CN112425096B - 用于多芯光纤的芯加扰的光传输系统和方法 - Google Patents

用于多芯光纤的芯加扰的光传输系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明的各种实施例提供了一种光传输系统(100)，包括：光发送器(11)，被配置为通过由多芯光纤制成的光纤传输信道(13)发送数据，承载所述数据的光信号根据两个或更多个芯沿所述多芯光纤传播，每一个芯与一个或更多个芯参数相关联，其中，所述光传输系统(100)包括：‑加扰配置设备(17)，被配置为根据与所述两个或更多个芯相关联的所述芯参数中一个或更多个芯参数来确定加扰函数，以及‑至少一个加扰设备(133)，布置在所述光纤传输信道中，用于对所述两个或更多个芯进行加扰，所述至少一个加扰设备(133)中的每一个加扰设备被配置为通过将所述加扰函数应用于所述两个或更多个芯来确定置换的芯，并根据所述置换的芯重新分配所述光信号。

Description

用于多芯光纤的芯加扰的光传输系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及光通信，并且尤其涉及用于在多芯光纤中进行芯加扰的设备和方法。
背景技术
在过去的二十年中，由于互联网的发展以及互联网用户数量的增大带来的流量的增长，对更大网络容量的需求已大大增加。光纤传输似乎是满足全球电信基础设施中对更高传输数据速率的该持续需求的关键技术。
光纤表示引导光谱中的电磁波的光波导。波沿光纤的传播取决于与光纤相关的几个参数，例如其几何形状、其模结构、折射率的分布、以及它的构成材料。光纤通常包括由具有较低折射率的透明包层材料围绕的透明芯。一系列内部反射之后，光在光纤中传播。光承载数据，并且与基于有线的或无线的通信系统相比，允许以更高的带宽进行长距离传输。
在过去的二十年中，波分复用(WDM)、相干检测和偏振分复用(PDM)以及先进的信号处理技术标志着光纤传输系统发展的重要里程碑，从而增大了他们的容量和他们的最大覆盖范围。尽管如此，使用芯半径小且波沿单传播模传播的常规单模光纤的WDM-PDM系统几乎达到了光传输系统的非线性容量极限，并且无法满足对更高网络带宽的需求的指数增长。
通过空分复用(SDM)克服单模光纤的非线性容量限制的有前途的解决方案将光纤中的空间用作可用于增大光纤传输容量的最后自由度。因此，空间被用作用于创建一组独立空间信道的复用维度，在该信道上可以复用独立数据流并在同一根光纤中承载该独立数据流。使用SDM，可以将容量乘以独立空间信道的数量。SDM技术使得能够增大光纤传输链路的覆盖范围和传输容量，同时降低传输系统的成本。
可以使用多模光纤(MMF)或多芯光纤(MCF)来实现空分复用。
多模光纤允许根据不同的空间传播模传播光。多模光纤的芯被扩大以允许传播多个空间模。随着光通过芯而产生的反射次数增加，产生在给定时隙传播更多数据的能力。
多模光纤可以提供比单模光纤更高的传输速率。但是，多模光纤会受到数种损害的影响，这主要是由于光学部件(例如光纤、放大器、空间模复用器)的不完美，空间模之间的串扰效应以及称为模相关损耗(MDL)的非单一(non-unitary)串扰效应。
多芯光纤在单个光纤中并入了多个相同或不同的芯，每一个芯为单模或多模。多芯光纤可以分类为非耦合MCF和耦合MCF。
在非耦合MCF中，必须适当地布置每一个芯，以使芯间串扰保持足够小，以便对于长距离传输应用，分别从每一个芯检测信号(即，在接收器处不需要多输入多输出均衡)。已经根据不同的芯布置设计了数种类型的非耦合多芯光纤。这些设计包括并入了多个相同的芯的“同质MCF”和“沟槽辅助同质MCF”，以及并入了数种类型的多个芯的“异质MCF”。
在耦合MCF中，放置了数个芯，以便它们彼此强和/或弱耦合。支持单个空间模式和多个空间模式的耦合MCF可以用于高功率光纤激光器应用中。
由于未对准损耗和串扰效应，多芯光纤会受到数种损害的影响。串扰和未对准损耗引起芯相关损耗(CDL)。CDL是一种类似于影响多模光纤的MDL的损害效应。
由于在接头和连接器部分处的光纤的不完美，引起了未对准损耗。存在三种类型的未对准损耗，包括纵向位移损耗、横向位移损耗和角位移损耗。
串扰效应归因于一个包层中存在多个芯，其在相邻芯之间产生串扰。串扰随着芯间距离的减小而增大，并且就光信号质量和集成在多芯光纤内的芯数量来说，表示了对容量的主要限制。此外，低串扰效应使得能够在光接收器处实现解码复杂度降低，因为对于小串扰值不需要多输入多输出均衡。
为了减少串扰效应，可以在光纤的制造期间应用光学解决方案。
第一种途径在于增大芯间距离。这种途径使得能够减小串扰效应，但是由于包层直径的原因，它限制了光纤内的芯的数量，并因此降低了芯密度和容量。
第二种途径是基于使用沟槽辅助同质多芯光纤的沟槽辅助。沟槽辅助通过用低折射率沟槽层包围每一个芯来减小耦合系数。沟槽辅助光纤设计中的串扰与芯间距离无关。
第三种解决方案使用异质MCF，其中引入了相邻芯之间的固有折射率差异，使得能够减小串扰效应。
此外，最近提出了在“A.Abouseif,G.R.Ben-Othman,and Y.Core ModeScramblers for ML-detection based Multi-Core Fibers Transmission,in AsiaCommunications and Photonics Conference,OSA Technical Digest,2017”中公开的随机芯加扰技术，以减轻异质沟槽辅助MCF中的CDL，并增强系统性能。其表明了随机芯加扰使得能够就错误概率来说实现更好的性能；然而，随机加扰需要安装大数量的随机加扰器，这在传输系统上引起了额外的实现复杂性和成本。
尽管现有的解决方案使得能够减少多芯光纤中的串扰，但它们不能够完全抑制串扰，并且也不能完全减轻CDL。因此，需要设计有效的技术，以能够在基于多芯光纤的SDM系统中完全减轻CDL效应。
发明内容
为了解决这些和其他问题，提供了一种光传输系统，其包括配置成通过由多芯光纤制成的光纤传输信道传输数据的光发送器。承载发送数据的光信号根据两个或多个芯沿着多芯光纤传播，每一个芯与一个或更多个芯参数相关联。该光传输系统包括：
-加扰配置设备，被配置为根据与所述多芯光纤的所述两个或更多个芯相关联的所述芯参数中一个或更多个芯参数来确定加扰函数，以及
-至少一个加扰设备，布置在所述光纤传输信道中，用于对所述两个或更多个芯进行加扰，所述至少一个加扰设备被配置为通过将所述加扰函数应用于所述两个或更多个芯来确定置换的芯，并根据所述置换的芯重新分配所述光信号。
在一些实施例中，在包括芯类型和芯损耗值的组中选择与每一个芯相关联的芯参数。
根据一些实施例，所述加扰配置设备可以被配置为根据串扰系数和未对准损耗来确定与每一个芯相关联的所述芯损耗值，串扰系数表示所述每一个芯和与所述每一个芯相邻的芯之间的串扰，所述未对准损耗表示所述多芯光纤的未对准。
