CN108964769A - 一种模分复用传输方法、发送设备及接收设备 - Google Patents

一种模分复用传输方法、发送设备及接收设备 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种模分复用传输方法、发送设备及接收设备，发送设备对携带有用信息的M路基模光信号进行窄带滤波，并将各基模光信号激励成高阶模式光信号后耦合成复用光信号通过光纤传输给接收设备。接收设备对复用光信号解复用得到M个基模光信号，并将单路模式光信号转换成电信号，最后对发送设备侧窄带滤波及M个高阶模式光信号耦合所引起的耦合干扰及码间干扰进行抑制补偿，恢复得到发送设备发送的M路有用信息。该方案不仅通过模分复用提了光纤的传输容量；而且，因为发送设备对各基模光信号进行了窄带滤波，所以降低了各基模光信号的带宽，使得同样的频谱带宽可以传输更多的有用信息，从而提升了频谱利用率，进一步提升通信容量。

Description

一种模分复用传输方法、发送设备及接收设备
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种模分复用传输方法、发送设备及接收设备。
背景技术
近年来，信息技术的飞速发展，给人类生活和社会经济发展带来了前所未有的变化。但随着以个人移动和固定宽带为代表的通信业务的不断普及，互联网和大型数据中心为代表的IT业务的迅猛发展，使得当前信息化社会对于网络带宽的需求达到了前所未有的高度。为了解决不断出现的“带宽消耗”型业务对光传送网带来的巨大压力，人们正在通过各种办法提高现有的光传输容量。
为了提升光纤的传输容量，现有技术一般通过MDM(Mode DivisionMultiplexing，模分复用)技术来对信息进行传输。图1示出2了一种模分复用通信系统：
发送端11中包括多个信号源111，各信号源111产生的信号通过模式激励复用器112复用到同一光纤12当中传输给接收端13。接收端13包括模式解复用器131和接收机132，模式解复用器131用于将从光纤12中接收到的光信号解复用得到多个基模光信号，然后输入到接收机132当中，接收机132利用探测器将这些基模光信号转换为电信号，并使用处理器基于电信号进行误码计算，最后根据误码计算结果对光纤12模式间耦合所带来的干扰进行补偿，恢复得到发送端11原本发送的信号。
尽管这种模分复用的传输方案在一定程度上提升了传输容量，但是传输压力激增的未来，对通信系统的容量要求是极高的。仅仅通过复用来缓解传输压力，仍然是不够的。所以，为了满足未来网络容量的需求现在继续提出一种新的传输方案，以进一步提高通信容量。
发明内容
本发明实施例提供的一种模分复用传输方法、发送设备及接收设备，主要解决的技术问题是：如何在模分复用传输方案的基础上进一步提升网络传输容量。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种模分复用传输方法，包括：
发送设备对携带有用信息的M路基模光信号进行窄带滤波，所述M大于等于2；
所述发送设备将各所述基模光信号激励成高阶模式光信号；
所述发送设备对各所述高阶模式光信号进行耦合，并将耦合得到的复用光信号通过光纤传输给接收设备。
本发明实施例还提供一种模分复用传输方法，包括：
接收设备对从光纤中接收到复用光信号进行模式解复用得到M个基模光信号，所述M大于等于2；
所述接收设备将各所述基模光信号转换为电信号；
所述接收设备对各所述电信号进行干扰补偿，以抑制所述发送设备对各有用信息进行窄带滤波所引起的码间干扰和对M个高阶模式光信号进行耦合处理所引起的耦合干扰，得到所述发送设备发送的M路有用信息。
本发明实施例还提供一种发送设备，包括：
窄带滤波单元，用于对携带有用信息的M路基模光信号进行窄带滤波，所述M大于等于2；
高阶激励单元，用于将各所述基模光信号激励成高阶模式光信号；
耦合传输单元，用于对各所述高阶模式光信号进行耦合，并将耦合得到的复用光信号通过光纤传输给接收设备。
本发明实施例还提供一种接收设备，包括：
解复用单元，用于对从光纤中接收到复用光信号进行模式解复用得到M个基模光信号，所述M大于等于2；
信号转换单元，用于将各所述基模光信号转换为电信号；
补偿处理单元，用于对各所述电信号进行干扰补偿，以抑制所述发送设备对各有用信息进行窄带滤波所引起的码间干扰和对M个高阶模式光信号进行耦合处理所引起的耦合干扰，得到发送设备发送的M路有用信息。
本发明实施例还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行前述的任一项的模分复用传输方法。
本发明的有益效果是：
根据本发明实施例提供的一种模分复用传输方法、发送设备、接收设备以及计算机存储介质，发送设备通过对携带有用信息的M路基模光信号进行窄带滤波，然后将各基模光信号激励成高阶模式光信号，并耦合成复用光信号通过光纤传输给接收设备。接收设备从光纤中接收到复用光信号后，对复用光信号进行模式解复用得到M个基模光信号，然后将各基模光信号转换为电信号，最后对发送设备侧窄带滤波及M个高阶模式光信号耦合所引起的耦合干扰及码间干扰进行抑制补偿，恢复得到发送设备发送的M路有用信息。本实施例提供的模分复用传输方案，不仅通过发送设备的模分复用以及接收设备的解复用，使得两个及以上的高阶模式光信号可以同时通过同一光纤进行传输，提升光纤的传输容量；同时，因为发送设备还会对携带有用信息的各基模光信号进行窄带滤波，因此，可以降低各基模光信号的带宽，使得同样的频谱带宽可以传输更多的有用信息，从而提升频谱利用率，在传统模分复用传输方案的基础上，进一步提升通信容量。
