CN104202290A - 一种模式相关损耗补偿方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模式相关损耗补偿方法，所述方法包括：在发送端，S1.对比特信号进行星座调制；S2.对星座调制后的信号进行模式时间编码；S3.对模式时间编码后的信号进行光调制；S4.对光调制后的信号进行模式耦合后，发送到少模光纤中传进行传输；在接收端，S5.对所述少模光纤中传输的模式耦合信号进行解耦合；S6.对解耦合后的信号进行相干解调；S7.对相干解调后的信号进行信道均衡；S8.对信道均衡后的信号进行模式时间译码；S9.对模式时间译码后的信号进行星座解调，得到星座解调后的比特信号。本发明所述方法可以有效抑制传输过程中的模式相关损耗，提升系统性能。

Description

一种模式相关损耗补偿方法和装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种模式相关损耗补偿方法和装置。

背景技术

伴随着过去二十年中的指数型容量增长，波分复用成为数据光网络的重要技术形态。形成这种状况的一个重要原因就是持续飞速提升的数据网络流量。然而近期的研究进展表明波分复用光传输的容量增长正在明显减速，而且其系统实验正在快速接近非线性光纤传输的仙农极限。少模光纤中的模分复用技术(Mode Division Multiplexing，简称MDM)是一种崭新的光多输入多输出传输形式，并被人们期待为实现进一步提升光网络容量的重要潜在方案。

MDM技术是利用光纤各个模式间的正交性，将每一个模式视为独立的信道加载信号，形成多输入多输出(Multiple Input,Multiple Output，简称MIMO)通道，以提高系统传输容量和频谱效率。少模光纤，顾名思义，通过合理设计光纤，只有有限个模式被激励并传输。这样，相比于单模光纤，可以采用MDM技术扩充单根光纤传输容量；相比于多模光纤，可以控制模式个数，优化模式色散和串扰。

MDM技术虽然被认为是提升光网络容量的重要方法，但是MDM中的模式相关损耗(Mode Dependent Loss，简称MDL)的存在，不仅使光纤传输过程中其他传输特性发生变化，还给传输系统造成恶化，如传输时偏振态波动导致光信噪比变化，从而导致光功率的变化。它还能导致增益波动，而且接收端补偿器的性能也会受到影响。

因此，如何提供一种模式相关损耗补偿方法，降低模式相关损耗对传输性能所造成的影响成为一个亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种模式相关损耗补偿方法和装置，降低了模式相关损耗对传输性能所造成的影响。

第一方面，本发明提供一种模式相关损耗补偿方法，所述方法包括：

在发送端，

S1.对比特信号进行星座调制；

S2.对星座调制后的信号进行模式时间编码；

S3.对模式时间编码后的信号进行光调制；

S4.对光调制后的信号进行模式耦合后，发送到少模光纤中传进行传输；

在接收端，

S5.对所述少模光纤中传输的模式耦合信号进行解耦合；

S6.对解耦合后的信号进行相干解调；

S7.对相干解调后的信号进行信道均衡；

S8.对信道均衡后的信号进行模式时间译码；

S9.对模式时间译码后的信号进行星座解调，得到星座解调后的比特信号。

优选地，所述步骤S2对星座调制后的信号进行模式时间编码包括：

对星座调制后的信号进行分组，其中，每2T时间间隔内的信号s₁、s₂分为一组，所述s₁为第一信号周期内的信号，所述s₂为第二信号周期内的信号；

所述s₁、s₂经过模式时间编码后，成为一个信息矩阵S，

$S=\left[\begin{array}{cc}{s}_1& {-s}_2^{*}\\ s_2& s_1^{*}\end{array}\right]$

对于上述信息矩阵S，在第一个信号周期T₁中，模式LP_11a发射信号s₁，模式LP_11b发射信号s₂，在第二个信号周期T₂中，模式LP_11a发射信号-s₂ ^*，模式LP_11b发射信号s₁ ^*，其中，s₁ ^*为s₁的共轭信号，LP_11a和LP_11b是光纤的两个空间模式。