根据一些实施例，所述加扰配置设备可以被配置为根据与所述两个或更多个芯相关联的所述芯损耗值的给定顺序来对所述两个或更多个芯进行排序，所述加扰配置设备被配置为根据与所述两个或更多个芯相关联的所述芯损耗值的顺序来确定所述加扰函数。
根据一些实施例，所述加扰配置设备可以被配置为确定用于以与小芯损耗值相关联的芯置换与高芯损耗值相关联的芯的加扰函数。
根据其中所述多芯光纤中的所述两个或更多个芯的数量是偶数数量的一些实施例，所述加扰配置设备可以被配置为确定所述加扰函数，用于根据与第i最低芯损耗值相关联的芯对与第i最高芯损耗值相关联的芯的置换来对所述两个或更多个芯进行两两地置换，i包括在1与所述多芯光纤中的芯的数量的一半之间。
根据其中所述多芯光纤中的所述两个或更多个芯的数量是奇数数量的其它实施例，所述加扰配置设备可以被配置为确定所述加扰函数，用于根据与第i最低芯损耗值相关联的芯对与第i最高芯损耗值相关联的芯的置换来对所述两个或更多个芯进行两两地置换，i包括在1与所述多芯光纤中的芯的数量的一半的底部部分之间。
根据其中所述多芯光纤是同质多芯光纤的一些实施例，所述两个或更多个芯与相同的芯类型相关联。
根据其中所述多芯光纤是异质多芯光纤的一些实施例，所述两个或更多个芯中的至少两个芯与不同的芯类型相关联。
根据其中所述多芯光纤是异质多芯光纤的一些实施例，所述加扰配置设备可以被配置为根据与所述两个或更多个芯相关联的芯类型来确定所述加扰函数，所述加扰函数对应于根据至少第一芯与第二芯的置换的所述两个或更多个芯的两两置换，所述第一芯和所述第二芯与不同的芯类型相关联。
根据其中所述多芯光纤是异质多芯光纤的一些实施例，所述加扰配置设备可以被配置为根据与所述两个或更多个芯相关联的所述芯损耗值和所述芯类型来确定所述加扰函数，所述加扰函数对应于根据至少第一芯与第二芯的置换的所述两个或更多个芯的两两置换，所述第一芯和所述第二芯与不同的芯类型和不同的芯损耗值相关联。
根据一些实施例，所述至少一个加扰设备可以被配置为在电场或光场中应用所述加扰函数，加扰设备被配置为在包括光转换器、光复用器、光复用设备和光子灯笼的组中选择的光场中应用所述加扰函数。
根据一些实施例，所述两个或更多个芯中的至少一个芯是包括两个或更多个空间传播模的多模芯。
在一些实施例中，所述光发送器包括：
-纠错码编码器，被配置为通过应用至少一个纠错码来将所述数据编码为码字向量；
-调制器，被配置为通过将调制方案应用于所述码字向量来确定一组调制符号；以及
-空间-时间编码器，被配置为通过将空间-时间码应用于所述一组调制符号来确定码字矩阵。
还提供了一种用于通过由多芯光纤制成的光纤传输信道在光传输系统中传输数据的方法，承载所述数据的光信号根据两个或更多个芯沿着所述多芯光纤传播，每一个芯与一个或更多个芯参数相关联。所述方法包括对所述两个或更多个芯进行加扰，所述加扰包括：
-根据与所述两个或更多个芯相关联的所述芯参数中一个或更多个芯参数来确定加扰函数；
-通过应用所述加扰函数来确定所述两个或更多个芯的置换；以及
-根据所述两个或更多个芯的所述置换来重新分配所述光信号。
根据各种实施例的加扰技术通过平均多芯光纤的不同芯所经历的损耗，来有效减轻多芯光纤中的串扰效应和未对准损耗。
通过检查附图和具体实施例方式，本发明的其他优点对于技术人员将变得显而易见。
附图说明
并入本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的各种实施例。
图1示出了本发明在光通信系统中的示例性应用的示意图；
图2示出了示例性多芯光纤的横截面；
图3描绘了根据一些实施例的多芯光纤的横截面视图，其中12芯同质多芯光纤包括布置在围绕光纤轴的环上的十二个芯，而19芯的同质光纤包括布置在包括中央芯的二维网格中的十九个芯；
图4描绘了根据一些实施例的多芯光纤的横截面视图，其中，多芯光纤是12芯同质沟槽辅助多芯光纤；
图5示出了根据一些实施例的多芯光纤的横截面视图，其中，多芯光纤是12芯异质多芯光纤，该多芯光纤包括在围绕光纤轴的环上布置的十二个芯；
图6示出了根据实施例的多芯光纤的横截面视图，该多芯光纤具有包括七个芯的7芯异质光纤和包括三组芯的19芯异质光纤，每一个不同组的芯具有不同类型；
图7示出了根据一些实施例的多芯光纤的横截面视图，该多芯光纤具有12芯异质沟槽辅助多芯光纤和7芯异质沟槽辅助，该12芯异质沟槽辅助多芯光纤包括在围绕光纤轴的环上布置的十二个芯；
图8是示出根据本发明一些实施例的光发送器的结构的框图；
图9是示出根据本发明一些实施例的光接收器的结构的框图；
图10是示出根据一些实施例的，用于在光传输信道上传输数据的方法的流程图，其中进行了芯加扰；
图11示出了根据一些实施例的多芯光纤的横截面视图，其中考虑了蜗牛加扰技术；
图12示出了根据一些实施例的多芯光纤的横截面视图，其中考虑了旋转加扰技术；
图13示出了根据一些实施例的多芯光纤的横截面视图，其中考虑了蛇加扰技术；
图14示出了在考虑了蜗牛加扰技术的一些实施例中，表示作为加扰器的数量的函数的芯相关损耗的两个图示；
图15示出了在考虑了旋转加扰技术的一些实施例中，表示作为加扰器的数量的函数的芯相关损耗的两个图示；
图16示出了在考虑了蛇加扰技术的一些实施例中，表示作为加扰器的数量的函数的芯相关损耗的两个图示；
图17示出了表示对实现蜗牛加扰技术的多芯光纤所获得的误码率(bit errorrate，BER)性能的图示；
图18示出了表示对实现旋转加扰技术的多芯光纤所获得的误码率(BER)性能的图示；以及
图19表示对实现蛇加扰技术的多芯光纤所获得的误码率(BER)性能的图示。
具体实施方式
本发明的实施例提供了一种实现有效的确定性加扰设备和方法的多芯光纤传输系统，该设备和方法使得能够减少影响多芯光纤的串扰和未对准损耗。
根据本发明的各个实施例的设备和方法可以在应用于多种应用的光纤传输系统中实现。示例性应用包括但不限于光纤通信、航空航天和航空电子、数据存储、汽车工业、成像、运输、感测和光子学。
示例性通信应用包括台式计算机、终端和全国性网络。光纤可用于在短距离(小于一米)或长距离(例如，在城域网、广域网、跨洋链路中进行通信的长达数百或数千公里)上传输光，并从而传输信息/数据。这样的应用可能涉及语音(例如电话)、数据(例如，向家庭和办公室的数据供应，称为光纤到家)、图像或视频(例如，互联网流量的传递)的传递或网络连接(例如，交换机或路由器的连接以及高速局域网中的数据中心连接性)。
本发明在航空航天和航空电子工业领域中的示例性实施方式中，基于光纤的产品可以用于军事和/或商业应用。在此类应用中设计了光纤技术和产品，以满足苛刻的环境和条件下的严格测试和认证要求。
