压缩(例如，减小其大小)并在空间上对波束432进行滤波以产生在多模光纤406的输入端点454上进行撞击的输出光束 452并且产生与多模光纤所选择的空间模式(也参见图2-3)相对应的PFS模式的预定叠加。

根据被分配给OMC设备400的两个空间模式信道的空间模式，例如从图4B所示出的空间相位模式集合中适当选择空间相位滤波器420₁和420₂所显示的空间相位模式。例如，如果OMC设备400 的特定空间模式信道被指定以光纤406的LP_11a模式，则图4B中标记为LP11的适当定向的空间相位模式被所述空间模式信道中的相对应空间相位滤波器420所显示。类似地，如果OMC设备400的特定空间模式信道被指定以光纤406的LP_21b模式，则图4B中标记为LP21的适当定向的空间相位模式被所述空间模式信道中的相对应空间相位滤波器420所显示，以此类推。相对应的滤波器420所施加的空间相位滤波和孔径444所施加的空间滤波的组合效应在于所述光信道在光纤406的输入端点创建了对应于所选择空间模式的预定 PFS模式，由此有效地将经由相对应的单模光纤402所接收的光信号耦合到多模光纤406的所述空间模式之中。

注意，图4B所示出的一些空间相位模式是二进制相位模式 (即，能够在逻辑上仅实施例如0或π的两个可能相移中的一个的相位模式)。特别地，对应于LP01、LP02和LP03的相位模式是二进制相位模式。图4B中所示出的其余相位模式是“模拟”相位模式，原因在于所述模式的不同部分能够实施从连续相移范围所选择的相移。模拟相位模式在图4B中使用颜色方案示出，其中：(i)不同颜色表示连续2π间隔中的不同相移，并且(ii)对于一些相位模式而言，相同颜色的不同带表示彼此相差2π整数倍的相移。

在一个实施例中，OMC设备400可能采用单个、相对大的、连续空间相位滤波器以替代两个单独滤波器420₁和420₂。所述相对大的连续滤波器可以被配置为在其不同分区(部分)中显示来自图 4B的两个或更多空间相位模式。这些不同分区可以被部署为使得一个分区用作空间相位滤波器420₁而另一个分区则用作空间相位滤波器420₂。

可以用来实施SM耦合器120和／或SM分离器164(见图1) 的各个其它OMC设备例如在以上引用的美国专利申请公开No. 2010／0329670和2010／0329671中有所公开，而且还在美国专利中请公开No.201I／0243490和美国专利申请序列No.12／986,468中有所公开，这二者通过引用全文结合于此。

图5A-5B图示了根据系统100的一个实施例而能够被用作光学模式混合器150(图1)的光学模式混合器500。更具体地，图5A 示出了模式混合器50的整体框图。图5B示出了可以在模式混合器 500中使用多个的2×2光学混合器520的示意图。

参考图5A，模式混合器500耦合在多模光纤546a和546b之间。在代表性配置中，多模光纤546a可以被用来实施光纤分段146a，而多模光纤546b可以被用来实施光纤分段146b(见图1)。光学模式混合器500包括(i)分别耦合至多模光纤546a和546b的OMC 设备510a和510b，和(ii)如图5A所示耦合在这些OMC设备之间的2×2光学混合器520的互连阵列530。在一个实施例中，OMC设备510a和510b中的每一个可以与OMC设备400(图4)类似，其是针对四个而不是仅两个单模光纤402所实施。

混合器阵列530被配置为(i)接收由OMC设备510a所生成的光信号512₁-512₄，(ii)对所接收信号进行光学混合以生成光信号 532₁-532₄，以及(iii)将后者的信号应用于OMC设备510b。作为结果，混合器阵列530可以被用来利用(4×4)阵列M实施等式(1)。矩阵M的个体矩阵元素取决于混合器520的状态，而后者由混合器控制器540所生成的控制信号542₁-542₆所控制。因此，矩阵M可以通过配置混合器控制器540以改变一个或多个混合器520的状态(多个)而作为时间函数进行变化。混合器控制器540可以被配置为基于诸如控制信号134(图1)的外部控制信号来生成控制信号 542₁-542₆。可替换地，混合器控制器540可以被认为是控制器130 的一部分，在这种情况下，控制信号134可以被认为包括控制信号 542₁-542₆。