优选地，所述步骤S7对相干解调后的信号进行信道均衡包括：

若相干解调后的信号为r₁和r₂，分别表示第一个信号周期T₁和第二个信号周期T₂相干解调后的信号，则对相干解调后的信号r₁和r₂进行信道均衡包括：

${\tilde{s}}_1=h_1^{*}{r}_1+h_2{r}_2^{*}$

${\tilde{s}}_2=h_2^{*}{r}_1^{*}+h_1{r}_1^{*}$

其中，r₁ ^*为r₁的共轭信号，表示信号r₁经过信道均衡后的信号，表示信号r₂经过信道均衡后的信号，h₁表示从模式LP_11a发射信号到接收端的信道状态估计系数，h₂表示从模式LP_11b发射信号到接收端的信道状态估计系数。

优选地，所述步骤S8对信道均衡后的信号进行模式时间译码包括：

对信道均衡后的信号和根据下面公式进行译码，若满足下式，则将译码为s_i：

$d^2({\tilde{s}}_j,s_i)<d^2({\tilde{s}}_j,s_k)$

其中，为待译码的信道均衡后的信号，j取值为1，2；s_i为模式LP_11a或模式LP_11b发射的信号，i取值为1,2；s_k是预设的阈值信号，i≠k。

优选地，所述步骤S1对比特信号进行星座调制包括对比特信号进行四相移键控QPSK、八相移键控8PSK、正交幅度调制16QAM或正交幅度调制64QAM的星座调制。

第二方面，本发明提供一种模式相关损耗补偿装置，所述装置包括：

发送端包括：

星座调制器，用于对比特信号进行星座调制；

模式时间编码器，用于对星座调制后的信号进行模式时间编码；

光调制器，用于对模式时间编码后的信号进行光调制；

模式耦合器，用于对光调制后的信号进行模式耦合，并将模式耦合后的信号发送到少模光纤中传进行传输；

接收端包括：

模式解耦合器，用于对所述少模光纤中传输的模式耦合信号进行解耦合；

相干解调器，用于对解耦合后的信号进行相干解调；

信道均衡器，用于对相干解调后的信号进行信道均衡；

模式时间译码器，用于对信道均衡后的信号进行模式时间译码；

星座解调器，用于对模式时间译码后的信号进行星座解调，得到星座解调后的比特信号。

优选地，所述模式时间编码器具体用于

对星座调制后的信号进行分组，其中，每2T时间间隔内的信号s₁、s₂分为一组，所述s₁为第一信号周期内的信号，所述s₂为第二信号周期内的信号；

所述s₁、s₂经过模式时间编码后，成为一个信息矩阵S，

$S=\left[\begin{array}{cc}{s}_1& {-s}_2^{*}\\ s_2& s_1^{*}\end{array}\right]$

对于上述信息矩阵S，在第一个信号周期T₁中，模式LP_11a发射信号s₁，模式LP_11b发射信号s₂，在第二个信号周期T₂中，模式LP_11a发射信号-s₂ ^*，模式LP_11b发射信号s₁ ^*，其中，s₁ ^*为s₁的共轭信号，LP_11a和LP_11b是光纤的两个空间模式。

优选地，所述信道均衡器具体用于

若相干解调器输出的相干解调后的信号为r₁和r₂，分别表示第一个信号周期T₁和第二个信号周期T₂相干解调后的信号，则所述信道均衡器对相干解调后的信号r₁和r₂进行信道均衡包括：

${\tilde{s}}_1=h_1^{*}{r}_1+h_2{r}_2^{*}$

${\tilde{s}}_2=h_2^{*}{r}_1^{*}+h_1{r}_1^{*}$

其中，r₁ ^*为r₁的共轭信号，表示信号r₁经过信道均衡后的信号，表示信号r₂经过信道均衡后的信号，h₁表示从模式LP_11a发射信号到接收端的信道状态估计系数，h₂表示从模式LP_11b发射信号到接收端的信道状态估计系数。

