KR102042892B1

KR102042892B1 - 광섬유 기반 송신 시스템을 위한 시공간 코딩 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102042892B1
Application number: KR1020170059486A
Authority: KR
Inventors: 엘-메흐디 아무; 방-오트망 가야 러카야; 이브 자우앙
Original assignee: 앵스띠뛰 미네-뗄레콩
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2017-05-12
Publication date: 2019-11-08
Also published as: CN107370569B; CN107370569A; EP3244561B1; US20170331553A1; EP3244561A1; US10218442B2; KR20170128148A

Abstract

목표 중첩 인자를 가지고 특정 신호대 간섭비를 충족시키며, 예를 들어, FBMC/OQAM 원격 통신 시스템에서 사용하기 위한, 디지털 필터를 설계하는 방법은 나이퀴스트 판별법을 만족시키고, 목표보다 높은 중첩 인자를 가지는, 임펄스 응답에 의해 정의된 후보 필터 설계를 선택하고, 상기 임펄스 응답의 시간 계수 및 주파수 계수를 반전시켜 새로운 필터 설계를 정의하고, 상기 새로운 필터 설계를 정의하는 임펄스 응답을 상기 특정된 신호대 간섭비를 달성하는 최소 개수의 계수로 절단하는 단계를 포함한다.

Description

광섬유 기반 송신 시스템을 위한 시공간 코딩 방법 및 장치{SPACE-TIME CODING METHODS AND DEVICES FOR OPTICAL MIMO SYSTEMS}

본 발명은 광통신에 관한 것으로, 특히, 다중 모드 광섬유를 사용하는 광섬유 기반 송신 시스템을 위한 시공간 코딩 방법 및 장치에 관한 것이다.

광 전송 시스템은 통신 시스템과 같은 여러 유형의 시스템에서 데이터를 전송하는 데 사용된다. 광통신 시스템은 유선 또는 무선 통신 시스템보다 큰 전송 용량을 제공한다. 액세스 네트워크에서 대도시 및 장거리 네트워크에 이르기까지 광 전송 기술은 낮은 감쇠로 장거리 데이터를 전송할 수 있다. 그들은 현대의 통신 인프라의 핵심 기술이 되었다.

지난 10년 동안, 연결된 기계 및 사용자 수의 지속적인 증가와 멀티미디어 어플리케이션 및 서비스의 출현으로 인해 전송 데이터 속도가 더 빨라지고 광섬유를 광 전송으로 사용하는 광 전송 시스템의 개발이 가속화되었다.

이러한 개발은 광섬유가 제공하는 여러 가지 자유도에 의해 주도되었다. 광섬유는 더 많은 데이터 채널을 멀티플렉싱하고 달성 가능한 최고 속도로 신뢰할 수 있는 통신을 보장하면서 채널의 손상을 완화하는 새로운 디지털 신호 처리 기술을 도입한다.

광 필드, 시간 및 파장의 진폭, 위상 및 편광 상태와 같은 기존의 광 전송 시스템에 몇 가지 자유도가 사용된다.

조기 광통신 시스템은 단일 모드 광섬유를 기반으로 했다. 광섬유 전송 시스템은 비간섭성(non-coherent)탐지와 함께 광도의 "온-오프(on-off)"변조를 기반으로 했다. 이러한 접근법은 낮은 비용으로 적은 양의 광학 구성 요소를 필요로 한다. 그러나, 이것은 광 필드의 진폭만을 이용한다.

광학 필드의 위상을 더 이용하기 위해, 코히어런트 검출이 도입되었다. 코 히어런트 검출은 신호의 진폭 및 위상 모두를 검출할 수 있으므로, 고차 변조 포맷의 사용 및 광섬유 링크의 용량 증가를 가능하게 한다.

코히어런트 검출 이외에, 문헌[P. J. Winzer, High-Spectral-Efficiency Optical Modulation Formats, In Journal of Lightwave Technology, vol. 30, no. 24, pp. 3824-3835, December 2012]에 개시된 바와 같이 광-전기 재생없이 독립적인 변조된 파장의 전송을 가능하게 하는 광 증폭기가 제안되었다. 이러한 기술은 파장 분할 멀티플렉싱(WDM)으로 알려져 있다.

코히어런트 검출은 광학 필드의 2개의 직교 편광 상태를 사용함으로써 광학 링크의 용량을 배가시킬 수 있다. PDM(Polarization Division Multiplexing) 기술을 사용하여 독립적인 데이터 심볼을 광 신호의 두 가지 편광 상태로 전송할 수 있다. 결과적으로, 광전송 시스템의 스펙트럼 효율도 배가될 수 있다.

단일 모드 광섬유가 제공하는 다양한 자유도 외에 다중 모드 광섬유는 여러 전파 모드를 사용할 수 있는 유용성에 대해 제한을 하는 소위 '공간'에 대한 접근을 제공한다. 전파 모드는 광섬유에서 전파되는 동안 파의 분포를 정의한다. 다중 모드 광섬유는 각 코어가 단일 모드 또는 다중 모드일 수 있는 단일 코어 또는 다중 코어 광섬유에서 많은 모드를 전파할 수 있다. 다양한 전파 모드는 독립적인 데이터 심볼이 공간 분할 멀티플렉싱(SDM) 기술을 사용하여 다중화될 수 있는 직교 채널 집합을 형성한다. 다중 모드 광섬유의 SDM은 링크 용량을 전파 모드 수와 곱할 수 있다.