参考图5B，个体光学混合器520包括具有第一臂526a和第二臂526b的Mach-Zehnder干涉仪，其中两臂耦合在两个(例如，3-dB) 光学耦合器522之间。臂526b包括移相器(PS)524，其接收来自控制器540的相对应控制信号542。混合器520所产生的输出信号 S₃和S₄中的每一个表示应用于所述混合器的输入信号S₁和S₂的线性组合，其中所述线性组合的系数取决于(i)信号S₁和S₂的波长， (ii)臂526a和526b之间的长度差(如果存在)，以及(iii)移相器524所施加的相移的值。适当或必要地，所述系数可以通过改变移相器522所施加的相移的值而有所变化。

虽然阵列530被说明性地示为具有以图5A所示的方式进行互连的六个混合器520，但是可以类似地使用其它阵列。更具体地，阵列530的拓扑和／或大小例如可以基于针对系统100所规定的N_a、N_b、 L和K的值进行选择。例如，如果N_a>N_b，则类似于输出线路532_i的一些输出线路可以不连接至类似于OMC设备510b的相对应0MC 设备。如果N_a<N_b，则类似于输出线路532_i的一些输出线路可能需要在耦合至类似于OMC设备510b的OMC设备的相对应端口中之前进行划分。

虽然已经基于Mach-Zehnder类型的光学混合器520对光学模式混合器500的示例性实施例进行了描述，但是能够类似地使用其它类型的光学混合器或开关。例如，能够使用具有一个或多于两个的输入端口的可配置开关／混合器来形成类似于阵列530的相对应开关／混合器阵列。类似地，也可以使用具有一个或多于两个的输出端口的可配置开关／混合器。OMC设备510a-b之一或二者可选地是可配置的，例如类似于SM耦合器120和／或SM分离器164(图1)。相对应的控制信号在图5A中使用虚线进行指示并且被标记为534a 和534b。在可替换实施例中，可以代替OMC设备510a-b使用被设计为对相对应多模光纤或光纤线缆的多于或少于四个的空间模式进行寻址的OMC设备。位于光学模式混合器500的入口(左)侧的OMC设备可以被配置为对与位于光学模式混合器出口(右)侧的 OMC设备数量有所不同的光学模式进行寻址。

图6示出了根据系统100的另一个实施例的可以被用作光学模式混合器150的光学模式混合器600的截面侧视图。光学模式混合器600耦合在多模光纤分段646a和646b之间。在代表性配置中，多模光纤分段646a可以被用来实施光纤分段146a，而多模光纤分段 646b可以被用来实施光纤分段146b(见图1)。

光学模式混合器600具有机械(例如，压电)致动器630，其被配置为将板620a-b相对夹在它们之间的光纤分段610进行挤压。致动器630在板620a-b上推动的力度由诸如控制信号134(见图1) 的外部控制信号进行控制。板620a-b中的每一个具有与光纤分段610 直接物理接触的各自的不平坦的表面612。在一个实施例中，表面 612可以是波纹状的和／或具有相对粗糙的表面粗糙度。当致动器630 将两个不平坦表面压向光纤分段610时，所述光纤出现微形变，这导致在所述光纤分段中出现相对强的空间模式串扰和／或加扰。所述空间模式串扰和／或加扰的类型和／或程度取决于致动器630所施加的机械力度的大小。通常，光纤的不同机械形变在光纤分段610中产生不同类型和／或程度的空间模式串扰和／或加扰。所述现象进而证明其自身为模式混合器600的不同空间模式混合特性，例如由等式(1) 中的不同矩阵M数学表达。矩阵M因此可以通过配置致动器630 以改变施加于板620a-620b的机械力而作为时间函数变化。