附图说明
图1为模分复用通信系统的一种结构示意图；
图2为本发明实施例一中提供的模分复用传输方法的一种流程图；
图3为本发明实施例一中接收设备进行干扰补偿处理的一种流程图；
图4为本发明实施例一中基于第一训练序列迭代更新初始补偿系数的算法示意图；
图5为本发明实施例一中基于第二训练序列迭代更新中间补偿系数的算法示意图；
图6为本发明实施例二中提供的发送设备的一种结构示意图；
图7为本发明实施例三中提供的接收设备的一种结构示意图；
图8为本发明实施例四中提供的模分复用传输系统的一种结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。
实施例一：
为了进一步提升光纤传输容量，满足未来的通信需求，本实施例提供一种模分复用传输方法，请参见图2所示出的模分复用传输方法的一种流程图：
S202、发送设备对携带有用信息的M路基模光信号进行窄带滤波。
基模光信号是最低阶的光信号，通常我们可以将其理解为沿着纤芯轴线传播，不会来回反射的光信号。不同的基模光信号由不同的激光器产生，激光器产生的光信号也只能是基模光信号，但是不同基模光信号中所携带的有用信息可以是不同的。在本实施例中，发送设备产生了M路携带有用信息的基模光信号，因此，发送设备可以同时向接收设备侧发送M个有用信息。同时，发送设备侧具备M个产生基模光信号的激光器。为了提升光纤的传输容量，本实施例中的大于等于2，也就是说，至少有两个有用信息会同时被发送设备传输给接收设备。
发送设备对基模光信号进行窄带滤波主要是为了降低各基模光信号的频带宽度，从而让有限的频谱资源能够同时传输更多的有用信息，得到更有效的利用。窄带滤波可以通过低通滤波器、带通滤波器或者是高通滤波器进行。应当理解的是，各类型的滤波器都可以有多种实现方式，例如，针对低通滤波器，可以为巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、逆切比雪夫滤波器、椭圆型滤波器、贝塞尔滤波器等。除了上述方案以外，本实施例中的窄带滤波也可利用光电器件的窄带滤波效应完成。
S204、发送设备将各基模光信号激励成高阶模式光信号。
在本实施例中，发送设备与接收设备之间还会利用模分复用技术进行通信。光纤通信传输技术经历了几个比较重要的发展阶段，其中包括TDM(Time DivisionMultiplexing，时分复用)和WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分复用)以及当前正在研究的SDM(Space Division Multiplexing，空分复用)。模分复用技术作为一种空分复用技术，是一种基于模式之间的正交性，将少模光纤中的不同的模式作为独立的信道来承载不同的信息，并复用在同一根光纤中的技术。这里的模式是指在特定几何形状和折射率分布下Maxwell(麦克斯韦)方程组的解。
由于模式复用主要是利用不同模式之间的正交性，因此，发送设备对各基模光信号进行窄带滤波之后，需要将各基模光信号激励成彼此正交的高阶模式光信号。
S206、发送设备对各高阶模式光信号进行耦合，并将耦合得到的复用光信号通过光纤传输给接收设备。
对基模光信号的激励完成之后，发送设备会将激励得到的各高阶模式光信号耦合复用成复用光信号，然后通过光纤传输给接收设备。
在对光纤进行分类的时候，根据光纤所支持的模式，通常会将其分为单模光纤与多模光纤，单模光纤仅支持传输单模光信号，而多模光纤则支持传输多模光信号。由于多模光纤需要同时传输多个模式的光信号，因此存在较大的模间色散，可以传输的信息容量较小。所以，在本实施例的一种示例当中，发送设备与接收设备之间可以采用多模光纤来进行通信。
少模光纤是近年来提出的新型光纤，其具有非线性阈值高，模间串扰小等一系列优点。少模光纤介于多模光纤与单模光纤之间，其支持的模式数大于单模光纤少于多模光纤，这使得其既能提供若干可供复用的稳定信道，又不至于引起大的模式色散。所以，为了提升各模式传输的信息容量，在本实施例中发送设备与接收设备之间选用少模光纤来传输复用光信号。
S208、接收设备对从光纤中接收到复用光信号进行模式解复用得到M个基模光信号。
复用光信号传输到接收端后，接收设备会对接收到的复用光信号进行模式解复用，从而得到M个基模光信号。
S210、接收设备将各基模光信号转换为电信号。
接收设备将复用光信号进行模式解复用之后，可以通过光电转换将这M个基模光信号转换成M路电信号，以便进行后续的数字信号处理。光电转换的过程可以由光电探测器来实现，光电探测器基本都是利用辐射引起被照射材料电导率发生改变的原理制成的。
S212、接收设备对各电信号进行干扰补偿。