本发明在数据存储应用中的示例性实施方式中，光纤可以在数据存储设备中用作网络中多个设备之间的链路和/或作为存储系统的一部分。光纤连接性即使在延长的距离上也能提供很高的带宽。
在本发明对汽车工业的另一示例性应用中，光纤技术可以例如为安全和控制设备和系统而用于点亮/照明、通信和感测中。
在本发明对成像应用(例如，远程医疗)的又一示例性应用中，光纤的光学传输特性可以用于将目标或对象区域的图像传输到图像观察端以进行分析和/或解释。
本发明也可以用在运输系统中，其中具有智能交通灯、自动收费站和可变消息标志的智能高速公路可以使用基于光纤的遥测系统。
本发明可以进一步用于感测应用中，其中光纤传感器用于感测一些量，诸如温度、位移、振动、压力、加速度、旋转和化学物质的浓度。光纤传感器的示例性应用包括在高电压和大功率机械或微波中的感测，建筑物中分布式温度和应变测量以进行远程监视(例如，监视飞机的机翼、风力涡轮机、桥梁、管道)，石油勘探应用中的井下感测等。
在本发明对光子学的另一种应用中，光纤可用于连接光纤设备中的部件，诸如干涉仪和光纤激光器。在这样的应用中，光纤与电子设备中的电线起着类似的作用。
仅出于说明的目的，将参考通信应用进行某些实施例的以下描述。然而，技术人员将容易地理解，本发明的各种实施例可以应用于用于不同应用的其他类型的系统。
图1示出了本发明在基于光纤传输的光传输系统100(也称为“光通信系统”)中的示例性实施方式。光传输系统100包括至少一个光发送器设备11(以下称为“光发送器”)，该光发送器设备11被配置为将输入数据序列编码为光信号并且通过光纤传输信道13(以下称为“光纤链路”)将光信号光学地发送到至少一个光接收器设备15(在下文中称为“光接收器”)，光纤传输信道13被配置成在一定距离上传输光。
光通信系统100可以包括计算机和/或软件，以控制系统可操作性。
光纤传输信道13包括多芯光纤，该多芯光纤包括多个光纤段131的级联(也称为“光纤跨度(span)”或“光纤切片”)。光纤段131可以对准或未对准。
多芯光纤是由两个或更多个芯、围绕两个或更多个芯的包层、以及涂层组成的圆柱形非线性波导。每一个芯具有折射率。由光发送器11发送的光信号被复用并且由于芯的折射率和包层的折射率之间的差异而通过全内反射在多芯光纤的每一个芯中被引导。
在其中多芯光纤是非耦合光纤的一些实施例中，多芯光纤的每一个芯可以充当单独的波导，使得光信号可以被视为独立地传播通过芯。
在其中多芯光纤是耦合光纤的一些实施例中，如果两个芯之间的距离太小以致于沿不同芯传播的光信号重叠，则在芯之间可能存在某种耦合。
光纤可以由玻璃(例如，二氧化硅、石英玻璃、氟化物玻璃)制成，通常用于长距离传输。对于短距离传输，光纤可以是塑料光纤。
多芯光纤可以通过几何参数和光学参数来表征。几何参数可以包括包层直径、芯到芯的距离和芯-外包层的距离。光学参数可以包括波长，表示多芯光纤的不同芯之间的串扰的串扰系数，以及每一个芯与包层之间的折射率差已。
在一些实施例中，光通信系统100可以在与在包括以下的组中选择的区域相对应的波长区域中操作：
-适用于短距离传输的在800-900nm之间的范围的波长窗口；
-约为1.3μm的波长窗口，例如用于长拖曳距离传输；
-约为1.5μm的波长窗口，由于石英光纤的损耗在该波长范围内最低，因此该窗口更常使用。
图2描绘了六芯光纤的横截面，Dclad表示包层直径，dc-c指定芯间距离，并且dc-Clad表示芯-外包层距离。
在一些实施例中，多芯光纤中的芯可以布置在围绕光纤轴的环上，例如在六边形的边缘上。在其他实施例中，芯可以布置在某个二维网格上。
在实施例中，多芯光纤可以是包括两个或更多个相同类型的芯的同质多芯光纤。
图3描绘了两个示例性同质多芯光纤的两个横截面，第一12芯光纤包括布置在围绕光纤轴的环上的相同类型的12个芯，且第二19芯光纤包括布置在六角形的边缘上的18个芯和中央芯。
在实施例中，多芯光纤可以是同质沟槽辅助多芯光纤，每一个芯被低折射率沟槽层围绕。
图4示出了包括12个相同类型的芯的示例性沟槽辅助同质多芯光纤的横截面。
在另一个实施例中，多芯光纤可以是包括多个芯的异质多芯光纤，其中至少两个芯是不同类型的。
图5示出了包括12个芯的示例性异质多芯光纤的横截面，该多芯光纤中编号为2i+1(i＝0,……,5)的芯是相同的，编号为2i+2(i＝0,……,5)的芯是相同的，并且对于i＝0,……,5编号为2i+1的芯的芯类型与编号为2i+2的芯的芯类型不同。这种异质多芯光纤中的每一个芯都有两个邻居，每一个芯的芯类型与其相邻的芯的芯类型不同。
图6示出了两个示例性的7芯光纤和19芯异质光纤的两个横截面。7芯光纤包括在六边形的边缘上的编号为1-6的6个芯和编号为7的中央芯。该7芯光纤涉及三种不同的芯类型，中央芯的芯类型与六边形的边缘上的芯的类型不同，并且布置在六边形的边缘上的每一个芯具有不同于其相邻芯的芯类型的芯类型。19芯光纤包括三种不同的芯类型，中央芯具有与六边形的边缘上的芯的类型不同的芯类型。
在实施例中，多芯光纤可以是沟槽辅助异质多芯光纤。
图7描绘了两个示例性的12芯和7芯沟槽辅助异质多芯光纤的横截面。
在一些实施例中，多芯光纤的每一个芯可以是包括一个空间传播模的单模。
在一些实施例中，多芯光纤可以包括至少一个多模芯，该多模芯包括两个或更多个空间传播模。
在一些实施例中，光纤中的每一个芯可以与一个或多个芯参数相关联，芯参数是在包括芯类型和芯损耗值的组中选择的，该芯值在以下方面对芯所经历的损耗进行量化：芯间串扰(例如，芯与其相邻芯之间的串扰)和未对准损耗。
光纤传输信道13可以进一步包括一个或多个放大器132，其插入到光纤中以用于重新放大光功率并补偿光纤衰减，而无需再生光信号，从而可以在较大的距离上保持足够的信号功率，其中需要定期放大光信号。
放大器132可以插入在每对光纤段131之间。特别地，插入在光纤传输信道的末端的放大器132在接收器15处的信号检测之前执行信号放大。
每一个放大器132可以被配置为同时放大与多芯光纤中的多个芯相对应的光信号。
在一些实施例中，放大器132可以包括单芯光纤放大器的副本。
在其他实施例中，放大器132可以是光学多芯放大器。示例性光放大器包括多芯掺铒光纤放大器(EDFA)，诸如芯泵浦多芯EDFA和包层泵浦EDFA放大器。芯泵浦和包层泵浦放大器可以使用单个或多个泵浦二极管。特别地，每一个芯的泵浦二极管可用于EDFA放大器中。
在一些实施例中，可以使用非线性模拟拉曼散射效应以分布式方式执行光信号放大。在这样的实施例中，光纤既用作传输链路又用作放大介质。
在其他实施例中，可以通过规则地布置的光放大器和模拟拉曼散射效应的联合使用来实现信号放大。
在又一其他实施例中，可以通过光/电转换(在图1中未示出)在电域中执行信号放大。在这样的实施例中，光纤传输信道13可以在每一个放大级包括：
-用于将光信号转换回电域的光电二极管；
-用于放大转换后的电信号的电放大器；和