优选地，所述模式时间译码器具体用于

对信道均衡器输出的信道均衡后的信号和根据下面公式进行译码，若满足下式，则将译码为s_i：

$d^2({\tilde{s}}_j,s_i)<d^2({\tilde{s}}_j,s_k)$

其中，为待译码的信道均衡后的信号，j取值为1,2；s_i为模式LP_11a或模式LP_11b发射的信号，i取值为1,2；s_k是预设的阈值信号，i≠k。

优选地，所述星座调制器用于对比特信号进行星座调制包括：对比特信号进行四相移键控QPSK、八相移键控8PSK、正交幅度调制16QAM或正交幅度调制64QAM的星座调制。

由上述技术方案可知，本发明的模式相关损耗补偿方法，通过对信号进行模式时间编码，使信号在模式和时间两个维度进行传输，同时保证在时间上和空间上的正交性，因此本发明所述方法可以有效抑制传输过程中的模式相关损耗，提升系统性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的模式相关损耗补偿方法的流程图；

图2是本发明实施例二提供的模式相关损耗补偿装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例一提供的模式相关损耗补偿方法的流程图，如图1所示，本实施例的模式相关损耗补偿方法如下所述。

在发送端，

步骤101：对比特信号进行星座调制。

步骤102：对星座调制后的信号进行模式时间编码。

步骤103：对模式时间编码后的信号进行光调制。

步骤104：对光调制后的信号进行模式耦合后，发送到少模光纤中传进行传输。

在接收端，

步骤105：对所述少模光纤中传输的模式耦合信号进行解耦合。

步骤106：对解耦合后的信号进行相干解调。

步骤107：对相干解调后的信号进行信道均衡。

步骤108：对信道均衡后的信号进行模式时间译码。

步骤109：对模式时间译码后的信号进行星座解调，得到星座解调后的比特信号。

其中，所述步骤101对比特信号进行星座调制包括对比特信号进行四相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，简称QPSK)、八相移键控(8 Phase Shift Keying，简称8PSK)、16正交幅度调制(QuadratureAmplitude Modulation，简称16QAM)或64QAM的星座调制。

其中，所述步骤102对星座调制后的信号进行模式时间编码包括：

对星座调制后的信号进行分组，其中，每2T时间间隔内的信号s₁、s₂分为一组，所述s₁为第一信号周期内的信号，所述s₂为第二信号周期内的信号；

所述s₁、s₂经过模式时间编码后，成为一个信息矩阵S，

$S=\left[\begin{array}{cc}{s}_1& {-s}_2^{*}\\ s_2& s_1^{*}\end{array}\right]$

对于上述信息矩阵S，在第一个信号周期T₁中，模式LP_11a发射信号s₁，模式LP_11b发射信号s₂，在第二个信号周期T₂中，模式LP_11a发射信号-s₂ ^*，模式LP_11b发射信号s₁ ^*，其中，s₁ ^*为s₁的共轭信号，LP_11a和LP_11b是光纤的两个空间模式。

从上面可以看出，原来的信号s₁和s₂被编码为一个矩阵S。在传输的矩阵S中，矩阵每一行表示一个发射路径，也就是在光通信中的两个空间模式LP_11a和LP_11b。在传输的矩阵S中，每一列表示一个信号周期T，每一个矩阵S需要2T时间进行发射。经过模式时间编码的信号将会在不同的时间和空间中同时发射，进行信号的传输，对于不同的模式，信号可以表示成如下的向量形式：