공간은 다른 모든 자유도(즉, 주파수, 시간, 위상 및 양극화)가 이미 요구 사항을 충족시키기 위해 이용되기 때문에 더 많은 네트워크 용량에 대한 요구를 충족시키기 위해 광전송에 사용할 수 있는 유일한 자유도로 남아 있다. 대역폭. 따라서, 다중 모드 섬유의 모든 자유도를 고려하여, 액세스 네트워크, 메트로폴리탄 네트워크 및 장거리(long-haul) 지상 및 대양 링크와 같은 높은 용량의 지원을 제공하는 WDM, PDM 및 SDM 기술을 결합한 광섬유 전송 시스템을 개발할 필요가 있다.

다양한 이용 가능한 자유도에 걸쳐 독립적인 데이터 심볼의 멀티플렉싱은 다양한 멀티플렉싱 채널 간의 수많은 장애 및 크로스 토크를 관리해야 한다. 이러한 손상은 전송 시스템의 성능을 저하시킬 수 있다. PDM 및 SDM 시스템 모두에서, 채널 들간의 손실 불균형은 광 컴포넌트(예를 들어, 섬유, 증폭기 및 멀티플렉서)의 불완전성 및 멀티 모드 섬유에서의 전파 모드 간의 크로스 토크 효과에 기인한다. 이러한 불완전성은 비 유니터리 결함, 즉 독립 데이터 심볼이 다중화되는 상이한 채널 사이의 직교성 및/또는 에너지 손실을 야기하는 손상을 유도한다. 이러한 손상은 광 링크의 용량을 상당히 감소시킬 수 있다.

PDL(Polarization Dependent Loss)로 알려진 PDM 시스템의 비 유니터리 효과는 문헌[E. Awwad, Y.

, G. Rekaya-Ben Othman, E. Pincemin, Polarization-Time Coded OFDM for PDL mitigation in long-haul optical transmission systems, European Conference and Exhibition on Optical Communication (ECOC), P.3.4, London - UK, September 2013]에서 해결하였다. PDM 시스템에서 PDL 효과의 효율적인 완화를 제공하는 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)와 편광-시간 코딩을 결합한 신호 처리 솔루션이 제안되었다. 개발된 편광-시간 코딩 기술은 다중 안테나 기술을 사용하는 무선 통신 시스템에서 데이터를 다중화하기 위해 초기에 구축된 시공간 코드(Space-Time code)에 기초한다. 편광-시간 코드의 복잡도가 낮은 구현을 위해 OFDM의 사용을 통해 다중 반송파 변조를 수행하는 솔루션이 존재한다.

MDL(Mode Dependent Loss)로 알려진 SDM 시스템에서 비 유니터리 효과는 광 및 신호 처리 관점에서 연구되었다. 채널 용량에 대한 MDL의 영향을 줄이기 위해 모드 스크램블링 또는 강력한 모드 결합을 사용하는 광학 솔루션이 제안되었다. 예를 들어, 파이버 스팬 사이에 모드 스크램블러를 배치하는 기술은 문헌[A. Lobato, F. Ferreira, J. Rabe, M. Kuschnerov, B. Spinnler, B. Lankl, Mode Scramblers and Reduced-Search Maximum-Likelihood Detection for Mode-Dependent-Loss-Impaired Transmission, In the Proceedings of the European Conference and Exhibition on Optical Communication, September 2013]에 개시되어 있다. 이 기술을 사용하면 MDL 효과를 줄일 수 있다. 그러나 MDL을 완전히 완화하지 못하고 많은 수의 스크램블러가 필요하다.

실버 코드, 골든 코드 및 PDL 완화를 위한 Alamouti 코드로 구성된 기존의 시공간 코드를 사용하면 SDM 시스템에서 MDL 완화 가능성을 조사할 수 있는 길을 개척했다. SDM 시스템에서의 MDL 완화를 위한 시공간 부호화에 기반한 디지털 신호 처리 솔루션은 문헌[E. Awwad, Y.

, G. Rekaya-Ben Othman, E. Pincemin, Polarization-Time Coded OFDM for PDL mitigation in long-haul optical transmission systems, European Conference and Exhibition on Optical Communication (ECOC), P.3.4, London - UK, September 2013]에 개시되어 있다. 이러한 접근 방식은 모드 분산 손실의 다른 값에 대해 3 및 6 전파 모드가 포함된 SDM 시스템에 중점을 두었으며 낮은 비용으로 완벽한 MDL 완화를 위한 시공간 코드 사용 가능성을 보여주었다.