-用于产生与放大的电信号相对应的光信号的激光二极管。
根据一些实施例(图1中未示出)，光纤传输信道13可以还包括以下一项或多项：
-用于抵消色散的影响的色散补偿器，色散补偿器被配置为例如，在接收器15处检测到光信号之前，消除色散或补偿色散；
-在波分复用系统中实现的光开关和复用器，诸如光分插复用器；
-用于再生光信号的一个或多个设备，诸如电子和光学再生器。
在其中使用光学设备在光域中执行芯加扰的一些实施例中，光学复用器可用作芯加扰器。
图8示出了根据一些实施例的光发送器11的部件。光发送器11可以被配置为将输入数据序列转换为要通过光纤传输信道13发送的光信号。因此，光发送器11可以包括：
-前向纠错码(FEC)编码器81(也称为“纠错码编码器81”)，被配置为通过应用至少一个前向纠错码(FEC)(也称为“纠错码”)来将长度k(即，包括k个符号)的输入数据序列编码成长度n>k的码字向量形式的编码序列。
-交织器83，被配置为混合编码序列，以在被调制之前向编码符号添加保护层以防止突发错误；
-调制器85，被配置为通过向交织的编码序列(或在光发送器11不包括交织器的实施例中向码字向量)应用调制方案来以调制符号向量sc的形式确定一组调制符号。可以实现不同的调制方案，诸如带有2q个符号或状态的2q-QAM或2q-PSK。调制向量sc可以是复数值向量，其包括К个复数值符号s1、s2、……、sК，每一个符号具有q比特。当使用诸如2q-QAM的调制格式时，2q个符号或状态表示整数域的子集相应的星座由表示不同状态或符号的2q个点构成。另外，在平方调制的情况下，信息符号的实部和虚部属于相同的有限字母A＝[–(q-1),(q-1)]；
-空间-时间编码器87，被配置为通过应用空间-时间码来确定承载要在时间传输间隔(TTI)期间通过光纤传输信道13发送的数据符号的码字矩阵。空间-时间编码器25可以被配置为将每一个接收到的Q个调制符号s1、s2、……、sQ的序列(或块)变换为维度为Nt×T的码字矩阵X。码字矩阵包括按Nt行和T列布置的复数值，其中Nt指定用于传播光信号的传播芯的数量，而T指定空间-时间码的时间长度并对应于时间信道使用的次数。因此，码字矩阵的每一个值对应于使用时间以及用于信号传播的传播芯。空间-时间编码器87可以使用线性空间-时间分组码(Space-Time Block Code，STBC)来生成码字矩阵。这样的代码的编码率等于每信道使用的复数符号，其中，在这种情况下，к是组成维数к的向量sc＝[s1,s2,…,sк]t的编码复数值符号的数量。当使用全速率代码时，空间-时间编码器87对к＝NtT的复数值符号进行编码。STBC的示例是“完美代码”。完美代码通过对数量/>的复数信息符号进行编码来提供全编码速率，并满足不消失的行列式属性。
在一些实施例中，空间-时间编码器87可以通过在不同传播芯上对接收到的复数值信息符号进行复用来使用被称为V-BLAST方案的空间复用方案，而无需在时间维度上执行编码。
根据一些实施例，输入数据序列可以是包括k比特的二进制序列。在这样的实施例中，FEC编码器81可以被配置为通过应用至少一个二进制FEC码来将输入的二进制序列编码为包括n比特的二进制码字向量。
在其他实施例中，输入数据序列可以包括采用Galois域GF(q)中的值的符号，q>2表示Galois域的阶。在这样的实施例中，FEC编码器22可以被配置为将输入数据序列编码成包括n个符号的码字向量，该码字向量中包括的每一个符号取Galois域GF(q)中的值。可使用构建在GF(q)上的非二进制FEC码来进行这种情况下的编码过程，其中q>2。
通过执行编码操作，FEC编码器81将冗余比特(通常是冗余符号)添加到输入二进制序列，使得接收器可以检测和/或校正常见的传输错误。FEC码的使用提供了额外的保护和对传输错误的抵抗力，并允许对未编码传输(即，没有FEC编码的情况下调制数据的传输)，使性能得到显著改善。
通过两个或更多FEC码的级联，可以实现其他改进并减小错误的可能性。码的级联可以遵循串行、并行或多层架构。FEC编码器81可以相应地被配置为实现两个或更多个FEC码。
光发送器11可以进一步包括多个多载波调制器88，多载波调制器88被配置为通过在包含大量正交子载波的每一个光载波内实施多载波调制技术来生成多载波符号。此外，可以实现多载波调制，以提供对由于光纤色散和多芯光纤中各个芯之间的串扰而引起的符号间干扰的更好的抵抗。示例性多载波调制格式包括正交频分复用(OFDM)和滤波器组多载波(FBMC)。
然后，可以由数字光学前端89处理由多载波调制器88传递的频域信号，该数字光学前端89被配置为将接收到的频域信号转换到光域。数字光学前端89可以使用给定波长的多个激光器和与使用的偏振态和多芯光纤的芯中的空间传播模相关联的多个光学调制器(图8中未示出)来执行转换。可以将激光器配置为使用波分复用(WDM)技术来产生相同或不同波长的激光束。然后可以借助于光调制器使用OFDM符号的不同输出(或者在使用单载波调制的实施例中，码字矩阵的不同值)来调制不同的激光束，并根据光纤的不同偏振态对激光束进行偏振。示例性调制器包括马赫曾德尔(Mach-Zehnder)调制器。可以使用相位和/或幅度调制。另外，各种光调制器用于调制不同的光信号的调制方案可以是类似的或不同的。
光调制器和激光器的数量取决于所使用的偏振态的数量、多芯光纤的每一个芯中所使用的传播模的数量、以及光纤中的芯的数量。
数字光学前端89可以进一步包括扇入(FAN-IN)设备(图8中未示出)，其被配置为将所产生的光信号注入到多芯光纤的每一个芯中，以根据每一个芯中的可用传播模进行传播。光学连接器可用于连接扇入设备的输出端和多芯光纤传输信道13的输入端。
根据前述实施例中的任何一个产生的光信号可以沿着光纤传播，直到到达光纤传输信道13的另一端，在该另一端，光信号被光接收器15处理。
图9是根据一些实施例的光接收器15的框图。光接收器15被配置为接收由光发送器11通过光纤传输信道13发送的光信号，并生成原始输入数据序列的估计。因此，光接收器15可以包括：
-光学数字前端91，其被配置为使用例如一个或多个光电二极管来检测光信号，并将他们转换为数字信号。光学数字前端91可包括扇出(FAN-OUT)设备(图9中未示出)；
-多个多载波解调器92，被配置为去除循环前缀并产生一组要传递给空间-时间解码器93的判决变量；
-空间-时间解码器93，被配置为通过应用空间-时间解码算法从该组判决变量产生调制数据序列的估计；
-解调器94，被配置为通过对由空间-时间解码器93估计的调制数据序列执行解调来产生二进制序列；
-解交织器95，被配置为重新布置由解调器94传递的二进制序列中的比特(通常为符号)的顺序，以恢复比特的原始顺序；和
