CN115694645A - 模芯均衡调节的模式选择纤芯置换多模多芯光通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开模芯均衡调节的模式选择纤芯置换多模多芯光通信系统，根据光信号与发送端由近到远的距离，对光信号进行排序并分组。每组光信号内的光信号采用相同的调制格式，不同组光信号采用的调制格式均不相同。将每组光信号内的光信号分别转换成不同高阶模式；将光信号复用到同一根多模多芯光纤中进行传输。将同一调制格式的光信号通过耦合器复用到一根多模单芯光纤中；从与用户i采用同一调制格式的光信号中，筛选获得光信号i并让对应的用户i接收；若还有其他调制格式的光信号未被对应的用户接收，则将所有光信号输入光中继器进行多芯置换，删除所有已经被用户接收的光信号，去除已经被用户接收的光信号的纤芯，对色散进行补偿。

Description

模芯均衡调节的模式选择纤芯置换多模多芯光通信系统

技术领域

本发明涉及模芯均衡调节的模式选择纤芯置换多模多芯光通信系统，属于光传输技术领域。

背景技术

进入互联网时代，各种视频文件、音频文件得以快速有效地传输，人人都是数据的“生产者”和“消费者”。人们可以“低成本”地获得海量的数据，甚至可以足不出户地享受来自世界各地的文化、旅游和购物等信息。大数据、物联网、人工智能、4G和5G等新兴业务的出现在改变人们生产、生活方式的同时，对光网络的传输容量提出了更高挑战。在通信容量有限的情况下，基于空分复用的光通信技术可充分利用空间维度，有效解决传统单模光纤传输容量接近理论极限的问题。多芯光纤和多模光纤，分别通过增加包层中的纤芯数和纤芯中可传输的模式数增加空间信道数，从而提升传输容量。将多芯光纤传输技术和多模光纤传输技术相结合的多芯多模光通信系统的光纤包层包含多个纤芯，每个纤芯可传输多个模式，光传输的空间信道数随纤芯数和模式数的乘积成倍增长，大大提高了通信系统的传输容量。

光信号在基于空分复用的光通信传输系统中受到不同类型的损伤。由于传输条件的不同，对于多模光纤，增多模式数会增加模式间的耦合程度，在基于多模光纤的光通信系统的传输过程中会受到模式相关损耗、模式耦合效应差分模式群时延等效应的干扰，导致在判决过程中会产生码间干扰；另外，在多芯光纤中，由于光纤包层的限制，增多纤芯数会增大芯间串扰，不同的芯之间在传输过程中也会产生串扰，造成传输的损伤。这些损伤是限制多模多芯光纤传输质量的关键因素，减少这些损伤对多模多芯光通信系统意义重大。

对于用户来说，不同的用户需要接收的信息都不同，发送端对每个用户发送的信息也不同。对于这种超大容量超长距离的光通信系统来说，超大容量的信息被集合在一起进行传输，用户没必要接收发送端发送的所有用户的信息，只需要对自己所需要的信息进行接收，解决好用户信息在中途的上下问题，是一个必需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供模芯均衡调节的模式选择纤芯置换多模多芯光通信系统，本发明针对传统多模多芯光通信系统中影响信号传输质量的损伤问题和不同用户需要接收不同信息的问题，提出在多芯多模光通信系统中进行信号模式识别，使用户只接收本地需要的信息，减少信息接收冗余，更加灵活地对信息进行接收；并对用户已接收的信息进行下车，不再集成在多模多芯进行传输，在一部分用户接收信息后通过模式选择开关和多芯置换器进行中继处理，通过合理的模式选择和多芯置换，可以实现减少光通信系统的损伤且减少用户信息接收冗余的目的，提升多模多芯光纤通信系统的超大容量超长距离传输能力。