在一个实施例中，光学模式混合器600可以使用可从加利福尼亚Irvine的Newport公司商业获得的例如型号FM-1的自动版本的光线模式加扰器来实施。

返回参考图1，系统100的操作可以由至少三个不同时间常数 t_s、T_FEC和τ_c所表征。更具体地，时间常数t_s是信令间隔的持续时间，例如分配给个体光信号118中的一个星座符号的时间段。周期t_s与比特率成反比。时间常数T_FEC表示可能出现突发(burst)而运算FEC码仍然能够进行纠错的最大可能时间段。FEC码能够纠正的错误的最大数量也被称作所述码的纠错能力。码的纠错能力取决于FEC块的大小、后期编码的FEC加扰深度以及底层算法(多个)的属性。时间常数τ_c是信道相干时间，(当SM耦合器120和光学模式混合器150的配置为静态的时，)其是光纤链路140中的多径衰减所导致的光信号156中的幅度变化变得与其之前的值不相关所需的最小时间的测量。

系统100中的运行中断例如可能由光信号156的一个或多个信号分量的“深度衰减”所导致，这会临时使得光信号166由于DSP172 所执行的FEC解码处理的临时中断而无法被解码。信号分量的深度衰减例如可能由所述信号分量在接收器160处由于信道矩阵H(见等式(2))的不良例示而经历的强破坏性干扰所导致。当在FEC 编码的数据块的传输期间所发生的一个或多个深度衰减的累积效应使得光信号166中足够大数量的符号具有不足的光学信噪比(SNR) 而无法正确解码时，FEC解码处理崩溃，由此导致运行中断。这样的崩溃例如会在深度衰减持续相对长的时间段而使得相对应的错误超过了码的纠错能力时出现。例如，这会在τ_c>T_FEC的情况下出现。

在数学上，衰减通常可以被建模为随时间变化的随机过程。深度衰减的典型(例如，平均)持续时间可以使用信道相干时间τ_c来表达，其中光信号156的不同模态分量通常以统计上随机的方式经历其相应的深度衰减。衰减的随机属性使得一些时间间隔具有相对大量的处于深度衰减中信号分量而其它一些时间间隔则具有相对少量处于深度衰减中的信号分量。本领域技术人员将会意识到，与后者的时间间隔之一期间相比，系统运行中断更可能在前者的时间间隔之一期间发生。

这里在以下所公开的对系统100进行操作的方法针对于减少 FEC解码处理中临时故障的频率，例如通过减少具有相对大量的处于深度衰减中的信号分量的时间间隔的数量。在各个实施例中，实现所述减少的成本在于(i)减少具有相对少量的处于深度衰减的信号分量的时间间隔的数量，和／或(ii)将部分带宽用来监测深度衰减的出现而不是传送有效载荷数据。根据一个实施例的对系统100 进行操作的代表性方法可以包括以下的一个或多个：(i)改变SM 耦合器120的配置，(ii)改变SM分离器164的配置，以及(iii) 改变光学模式混合器150的配置。

图7示出了根据本公开一个实施例的对系统100进行操作的方法700的流程图。方法700可以使用传送器110或接收器160来实施。以下参考图1和图7对方法700的示例性步骤进行描述。

在方法700的步骤702，控制器130选择要由相关OMC设备 (例如，SM耦合器120或SM分离器164)所寻址的光学模式的子集。例如，如果方法700使用传送器110来实施，则所选择的子集由光纤146a的K中空间模式所构成，并且存在能够从其选择所述子集的个不同可能子集，其中!表示阶乘符号。如果方法700 使用接收器160来实施，则所选择的子集由光纤146b的L个空间模式所构成，并且存在能够从其选择所述子集的个不同可能子集。控制器130可以采用任意适当算法来从多个不同的可能子集中选择空间模式子集。例如，在方法700的一个实施方式中，控制器 130可以被配置为以随机方式从多个不同的可能子集中选择空间模式子集。在另一个实施方式中，控制器130可以被配置为以轮询方式从多个不同的可能子集中选择空间模式子集。在又一个实施方式中，控制器130可以被配置为通过对已知由于所采用的光纤设计(多个)的特性而在光链路中导致较少衰减的某些模式给予优先而从多个不同的可能子集中选择空间模式子集。在又一个实施方式中，控制器130可以被配置为根据所采用的光纤设计(多个)选择彼此弱耦合或强耦合的节点而从多个不同的可能子集中选择空间模式子集。