-FEC解码器96(也称为“纠错码解码器96”)，被配置为通过将软判决或硬判决FEC解码器应用于由解交织器95传递的重新排序的二进制序列来传递由光发送器设备11处理的输入数据序列的估计。示例性软判决FEC解码器包括维特比(Viterbi)算法。
空间-时间解码器93可以实现在由最大似然解码器、迫零解码器、迫零判决反馈均衡器、和最小均方误差解码器组成的组中选择的空间-时间解码算法。
示例性最大似然解码器包括球形解码器、Schnorr-Euchner解码器、堆栈解码器、球形绑定堆栈解码器。
在使用单载波调制的实施例中，多个多载波调制器88可以由单个调制器代替。类似地，多载波解调器92可以由单个解调器代替。
在FEC编码器81实现两个或更多个前向纠错码的级联的一些实施例中，FEC解码器96可以实现对应的结构。例如，在基于内部码和外部码的串行级联的实施例中，FEC解码器96可以包括内部码解码器、解交织器和外部码解码器(图9中未示出)。在并行架构中包含两个码的实施例中，FEC解码器96可以包括解复用器、解交织器和联合解码器(图9中未示出)。
将参考使用单偏振、单波长、单载波调制、无空间-时间编码的单纠错码、和单模多芯光纤的光通信系统100对本发明的某些实施例进行以下描述，仅用于说明目的。但是，本领域技术人员将容易理解，本发明的各种实施例还可以与使用两个偏振的偏振复用结合和/或与使用多个波长的波长复用结合、和/或与使用多模光芯的模复用结合、和/或与多载波调制格式结合、和/或与空间-时间编码结合应用在多芯光纤中。
为了便于理解本发明的一些实施例，以下是于此使用的一些标记和/或定义：
-L指定光纤传输信道13中多芯光纤的总长度；
-K指定组成多芯光纤的光纤段的数量；
-d指定相关长度；
-Rb指定弯曲半径；
-Nc≥2指定多芯光纤中的芯的总数量，芯被编号(即，每一个芯与在1与Nc之间变化的芯编号相关联)，从而将芯指定为core-n，n取1与Nc之间的值；
-Rn指定core-n的半径；
-与core-n(n＝1,……,Nc)相关联的芯参数由{Tn；λn}标记，Tn指定core-n的芯类型，而λn指定与core-n相关联的芯损耗值；
-XTn,m指量化core-n与core-m之间的串扰的串扰系数，n≠m；
-kn,m指量化core-n与core-m之间的耦合的耦合系数，n≠m；
-Δβnm表示core-n与core-m之间的传播常数差，n≠m；
本发明的各种实施例提供了有效的加扰技术，以通过对多芯光纤中的芯进行确定性加扰，来减少与芯相关的损害并减轻影响多芯光纤的芯相关损耗，从而使得能够对芯经历的芯相关损耗进行平均。
在一些实施例中，光传输系统100可以包括：
-加扰配置设备17，其被配置为根据与多芯光纤中包括的Nc≥2个芯相关联的一个或多个芯参数来确定加扰函数，以及
-至少一个加扰设备133，布置在光纤传输信道13中，用于对多芯光纤中包括的Nc≥2个芯进行加扰，该至少一个加扰设备133中的每一个被配置为通过将由加扰配置设备17所确定的加扰函数应用于Nc≥2个芯来确定置换的芯，并根据置换的芯重新分配沿多芯光纤传播的光信号。
根据一些实施例，可以在包括芯类型Tn和芯损耗值λn的组中选择与每一个芯core-n相关联的芯参数。
为了说明的目的，将参考多芯光纤进行以下描述，其中每一个芯core-n与包括芯类型Tn和芯损耗值λn的该组芯参数{Tn；λn}相关联。
光纤传输信道13可以由以下关系描述的光学多输入多输出(MIMO)系统表示：
Y＝H.X+N (1)
在等式(1)中：
-X指定长度为Nc的复数值向量，其包括在光纤传输信道13上传输的Nc个符号，使得第n个符号在core-n上传输，n＝1,……,Nc。
-Y是长度为Nc的复数值向量，指定光接收器15处的接收的信号，
-H是维度为Nc×Nc的复数值矩阵，其指定光信道矩阵，并表示除了未对准损耗之外，在光信号在多芯光纤中的不同芯上传播期间，芯经历的损耗和承受的衰减，以及
-N是长度为Nc的实数值向量，指定光信道噪声。
根据一些实施例，光信道噪声可以是零均值和方差的白高斯噪声N0。
根据一些实施例，光纤传输信道13经历芯间串扰效应和未对准效应。
芯间串扰效应可以由串扰信道矩阵表示，该串扰信道矩阵由HXT指定，HXT如下表示：
在等式(2)中，串扰信道矩阵的对角线项(diagonal entry)由XTn＝1-∑n≠mXTn,m给出。串扰表示在芯之间交换能量，并且可以基于本领域技术人员已知的耦合功率理论来估计。
根据一些实施例，其中多芯光纤是同质的，量化每一个core-n与core-m之间的串扰的串扰系数XTn,m(n≠m)如下表示：
在等式(3)中，Λ指定芯到芯的距离并且β2指代传播常数。
根据一些实施例(其中多芯光纤是异质的)，量化每一个core-n与芯-m之间的串扰的串扰系数XTn,m(n≠m)如下表示：
在一些实施例中，由于连接器(例如，扇入/扇出设备与光纤传输信道的输入/输出端之间的连接器)的不完美和光纤跨度处的光纤的不完美，可以引起未对准损耗。未对准可以包括纵向未对准、横向未对准和角度未对准。
根据一些实施例，可以将未对准损耗建模为随机高斯变量。更具体地说，可以将与core-n相关联的未对准损耗建模为零均值和由σ(x,y),n表示的标准偏差的随机高斯变量，σ(x,y),n如下表示：
在等式(5)中，rd指定多芯光纤在“x”和“y”方向上的横向位移。
根据一些实施例，加扰配置设备17可以被配置为根据至少一个串扰系数XTn,m(n≠m)和至少一个未对准损耗值(也称为“未对准损耗系数”)来确定与每一个芯core-n(n＝1,……,Nc)相关联的芯损耗值λn，串扰系数XTn,m表示core-n和与芯core-n相邻的芯core-m之间的串扰，而未对准损耗系数则表示多芯光纤的未对准。
根据一些实施例，加扰配置设备17可以被配置为通过将奇异值分解应用于光信道矩阵H来确定与每一个芯core-n相关的芯损耗值λn。特别地，加扰配置设备17可以被配置为首先如下来执行光信道矩阵的QR分解：
H＝QR (6)
在等式(6)中，Q是Nc×Nc正交矩阵并且R是Nc×Nc上三角矩阵。上三角矩阵R的对角线项的值如下给出：
在等式(7)中，αi指定与芯core-i相关联的总未对准损耗，并且XTi＝1-∑i≠mXTi,m指定量化在光纤传输信道13的末端，与芯core-i相关联的总串扰的总串扰系数，与芯core-i相关联的总串扰系数取决于量化所述芯core-i与多芯光纤中其余芯之间的串扰的串扰系数。
使用光信道矩阵的QR分解，可以如下表示光信道矩阵的奇异值分解：
H＝U.∑.V (8)
在等式(8)中，矩阵∑是如下给出的Nc×Nc对角矩阵：
多芯光纤由K个光纤跨度的级联组成，每一个跨度等效于串扰信道矩阵和未对准信道矩阵的乘积。因此，等式(1)的光学MIMO系统可以如下等效地表示：
在等式(10)中：
-L指定用于补偿光纤链路损耗的归一化因子；
-HXT,k指定与第k个光纤跨度相关联的串扰信道矩阵，以及