由于发送设备在发送复用光信号之前先会对基模光信号进行窄带滤波，随后还会将基模光信号激励成的各高阶模式光信号进行耦合。发送设备对基模光信号的窄带滤波处理引入了超奈奎斯特技术：根据奈奎斯特定理，在进行模数转换的过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍(fs.max>＝2fmax)时，采样之后的数字信号可以完整地保留原始信号中的信息。超奈奎斯特突破了传统奈奎斯特传输准则的约束，因此可以换取频谱效率的进一步提升，但同时，超奈奎斯特也引入了码间干扰。另外，发送设备将多个高阶模式光信号耦合到光纤中进行传输，虽然增加了信息传输容量，但同时也引了各高阶模式光信号间的耦合干扰。
无论是模式间的耦合干扰还是窄带滤波所引入的码间干扰，都会导致接收设备侧模式解复用所得的M个单路信号与发送设备侧发送的M个高阶模式光信号存在误差。所以，为了让接收设备能够获得发送设备原本发送的各有用信息，接收设备需要对各个电信号进行干扰补偿。
应当理解的是，本实施例中接收设备侧的M个基模光信号是同时受码间干扰以及耦合干扰的，所以，在进行干扰均衡的时候，需要同时关注这两种干扰所带来的误差，从而抑制发送设备对各有用信息进行窄带滤波所引起的码间干扰和对M个高阶模式光信号进行耦合处理所引起的耦合干扰，恢复得到原本的M路有用信息。
为了让接收设备确定两种干扰给有用信息带来的影响，本实施例中发送设备还会向接收设备发送训练序列。训练序列是指在发送有用信息之外，发送设备向接收设备发送的一些接收设备已知的码元，其用于接收设备的同步和信道估计。
在本实施例中，训练序列分为两部分：第一训练序列与第二训练序列，其中，发送设备在向接收设备发送第一训练序列时，并不会对第一训练序列进行窄带滤波处理，所以，接收设备所接收到的第一训练序列仅受到各高阶模式光信号间的耦合干扰，并不受码间干扰的影响。接收设备接收到通过光纤传输过来的第一训练序列之后，根据自己预先已知第一训练序列的实际码元，可以计算出因各高阶模式光信号间的耦合干扰所引起的第一误差eICI。发送设备在向接收设备发送第二训练序列的时候，会对第二训练序列按照有用信息一般进行处理，也就是说，第二训练序列会经历发送设备的窄带滤波，随后以多个模式耦合的方式传输给接收设备。因此，第二训练序列会同时受到模式间的耦合干扰与码间干扰。接收设备接收到第二训练序列之后，可以根据预先已知的第二训练序列的实际码元确定出针对第二训练序列的第一误差以及第二误差，第二误差由因各高阶模式光信号间耦合干扰与码间干扰叠加所引起第二误差eISI。
对于第一训练序列与第二训练序列的传输，发送设备可以将第一训练序列先于有用信息传输给接收设备，也可以在传输有用信息的同时，利用频分复用技术，采用副载波将第一训练序列传输给接收设备。因为对第二训练的处理过程与有用信息的处理基本一致，所以，发送设备可以采用统一载波对第二训练序列和有用信息进行传输。在本实施例的一种示例当中，发送设备将第二训练序列与有用信息设置在一个数据帧中传输给接收设备，这种通过数据帧来传输第二训练序列的方式实际上是在时域上将第二训练序列与有用信息分开发送。接收设备在接收到该数据帧之后，会从该数据帧中提取出第二训练序列，并根据自己已知的第二训练序列的实际码元计算出针对第二训练序列的第一误差与第二误差。
由于窄带滤波所带来的码间干扰以及光纤中多个模式间的耦合是基本确定的，因此，发送设备不必在每次发送有用信息之前，或发送有用信息的同时都向接收设备发送训练序列。可选地，发送设备可以每隔一段时间再向接收设备发送一次训练序列，采用定时的方式控制定时序列的发送。在接收设备没有接收到新的训练序列之前，都采用最近一次对训练序列的接收结果来计算第一误差eICI与第二误差eISI。另外，发送设备通过数据帧同时传输有用信息与第二训练序列时，在一个数据帧的帧结构中，第二训练序列的长度P和有用信息的长度L可根据实际传输链路的性能进行调整：其中，实际传输链路的性能越好，则第二训练序列的长度越短，反之，则P的取值越大。
考虑到本实施例中的码间干扰与模式间的耦合干扰是互相叠加的。所以，为了更好的对这两种混合叠加的干扰进行抑制，本实施例提供一种干扰补偿方案，请参见图3所示出的干扰补偿流程图：
S302、接收设备确定针对各电信号的初始补偿系数。
由于本实施例中接收设备需要对多路电信号进行干扰补偿，因此，本实施例中的补偿系数实际是一个矩阵，图4所示出的是基于第一训练序列迭代更新初始补偿系数的算法示意图。图4中的初始补偿系数实际就是矩阵H1，即在确定初始补偿系数的时候，可以将矩阵H1设置为一个初始矩阵，即主对角线上元素为1，其他元素为0的矩阵。
S304、接收设备基于第一训练序列与初始补偿系数确定针对各电信号的中间补偿系数。
接收设备可以根据初始补偿系数、接收到的第一训练序列以及已知的第一训练序列的实际码元确定出针对第一训练序列的第一误差，然后再根据第一误差对初始补偿系数进行更新。应当明白的是，基于初始补偿系数确定第一误差，以及根据第一误差更新初始补偿系数可以形成一个循环过程。该过程实际是利用了迭代算法，对初始补偿系数的迭代更新可以进行N次，N大于等于1。经历N次迭代更新之后，可以得到中间补偿系数。
在图4当中，y1……ym分别是接收到的第一训练序列，x1……xm是接收设备通过初始补偿系数对接收到的第一训练序列进行补偿后的结果，z1……zm是接收设备已知的第一训练序列的实际码元。所以，根据x1……xm和z1……zm可以计算得到第一误差。然后第一误差经历抽头系数更新又可以对初始补偿系数进行更新，从而得到新的初始补偿系数。这种过程循环N次之后，所得到的初始补偿系数即为中间补偿系数。