$S_1=\left[\begin{array}{cc}{s}_1& {-s}_2^{*}\end{array}\right]$

$S_2=\left[\begin{array}{cc}{s}_2& s_1^{*}\end{array}\right]$

S₁表示在模式LP_11a上发射的信号，S₂表示在模式LP_11b上发射的信号，通过计算向量S₁和S₂的内积，可以得到如下结果：

$S_1{S}_2=s_1{s}_2^{*}-s_2^{*}{s}_1=0$

可见，两个模式上发射的信号S₁和S₂的内积为0，所以，在2T时间内这两个模式上的信号是相互正交的，正是由于这种正交性，保证了时间模式编码可以提供信号的最大分集增益。

发射的信号加载到不同模式后，经过光调制和模式耦合，耦合后的信号在少模光纤中传输。在接收端，对所述少模光纤中传输的模式耦合信号进行解耦合，然后对解耦合后的信号进行相干解调，将光信号转换为电信号后进行信道效应的均衡，最后再进行译码解调处理。

其中，所述步骤107对相干解调后的信号进行信道均衡包括：

若相干解调后的信号为r₁和r₂，分别表示第一个信号周期T₁和第二个信号周期T₂相干解调后的信号，则对相干解调后的信号r₁和r₂进行信道均衡包括：

${\tilde{s}}_1=h_1^{*}{r}_1+h_2{r}_2^{*}$

${\tilde{s}}_2=h_2^{*}{r}_1^{*}+h_1{r}_1^{*}$

其中，r₁ ^*为r₁的共轭信号，表示信号r₁经过信道均衡后的信号，表示信号r₂经过信道均衡后的信号，h₁表示从模式LP_11a发射信号到接收端的信道状态估计系数，h₂表示从模式LP_11b发射信号到接收端的信道状态估计系数。

其中，h₁和h₂可以通过发射端发射训练序列的方式获得。

其中，所述步骤108对信道均衡后的信号进行模式时间译码包括：

对信道均衡后的信号和根据下面公式进行译码，若满足下式，则将译码为s_i：

$d^2({\tilde{s}}_j,s_i)<d^2({\tilde{s}}_j,s_k)$

其中，为待译码的信道均衡后的信号，j取值为1,2；s_i为模式LP_11a或模式LP_11b发射的信号，i取值为1,2；s_k是预设的阈值信号，i≠k。

由此，本实施例的模式相关损耗补偿方法，通过对信号进行模式时间编码，设计2阶的正交的编码矩阵，利用光纤中存在的2个空间模式作为正交的发射方向，使信号在模式和时间两个维度进行传输，同时保证在时间上和空间上的正交性。本实施例所述方法可以有效抑制传输过程中的模式相关损耗，提升系统性能。

图2示出了本发明实施例二提供的模式相关损耗补偿装置的结构示意图，如图2所示，所述装置包括：

发送端包括：

星座调制器21，用于对比特信号进行星座调制；

模式时间编码器22，用于对星座调制后的信号进行模式时间编码；

光调制器23，用于对模式时间编码后的信号进行光调制；

模式耦合器24，用于对光调制后的信号进行模式耦合，并将模式耦合后的信号发送到少模光纤中传进行传输；

接收端包括：

模式解耦合器25，用于对所述少模光纤中传输的模式耦合信号进行解耦合；

相干解调器26，用于对解耦合后的信号进行相干解调；

信道均衡器27，用于对相干解调后的信号进行信道均衡；

模式时间译码器28，用于对信道均衡后的信号进行模式时间译码；

星座解调器29，用于对模式时间译码后的信号进行星座解调，得到星座解调后的比特信号。

其中，所述模式时间编码器22具体用于

对星座调制后的信号进行分组，其中，每2T时间间隔内的信号s₁、s₂分为一组，所述s₁为第一信号周期内的信号，所述s₂为第二信号周期内的信号；

所述s₁、s₂经过模式时间编码后，成为一个信息矩阵S，

$S=\left[\begin{array}{cc}{s}_1& {-s}_2^{*}\\ s_2& s_1^{*}\end{array}\right]$

对于上述信息矩阵S，在第一个信号周期T₁中，模式LP_11a发射信号s₁，模式LP_11b发射信号s₂，在第二个信号周期T₂中，模式LP_11a发射信号-s₂ ^*，模式LP_11b发射信号s₁ ^*，其中，s₁ ^*为s₁的共轭信号，LP_11a和LP_11b是光纤的两个空间模式。