-Mk指定与第k个光纤跨度相关联的未对准信道矩阵。
使用到光纤跨度的光纤分解，未对准损耗系数αi可以如下给出：
在等式(11)中，c指定常数乘法因子，并且和/>指定具有一个自由度、均值等于(σ(x,y),i)2并且方差等于2(σ(x,y),i)4的卡方分布随机变量。
考虑到光纤跨度的数量K高的实施例，发明人表明变量Z可以被建模为均值μZi＝-2Kb(σ(x,y),i)2和方差的正态分布变量。因此，总损耗系数αi可以用对数正态随机变量来建模，均值/>和方差值/>分别如下给出：
根据光信道矩阵的奇异值分解的推导，等式(1)的光学MIMO系统可以如下表示：
根据等式(14)，加扰配置设备17可以被配置为确定与每一个芯core-n(n＝1,…,Nc)相关联的芯损耗值λn，使得芯损耗值λn是均值和方差/>的对数正态分布的变量，每一个芯损耗值的均值和方差取决于与所述每一个磁芯相关联的总串扰系数XTn，并取决于未对准损耗系数αi的对数正态分布的均值和方差中引起的未对准损耗。
根据一些实施例，可以根据用于平均不同芯经历的损耗的芯损耗值来执行芯加扰，加扰函数相应地是取决于芯损耗值的加扰准则。
在这样的实施例中，加扰配置设备17可以被配置为根据与所述芯相关联的芯损耗值的给定顺序(增大或减小)来对包括在多芯光纤中的Nc≥2个芯进行排序。对于i取1与Nc之间的值，芯core-i可以在编号列表中被相应地排序(该列表由表示)，使得根据被考虑来对芯进行排序的给定顺序，编号列表/>中的每一个芯corei与大于或小于芯损耗值λi+1的芯损耗值λi相关联，芯损耗值λi+1与芯corei+1相关联。
例如，对于芯损耗值的递增顺序，芯corei在列表中被排序为使得与芯corei相关联的芯损耗值λi小于或等于与芯corei+1相关联的芯损耗值λi+1，即对于i＝1,……,Nc-1，λi≤λi+1。
在使用芯损耗值的递减顺序实施例中，芯corei在列表中可以被排序为使得与芯corei相关联的芯损耗值λi大于或等于与芯corei+1相关联的芯损耗值λi+1，即对于i＝1,……,Nc-1，λi≥λi+1。
在给定芯损耗值的顺序的情况下，加扰配置设备17可以被配置为根据与两个或更多个芯相关联的芯损耗值的顺序来确定由π表示的加扰函数。
使用编号列表的标记，加扰配置设备17可以被配置为确定用于在编号列表中用芯corej置换芯corei的加扰函数π，i取1和Nc之间的值，且j＝Nc-i+1。因此，加扰函数π可以使得能够用芯coreNc置换芯core1，用芯coreNc-1置换芯core2，等等，使得与第一最高芯损耗值相关联的芯被以与第一最低芯损耗值相关联的芯置换，与第二最高芯损耗值相关联的芯被以与第二最低芯损耗值相关联的芯置换，等等。
在其中多芯光纤中的芯的数量Nc≥2是偶数数量的一些实施例中，加扰配置设备17可以被配置为确定加扰函数用于根据与第i最低芯损耗值相关联的芯coreNc-i+1对与第i最高芯损耗值相关联的芯corei的置换来对两个或更多个芯进行两两置换，i包括在1和在多芯光纤中的芯的数量的一半之间，即
在多芯光纤中的芯的数量Nc≥2是奇数数量的其他实施例中，加扰配置设备17可以被配置为确定加扰函数用于根据与第i最低芯损耗值相关联的芯coreNc-i+1对与第i最高芯损耗值相关联的芯corei的置换来对两个或更多个芯进行两两置换，i包括在1和在所述多芯光纤中的芯的数量的一半的底部(floor)部分之间，即运算符/>指定底部运算。因此，芯/>可能不会被置换。
特别地，在根据2D网格将芯布置在光纤中的一些实施例中，芯可以对应于中央芯。
可以针对使用同质或异质多芯光纤的光传输系统执行根据芯损耗值对加扰函数的确定。
根据一些实施例，其中多芯光纤是异质多芯光纤中，加扰配置设备17可以被配置为根据与多芯光纤中的芯相关联的芯类型Tn(n＝1,…,Nc)来确定加扰函数π。更具体地，加扰配置设备17可以被配置为确定加扰函数，加扰函数对应于根据至少一个第一芯coren与第二芯corem的置换的所述芯的两两置换，其中，n≠m，第一芯coren和第二芯corem与不同的芯类型Tn≠Tm相关联。
在一些实施例中，其中所述多芯光纤是异质多芯光纤中，加扰配置设备17可以被配置为根据芯类型Tn(n＝1,…,Nc)和与Nc个芯相关联的芯损耗值λn(n＝1,…,Nc)来确定加扰函数π，在这样的实施例中加扰函数对应于根据至少一个第一芯coren与第二芯corem的置换的Nc个芯的两两置换，其中，n≠m，第一芯coren和第二芯corem与不同的芯类型Tn≠Tm和不同的芯损耗值相关联。
加扰配置设备17可以被配置为将所确定的加扰函数π传送至布置在光纤传输信道13中的至少一个加扰设备133，以通过应用加扰函数π来对多芯光纤中的芯进行加扰。
在其中光纤是K个光纤切片的级联的一些实施例中，光纤传输信道13可包括根据由Kscr表示的加扰周期周期性地布置在光纤传输信道13中的至少一个加扰设备133。因此，如果k是加扰周期的倍数，则加扰设备133可以布置在第k个光纤切片中。
根据加扰函数π可以表示为二维形式，其中芯corei被以不同类型的芯corej＝π(corei)置换。
加扰函数π可以用由P表示的置换矩阵以矩阵形式表示，该置换矩阵的项如下给出：
根据一些实施例，其中多芯光纤是异质的，加扰配置设备17可以被配置为通过应用，例如，但非限制，从包括蜗牛加扰技术、旋转加扰技术和蛇加扰技术的组中选择的加扰技术来根据与多芯光纤中的芯相关联的芯类型Tn(n＝1,…,Nc)来确定加扰函数π。
为了应用蜗牛、旋转、和蛇加扰技术之一，加扰配置设备17可以首先被配置对由表示的编号组中的芯core-i(i取1与Nc之间的值)进行分类，使得对于i＝1,…,Nc，编号列表/>中的每一个芯corei与不同的芯类型相关联。
使用组中的芯的编号，并根据任何的蜗牛、旋转或蛇加扰技术，加扰配置设备17可确定加扰函数π，使得对于组/>中的每一个芯corei(i＝1,…,Nc-1)，芯corei被以芯π(corei)＝corei+1置换，并且芯/>被以芯/>置换。因此，加扰函数以二维形式表示为/>基于该加扰函数，对传播通过不同芯的符号进行置换，使得在应用加扰函数之后，传播通过芯corei的第i符号传播通过芯π(corei)。
在第一示例中，蜗牛加扰技术对应于加扰规则π(corei)＝corei+1(i＝1,…,Nc-1)和在包括奇数数量的芯的异质多芯光纤中的应用，在该奇数数量的芯中有一个中央芯，且其余的芯布置在六角形的边缘上。特别地，取决于芯在组/>中的排序，芯core1可以对应于中央芯。
图11是7芯异质多芯光纤的横截面视图，其中使用蜗牛加扰技术根据顺时针方向对七个芯进行加扰，使得中央芯被以位于右侧的其相邻芯置换，并且其余芯中的每一个芯被以其左手的不同类型的相邻芯置换，位于中央芯左侧的芯被以中央芯置换。在这个示例中，加扰函数可以被以二维形式写为使得core1对应于中央芯并在如下矩阵表示中：