在步骤704，控制器130生成适当控制信号以对相关OMC设备进行配置以使用与在步骤702所选择的空间模式子集相对应的相位滤波器集合(例如，类似于图4A的相位滤波器420₁-420₂)。例如，如果运算空间节点为LP模式，则OMC设备中所使用的相位滤波器可以具有从图4B所示的相位模式中适当选择的相位模式。

如果方法700使用传送器110实施，则控制器130在步骤704 生成对SM耦合器120适当配置的控制信号132。如果方法700使用接收器160来实施，则控制器130在步骤704生成对SM分离器164 进行适当配置的控制信号136。

生成控制信号(132或136)从事使得相关OMC设备的配置在指定时间段(t_hold)内保持静态。在代表性实施例中，时间t_hold被选择为明显小于信道相干时间τ_c，并且也明显小于时间T_FEC。在时间t_hold过去之后，方法700的处理从步骤704回到步骤702。

在方法700的各个实施例中，步骤702和704可以关于FEC 编码的数据块的传输异步或同步地执行。DSP172所执行的数据恢复算法知晓步骤702和704的时序并且相应地执行相对应数据处理。

在代表性实施例中，方法700被实施以通过步骤702和704以相对高的重复率进行循环，例如使得在一个FEC编码的数据块的传输期间执行相对大量的循环。通过步骤702和704的所述相对快速的循环使得接收器160能够在所述传输期间被暴露给信道矩阵H(见等式(2))的良好和不良实例。在运算FEC码针对信道矩阵H的相对应平均实例具有足够纠错能力的情况下，DSP172中所中所实施的FEC解码处理通常能够对信道矩阵的不良实例所导致的突发错误进行纠正，所述实例由于通过步骤702-704相对快的循环而趋于相对短促地存活。与之相反，在方法700没有施加以信道矩阵H的相对快速的变化的情况下，信道矩阵H的不良实例可以持续相对长的时间段，这会导致相对应数据块的FEC解码处理由于FEC码的纠错能力不足而出现故障。

图8示出了根据本公开另一个实施例的对系统100进行操作的方法800的流程图。与方法700(图7)类似，方法800可以使用传送器110或接收器160的OMC设备来实施。以下参考图1、7和8 对方法800的示例性步骤进行描述。

在步骤802，控制器130对传送器110和接收器160进行配置以进入训练模式。在训练模式期间，传送器110被配置为传送承载一个或多个导频数据序列的光信号，并且接收器160被配置为对与所述传输相对应的BER或其它适当性能度量进行监测。

在步骤804，在传送器110传送导频数据序列并且接收器监测与所述传输相对应的性能度量(例如，BER)的同时，控制器130 配置传送器110或接收器160以执行方法700(图7)。

在步骤806，DSP172识别与在步骤804期间所观察的有利性能度量值(例如，最小BER值)相对应的一个或多个时间间隔。DSP 172随后使用反馈信号174将所述信息传输至控制器130。基于所接收的信息，控制器130识别相关OMC设备(中使用的一个或多个相位滤波器集合)的一个或多个空间模式配置。例如，如果方法800 使用SM耦合器120来实施，则控制器130识别SM耦合器与在步骤 804期间所观察的有利性能度量的所述一个或多个时间间隔相对应的一个或多个空间模式配置。可替换地，如果方法800使用SM分离器160实施，则控制器130确定SM分离器与在步骤804期间所观察的有利性能度量的所述一个或多个时间间隔相对应的一个或多个空间模式配置。

在步骤808，控制器130从在步骤806所识别的一个或多个空间模式配置中选择一个配置。随后，使用适当控制信号(例如，控制信号132或136)，控制器130对相关OMC设备进行配置以使用所选择的空间模式配置而使得所述配置在整个步骤810的持续期间保持静止。如以上已经指出的，相关OMC设备可以是SM耦合器 120或SM分离器164。