기존의 접근법에서 MDL완화에 사용된 시공간 코드는 데이터 심볼을 전달하는 신호가 레일리 페이딩(Rayleigh fading)과 같은 감쇄를 겪게 되는 무선통신 시스템을 위해 근본적으로 설계된 코드이다. 광섬유 전송 시스템은 다중 입력 다중 출력 시스템으로 나타낼 수 있지만 광섬유 전파 환경은 무선 매체와 다르다. 기존의 시공간 코드는 광 MIMO 시스템(특히 다중 입력 다중 출력 시스템), 특히 SDM 시스템에 충분히 적합하지 않을 수 있다. 따라서, SDM 시스템에 대한 MDL 효과의 완전한 완화를 가능하게 하는 디지털 코딩 기술이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 사전에 정의된 시공간 코딩률에 따라 디지털 데이터 시퀀스를 부호화하기 위한 시공간 코딩 장치를 제공한다. 상기 데이터 시퀀스는 다수의 타임 슬롯 동안, 단일-코어 다중 모드 광섬유 전송 시스템에서의 광 전송 채널을 통하여, 적어도 2개의 전파 모드를 통해 전송될 변조된 심볼들의 집합을 포함한다.

이 장치는 공간 차원 및 시간 차원에 의해 표현된 시공간 코드를 정의하는 코드워드 행렬들의 집합을 결정하도록 구성된 코드북 생성기(53)로서, 각각의 코드워드 행렬은 복소값들 및 상기 코드 시간 차원과 동일한 개수의 열과 상기 코드 공간 차원과 동일한 개수의 행을 포함한다. 상기 코드북 생성기(53)는, 차분 코드워드 행렬 및 거리 지표를 상기 코드워드 행렬들의 집합 중 각 코드워드 행렬 쌍과 연관시키도록 추가로 구성된다. 소정의 코드워드 행렬 쌍과 연관된 차분 코드워드 행렬의 각 성분이 상기 코드워드 행렬 쌍의 대응하는 성분들 사이의 차이와 동일하다. 소정의 코드워드 행렬 쌍과 연관된 상기 거리지표는 상기 쌍과 연관된 상기 차분 코드워드 행렬의 유클리드 놈을 계산함으로써 결정된다. 상기 코드북 생성기(53)는 유니터리 차분 코드워드 행렬 및 소정의 유클리드 거리와 동일한 거리 지표와 연관된 코드워드 행렬 쌍의 개수에 따라 상기 코드워드 행렬의 성분을 선택하도록 구성되고); 및 상기 변조된 심볼들의 집합을 상기 코드워드 행렬들의 집합으로부터 선택된 코드워드 행렬로 부호화하도록 구성되는 부호화 유닛(55)을 포함하는 시공간 코딩 장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 시공간 부호화 장치는 코드 파라미터들의 세트를 결정하도록 구성된 처리 유닛을 더 포함할 수 있다. 코드 파라미터들은 코드 시간 차원, 코드 공간 차원, 코드워드 행렬들의 세트 내의 코드워드 행렬들의 수 및 주어진 유클리드 거리로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 처리 유닛은 시간 슬롯의 수 및/또는 미리 정의된 시공간 코딩률 및/또는 변조된 심볼의 수에 따라 코드 시간 차원을 결정하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 시공간 부호화 장치는 모드 선택 기준에 따라 다중 모드 광섬유 내의 전파 모드의 수로부터 전파 모드의 세트를 미리 선택하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 처리 유닛은 선택된 전파 모드 세트에 따라 코드 공간 차원을 결정하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 코드북 생성기는 코드워드 행렬의 가능한 쌍의 총 수에 대하여 주어진 유클리드 거리와 동일한 거리 지표와 유니터리 차분 코드워드 행렬과 관련된 주어진 코드워드 행렬 쌍의 수를 최대화함으로써 코드워드 행렬의 성분을 선택하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 광섬유 전송 시스템은 전송 전력의 사전 정의된 값 및/또는 모드 종속형 손실의 미리 정의된 값과 관련될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 변조된 심볼은 변조방식에 따라 한 집합의 값에서 선택될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 처리 유닛은 송신 전력의 미리 정의된 값 및/또는 변조된 심볼과 관련된 변조방식 및/또는 사전 정의된 시공간 코딩률에 따라 코드워드 행렬의 수를 결정하도록 구성될 수 있다.

또한, 광통신 시스템에서 데이터 시퀀스를 송신할 수 있는 광 송신기 장치가 제공된다. 광학 장치는 데이터 시퀀스를 부호화하기 위한 임의의 선행 특징에 따른 시공간 코딩 장치를 포함할 수 있다.

또한, 광 송신기 장치에 의해 송신된 데이터 시퀀스를 수신 및 디코딩할 수 있는 수신기 장치가 제공된다.

일 실시예에 따르면, 수신기 장치는 다수의 전파 모드에 걸쳐 데이터 시퀀스를 디코딩하도록 구성된 디코더를 포함할 수 있다.