其中，所述信道均衡器27具体用于

若相干解调器输出的相干解调后的信号为r₁和r₂，分别表示第一个信号周期T₁和第二个信号周期T₂相干解调后的信号，则所述信道均衡器对相干解调后的信号r₁和r₂进行信道均衡包括：

${\tilde{s}}_1=h_1^{*}{r}_1+h_2{r}_2^{*}$

${\tilde{s}}_2=h_2^{*}{r}_1^{*}+h_1{r}_1^{*}$

其中，r₁ ^*为r₁的共轭信号，表示信号r₁经过信道均衡后的信号，表示信号r₂经过信道均衡后的信号，h₁表示从模式LP_11a发射信号到接收端的信道状态估计系数，h₂表示从模式LP_11b发射信号到接收端的信道状态估计系数。

其中，所述模式时间译码器28具体用于

对信道均衡器输出的信道均衡后的信号和根据下面公式进行译码，若满足下式，则将译码为s_i：

$d^2({\tilde{s}}_j,s_i)<d^2({\tilde{s}}_j,s_k)$

其中，为待译码的信道均衡后的信号，j取值为1,2；s_i为模式LP_11a或模式LP_11b发射的信号，i取值为1,2；s_k是预设的阈值信号，i≠k。

其中，所述星座调制器21用于对比特信号进行星座调制包括：对比特信号进行四相移键控QPSK、八相移键控8PSK、正交幅度调制16QAM或正交幅度调制64QAM的星座调制。

本实施例所述的装置，可以用于执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种模式相关损耗补偿方法，其特征在于，所述方法包括：

在发送端，

S1.对比特信号进行星座调制；

S2.对星座调制后的信号进行模式时间编码；

S3.对模式时间编码后的信号进行光调制；

S4.对光调制后的信号进行模式耦合后，发送到少模光纤中传进行传输；

在接收端，

S5.对所述少模光纤中传输的模式耦合信号进行解耦合；

S6.对解耦合后的信号进行相干解调；

S7.对相干解调后的信号进行信道均衡；

S8.对信道均衡后的信号进行模式时间译码；

S9.对模式时间译码后的信号进行星座解调，得到星座解调后的比特信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2对星座调制后的信号进行模式时间编码包括：

对星座调制后的信号进行分组，其中，每2T时间间隔内的信号s₁、s₂分为一组，所述s₁为第一信号周期内的信号，所述s₂为第二信号周期内的信号；

所述s₁、s₂经过模式时间编码后，成为一个信息矩阵S，

$S=\left[\begin{array}{cc}{s}_1& {-s}_2^{*}\\ s_2& s_1^{*}\end{array}\right]$

对于上述信息矩阵S，在第一个信号周期T₁中，模式LP_11a发射信号s₁，模式LP_11b发射信号s₂，在第二个信号周期T₂中，模式LP_11a发射信号-s₂ ^*，模式LP_11b发射信号s₁ ^*，其中，s₁ ^*为s₁的共轭信号，LP_11a和LP_11b是光纤的两个空间模式。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S7对相干解调后的信号进行信道均衡包括：

若相干解调后的信号为r₁和r₂，分别表示第一个信号周期T₁和第二个信号周期T₂相干解调后的信号，则对相干解调后的信号r₁和r₂进行信道均衡包括：

${\tilde{s}}_1=h_1^{*}{r}_1+h_2{r}_2^{*}$

${\tilde{s}}_2=h_2^{*}{r}_1^{*}+h_1{r}_1^{*}$

其中，r₁ ^*为r₁的共轭信号，表示信号r₁经过信道均衡后的信号，表示信号r₂经过信道均衡后的信号，h₁表示从模式LP_11a发射信号到接收端的信道状态估计系数，h₂表示从模式LP_11b发射信号到接收端的信道状态估计系数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S8对信道均衡后的信号进行模式时间译码包括：