为达到上述目的，本发明提供模芯均衡调节的模式选择纤芯置换多模多芯光通信系统，包括：

步骤1，包括用户N和光信号N，用户i接收光信号i,i∈[1,N]；

步骤2，根据光信号与发送端由近到远的距离，对光信号进行排序并分组。

优先地，还包括：

步骤3，每组光信号内的光信号采用相同的调制格式，不同组光信号采用的调制格式均不相同。

优先地，还包括：

步骤4，通过模式转换器对每组光信号进行模式转换，将每组光信号内的光信号分别转换成不同高阶模式；

步骤5，通过模分复用器和多芯复用器，将不同高阶模式的光信号复用到同一根多模多芯光纤中进行传输。

优先地，还包括：

步骤6，筛选获得同一调制格式的光信号，i的初始值为1；

步骤7，将同一调制格式的光信号通过耦合器复用到一根多模单芯光纤中；

步骤8，通过模式选择器从与用户i采用同一调制格式的光信号中，筛选获得光信号i并让对应的用户i接收；

步骤9，i的数值增加1，若与用户i采用同一调制格式的光信号没有全部被对应的用户接收，则执行步骤8，否则进入步骤10。

优先地，还包括：

步骤10，若还有其他调制格式的光信号未被对应的用户接收，则将所有光信号输入光中继器进行多芯置换，删除所有已经被用户接收的光信号，去除已经被用户接收的光信号的纤芯，对色散进行补偿，否则结束运行。

优先地，还包括：

步骤11，根据每组光信号与发送端由近到远的距离排序，执行步骤8。

本发明所达到的有益效果：

本发明提出了模芯均衡调节的模式选择纤芯置换多模多芯光通信系统，在多芯多模光通信系统中进行分段传输，在用户端通过调制格式识别，识别并接收用户本地所需要的信号，对剩余信号继续进行传输。在中继站对在模式传输中的不同光信号进行选择传输，并对纤芯进行置换，将模式纤芯数较多的光纤置换成模式纤芯数较少的光纤，以减少信道损伤和色散对多模多芯光通信系统的影响；

而且使得光纤通信系统中串扰减小，色散得到有效补偿，并有效地提高通信系统传输容量和效率，降低功耗，实现光纤通信系统高速、大容量、低成本的传输；

本发明在多芯多模光通信系统中进行信号模式识别，使用户只接收本地需要的信息，减少信息接收冗余，并对用户已接收的信息进行下车，不再集成在多模多芯进行传输，在一部分用户接收信息后通过模式选择开关和多芯置换器进行中继处理，通过合理的模式选择和多芯置换，可以实现减少光通信系统的损伤且减少用户信息接收冗余的目的，提升多模多芯光纤通信系统的超大容量和超长距离传输能力。

附图说明

图1是本发明实施例二的流程图；

图2是本发明实施例二的耦合示意图。

具体实施方式

以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一

本发明是一种模芯均衡调节的模式选择纤芯置换多模多芯光通信系统，其系统流程如图1所示。

本发明提供模芯均衡调节的模式选择纤芯置换多模多芯光通信系统，包括：

步骤1，包括用户N和光信号N，用户i接收光信号i,i∈[1,N]；

步骤2，根据光信号与发送端由近到远的距离，对光信号进行排序并分组。

进一步地，还包括：

步骤3，每组光信号内的光信号采用相同的调制格式，不同组光信号采用的调制格式均不相同。

进一步地，还包括：

步骤4，通过模式转换器对每组光信号进行模式转换，将每组光信号内的光信号分别转换成不同高阶模式；

步骤5，通过模分复用器和多芯复用器，将不同高阶模式的光信号复用到同一根多模多芯光纤中进行传输。

进一步地，还包括：

步骤6，筛选获得同一调制格式的光信号，i的初始值为1；

步骤7，将同一调制格式的光信号通过耦合器复用到一根多模单芯光纤中；

步骤8，通过模式选择器从与用户i采用同一调制格式的光信号中，筛选获得光信号i并让对应的用户i接收；

步骤9，i的数值增加1，若与用户i采用同一调制格式的光信号没有全部被对应的用户接收，则执行步骤8，否则进入步骤10。

进一步地，还包括：

步骤10，若还有其他调制格式的光信号未被对应的用户接收，则将所有光信号输入光中继器进行多芯置换，删除所有已经被用户接收的光信号，去除已经被用户接收的光信号的纤芯，对色散进行补偿，否则结束运行。