S306、接收设备基于中间补偿系数与第二训练序列确定针对各电信号的最终补偿系数。
获得中间补偿系数之后，接收设备可以将利用第二训练序列来计算中间补偿系数。请参见图5所示出的是基于第二训练序列迭代更新中间补偿系数的算法示意图。首先，接收设备根据表征中间补偿系数的矩阵H2以及接收到的第二训练序列Y1……Ym对接收到的第二训练序列进行补偿得到补偿结果X1……Xm，然后接收设备一方面会直接根据补偿结果以及第二训练序列的实际码元计算针对第二训练序列的第一误差，另一方面，接收设备会利用最大似然序列估算算法MLSE对补偿结果X1……Xm进行处理；然后接收设备将处理结果与第二训练序列的实际码元进行比较计算，得到第二误差。最后，接收设备根据计算得到的针对第二训练序列的第一误差与第二误差对抽头系数进行更新，然后完成对于中间补偿系数的更新。和图4当中对初始补偿系数更新过程类似，这里对中间补偿系数的更新也可以进行K次，其中K大于等于1。应当明白的所以，本实施例中的K值与N值可以相等也可以不相等。K值与N值的大小关系到最终补偿系数的准确性，K和N的取值越大，则计算处理过程越复杂，但以此获取到的最终补偿系数对各电信号的补偿也就越准确。
S308、接收设备根据最终补偿系数对各电信号进行干扰补偿。
计算得到最终补偿系数的矩阵H3之后，接收设备可以直接根矩阵H3对携带有有用信息的M路电信号进行干扰补偿。应当明白的是，由于根据第二训练序列计算第二误差的时候，是需要先经历最大似然序列估算处理，然后才计算第二误差，因此，本实施例中在通过最终补偿系数对各电信号进行干扰补偿之后，还可以对补偿结果进行一次最大似然序列估算处理，如图5所示，最终输出得到发送设备发送各路有用信息S1，S2……Sm。
本发明实施例提供的模分复用传输方法，发送设备对携带有用信息的基模光信号进行窄带滤波，并将窄带滤波后的信号通过模分复用的方式传输给接收设备，由接收设备对模式间干扰以及码间干扰给接收信号带来的误差进行均衡补偿。通过在模分复用技术当中引入超奈奎斯特技术，在模分复用提升光纤传输容量的同时，进一步降低了各有用信号的带宽，提升了频谱利用率，更有效的提升了通信容量。
更进一步地，接收设备侧对各点好进行干扰补偿时，采用碟型滤波器和MLSE相互交换信息递归计算方案，能够有效去除模式间的耦合干扰和窄带滤波所带来的码间干扰，避免普通干扰均衡方案在模式间耦合干扰和模式内码间干扰相互叠加时，难以补偿消除的问题。
实施例二：
本实施例提供一种发送设备，请参见图6，发送设备60包括窄带滤波单元602、高阶激励单元604以及耦合传输单元606，其中窄带滤波单元602用于对携带有用信息的M路基模光信号进行窄带滤波，M大于等于2；高阶激励单元604用于将各基模光信号激励成高阶模式光信号；耦合传输单元606用于对各高阶模式光信号进行耦合，并将耦合得到的复用光信号通过光纤传输给接收设备。
基模光信号是最低阶的光信号，通常我们可以将其理解为沿着纤芯轴线传播，不会来回反射的光信号。不同的基模光信号由不同的激光器产生，激光器产生的光信号也只能是基模光信号，但是不同基模光信号中所携带的有用信息可以是不同的。在本实施例中，发送设备60产生了M路携带有用信息的基模光信号，因此，发送设备60可以同时向接收设备侧发送M个有用信息。同时，发送设备60侧具备M个产生基模光信号的激光器。为了提升光纤的传输容量，本实施例中的大于等于2，也就是说，至少有两个有用信息会同时被耦合传输单元606传输给接收设备。
窄带滤波单元602对基模光信号进行窄带滤波主要是为了降低各基模光信号的频带宽度，从而让有限的频谱资源能够同时传输更多的有用信息，得到更有效的利用。窄带滤波可以通过低通滤波器、带通滤波器或者是高通滤波器进行。应当理解的是，各类型的滤波器都可以有多种实现方式，例如，针对低通滤波器，可以为巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、逆切比雪夫滤波器、椭圆型滤波器、贝塞尔滤波器等。除了上述方案以外，本实施例中的窄带滤波也可利用光电器件的窄带滤波效应完成。
窄带滤波单元602对基模光信号的窄带滤波引入了超奈奎斯特技术。根据奈奎斯特定理，在进行模数转换的过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍(fs.max>＝2fmax)时，采样之后的数字信号可以完整地保留原始信号中的信息。超奈奎斯特突破了传统奈奎斯特传输准则的约束，因此可以换取频谱效率的进一步提升，但同时，超奈奎斯特也引入了码间干扰。
在本实施例中，发送设备60与接收设备之间还会利用模分复用技术进行通信。光纤通信传输技术经历了几个比较重要的发展阶段，其中包括TDM和WDM以及当前正在研究的SDM。模分复用技术作为一种空分复用技术，是一种基于模式之间的正交性，将少模光纤中的不同的模式作为独立的信道来承载不同的信息，并复用在同一根光纤中的技术。这里的模式是指在特定几何形状和折射率分布下Maxwell方程组的解。
由于模式复用主要是利用不同模式之间的正交性，因此，窄带滤波单元602对各基模光信号进行窄带滤波之后，高阶激励单元604需要将各基模光信号激励成彼此正交的高阶模式光信号。