对信道均衡后的信号和根据下面公式进行译码，若满足下式，则将译码为s_i：

$d^2({\tilde{s}}_j,s_i)<d^2({\tilde{s}}_j,s_k)$

其中，为待译码的信道均衡后的信号，j取值为1,2；s_i为模式LP_11a或模式LP_11b发射的信号，i取值为1,2；s_k是预设的阈值信号，i≠k。

5.根据权利要求1～4任一所述的方法，其特征在于，所述步骤S1对比特信号进行星座调制包括对比特信号进行四相移键控QPSK、八相移键控8PSK、正交幅度调制16QAM或正交幅度调制64QAM的星座调制。

6.一种模式相关损耗补偿装置，其特征在于，所述装置包括：

发送端包括：

星座调制器，用于对比特信号进行星座调制；

模式时间编码器，用于对星座调制后的信号进行模式时间编码；

光调制器，用于对模式时间编码后的信号进行光调制；

模式耦合器，用于对光调制后的信号进行模式耦合，并将模式耦合后的信号发送到少模光纤中传进行传输；

接收端包括：

模式解耦合器，用于对所述少模光纤中传输的模式耦合信号进行解耦合；

相干解调器，用于对解耦合后的信号进行相干解调；

信道均衡器，用于对相干解调后的信号进行信道均衡；

模式时间译码器，用于对信道均衡后的信号进行模式时间译码；

星座解调器，用于对模式时间译码后的信号进行星座解调，得到星座解调后的比特信号。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述模式时间编码器具体用于

对星座调制后的信号进行分组，其中，每2T时间间隔内的信号s₁、s₂分为一组，所述s₁为第一信号周期内的信号，所述s₂为第二信号周期内的信号；

所述s₁、s₂经过模式时间编码后，成为一个信息矩阵S，

$S=\left[\begin{array}{cc}{s}_1& {-s}_2^{*}\\ s_2& s_1^{*}\end{array}\right]$

对于上述信息矩阵S，在第一个信号周期T₁中，模式LP_11a发射信号s₁，模式LP_11b发射信号s₂，在第二个信号周期T₂中，模式LP_11a发射信号-s₂ ^*，模式LP_11b发射信号s₁ ^*，其中，s₁ ^*为s₁的共轭信号，LP_11a和LP_11b是光纤的两个空间模式。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述信道均衡器具体用于

若相干解调器输出的相干解调后的信号为r₁和r₂，分别表示第一个信号周期T₁和第二个信号周期T₂相干解调后的信号，则所述信道均衡器对相干解调后的信号r₁和r₂进行信道均衡包括：

${\tilde{s}}_1=h_1^{*}{r}_1+h_2{r}_2^{*}$

${\tilde{s}}_2=h_2^{*}{r}_1^{*}+h_1{r}_1^{*}$

其中，r₁ ^*为r₁的共轭信号，表示信号r₁经过信道均衡后的信号，表示信号r₂经过信道均衡后的信号，h₁表示从模式LP_11a发射信号到接收端的信道状态估计系数，h₂表示从模式LP_11b发射信号到接收端的信道状态估计系数。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述模式时间译码器具体用于

对信道均衡器输出的信道均衡后的信号和根据下面公式进行译码，若满足下式，则将译码为s_i：

$d^2({\tilde{s}}_j,s_i)<d^2({\tilde{s}}_j,s_k)$

其中，为待译码的信道均衡后的信号，j取值为1,2；s_i为模式LP_11a或模式LP_11b发射的信号，i取值为1,2；s_k是预设的阈值信号，i≠k。

10.根据权利要求6～9任一所述的装置，其特征在于，所述星座调制器用于对比特信号进行星座调制包括：对比特信号进行四相移键控QPSK、八相移键控8PSK、正交幅度调制16QAM或正交幅度调制64QAM的星座调制。