모드의 선택이 송신기 장치에서 수행되는 다른 실시예들에 따르면, 수신기 장치는 다중 모드 광섬유에서의 전파 모드들의 수보다 작거나 같도록 선택된 전파 모드들의 집합에 걸쳐 데이터 시퀀스를 디코딩하도록 구성된 디코더를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 디코더는 최대 우도 디코더, 제로 - 포싱 디코더, 제로 - 포싱 결정 피드백 이퀄라이저 및 최소 평균 제곱 에러 디코더로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다.

또한, 본 발명은 미리 정의된 시공간 코딩률에 따라 디지털 데이터 시퀀스를 부호화하는 방법을 제공한다. 데이터 시퀀스는 단일-코어 다중-모드 광섬유 전송 시스템에서 광 전송 채널을 통해 다수의 시간 슬롯 동안 적어도 2개의 전파 모드를 통해 전송될 변조된 심볼들의 집합을 포함한다.

상기 방법은, 공간 차원 및 시간 차원에 의해 표현 된 시공간 코드를 정의하는 코드워드 행렬들의 세트를 결정하는 단계 및; 각각의 코드워드 행렬은 복소수 값, 코드 시간 차원과 동일한 개수의 열 및 코드 공간 차원과 동일한 행 수를 포함한다. 상기 방법은 차분 코드워드 행렬 및 거리지표를 코드워드 행렬의 집합들에서 코드워드 행렬들의 각 쌍에 연관시키는 단계를 더 포함한다. 주어진 쌍의 코드워드 행렬과 관련된 차분 코드워드 행렬의 각 성분은 주어진 쌍의 코드워드 행렬의 대응하는 성분 간의 차이와 동일할 수 있다. 주어진 쌍의 코드워드 행렬과 관련된 거리지표는 한 쌍의 코드워드 행렬과 관련된 차분 코드워드 행렬의 유클리드 놈을 계산함으로써 결정될 수 있다. 코드워드 행렬들의 세트를 결정하는 단계는 유니터리 차분 코드워드 행렬과 관련되고 주어진 유클리드 거리와 동일한 거리지표와 연관된 코드워드 행렬들의 쌍들의 수에 따라 코드워드 행렬들의 성분들을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방법은 상기 변조 된 심볼들의 세트를 상기 결정된 코드워드 행렬의 세트로부터 선택된 코드워드 행렬로 인코딩하는 단계를 더 포함한다.

또한, 미리 정의된 시공간 코딩률에 따라 디지털 데이터 시퀀스를 인코딩하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다. 데이터 시퀀스는 단일 - 코어 다중 - 모드 광섬유 전송 시스템에서 광전송 채널을 통해 다수의 시간 슬롯 동안 적어도 2개의 전파 모드를 통해 전송 될 변조 된 심볼들의 집합을 포함한다.

상기 컴퓨터 프로그램 제품은, 비 일시적인 컴퓨터 판독 가능 저장매체, 및 상기 비 일시적인 컴퓨터 판독가능 저장매체에 저장된 명령들을 포함하며, 상기 명령들은 처리기에 의해 실행될 때, 상기 처리기로 하여금 공간차원 및 시간차원에 의해 표현된 시공간 코드를 정의하는 코드워드 행렬들의 세트를 결정한다. 각각의 코드워드 행렬은 복소값 및 코드 시간 차원과 동일한 다수의 열 및 코드 공간 차원과 동일한 행 수를 포함한다. 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 차이 코드워드 행렬 및 거리지표를 상기 코드워드 행렬들의 세트들 사이의 각 쌍의 코드워드 행렬들에 연관 시키게 된다. 주어진 쌍의 코드워드 행렬과 관련된 차분 코드워드 행렬의 각 컴포넌트는 그 쌍의 코드워드 행렬의 대응하는 컴포넌트 간의 차이와 동일하다. 주어진 쌍의 코드워드 행렬과 관련된 거리지표는 주어진 쌍과 관련된 차분 코드워드 행렬의 유클리드 놈을 계산함으로써 결정된다. 상기 프로세서는 또한 유니터리 차분 코드워드 행렬과 연관된 유클리드 행렬들의 쌍의 수 및 소정의 유클리드 거리와 동일한 거리지표에 따라 상기 코드워드 행렬들의 성분들을 선택하게 한다.

프로세서는 변조된 심볼들의 집합을 결정된 세트의 코드워드 행렬들로부터 선택된 코드워드 행렬로 인코딩하게 된다.

본 발명에 따른 방법 및 장치는 복잡도가 높지 않은 솔루션을 제공한다.

구체적으로는 본 발명의 다양한 실시예들은 광전송 시스템에서 모드-의존 손실 효과를 완화하기 위한 낮은 복잡도의 솔루션을 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예는 멀티 모드 광섬유 전송 시스템에서 모드 의존 손실의 미리 정의된 값에 적응된 시공간 코딩 솔루션을 제공한다.

독립적인 데이터 심볼들이 송신 및/또는 수신되는 전파 모드의 세트의 선택과 조합하여, 다양한 실시 예들은 선택된 모드들의 수에 적응된 공간-시간 코딩 솔루션을 제공하여, 특히 다중 모드 광섬유 및 이용 가능한 송신 전력의 사용 최적화를 포함한다.