高阶激励单元604对基模光信号的激励完成之后，耦合传输单元606会将激励得到的各高阶模式光信号耦合复用成复用光信号，然后通过光纤传输给接收设备。耦合传输单元606将多个高阶模式光信号耦合到光纤中进行传输，虽然增加了信息传输容量，但同时也引了各高阶模式光信号间的耦合干扰。
在对光纤进行分类的时候，根据光纤所支持的模式，通常会将其分为单模光纤与多模光纤，单模光纤仅支持传输单模光信号，而多模光纤则支持传输多模光信号。由于多模光纤需要同时传输多个模式的光信号，因此存在较大的模间色散，可以传输的信息容量较小。所以，在本实施例的一种示例当中，耦合传输单元606与接收设备之间可以采用多模光纤来进行通信。
少模光纤是近年来提出的新型光纤，其具有非线性阈值高，模间串扰小等一系列优点。少模光纤介于多模光纤与单模光纤之间，其支持的模式数大于单模光纤少于多模光纤，这使得其既能提供若干可供复用的稳定信道，又不至于引起大的模式色散。所以，为了提升各模式传输的信息容量，在本实施例中发耦合传输单元606与接收设备之间选用少模光纤来传输复用光信号。
在本实施例中，窄带滤波单元602可以通过低通滤波器来实现，而高阶激励单元604以及耦合传输单元606的功能均可以通过模式激励复用器来实现。当各个信号源产生基模光信号之后，将各个基模光信号输入到低通滤波器当中，实现窄带滤波处理之后，在将滤波结果输入到模式记录复用器当中，由模式激励复用器对各基模光信号进行模式激励，并将激励得到的各高阶模式光信号进行耦合进光纤当中实现传输。
本实施例中的发送设备60还可以向接收设备发送训练序列。训练序列是指在发送有用信息之外，发送设备向接收设备发送的一些接收设备已知的码元，其用于接收设备的同步和信道估计。
在本实施例中，发送设备60发送的训练序列分为两部分：第一训练序列与第二训练序列，其中，发送设备60在向接收设备发送第一训练序列时，并不会对第一训练序列进行窄带滤波处理，所以，接收设备所接收到的第一训练序列仅受到各高阶模式光信号间的耦合干扰，并不受码间干扰的影响。发送设备60在向接收设备发送第二训练序列的时候，会对第二训练序列按照有用信息一般进行处理，也就是说，第二训练序列会经历发送设备60的窄带滤波，随后以多个模式耦合的方式传输给接收设备。因此，第二训练序列会同时受到模式间的耦合干扰与码间干扰。
对于第一训练序列的传输，发送设备60可以将第一训练序列先于有用信息传输给接收设备，也可以在传输有用信息的同时，利用频分复用技术，采用副载波将第一训练序列传输给接收设备，以便接收设备计算针对第一训练序列的第一误差。因为对第二训练的处理过程与有用信息的处理基本一致，所以，发送设备60可以采用统一载波对第二训练序列和有用信息进行传输。在本实施例的一种示例当中，发送设备60将第二训练序列与有用信息设置在一个数据帧中传输给接收设备，这种通过数据帧来传输第二训练序列的方式实际上是在时域上将第二训练序列与有用信息分开发送。接收设备在接收到该数据帧之后，会从该数据帧中提取出第二训练序列，从而计算针对第二训练序列的第一误差与第二误差。
由于窄带滤波所带来的码间干扰以及光纤中多个模式间的耦合是基本确定的，因此，发送设备60不必在每次发送有用信息之前，或发送有用信息的同时都向接收设备发送训练序列。可选地，发送设备60可以每隔一段时间再向接收设备发送一次训练序列，采用定时的方式控制定时序列的发送。另外，发送设备60通过数据帧同时传输有用信息与第二训练序列时，在一个数据帧的帧结构中，第二训练序列的长度P和有用信息的长度L可根据实际传输链路的性能进行调整：其中，实际传输链路的性能越好，则第二训练序列的长度越短，反之，则P的取值越大。
本实施例提供的发送设备，通过对携带有用信息的M路基模光信号进行窄带滤波，然后将各基模光信号激励成高阶模式光信号，并耦合成复用光信号通过光纤传输给接收设备，使得接收设备对复用光信号进行模式解复用得到M个基模光信号，并将各基模光信号转换为电信号后，可以后对发送设备侧窄带滤波及M个高阶模式光信号耦合所引起的耦合干扰及码间干扰进行抑制补偿，恢复得到发送设备发送的M路有用信息，在模分复用的基础上，降低了各基模光信号的带宽，使得同样的频谱带宽可以传输更多的有用信息，从而提升频谱利用率。
实施例三：
本实施例提供一种接收设备，该接收设备可以与实施例二中提供的发送设备相互配合实现实施例一种提供的模分复用传输方法。请参见图7，接收设备70包括用于对从光纤中接收到复用光信号进行模式解复用得到M个基模光信号的解复用单元702、用于将各基模光信号转换为电信号的信号转换单元704以及补偿处理单元706，其中，补偿处理单元706用于对各电信号进行干扰补偿，以抑制发送设备对各有用信息进行窄带滤波所引起的码间干扰和对M个高阶模式光信号进行耦合处理所引起的耦合干扰，得到发送设备发送的M路有用信息。
复用光信号传输到接收端后，接收设备70的解复用单元702会对接收到的复用光信号进行模式解复用，从而得到M个基模光信号。然后由信号转换单元704通过光电转换将这M个基模光信号转换成M路电信号，以便进行后续的数字信号处理。对各电信号进行干扰补偿。