进一步地，还包括：

步骤11，根据每组光信号与发送端由近到远的距离排序，执行步骤8。

多模多芯光纤、模式转换器、模分复用器、多芯复用器、耦合器、模式选择器上述部件在现有技术中可采用的型号很多，本领域技术人员可根据实际需求选用合适的型号，本实施例不再一一举例。

实施例二

以可以同时给9个用户传输信息的多模多芯光通信系统进行介绍，每个用户需要的信息不同，距离发送端的距离也不相同，假设用户一到用户九所需要的信息分别对应于光信号一到光信号九，用户一到用户九距离发送端的距离由近及远，用户一最近，用户九最远。

首先对光信号进行调制，这里光信号一到光信号三采用相同的调制格式（信号调制1），光信号四到光信号六采用相同的调制格式（信号调制2），光信号七到光信号九采用相同的调制格式（信号调制3）。

经过调制后的光信号进入模式转换器进行模式转换，将单模光纤中的基模分别转换成不同的高阶模式,这些相互正交的高阶模式作为独立的信道承载信息,这里光信号一、光信号四、光信号七转换成相同的高阶模式（模式1），光信号二、光信号五、光信号八转换成相同的高阶模式（模式2），光信号三、光信号六、光信号九转换成相同的高阶模式（模式3）。

通过信号调制和模式转换后，每个光信号都有调制格式和高阶模式两个识别特征，即光信号一（调制格式1，模式1）；光信号二（调制格式1，模式2）；光信号三（调制格式1，模式3）；光信号四（调制格式2，模式1）；光信号五（调制格式2，模式2）；光信号六（调制格式2，模式3）；光信号七（调制格式3，模式1）；光信号八（调制格式3，模式2）；光信号九（调制格式3，模式3），随后承载信息的各高阶模式通过模分复用器和多芯复用器，复用到同一根三模三芯的光纤中进行传输。

复用到一起传输的光信号（以下称总信号）到达用户一（需要光信号一，识别特征：调制格式1，模式1）处时，对光信号进行识别。

首先筛选出经过调制格式1进行调制的光信号，这样会筛选出三个光信号，这三个光信号刚好是在同一根三模纤芯中传输的光信号，这三路光信号通过耦合器一复用到一根三模单芯光纤中，接着通过模式选择器选择出光信号一，用户一只对光信号一进行接收，减少了光信号接收的冗余，缓解了用户端数据接收处理的压力。

总信号到达用户二（需要光信号二，识别特征：调制格式1，模式2）处时，用户二对光信号进行识别。首先通过调制格式识别模块选择出经过调制格式1进行调制的光信号，这样会选择出三个光信号，这三个光信号刚好是在同一根三模纤芯中传输的光信号，这三路光信号通过耦合器一复用到一根三模单芯光纤中，接着通过模式选择器选择出光信号二，用户二只对光信号二进行接收。

总信号到达用户三（需要光信号三，识别特征：调制格式1，模式3）处时，对光信号三进行识别。首先选择出经过调制格式1进行调制的光信号，这样会选择出三个光信号，这三个光信号刚好是在同一根三模单芯光纤中传输的光信号，这三路光信号通过耦合器一复用到一根三模单芯光纤中，接着通过模式选择器选择出光信号三，用户三只对光信号三进行接收。

由于通过光信号调制格式1调制的光信号已经全部被用户接收，对光信号一、光信号二、光信号三继续进行传输会浪费带宽资源。于是将总信号输入光中继器一，对纤芯进行置换，并对色散进行补偿。光信号一、光信号二和光信号三已经被接收，接下来只剩下六路光信号需要用户接收，那么只需要三模两芯光纤就可以达到信息传输的要求。通过光中继器对纤芯数量降低，一方面可以减少无用信息对通信系统造成的传输的压力，另一方面纤芯数量的降低可以减少芯间串扰，可以提升光信号传输的距离和质量。光信号四到光信号七通过光中继器在三模两芯光纤中进行传输。