在步骤810，控制器130对传送器110和接收器160进行配置以在指定时间段内以有效载荷传输模式进行操作。在有效载荷传输模式期间，传送器被配置为传送承载有效载荷数据的光信号，而接收器160则被配置为对所接收的相对应信号进行解调和解码以恢复所述有效载荷数据。由于在步骤808所选择的配置对应于信道矩阵H 的有利实例，所以DSP172中的FEC解码处理可能具有足够的纠错能力来纠正可能的错误并且在步骤810期间避免系统运行中断。

在代表性实施方式中，步骤810的持续时间被选择为处于信道相干时间τ_c的量级或者稍小于信道相干时间τ_c。本领域技术人员将会理解的是，所述持续时间可能确保相对有利的信道条件能够持续步骤810的整个持续时间。在分配给步骤810的时间段过去之后，方法800的处理从步骤810回到步骤802。

本领域技术人员将会意识到，方法800可以有利地在系统100 中得以使用，例如在光纤链路140具有相对大的信道相干时间τ_c的值时。后者的特性有利地使得系统100能够在训练模式中消耗相对少量的时间而能够在步骤810每次进行的期间传送相对大量的FEC 编码有效载荷数据的块。

图9示出了根据本公开又一个实施例的对系统100进行操作的方法900的流程图。方法900可以使用光学模式混合器150(图1) 来实施。以下参考图1、5、6和9对方法900的示例性实施例进行描述。

在方法900的步骤902，控制器130选择值的可实施集合，每个值对应于模式混合矩阵M(见等式(1))的相应矩阵元素。控制器130可以采用任意适当算法来选择值的所述可实施集合。例如，在方法900的一个实施方式中，控制器300可以被配置为从存储器中所存储的预先计算的集合列表中随机选择所述集合。

在步骤904，基于步骤902所选择的值，控制器130生成控制信号134，其对光学模式混合器150进行配置以采用实施与所述所选择值相对应的空间模式混合的配置。例如，在一个实施例中，控制信号134可以被用来配置混合器控制器540以生成用于混合器阵列 530(见图5)的控制信号542的适当集合。在另一实施例中，控制信号134可以被用来指定要由致动器630应用于板620a-b的力(见图6)。

控制信号134被生成从而其使得光学模式混合器150的配置在指定时间段(t_hold)内保持静止。在代表性实施例中，时间t_hold被选择为明显小于信道相干时间τ_c并且也明显小于时间T_FEC。在时间t_hold过去之后，方法900的处理从步骤904返回步骤902。

在方法900的各个实施例中，步骤902和904可以关于FEC 编码的数据块异步或同步地执行。DSP172所执行的数据恢复算法知晓步骤902和904的时序并且相应地执行相对应的数据处理。

在代表性实施例中，方法900被实施以通过步骤902和904以相对高的重复率进行循环，例如使得在一个FEC编码上文数据块的传输期间执行相对大量的循环。出于与以上参考方法700(图7)已经提到的那些相类似的理由，通过步骤902和904的所述相对快速的循环可以降低运行中断的概率。

图10示出了根据本公开又一个实施例的对系统100进行操作的方法1000的流程图。方法1000可以使用光学模式混合器10来实施。以下参考图1、9和10对方法1000的示例性步骤进行描述。

在步骤1002，控制器130配置传送器110和接收器160进入训练模式。在训练模式期间，传送器110被配置为传送承载一个或多个导频数据序列的光信号，并且接收器160被配置为对与所述传输相对应的适当性能度量(例如，BER)进行监测。

在步骤1004，在传送器110传送导频数据序列并且接收器监测与所述传输相对应的性能度量的同时，控制器130配置光学模式混合器150以执行方法900(图9)。

在步骤1006，DSP172识别与在步骤1004期间所观察的有利性能度量值(例如，最小BER值)相对应的一个或多个时间间隔。 DSP172随后使用反馈信号174将所述信息传输至控制器130。基于所接收的信息，控制器130识别光学模式混合器150的相对应的一个或多个空间模式混合配置(例如，要由其所实施的模式混合矩阵 M的可实施值的一个或多个集合)。