由于发送设备在发送复用光信号之前先会对基模光信号进行窄带滤波，随后还会将基模光信号激励成的各高阶模式光信号进行耦合。而发送设备对基模光信号的窄带滤波处理引入了超奈奎斯特技术：根据奈奎斯特定理，在进行模数转换的过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍(fs.max>＝2fmax)时，采样之后的数字信号可以完整地保留原始信号中的信息。超奈奎斯特突破了传统奈奎斯特传输准则的约束，因此可以换取频谱效率的进一步提升，但同时，超奈奎斯特也引入了码间干扰。另外，发送设备将多个高阶模式光信号耦合到光纤中进行传输，虽然增加了信息传输容量，但同时也引了各高阶模式光信号间的耦合干扰。
无论是模式间的耦合干扰还是窄带滤波所引入的码间干扰，都会导致解复用单元702解复用所得的M个单路信号与发送设备侧发送的M个高阶模式光信号存在误差。所以，为了让接收设备70能够获得发送设备原本发送的各有用信息，补偿处理单元706需要对各个电信号进行干扰补偿。
应当理解的是，本实施例中接收设备70侧的M个基模光信号是同时受码间干扰以及耦合干扰的，所以，在进行干扰均衡的时候，需要同时关注这两种干扰所带来的误差，从而抑制发送设备对各有用信息进行窄带滤波所引起的码间干扰和对M个高阶模式光信号进行耦合处理所引起的耦合干扰，恢复得到原本的M路有用信息。
为了让补偿处理单元706确定两种干扰给有用信息带来的影响，本实施例中接收设备70会接收发送设备发送训练序列。训练序列是指在发送有用信息之外，发送设备向接收设备发送的一些接收设备70已知的码元，其用于接收设备70的同步和信道估计。
在本实施例中，训练序列分为两部分：第一训练序列与第二训练序列，其中，接收设备70所接收到的第一训练序列仅受到各高阶模式光信号间的耦合干扰，并不受码间干扰的影响。接收到通过光纤传输过来的第一训练序列之后，补偿处理单元706根据自己预先已知第一训练序列的实际码元，可以计算出因各高阶模式光信号间的耦合干扰所引起的第一误差eICI。接收设备70接收到的第二训练序列会经历发送设备的窄带滤波，而且是以多个模式耦合的方式传输给接收设备70的。因此，第二训练序列会同时受到模式间的耦合干扰与码间干扰。接收设备70接收到第二训练序列之后，补偿处理单元706可以根据预先已知的第二训练序列的实际码元确定出针对第二训练序列的第一误差以及第二误差，第二误差由因各高阶模式光信号间耦合干扰与码间干扰叠加所引起第二误差eISI。
接收设备70可以在接收有用信息的同时通过频分复用技术接收发送设备通过副载波传输的第一训练序列。对于第二训练序列，在本实施例的一种示例当中，发送设备会将第二训练序列与有用信息设置在一个数据帧中传输给接收设备70，这种通过数据帧来传输第二训练序列的方式实际上是在时域上将第二训练序列与有用信息分开发送。所以接收设备70在接收到该数据帧之后，会从该数据帧中提取出第二训练序列，然后由补偿处理单元706根据接收端侧已知的第二训练序列的实际码元计算出针对第二训练序列的第一误差与第二误差。
由于窄带滤波所带来的码间干扰以及光纤中多个模式间的耦合是基本确定的，因此，发送设备不必在每次发送有用信息之前，或发送有用信息的同时都向接收设备70发送训练序列。可选地，发送设备可以每隔一段时间再向接收设备70发送一次训练序列，采用定时的方式控制定时序列的发送，在接收设备70没有接收到新的训练序列之前，补偿处理单元706都采用最近一次对训练序列的接收结果来计算第一误差eICI与第二误差eISI。另外，发送设备通过数据帧同时传输有用信息与第二训练序列时，在一个数据帧的帧结构中，第二训练序列的长度P和有用信息的长度L可根据实际传输链路的性能进行调整：其中，实际传输链路的性能越好，则第二训练序列的长度越短，反之，则P的取值越大。
考虑到本实施例中的码间干扰与模式间的耦合干扰是互相叠加的。所以，为了更好的对这两种混合叠加的干扰进行抑制，本实施例提供一种干扰补偿方案，下面结合图4与图5对补偿处理单元706进行干扰补偿的细节进行介绍：
首选，补偿处理单元706需要先确定针对各电信号的初始补偿系数。由于本实施例中补偿处理单元706需要对多路电信号进行干扰补偿，因此，本实施例中的补偿系数实际是一个矩阵，图4所示出的是基于第一训练序列迭代更新初始补偿系数的算法示意图。图4中的初始补偿系数实际就是矩阵H1，即在确定初始补偿系数的时候，可以将矩阵H1设置为一个初始矩阵，即主对角线上元素为1，其他元素为0的矩阵。
确定初始补偿系数之后，补偿处理单元706可以根据初始补偿系数、接收到的第一训练序列以及已知的第一训练序列的实际码元确定出针对第一训练序列的第一误差，然后再根据第一误差对初始补偿系数进行更新。应当明白的是，基于初始补偿系数确定第一误差，以及根据第一误差更新初始补偿系数可以形成一个循环过程。该过程中，补偿处理单元706实际是利用了迭代算法，对初始补偿系数的迭代更新可以进行N次，N大于等于1。经历N次迭代更新之后，补偿处理单元706可以得到中间补偿系数。
在图4当中，y1……ym分别是接收到的第一训练序列，x1……xm是补偿处理单元706通过初始补偿系数对接收到的第一训练序列进行补偿后的结果，z1……zm是补偿处理单元706已知的第一训练序列的实际码元。所以，根据x1……xm和z1……zm可以计算得到第一误差。然后第一误差经历抽头系数更新又可以对初始补偿系数进行更新，从而得到新的初始补偿系数。这种过程循环N次之后，所得到的初始补偿系数即为中间补偿系数。