符号s1,s2,…,s7被相应地置换，使得加扰函数的应用后，符号s1通过芯core2传播，每一个符号si(i＝2,…,6)通过芯corei+1传播，符号s7通过中央芯传播。
图12示出了12芯异质多芯光纤的横截面视图，其中，使用旋转加扰技术根据顺时针方向来对十二个芯进行置换。芯以环形布置。使用旋转加扰技术，每一个芯都被其右手的不同类型的相邻芯置换，使得π(corei)＝corei+1(i＝1,…,11)且core12被以芯core1置换。
图13示出了32芯异质多芯光纤的横截面视图，其中使用蛇加扰技术根据顺时针方向对芯进行置换。芯布置在包括六层的二维网格中。第一上层包括编号为core1、core2、core3、core4的四个芯。位于第一层下侧的第二层包括编号为core5-core10的六个芯。位于第二层下侧的第三层包括编号为core11-core16的六个芯。位于第三层下方的第四层包括编号为core17-core22的六个芯。位于第四层下方的第五层包括编号为core23-core28的六个芯。并且最后一个下层包括编号的为core29-core32的四个芯。根据蛇加扰技术，将每一层中的每一个芯以其右手的不同类型的相邻芯进行置换，将每一层的最后芯置换为位于所述每一层下方的层的第一芯，并且以芯core1(即上层的第一个芯)置换芯core32(即下层的最后一个芯)。
图11、图12和图13示出了根据芯以顺时针方向进行置换的蜗牛、旋转和蛇加扰技术的应用的示例。然而，应当注意，还可以根据芯以逆时针方向进行置换来应用蜗牛、旋转和蛇加扰技术。
使用加扰函数的矩阵标记，包括加扰设备133的光纤传输信道可以如下表示：
在等式(16)中，矩阵P(k)是表示第k个加扰设备在第k个光纤跨度中应用加扰函数π的Nc×Nc矩阵，k是加扰周期的倍数。
根据一些实施例，至少一个加扰设备133可以被配置为在电场中应用加扰函数π。
在其他实施例中，至少一个加扰设备133可以是被配置为在光场中应用加扰函数π的光学设备。示例性光学加扰设备包括转换器、光复用器、光复用设备和光子灯笼。
根据一些实施例，加扰配置设备17可以被配置为在安装一个或多个加扰设备133之前在光纤传输信道的设计阶段期间确定加扰函数。
在其他实施例中，加扰配置设备17可以被配置为确定用于操作的光纤传输信道13中的一个或多个加扰设备133的配置的加扰函数。
还提供了一种用于在由多芯光纤制成的光纤传输信道13上在光传输系统100中传输数据的方法，承载数据的光信号根据Nc≥2个芯沿着多芯光纤传播，每一个芯与一个或多个芯参数相关联。
图10是描绘根据一些实施例的使用单偏振、单波长、单载波调制、单纠错码而没有空间-时间编码、以及单模多芯光纤的在光纤传输信道13上传输数据的方法的流程图。
在步骤1001，可以接收多芯光纤的参数。这些参数可以包括芯的数量Nc≥2、光纤的长度L、弯曲半径Rb、光纤切片的数量K、多芯光纤的芯之间的耦合系数kn,m、包层直径、多芯光纤的每一个芯的半径、多芯光纤的每一个芯core-n的类型Tn，n＝1,…,Nc。
在步骤1003，可以根据与多芯光纤的两个或更多个芯相关联的一个或多个芯参数来确定加扰函数π。
在一些实施例中，可以在包括芯类型Tn和芯损耗值λn的组中选择与每一个芯core-n相关联的芯参数。
在一些实施例中，可以根据与多芯光纤的芯相关联的芯损耗值来确定加扰函数π。
在这样的实施例中，在步骤1003，可以针对n＝1,…,Nc确定与每一个芯core-n相关联的芯损耗值λn。特别地，可以根据等式(14)，根据串扰系数和未对准损耗系数来确定与多芯光纤的芯相关联的芯损耗值。
在给定与多模光纤的每一个芯相关联的芯损耗值的情况下，可以确定加扰函数π以用于以与小芯损耗值相关联的芯置换与高芯损耗值相关联的芯。
在一些实施例中，对于i∈{1,…,Nc}，芯core-i可以在编号列表中被排序，使得取决于被考虑来对芯进行排序的给定的顺序，编号列表/>中的每一个芯corei与芯损耗值λi相关联，λi比与芯corei+1相关联的芯损耗值λi+1更高或更小。给定芯损耗值的确定的顺序，可以根据与两个或更多个芯相关联的芯损耗值的顺序来确定加扰函数π。
在考虑排序芯的编号列表的实施例中，可以确定加扰函数π，以用与第i最低芯损耗值相关联的芯置换与第i最高芯损耗值相关联的芯corei，对于偶数数量的芯Nc，/>并且对于奇数数量的芯Nc，/>
根据与多芯光纤的芯相关联的芯损耗值对加扰函数的确定可以在考虑同质或异质多芯光纤的实施例中进行。
在其中多芯光纤是异质多芯光纤的一些实施例中，对于n＝1,…,Nc，可以根据与多芯光纤的芯相关联的芯类型Tn来确定加扰函数。在这样的实施例中，可以确定加扰函数，用于根据至少第一芯coren与第二芯corem的置换的芯的两两置换，n≠m，第一芯coren和第二芯corem与不同的芯类型Tn≠Tm相关联。
在一些实施例中，可以使用蜗牛、旋转或蛇加扰技术之一，根据芯类型来确定加扰函数。
在一些实施例中，可以根据芯类型Tn(n＝1,…,Nc)和与Nc个芯相关联的芯损耗值λn(n＝1,…,Nc)来确定加扰函数，加扰函数在这样的实施例中对应于根据至少第一芯coren与第二芯corem的置换的Nc个芯的两两置换，n≠m，第一芯coren和第二芯corem与不同的芯类型Tn≠Tm和不同的芯损耗值相关联。
在步骤1005，可以通过应用加扰函数π来执行多芯光纤的芯的置换。特别地，可以使用等式(15)中给出的加扰函数的矩阵表示来执行加扰函数的应用。
在步骤1007，可以根据芯的置换重新分布(至少一次)沿着多芯光纤的芯传播的光信号。
已经根据芯相关损耗和误码率对提议的确定性加扰技术的性能进行了评估，并将其与现有随机加扰技术的性能进行了比较。
图14、图15和图16描绘了通过将蜗牛、旋转和蛇加扰技术分别应用于7芯异质多芯光纤(图11所示)、12芯异质多芯光纤(图12所示)和32芯异质多芯光纤(图13所示)而分别获得的表示作为所需加扰器的数量的函数的芯相关损耗的评估的图示。描绘的仿真结果表明，使用根据本发明的所提出的确定性加扰技术使得能够减少光纤传输系统中的加扰器/加扰设备的数量，同时减少芯相关损耗。特别是通过在7芯异质多芯光纤中仅安装5个蜗牛加扰器，而不是安装25个随机加扰器，可以获得2.4dB的CDL的减小。通过仅安装5个实现旋转加扰技术的确定性旋转加扰器，可以在12芯多芯光纤中将CDL减小到等于1.3dB的最小值，而应用随机加扰器则容许通过安装35个随机加扰器来达到1.5dB的CDL较低值。而在32芯异质多芯光纤中，加扰的数量可以从35个随机加扰器减少到5个确定性蛇加扰器，二者均实现了1.8dB的CDL值。