在步骤1008，控制器130从在步骤1006所识别的一个或多个空间模式混合配置中选择一个配置。随后，使用控制信号134，控制器130对空间模式混合器150进行配置以采用所选择配置而使得所述配置在整个步骤1010的持续期间保持静止。

在步骤1010，控制器130对传送器110和接收器160进行配置以在指定时间段内以有效载荷传输模式进行操作。在所述有效载荷传输模式期间，传送器被配置为传送承载有效载荷数据的光信号，而接收器160则被配置为对所接收的相对应信号进行解调和解码以恢复所述有效载荷数据。由于在步骤1008所选择的配置对应于信道矩阵H的有利实例，所以DSP172中的FEC解码处理可能具有足够的纠错能力来纠正可能的错误并且在步骤1010期间避免系统运行中断。

在代表性实施方式中，步骤1010的持续时间被选择为处于信道相干时间τ_c的量级或者稍小于信道相干时间τ_c。本领域技术人员将会理解的是，所述持续时间可能确保相对有利的信道条件能够持续步骤1010的整个持续时间。在分配给步骤1010的时间段过去之后，方法1000的处理直接从步骤1010回到步骤1002。

本领域技术人员将会意识到，例如在与以上参考方法800(图 8)已经提到的那些相类似的条件下，方法1000可以在系统1000中有利地得到使用。

图11示出了根据本公开又一个实施例的对系统1100进行操作的方法1100的流程图。方法1100可以使用接收器160来实施。以下参考图1和11对方法1100的示例性步骤进行描述。

在方法1100的步骤1102，接收器160被配置为使用其L个空间模式信道中的(L-R)个来进行数据恢复，并且使用其L个空间模式信道中的R个来测试链路140中的信号传播条件。如这里所使用的，“第i个空间模式信道”是指接收器160中被配置为生成光信号 166_i和电信号170_i的硬件。通常，接收器160中L个空间模式信道中的任意信道可以是训练信道或数据恢复信道。因此，在任意时刻，表示R个测试信道的当前集合的指标“i”的集合可以具有从1和L 之间的范围所选择的R个不同的任意指标值。来自所述范围中的其余(L-R)个指标值则表示数据恢复信道。通常，接收器160被配置为使得测试信道对光纤146b中不同于被数据恢复信道所寻址的空间模式的空间模式进行寻址。

在步骤1104，接收器160被配置为测量与其L个空间模式信道中的每一个相对应的适当性能度量(例如，信噪比，SNR)。基于测量结果，DSP172随后将空间模式信道归类为两个群组。例如，具有最高SNR的(L-R)个信道可以被置于第一群组。而其余R个空间模式信道则被置于第二群组。

在步骤1106，接收器160被配置为使用空间模式信道的第一群组作为数据恢复信道而使用空间模式信道的第二群组作为测试信道。

在步骤1108，接收器160对SM分离器164进行重新配置以改变由测试信道所寻址的空间模式，而保持由数据恢复信道所寻址的空间模式不变。接收器130可以采用任意适当算法来选择用于测试信道的空间模式的新的子集。例如，在方法1100的一个实施方式中，可以以随机模式从当前未寻址空间模式(例如既不属于第一群组也不属于第二群组的空间模式)中选择用于新的子集的空间模式。方法1100的处理随后直接从步骤1108返回步骤1104。

通过对步骤1104-1108进行循环，接收器160能够适应性地改变由数据恢复信道所寻址的空间模式以使得这些空间模式包括光纤链路的至少一些最佳执行的空间模式。作为结果，与以静态配置所实现的相比有利地降低了运行中断概率。所述降低的成本在于对应于接收器160的测试信道的带宽被用于搜寻未寻址空间模式而不是用于传送数据。