본 발명의 다른 장점은 도면 및 상세한 설명을 조사한 당업자에게 명백해질 것이다. 임의의 부가적인 이점들이 여기에 포함되는 것으로 의도된다.

이하에서, 본 발명의 전술된 이점 및 또 다른 효과들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 광 통신 시스템에서의 본 발명의 예시적인 응용의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예에 따른 광 송신기의 구조를 도시하는 블록도이다.
도 3은 단일 편광을 사용하는 일부 실시예에 따른 디지털 광학 프론트 엔드의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예에 따른 광 수신기의 구조를 도시하는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예에 따른 시공간 부호화 장치의 구조를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예에 따른 시공간 부호화 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 모드-의존 손실의 상이한 값들에 대한 알라모우티 코드(Alamouti code)를 사용하여 획득된 비트 에러율(BER) 성능을 도시하는 다이어그램이다.
도 8은 골든 코드, 실버 코드 및 TAST 코드를 사용하여 얻어진 비트 에러율(BER) 성능을 나타내는 도면이다.
도 9는 모드 의존 손실의 상이한 값들에 대해 TAST 코드를 사용하여 획득된 비트 에러율 성능을 나타내는 도면이다.
도 10은 부호화되지 않은 및 부호화된 시스템들에 대한 실제 전송 및 모드-의존 손실의 상이한 값들을 생성하는 실험 설정들에서 얻어진 비트 에러율 성능을 도시하는 다이어그램이다.
도 11은 부호화되지 않은 및 부호화된 시스템에 대한 실제 전송을 생성하는 실험 설정에서 얻어진 모드 종속 손실의 함수로서 광학 신호 대 잡음비(OSNR)를 도시하는 도면이다.

본 발명의 실시예는 사전에 정의된 시공간 코딩률에 따라 디지털 데이터 시퀀스를 부호화하기 위한 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품을 단독으로 또는 조합하여 제공한다. 데이터 시퀀스는 단일-코어 다중 모드 광섬유 전송시스템에서 광 전송채널을 통해 전송되는 변조된 심볼들의 집합을 포함한다. 본 발명의 실시예들은, 다중 모드 광섬유에서 전파 모드에 의해 이용 가능하게 된 다양한 채널 사이의 크로스 토크로부터 초래되는 모드의존형 손실영향을 완화시킬 수 있는 구성 기준에 따라 디지털 데이터 시퀀스를 부호화하기 위한 코드워드들의 집합의 구성에 기초한 시공간 코딩 디바이스들, 방법들 및 컴퓨터 프로그램 생성물들을 제공한다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품은 다양한 애플리케이션에 적용되는 광섬유 전송시스템에서 구현될 수 있다. 예시적인 애플리케이션은 통신, 우주 항공 및 항공 전자 공학, 데이터 저장, 자동차 산업, 생물 의학 산업 및 운송을 포함하나 이에 한정되지 않는다.

원격통신 응용프로그램은 데스크탑 컴퓨터 또는 터미널에서부터 전국 네트워크에 이르기까지 광범위하다. 이러한 응용프로그램은 1 미터에서 수백 킬로미터의 거리에 걸쳐 음성, 데이터 또는 비디오 전송(예: 음성, 데이터, 이미지 또는 비디오 전송)을 또는 네트워크 연결(예: 로컬 영역의 스위치 또는 라우터 연결의 경우)에서 음성, 데이터 또는 비디오를 전송하는 것)을 포함한다.

항공 우주 및 항공 전자 산업에서 광섬유 기반 제품은 군사 및/또는 상업적 응용 프로그램에 사용될 수 있다. 광섬유 기술 및 제품은 그러한 응용에서 혹독한 환경 및 조건에서 엄격한 테스트 및 인증 요구 사항을 충족하도록 설계된다.

데이터 저장 장치에서 광섬유는 네트워크 및/또는 스토리지 시스템의 일부인 여러 장치 간의 링크와 같은 데이터 저장 장치에 사용될 수 있다.

광섬유 연결성은 장거리에서도 매우 높은 대역폭을 제공한다.

자동차 산업 분야에서 광섬유 기술은 예를 들어 조명, 통신 및 안전 및 제어 장치 및 시스템의 감지에 사용된다.

생체 의학 산업 분야에서 광섬유 전송시스템은 디지털 진단 영상 전송을 위한 대부분의 현대 원격 의료 기기에 사용된다.

교통 시스템에서 지능형 교통 신호등이 있는 스마트 고속도로, 자동 통행료 요금소 및 변경 가능한 메시지 표지판은 광섬유를 기반으로 한 원격 측정 시스템을 사용한다.

특정 실시예에 대한 다음 설명은 설명의 목적으로만, 원격 통신시스템을 참조하여 이루어질 것이다. 그러나, 당업자는 본 발명의 다양한 실시예가 상이한 애플리케이션을 위해 다른 유형의 시스템에 통합될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.