获得中间补偿系数之后，补偿处理单元706可以将利用第二训练序列来计算中间补偿系数。请参见图5所示出的是基于第二训练序列迭代更新中间补偿系数的算法示意图。首先，补偿处理单元706根据表征中间补偿系数的矩阵H2以及接收到的第二训练序列Y1……Ym对接收到的第二训练序列进行补偿得到补偿结果X1……Xm，然后补偿处理单元706一方面会直接根据补偿结果以及第二训练序列的实际码元计算针对第二训练序列的第一误差，另一方面，补偿处理单元706会利用最大似然序列估算算法MLSE对补偿结果X1……Xm进行处理；然后补偿处理单元706将处理结果与第二训练序列的实际码元进行比较计算，得到第二误差。最后，补偿处理单元706根据计算得到的针对第二训练序列的第一误差与第二误差对抽头系数进行更新，然后完成对于中间补偿系数的更新。和图4当中对初始补偿系数更新过程类似，这里对中间补偿系数的更新也可以进行K次，其中K大于等于1。应当明白的所以，本实施例中的K值与N值可以相等也可以不相等。K值与N值的大小关系到最终补偿系数的准确性，K和N的取值越大，则计算处理过程越复杂，但以此获取到的最终补偿系数对各电信号的补偿也就越准确。
计算得到最终补偿系数的矩阵H3之后，补偿处理单元706可以直接根矩阵H3对携带有有用信息的M路电信号进行干扰补偿。应当明白的是，由于根据第二训练序列计算第二误差的时候，是需要先经历最大似然序列估算处理，然后才计算第二误差，因此，本实施例中在通过最终补偿系数对各电信号进行干扰补偿之后，补偿处理单元706还可以对补偿结果进行一次最大似然序列估算处理，如图5所示，最终输出得到发送设备发送各路有用信息S1，S2……Sm。
在本实施例中，解复用单元702的功能可以通过模式解复用器来实现，而信号转换单元704的光电转换的功能则可以由光电探测器来实现，光电探测器基本都是利用辐射引起被照射材料电导率发生改变的原理制成的。最后，补偿处理单元706可以通过具备出处理功能的处理器来实现。
本发明实施例提供的接收设备，从光纤中接收到复用光信号后，对复用光信号进行模式解复用得到M个基模光信号，然后将各基模光信号转换为电信号，最后对发送设备侧窄带滤波及M个高阶模式光信号耦合所引起的耦合干扰及码间干扰进行抑制补偿，恢复得到发送设备发送的M路有用信息。不仅与发送设备配合实现了模分复用，而且还通过引入奈奎斯特技术降低了各用心信息的带宽，提升了频谱利用率。
更进一步的，本实施例中接收设备对各电信号进行干扰补偿时，采用碟型滤波器和MLSE相互交换信息递归计算方案，能够有效去除模式间的耦合干扰和窄带滤波所带来的码间干扰，避免普通干扰均衡方案在模式间耦合干扰和模式内码间干扰相互叠加时，难以补偿消除的问题。
实施例四：
本实施例提供一种模分复用传输系统，请参见图8：模分复用传输系统8包括发送设备81、接收设备82以及在发送设备81与接收设备82之间进行信号传输的少模光纤83。
发送设备81中包括m个信号源811和m个低通滤波器812，各个低通滤波器812用于对相应信号源811所产生的基模光信号进行窄带滤波处理，从而降低各基模光信号的频带宽度。发送设备81中还包括有模式激励复用器813，模式激励复用器813至少可以实现这样两个功能：第一，将各基模光信号激励成彼此模式正交的高阶模式光信号；第二，将各高阶模式光信号进行复用，耦合进少模光纤83当中。在本实施例的其他示例当中，模式激励复用器813可以根据激励功能与复用功能拆分成两个单独的实体设备。
应当明白的是，本实施例中的少模光纤83也可以采用多模光纤来替代，只是，相对于多模光纤而言，少模光纤83所提供的信道更加稳定，有利于保证模分复用传输系统8的可靠性。
接收设备82中包括有模式解复用器821以及接收机822，其中模式解复用器821可以对接收到的复用光信号进行模式解复用，得到与发送设备81中信号源811产生的基模光信号数量一致的基模光信号，即m个基模光信号。模式解复用器821采用的解复用方式可以是现有的任何解复用的方式，比如空间光模式解复用器或者光子灯笼。
当模式解复用器821对复用光信号的模式解复用完成之后，接收机822可以利用光电探测器8221将所得的m个基模光信号探测为电信号，然后由处理器8222对各电信号进行干扰均衡、误码计算等，从而恢复得到发送设备81所发送的原始有用信息。
下面对处理器8222对电信号的处理过程进行简单阐述：
首先，处理器8222利用接收到的第一训练序列和初始补偿系数计算第一误差，并根据第一误差对初始补偿系数进行迭代更新。经历n次迭代更新之后，处理器8222获得中间补偿系数。然后处理器8222利用中间补偿系数和接收到的第二训练序列对MLSE状态机进行训练计算得到针对第二训练序列的第二误差，同时，处理器8222还会基于第二训练序列以及中间补偿系数计算针对第二训练序列的第一误差。得到针对第二训练序列的第一误差与第二误差之后，处理器8222利用第一误差与第二误差对中间补偿系数进行迭代更新，经历n次迭代更新之后，处理器8222得到最终补偿系数，并根据最终补偿系数对电信号进行干扰补偿，从而获得发送设备81发送的各路有用信息。