虽然已经参考说明性实施例对本公开进行了描述，但是所述描述并非意在以限制的含义进行理解。

虽然已经参考多模光纤对本公开的各个实施例进行了描述，但是类似的原则也可以应用于多芯光纤和／或光纤线缆。

通信系统可以使用具有M个模式的光链路，其中N(<M)个模式被用于数据传输(例如，当处理器能够应对N×M的MIMO时)。其余M-N个模式可以被用于监控。在所述配置中，传送器和／或接收器对所有光纤模式进行寻址，其中N个模式的第一子集被用于承载信息而M-N个模式的第二子集则被用于监测的用途。在一个实施例中，这里所公开的方法之一可以被调适以动态改变第一和第二子集的内容，例如通过将模式设计从“承载数据”变为“监控”，或者反之亦然。

如这里所使用的，术语“性能度量”应当被理解为包含任意适当的系统性能参数，诸如BER、SNR、星座质量测量等，但是并不局限于此。

对于本发明相关领域的技术人员而言显而易见的所描述实施例的各种修改形式以及本发明的其它实施例被认为处于如以下权利要求中所表达的本发明的原则和范围之内。

除非另外明确指出，否则就像值或范围的值之前带有词语“大约”或“近似”那样，数字值和范围应当被解释为近似值。

进一步将要理解的是，本领域技术人员可以对为了解释本发明的特性而已经描述并图示的各部分的细节、材料和部署进行各种改变而并不背离如以下权利要求所表达的本发明的范围。

权利要求中的附图编号和／或附图标记的使用意在标示出所请求保护主题的一个或多个可能实施例以便促成对权利要求的解释。这样的使用被不应被理解为必然将那些权利要求的范围限制为相应附图中所示出的实施例。

这里对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合所述实施例所描述的特定特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施例之中。在说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”并非必然全部指代相同的实施例，单独或可替换实施例也并非必然互相排斥。这同样应用于术语“实施方式”。

而且，出于这里描述的目的，术语“耦合”、“耦合着”、“被耦合”、“连接”、“连接着”或“被连接”指代本领域已知或随后研发的允许能量在两个或更多部件之间传输的任意方式，并且一个或多个附加部件的介入得以被预期，虽然并非要求如此。相反，术语“直接耦合”、“直接连接”等则暗示没有这样的附加部件。

本发明可以以其它的具体装置和／或方法来体现。从任何意义上来说，所描述的实施例要被认为仅是说明性而非限制性的。特别地，本发明的范围由所附实施例而非这里的描述和附图来指示。处于权利要求等同形式的含义和范围之内的所有变化都被包含在其范围之内。

说明书和附图仅说明了本发明的原则。因此将意识到的是，虽然没有在这里明确描述或示出，但是本领域技术人员将能够设计出实现本发明原则并且包括于其精神和范围之内的各种装置。此外，这里所引用的所有示例原则上清楚地意在仅是出于帮助读者理解本发明的原则以及发明人为本领域进一步贡献的概念的教导目的，并且要被理解为并不对这样特别引用的示例和条件加以限制。此外，这里所有引用本发明原则、方面和实施例及其具体示例的陈述意在包含其等同形式。

图中所示出的包括被标记为“控制器”或“处理器”的任意功能模块在内的各种部件的功能可以通过使用专用硬件以及能够执行与适当软件相关联的软件的硬件来提供。当由处理器提供时，所述功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或者其中一些可以共享的多个个体处理器来提供。此外，明确使用的术语“处理器”或“控制器”不应当被理解为专门指代能够执行软件的硬件，而是可以隐含地包括数字信号处理器(DSP)硬件、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)和非易失性存储，但是并不局限于此。其它常规和／或定制的硬件也可以被包括其中。类似地，图中所示出的任何开关都仅是概念性的。它们的功能可以通过程序逻辑的操作、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互来执行或者甚至相互执行，特定技术可由实施方在对上下文更为具体地理解时进行选择。

本领域技术人员应当意识到的是，这里的任意框图表示实现本发明原则的说明性电路系统的概念视图。类似地，将意识到的是，任意流程图表、流程图、状态转换图、伪代码等表示实质上可以在计算机可读介质中表示并且因此被计算机或处理器所执行的各种处理，而无论是否明确示出了这样的计算机或处理器。