复用到一起传输的六路光信号到达用户四（需要光信号四，识别特征：调制格式2，模式1）处时，对光信号进行识别。首先通过调制格式识别模块选择出经过调制格式2进行调制的光信号，这样会选择出三个光信号，这三个光信号刚好是在同一根三模纤芯中传输的光信号，这三路光信号通过耦合器二复用到一根三模单芯光纤中，接着通过模式选择器选择出光信号四，用户四只对光信号四进行接收，减少了光信号接收的冗余，缓解了用户端数据接收处理的压力。

复用到一起传输的六路光信号到达用户五（需要光信号五，识别特征：调制格式2，模式2）处时，首先通过调制格式识别模块选择出经过调制格式2进行调制的光信号，这样会选择出三个光信号，这三个光信号刚好是在同一根三模纤芯中传输的光信号，这三路光信号通过耦合器二复用到一根三模单芯光纤中，接着通过模式选择器选择出光信号五，用户五只对光信号五进行接收。

复用到一起传输的六路光信号到达用户六（需要光信号六，识别特征：调制格式2，模式3）处时，首先通过调制格式识别模块选择出经过调制格式2进行调制的光信号，这样会选择出三个光信号，这三个光信号刚好是在同一根三模纤芯中传输的光信号，这三路光信号通过耦合器二复用到一根三模单芯光纤中，接着通过模式选择器选择出光信号六，用户六只对光信号六进行接收。

由于通过光信号调制格式2调制的光信号也已经全部被用户接收，对光信号四、光信号五和光信号六继续进行传输会浪费带宽资源。于是将总光信号输入光中继器二，对纤芯进行置换，并对色散进行补偿。光信号四、光信号五和光信号六已经被接收，接下来只剩下三路光信号需要用户接收，那么只需要三模单芯的光纤就可以达到信息传输的要求。通过光中继器对纤芯数量降低，一方面可以减少无用信息传输的压力，另一方面纤芯数量的降低可以减少芯间串扰，可以提升光信号传输的距离和质量。通过光中继器，光信号七到光信号九在三模单芯光纤中进行传输。

最后剩下的三路光信号全部是采用调制格式3进行调制的光信号，因此无需对光信号进行调制格式识别，同时传输光信号的光纤已经是单芯光纤，因此无需对光纤进行耦合。

复用到一起传输的三路光信号到达用户七（需要光信号七，识别特征：调制格式3，模式1）处时，通过模式选择器选择出光信号七，用户七只对光信号七进行接收，减少了光信号接收的冗余，缓解了用户端数据接收处理的压力。

复用到一起传输的三路光信号到达用户八（需要光信号八，识别特征：调制格式3，模式2）处时，通过模式选择器选择出光信号八，用户八只对光信号八进行接收。

复用到一起传输的三路光信号到达用户九（需要光信号九，识别特征：调制格式3，模式3）处时，通过模式选择器选择出光信号九，用户九只对光信号九进行接收。

光调制器的作用是将每路电信号经过电光调制器调制加载到光波中在光纤中传输,根据基带波形所控制的不同载波参数，可以将调制类型大致分为振幅键控( ASK) 、相移键控( PSK) 、频移键控( FSK) 和正交振幅调制( QAM) 等。

模式转换器将单模光纤之中传输的基模转换为其他高阶模来承载不同的信息，模式转化器将基模LP01转化为高阶LP11、LP21两种模式。

多芯复用器可以将多根单芯光纤复用到一根多芯光纤中，以提升光纤传输容量，多芯复用器将三根多模光纤复用到一根多芯光纤中。

信号调制方式识别主要指的是在未知调制信息的情况下判定出调制方式。目前，常见的自动调制识别方法主要分为两类，分别是基于似然率的以及基于特征的识别方式。本发明中通过自动调制格式识别技术，在调制格式识别模块对发送端的调制格式进行识别。将识别正确的光信号继续传输，识别错误的光信号停止传输。如在用户一处识别调制格式1，识别为调制格式1的信号继续传输到耦合器，识别为其他调制格式的信号停止传输。