本实施例提供的模分复用传输系统，同时结合了模分复用与超奈奎斯特技术，利用提出的算法递归处理模式间的耦合干扰和模式内的码间干扰，补偿了信道间和信道内干扰，在传统模分复用传输方案的基础上，提高了频谱利用率，进一步提高系统的通信容量，可以更好地满足未来网络容量的需求。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在计算机存储介质(ROM/RAM、磁碟、光盘)中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明实施例所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种模分复用传输方法，包括：
发送设备对携带有用信息的M路基模光信号进行窄带滤波，所述M大于等于2；
所述发送设备将各所述基模光信号激励成高阶模式光信号；
所述发送设备对各所述高阶模式光信号进行耦合，并将耦合得到的复用光信号通过光纤传输给接收设备。
2.如权利要求1所述的模分复用传输方法，其特征在于，所述模分复用传输方法还包括：
所述发送设备通过所述光纤向所述接收设备发送未经窄带滤波的第一训练序列，以供所述接收设备确定针对所述第一训练序列的第一误差，所述第一误差由各所述高阶模式光信号间的耦合干扰引起；
所述发送设备通过所述光纤向所述接收设备发送经窄带滤波的第二训练序列，以供所述接收设备确定针对所述第二训练序列的第一误差与第二误差，所述第二误差由各所述高阶模式光信号间耦合干扰与窄带滤波码间干扰叠加引起。
3.如权利要求2所述的模分复用传输方法，其特征在于，所述发送设备通过所述光纤向所述接收设备发送不经窄带滤波的第一训练序列包括：
所述发送设备基于频分复用技术利用副载波向所述接收设备发送所述第一训练序列；
所述发送设备通过所述光纤向所述接收设备发送经窄带滤波的第二训练序列包括：
所述发送设备将所述第二训练序列携带在包含有所述有用信息的数据帧中发送给所述接收设备。
4.一种模分复用传输方法，包括：
接收设备对从光纤中接收到复用光信号进行模式解复用得到M个基模光信号，所述M大于等于2；
所述接收设备将各所述基模光信号转换为电信号；
所述接收设备对各所述电信号进行干扰补偿，以抑制所述发送设备对各有用信息进行窄带滤波所引起的码间干扰和对M个高阶模式光信号进行耦合处理所引起的耦合干扰，得到所述发送设备发送的M路有用信息。
5.如权利要求4所述的模分复用传输方法，其特征在于，所述接收设备对各所述电信号进行干扰补偿包括：
所述接收设备确定针对各所述电信号的初始补偿系数；
所述接收设备基于所述第一训练序列与所述初始补偿系数确定针对各所述电信号的中间补偿系数；
所述接收设备基于所述中间补偿系数与所述第二训练序列确定针对各所述电信号的最终补偿系数；
所述接收设备根据所述最终补偿系数对各所述电信号进行干扰补偿，得到所述发送设备发送的M路有用信息。
6.如权利要求5所述的模分复用传输方法，其特征在于，所述接收设备基于所述第一训练序列与所述初始补偿系数确定针对各所述电信号的中间补偿系数包括：
所述接收设备根据所述初始补偿系数以及接收到的第一训练序列计算针对所述第一训练序列的第一误差，所述第一误差由各高阶模式光信号间的耦合干扰所引起；
所述接收设备根据针对所述第一训练序列的第一误差对所述初始补偿系数进行N次迭代更新得到中间补偿系数，所述N大于等于1。
7.如权利要求5所述的模分复用传输方法，其特征在于，所述接收设备基于所述中间补偿系数与所述第二训练序列确定针对各所述电信号的最终补偿系数包括：
所述接收设备根据所述中间补偿系数以及接收到的第二训练序列计算针对所述第二训练序列的第一误差与第二误差，所述第一误差由各高阶模式光信号间的耦合干扰所引起，所述第二误差由各所述高阶模式光信号间耦合干扰与窄带滤波码间干扰叠加所引起；
所述接收设备根据针对所述第二训练序列的第一误差与第二误差对所述中间补偿系数进行K次迭代更新得到最终补偿系数，所述K大于等于1。
8.如权利要求7所述的模分复用传输方法，其特征在于，所述接收设备根据所述中间补偿系数以及接收到的第二训练序列计算针对所述第二训练序列的第二误差包括：
所述接收设备利用最大似然序列估算算法，根据所述中间补偿系数和第二训练序列计算计算得到所述第二误差。
9.如权利要求4-8任一项所述的模分复用传输方法，其特征在于，所述接收设备对各所述电信号进行干扰补偿之前还包括：
所述接收设备通过频分复用技术接收所述发送设备通过副载波发送的第一训练序列；
所述接收设备从包含有用信息的数据帧中获取所述第二训练序列。
10.一种发送设备，其特征在于，包括：
窄带滤波单元，用于对携带有用信息的M路基模光信号进行窄带滤波，所述M大于等于2；
高阶激励单元，用于将各所述基模光信号激励成高阶模式光信号；
耦合传输单元，用于对各所述高阶模式光信号进行耦合，并将耦合得到的复用光信号通过光纤传输给接收设备。
11.一种接收设备，其特征在于，包括：
解复用单元，用于对从光纤中接收到复用光信号进行模式解复用得到M个基模光信号，所述M大于等于2；
信号转换单元，用于将各所述基模光信号转换为电信号；
补偿处理单元，用于对各所述电信号进行干扰补偿，以抑制所述发送设备对各有用信息进行窄带滤波所引起的码间干扰和对M个高阶模式光信号进行耦合处理所引起的耦合干扰，得到发送设备发送的M路有用信息。
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