图17、图18和图19描绘了通过将蜗牛加扰技术应用于7芯异质多芯光纤(图11所示)、将旋转加扰技术应用于12芯异质多芯光纤(图12所示)和将蛇加扰技术应用于32芯异质多芯光纤(图13所示)而分别获得的表示作为信噪比(SNR)的函数的误码率性能的评估的图示。16-QAM调制被用作光发送器处的调制方案，而最大似然解码被用于光接收器处。该仿真结果表明，与现有的随机加扰技术和无加扰配置相比，根据本发明的各个实施例的提出的确定性加扰技术实现了更好的BER性能，并且接近了无CDL的传输信道(称为“高斯信道”)的性能。更具体地说，在7芯光纤中安装实现确定性蜗牛加扰技术的5个蜗牛加扰器，与无CDL的信道相比，将SNR损耗降低到0.5dB，而不是应用随机加扰器的BER＝10-3时的1dB。在12芯光纤的示例中，安装实施旋转加扰技术的5个确定性旋转加扰器使得能够完全减轻与芯相关的损耗，而与无CDL的信道相比，随机加扰器的SNR损耗为1.5dB。如图19所示，还使用蛇加扰技术获得了对32芯多芯光纤的性能增益。不加扰的传输系统在BER＝10-4时的SNR损耗等于2.5dB。安装随机加扰器可将此损耗降低至0.4dB，而通过安装5个确定性蛇加扰器来应用蛇加扰技术使得能够将SNR损耗降低至0.1dB。
尽管已经结合使用单偏振、单波长和单载波调制的单芯多模光纤描述了各种实施例，但是应当注意，本发明也可以与使用两个偏振的偏振复用相结合、和/或与使用数个波长和/或使用多载波调制格式的波长复用的使用相结合，应用于多芯多模光纤。
此外，本发明不限于通信应用，并且可以集成在其他应用中，诸如数据存储和医学成像。本发明可以用在数种光学传输系统中，例如汽车工业应用、石油或天然气市场、航空航天和航空电子领域、感测应用等。
尽管已经通过各种示例的描述示出了本发明的实施例，并且尽管已经相当详细地描述了这些实施例，但是申请人并非意图将所附权利要求的范围限制或以任何方式限定于此类细节。其他优点和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，本发明在其更广泛的方面不限于所示出和描述的具体细节、代表性方法和说明性示例。

Claims (13)

1.一种光传输系统(100)，包括：光发送器(11)，被配置为通过由多芯光纤制成的光纤传输信道(13)发送数据，承载所述数据的光信号根据两个或更多个芯沿所述多芯光纤传播，每一个芯与一个或更多个芯参数相关联，其中，所述光传输系统(100)包括：
-加扰配置设备(17)，被配置为根据与所述两个或更多个芯相关联的所述芯参数中一个或更多个芯参数来确定加扰函数，以及
-至少一个加扰设备(133)，布置在所述光纤传输信道中，用于对所述两个或更多个芯进行加扰，所述至少一个加扰设备(133)中的每一个加扰设备被配置为通过将所述加扰函数应用于所述两个或更多个芯来确定置换的芯，并根据所述置换的芯重新分配所述光信号，
其中，在包括芯类型和芯损耗值的组中选择与每一个芯相关联的芯参数。
2.根据权利要求1所述的光传输系统(100)，其中，所述加扰配置设备(17)被配置为根据至少一个串扰系数和至少一个未对准损耗值来确定与每一个芯相关联的所述芯损耗值，串扰系数表示所述每一个芯和与所述每一个芯相邻的芯之间的串扰，未对准损耗值表示所述多芯光纤的未对准。
3.根据权利要求1所述的光传输系统(100)，其中，所述加扰配置设备(17)被配置为根据与所述两个或更多个芯相关联的所述芯损耗值的给定顺序来对所述两个或更多个芯进行排序，所述加扰配置设备(17)被配置为根据与所述两个或更多个芯相关联的所述芯损耗值的顺序来确定所述加扰函数。
4.根据权利要求3所述的光传输系统(100)，其中，所述多芯光纤中的所述两个或更多个芯的数量是偶数数量，所述加扰配置设备(17)被配置为确定所述加扰函数，用于根据与第i最低芯损耗值相关联的芯对与第i最高芯损耗值相关联的芯的置换来对所述两个或更多个芯进行两两地置换，i包括在1与所述多芯光纤中的芯的数量的一半之间。
5.根据权利要求3所述的光传输系统(100)，其中，所述多芯光纤中的所述两个或更多个芯的数量是奇数数量，所述加扰配置设备(17)被配置为确定所述加扰函数，用于根据与第i最低芯损耗值相关联的芯对与第i最高芯损耗值相关联的芯的置换来对所述两个或更多个芯进行两两地置换，i包括在1与所述多芯光纤中的芯的数量的一半的底部部分之间。
6.根据前述权利要求3所述的光传输系统，其中，所述多芯光纤是同质多芯光纤，所述两个或更多个芯与相同的芯类型相关联。
7.根据前述权利要求3所述的光传输系统(100)，其中，所述多芯光纤是异质多芯光纤，所述两个或更多个芯中的至少两个芯与不同的芯类型相关联。
8.根据权利要求1所述的光传输系统(100)，其中，所述多芯光纤是异质多芯光纤，所述加扰配置设备(17)被配置为根据与所述两个或更多个芯相关联的芯类型来确定所述加扰函数，所述加扰函数对应于根据至少第一芯与第二芯的置换的所述两个或更多个芯的两两置换，所述第一芯和所述第二芯与不同的芯类型相关联。
9.根据权利要求1所述的光传输系统(100)，其中，所述多芯光纤是异质多芯光纤，所述加扰配置设备(17)被配置为根据与所述两个或更多个芯相关联的所述芯损耗值和所述芯类型来确定所述加扰函数，所述加扰函数对应于根据至少第一芯与第二芯的置换的所述两个或更多个芯的两两置换，所述第一芯和所述第二芯与不同的芯类型和不同的芯损耗值相关联。
10.根据权利要求1所述的光传输系统(100)，其中，所述至少一个加扰设备(133)被配置为在电场或光场中应用所述加扰函数，加扰设备(133)被配置为在包括光转换器、光复用器、光复用设备和光子灯笼的组中选择的光场中应用所述加扰函数。
11.根据权利要求1所述的光传输系统(100)，其中，所述两个或更多个芯中的至少一个芯是包括两个或更多个空间传播模的多模芯。
12.根据权利要求1所述的光传输系统(100)，其中，所述光发送器(11)包括：
-纠错码编码器(81)，被配置为通过应用至少一个纠错码来将所述数据编码为码字向量；
-调制器(85)，被配置为通过将调制方案应用于所述码字向量来确定一组调制符号；以及
-空间-时间编码器(87)，被配置为通过将空间-时间码应用于所述一组调制符号来确定码字矩阵。
13.一种用于通过由多芯光纤制成的光纤传输信道在光传输系统中传输数据的方法，承载所述数据的光信号根据两个或更多个芯沿着所述多芯光纤传播，每一个芯与一个或更多个芯参数相关联，其中，所述方法包括对所述两个或更多个芯进行加扰，所述加扰步骤包括：
-根据与所述两个或更多个芯相关联的所述芯参数中一个或更多个芯参数来确定(1003)加扰函数；
-通过应用所述加扰函数来确定(1005)所述两个或更多个芯的置换；以及
-根据所述两个或更多个芯的所述置换来重新分配(1007)所述光信号，
其中，在包括芯类型和芯损耗值的组中选择与每一个芯相关联的芯参数。
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