耦合器的作用主要是将多芯光纤传输的信号进行分离，停止错误调制识别信号继续传输，将在三模三芯中传输的信号耦合到一根三模单芯中进行传输。

光信号通过耦合器之后，在接收端通过模式选择器进行解复用并对模式进行选择，只选择需要的模式，并将该路信号加载到单模光纤中，用对此路信号进行接收。如用户一通过模式选择器只选择传输信号的该路信号通过模式选择器，通过模式选择器后对信号1进行接收。

此模块的功能是对多模多芯光纤进行置换，去除无用数据，降低光纤的纤芯数，并对色散进行补偿，提升信号传输性能和距离。如图2所示，光信号一到光信号三已经被用户接收，继续在光通信系统中进行传输会浪费资源。所以通过光中继器耦合后不传输光信号一到光信号三，剩下的光信号四到光信号九耦合进入三模两芯的多模多芯光纤中进行传输。

因为将三芯光纤减少为两芯光纤，纤芯数量降低，纤芯间的串扰也降低。同时在光中继器中还可以通过光均衡补偿模间色散,模间色散是由于在同一根少模光纤中,不同的模式具有不同的传输群速度,导致不同的模式之间有着不同的时延,最后导致接收信号脉冲展宽，传输距离过长会导致不同模式到达接收端的时间不同，造成误码。在光中继器中对传输较快的模式进行延迟，以保证不同模式间的色散相对均衡不会影响接收。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.模芯均衡调节的模式选择纤芯置换多模多芯光通信系统，其特征在于，包括：

步骤1，包括用户N和光信号N，用户i接收光信号i,i∈[1,N]；

步骤2，根据光信号与发送端由近到远的距离，对光信号进行排序并分组。

2.根据权利要求1所述的模芯均衡调节的模式选择纤芯置换多模多芯光通信系统，其特征在于，还包括：

步骤3，每组光信号内的光信号采用相同的调制格式，不同组光信号采用的调制格式均不相同。

3.根据权利要求1所述的模芯均衡调节的模式选择纤芯置换多模多芯光通信系统，其特征在于，还包括：

步骤4，通过模式转换器对每组光信号进行模式转换，将每组光信号内的光信号分别转换成不同高阶模式；

步骤5，通过模分复用器和多芯复用器，将不同高阶模式的光信号复用到同一根多模多芯光纤中进行传输。

4.根据权利要求3所述的模芯均衡调节的模式选择纤芯置换多模多芯光通信系统，其特征在于，还包括：

步骤6，筛选获得同一调制格式的光信号，i的初始值为1；

步骤7，将同一调制格式的光信号通过耦合器复用到一根多模单芯光纤中；

步骤8，通过模式选择器从与用户i采用同一调制格式的光信号中，筛选获得光信号i并让对应的用户i接收；

步骤9，i的数值增加1，若与用户i采用同一调制格式的光信号没有全部被对应的用户接收，则执行步骤8，否则进入步骤10。

5.根据权利要求4所述的模芯均衡调节的模式选择纤芯置换多模多芯光通信系统，其特征在于，还包括：

步骤10，若还有其他调制格式的光信号未被对应的用户接收，则将所有光信号输入光中继器进行多芯置换，删除所有已经被用户接收的光信号，去除已经被用户接收的光信号的纤芯，对色散进行补偿，否则结束运行。

6.根据权利要求5所述的模芯均衡调节的模式选择纤芯置换多模多芯光通信系统，其特征在于，还包括：

步骤11，根据每组光信号与发送端由近到远的距离排序，执行步骤8。

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