도 1은 광섬유 전송에 기초한 통신 시스템(100)에서의 본 발명의 예시적인 적용을 도시한다. 통신 시스템(100)은 입력 데이터 시퀀스를 광 신호로 부호화하고 그것을 광섬유 전송 채널(13)을 통해 적어도 하나의 광 수신기 장치(15; 이하 "광 수신기"라 함)로 전송하도록 구성된 적어도 하나의 광 송신기 장치(11; 이하 "광 송신기"라 함)를 포함한다.

광섬유 전송 채널(13)은 하나 이상의 광섬유 스팬(131)을 포함할 수 있다. 광섬유는 하나 이상의 코어, 클래딩 및 코팅으로 구성된 원통형 비선형 도파관이다. 광 송신기(11)에 의해 전송된 광 신호는 코어와 클래딩의 굴절률 차이에 기인한 내부 전반사를 통해 코어(들) 내에 국한된다.

광섬유 전송 채널(13)은 또한 광섬유 링크를 따라 광섬유 스팬의 각 쌍 사이에 주기적으로 삽입되어 광섬유 감쇠를 보상하고 광 신호를 재생할 필요없이 장거리로 신호를 전달하는 하나 이상의 증폭기(132)를 포함할 수 있다. 예시적인 광 증폭기는 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(erbium doped fiber amplifier: EDFA)를 포함한다. 이러한 증폭기는 장거리 광 전송에 구현될 수 있다. 이러한 증폭기는 광섬유의 종류, 광 링크의 길이 및 용도에 따라 신호 전력을 높이기 위해 40 내지 120 킬로미터마다 삽입할 수 있다.

다중 모드 광섬유를 사용하는 일부 실시예에서, 증폭기(132)는 복수의 전파 모드에 대응하는 광 신호를 동시에 증폭하도록 구성될 수 있다. 그러한 실시예에서 예시된 증폭기는 다중 모드 EDFA와 같은 다중 모드 증폭기를 포함한다.

일부 실시예에서, 광 신호 증폭은 비선형 모의 라만 산란 효과를 이용하여 분산 방식으로 수행될 수 있다. 이러한 실시예에서, 광섬유는 전송 링크 및 증폭 매체 모두로서 사용될 수 있다.

다른 실시예에서, 신호 증폭은 모의 라만 산란 효과의 사용과 EDFA와 같은 광 증폭기의 주기적인 삽입을 결합함으로써 달성될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 신호 증폭은 광/전기 변환(도 1에 도시되지 않음)을 통해 전기 도메인에서 수행될 수 있다. 이러한 실시예에서, 광섬유 전송 채널(13)은, 각각의 증폭 단계에서 다음을 포함할 수 있다.

- 광 신호를 다시 전기 도메인으로 변환하기 위한 광 다이오드;

- 변환된 전기 신호를 증폭하기 위한 전기 증폭기; 및

- 증폭된 전기 신호에 대응하는 광 신호를 생성하는 레이저 다이오드

광섬유 스팬(131)을 따르는 광 신호의 전파는 광섬유 코어의 반경, 광 캐리어의 파장 및 코어와 클래딩 간의 굴절률 차이와 같은 몇몇 파라미터에 따라 달라지는 전파 모드의 개수에 의해 정의된다.

일부 실시예에서, 공간 분할 멀티플렉싱 기술은, 예를 들어, N≥2개의 전파 모드를 포함하는 다중 모드를 사용하여 광섬유 전송 시스템(13)에서 구현될 수 있다. 대형 코어 광섬유는 다수의 전파 모드를 포함하는 다중 모드 섬유의 예이다. 다중 모드 광섬유는 2와 10 사이의 다수의 전파 모드를 포함한다. 각 전파 모드는 다른 속도로 특징지어질 수 있다.

다중 모드 섬유에서 공간 분할 멀티플렉싱을 사용하는 일부 실시예에서, 상이한 전파 모드는 모드들 사이의 에너지 전달의 형태로 중첩될 수 있다. 결과적으로, 각 모드에 의해 운반되는 다양한 데이터 심볼은 광섬유를 따라 커플링되어 크로스토크 및 심볼간 간섭을 유발할 수 있다. 이러한 실시예에서, 광섬유 전송 채널(13)은 복수의 스크램블링 성분(132; 이하, "스크램블러"라 함)을 더 포함할 수 있다. 스크램블러(132)는 크로스토크 효과를 감소시키고 상이한 전파 모드에 의해 발생된 손실을 평균화하기 위해 주어진 스크램블링 주기로 채널에 주기적으로 삽입될 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 스크램블러(132)는 각 광 증폭기와 연관될 수 있다.

도 2는 특정 실시예에 따른 광 송신기(11)의 상세한 구조를 도시한다. 광 송신기(11)는 입력 데이터 시퀀스를 광 전송 채널(13)을 통해 전송될 광 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 광 송신기(11)는 다음을 포함할 수 있다.