Claims

1.一种光学系统，包括：

光学模式耦合OMC设备，被配置为有选择地将光链路的空间模式的第一子集与一个或多个光信号耦合；以及

控制器，被配置为在通过所述OMC设备和所述光链路传输承载FEC编码的数据块的光信号期间，对所述OMC设备进行重新配置，以选择所述光链路的空间模式的第二子集，其中所述第二子集与所述第一子集相差一个或多个空间模式；以及

FEC编码器，被配置为生成承载所述FEC编码的数据块的多个数据流；以及

其中所述OMC设备被配置为在对承载所述FEC编码的数据块的所述光信号的传输的一部分期间选择空间模式的所述第一子集，并且被配置为在对承载所述FEC编码的数据块的所述光信号的传输的另一部分期间选择空间模式的所述第二子集。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其中：

所述光链路包括多模光纤、多芯光纤或光纤线缆；

所述OMC设备被配置为有选择地将所述多模光纤、多芯光纤或光纤线缆的空间模式的子集与所述一个或多个光信号耦合；并且

所述控制器被配置为使得所述OMC设备以大于与所述光链路相对应的信道相干时间的倒数的速率改变所述空间模式的选择。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述OMC设备是光传送器的空间模式耦合器，所述光学系统进一步包括：

E/O转换器，被配置为将所述多个数据流转换为多个经调制的光信号，其中：

所述控制器被配置为使得所述空间模式耦合器在通过所述空间模式耦合器传输所述多个经调制的光信号期间，改变所述第一子集中的一个或多个空间模式；并且

所述空间模式耦合器被配置为将所述多个经调制的光信号中的每一个耦合到所述光链路的属于当前选择子集的对应的空间模式之中。

4.根据权利要求3所述的光学系统，其中所述FEC编码器被配置为采用具有FEC块大小的FEC码，所述FEC块大小使得承载所述FEC编码的数据块的经调制的光信号的所述传输的持续时间短于信道相干时间。

5.根据权利要求1所述的光学系统，其中：

所述OMC设备是光接收器的空间模式分离器；

承载所述FEC编码的数据块的所述光信号是从所述光链路接收的光学空分复用SDM信号；

所述空间模式分离器被配置为将从所述光链路接收的所述光学SDM信号转换为多个经调制的光信号，每个所述经调制的光信号对应于来自当前选择子集的相应空间模式；并且

所述光学系统进一步包括：

O/E转换器，被配置为将所述多个经调制的光信号转换为对应的多个数字样本流；以及

数字信号处理器，被配置为对所述多个数字样本流进行处理，以恢复在所述FEC编码的数据块中编码的数据。

6.根据权利要求5所述的光学系统，其中：

在归类时间，所述光接收器被配置为基于所述对应的经调制的光信号的SNR值，将当前选择子集的空间模式归类为第一群组和第二群组，以使得所述第一群组具有比所述第二群组高的SNR值；

所述数字信号处理器被配置为基于与空间模式的所述第一群组相对应的所述数字样本流，恢复在所述FEC编码的数据块中编码的数据；并且

在两个连续的归类时间之间，所述控制器被配置为使得所述空间模式分离器改变所述空间模式的第二群组中的一个或多个空间模式，而保持所述空间模式的第一群组不变。

7.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述控制器被配置为：

从当前选择子集中随机选择第一空间模式；

在所述当前选择子集之外随机选择第二空间模式；以及

使得所述OMC设备选择所述第二空间模式而不是所述第一空间模式。

8.一种处理光信号的方法，所述方法包括：

配置控制器以使光学模式耦合OMC设备以有选择地将光链路的空间模式与一个或多个光信号耦合；以及

提供控制信号，所述控制信号被适配为操作所述OMC设备以选择所述光链路的空间模式的第一子集和第二子集，使得在承载FEC编码的数据块的光信号通过所述OMC设备传输的情况下，所述OMC设备在对承载所述FEC编码的数据块的所述光信号的传输的一部分期间选择空间模式的所述第一子集，并且在对承载所述FEC编码的数据块的所述光信号的的传输的另一部分期间选择空间模式的所述第二子集。