- 선형 블록 코드 또는 컨벌루션 코드와 같은 순방향 에러 정정 코드(FEC)를 사용하여 입력 데이터 시퀀스를 부호화하도록 구성된 FEC 인코더(21);

- 직교 진폭 변조(QAM)와 같은 변조 방식을 사용하여 부호화된 입력 데이터 시퀀스를 변조하고 변조된 데이터 시퀀스를 전달하도록 구성된 변조기(23);

- 시간 전송 간격(Time Transmission Interval, TTI) 동안 광 전송 채널(13)을 통해 전송될 데이터 심볼들을 운반하는 코드워드 행렬을 생성하도록 구성된 시공간 인코더(25)를 포함하며, 시공간 인코더(25)는 Q개의 변조된 심볼들 의 각각의 수신된 시퀀스를 차원 N_txT의 코드워드 행렬 X로 변환하도록 구성될 수 있다. 코드워드 행렬은 N_t개의 행 및 T개의 열로 배열된 복소값들을 포함한다. N_t는 사용된 전파 모드의 수를 나타내고, T는 코딩 방식의 시간 길이를 나타내고 채널 사용의 수에 대응한다. 따라서, 코드워드 행렬의 각 값은 사용 시간 및 전파 모드에 대응한다.

- 다수의 직교 서브 캐리어들을 포함하는 각각의 광학 캐리어 내에서 멀티 캐리어 변조 기술을 구현함으로써 멀티 캐리어 심볼을 생성하도록 구성된 복수의 멀티 캐리어 변조기들(27)을 포함하고, 또한, 멀티 캐리어 변조는 다중 모드 광섬유의 존재시 구현되어 상이한 모드를 분리하고 광섬유 분산 및 다양한 모드 사이의 크로스토크로 인한 심볼간 간섭에 대해 더 나은 저항성을 제공할 수 있다. 예시적인 다중캐리어 변조 포맷은 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 및 필터 뱅크 다중캐리어(FBMC)를 포함한다.

- 소정의 파장을 가진 다수의 레이저와 편광 상태 및 상이한 전파 모드와 연관된 복수의 광학 변조기(도 2에 도시되지 않음)를 사용하여 멀티 캐리어 변조기에 의해 전달된 변조된 주파수 영역 신호를 광학 영역으로 변환하도록 구성된 디지털 광학 프론트엔드(29)를 포함하고, 레이저는 동일하거나 상이한 파장의 레이저 빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 이후, 상이한 레이저 빔은 광학 변조기에 의해 OFDM 심볼의 상이한 출력(또는 단일 캐리어 변조를 사용하는 실시예에서 코드워드 행렬의 상이한 값)을 사용하여 변조되고, 광섬유의 상이한 편광 상태에 따라 편광될 수 있다. 예시적인 변조기는 마하 젠더 변조기를 포함한다. 여기서, 위상 및/또는 진폭 변조가 사용될 수 있다. 또한, 상이한 광 신호를 변조하기 위해 다양한 광학 변조기에 의해 사용되는 변조 방식은 유사하거나 상이할 수 있다.

광학 변조기 및 레이저의 수는 사용된 편광 상태의 수, 사용된 전파 모드의 수 및 일반적으로 광섬유의 코어 수에 따라 달라진다. 이렇게 생성된 광 신호는 광섬유에 주입되어 상이한 전파 모드에 따라 광섬유로 전파될 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 광 송신기(11)는 모든 이용 가능한 전파 모드를 사용하여 광 신호를 송신하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 사용된 전파 모드의 수 N_t는 모든 전파 모드 N, N_t = N과 동일할 수 있다.

대안적으로, 일부 실시예들에서, 광 송신기(11)는 모드 선택 기준에 따라 이용 가능한 전파 모드들 중에서 사전에 선택된 전파 모드들의 집합을 사용하여 광 신호를 송신하도록 구성될 수 있다. 사용된 전파 모드의 수 N_t는 이 경우에 이용 가능한 모드의 수보다 엄격하게 낮다 (N_t <N). 이러한 실시예에서, 광 수신기(15)는 광 송신기(11)에 의해 사용된 전파 모드를 처리하거나 이용 가능한 전파 모드의 전체를 처리하도록 구성될 수 있다.

도 3은 단일 코어 다중 모드 광섬유 및 단일 편광 상태가 사용되는 일부 실시예에 따른 디지털 광학 프론트엔드(29)의 블록도이다. 이러한 실시예에서, 사용된 전파 모드의 수는 이용 가능한 전파 모드의 수 N보다 작거나 같다 n<nT. 따라서, 디지털-광학 프론트엔드(29)는 다음을 포함할 수 있다.

- 각각의 레이저가 레이저 빔을 생성하도록 구성된 동일 파장 λn을 가지는 N_t개의 레이저(31-n, 이때 n = 1, ..., N_t이다);

- N_t개의 사용된 전파 모드들과 연관된 N_t개의 광학 변조기들(32-n, 이때 n = 1, ..., N_t이다). 각 변조기(32-n)는 단일 캐리어 실시예에서 멀티 캐리어 심볼의 성분 또는 코드워드 행렬을 사용하여 채널 사용 시간 동안 레이저 빔을 변조하도록 구성될 수 있다. 이후, 변조된 빔은 다중 모드 광섬유로 주입되어 개별 모드에 따라 각각 전파될 수 있다.

파장 분할 멀티플렉싱이 사용되는 다른 실시예에서, 각각의 레이저(31-n)는 복수의 파장을 사용할 수 있다. 파장은 유사하거나 다를 수 있다. 이러한 실시예에서, N_t개의 사용 모드는 W개의 파장과 결합될 수 있으며, 각각의 모드는 W개의 파장과 연관된다. 따라서, 디지털 광학 프론트엔드(29)는 상이한 파장을 가지는 W개의 레이저를 포함할 수 있으며, 각 레이저에 의해 생성된 빔은 N_t개의 광학 변조기(도 3에 도시되지 않음)에 의해 변조된다.

편광 분할 멀티플렉싱이 사용되는 또 다른 실시예에서, 광 신호는 광 필드의 2개의 편광 상태를 통해 전송될 수 있다. 그러한 실시예(도면에 미도시)에서, 디지털 광학 프론트엔드(29)는 N_t개의 레이저, 2개의 직교하는 편광을 제공하도록 구성된 N_t개의 편광 스플리터 및 2N_t개의 광학 변조기를 포함할 수 있다. 각각의 변조기 쌍은 레이저와 연관될 수 있으며 직교로 편광된 신호를 변조하도록 구성될 수 있다. 예시적인 편광 스플리터는 예를 들어 월라스 톤 프리즘 및 편광 분할 광 커플러를 포함한다. 또한, 광섬유 전송 링크(13)는 편광 의존 손실을 보상하도록 구성된 편광 스크램블러(도 1에 도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.

전술한 실시예들 중 임의의 것에 따라 생성된 광 신호는 광 수신기(15)에 의해 처리되는 곳인 광 전송 시스템(13)의 타단부에 도달할 때까지 광섬유를 따라 전파할 수 있다.

도 4는 일부 실시예에 따른 광 수신기(15)의 블록도이다. 광 수신기(15)는 원래의 입력 데이터 시퀀스의 추정치를 생성하기 위해 광 송신기(11)에 의해 송신된 광 신호를 수신하고 처리하도록 구성될 수 있다. 광 수신기(15)는 다음을 포함할 수 있다.

- 예를 들어 하나 이상의 광 다이오드를 사용하여 광 신호를 탐지하고 이를 디지털 신호로 변환하도록 구성된 광디지털 프론트엔드(41);

- 주기적 전치부호를 제거하고 시공간 디코더(45)에 전달될 결정 변수들의 집합을 생성하도록 구성된 복수의 다중캐리어 복조기;

- 복호화 알고리즘을 적용함으로써 결정 변수들의 집합으로부터 변조된 데이터 시퀀스의 추정치를 생성하도록 구성된 시공간 디코더(45);

시공간 디코더(45)에 의해 추정된 변조된 데이터 시퀀스의 복조를 수행함으로써 이진 시퀀스를 생성하도록 구성된 복조기(47); 및

- 비터비(Viterbi) 알고리즘을 사용하여 광 송신기 장치(11)에 의해 처리된 입력 데이터 시퀀스의 추정치를 전달하도록 구성된 FEC 디코더(49);

일부 실시예에 따르면, 시공간 디코더(45)는 최대 우도 디코더, 제로-포싱 디코더, 제로-포싱 결정 피드백 이퀄라이저 및 최소 평균 제곱 에러 디코더로 구성된 그룹에서 선택된 복호화 알고리즘을 구현할 수 있다.

예시적인 최대 우도 디코더는 구형 디코더, Schnorr-Euchner 디코더, 스택 디코더, 구형-바운드-스택 디코더를 포함한다.

단일-캐리어 변조를 사용하는 실시예에서, 복수의 다중캐리어 변조기(27)는 단일 변조기로 대체될 수 있다. 유사하게, 다중캐리어 복조기(43)는 단일 복조기로 대체될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예들은 모드 의존 손실 효과들을 총괄적 그리고 효율적으로 완화시킬 수 있는 다중 모드 광섬유 전송 시스템에 대한 시공간 부호화 방법 및 장치를 제공한다.

도 5에, 단일 코어 다중 모드 광섬유가 사용되는 일부 실시예에 따른 시공간 인코더(25)가 도시되어 있다.

본 발명의 일부 실시예에 대한 다음의 설명은 단일 편광 및 단일 파장을 사용하는 단일 코어 다중 모드 광섬유에서의 공간 분할 다중화를 참조하여 이루어지며, 단지 설명의 목적으로 제공되는 것이다. 그러나, 당업자는 다음의 실시예들이 다수의 파장을 사용하는 파장 분할 멀티플렉싱 및/또는 광 필드의 2개의 편광 방향에 따른 광 신호의 이중 편광을 사용과 결합되어 적용될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.

따라서, 시공간 부호화기(25)는 Q개의 변조된 심볼들의 시퀀스 s_1, s_2, ..., s_Q를 수신하고 사전에 정의된 시공간 코딩률 r에 따라 그러한 시퀀스를 코드북 C에 속하는 코드워드 행렬 X로 부호화하도록 구성될 수 있다. 부호화된 시퀀스는 시간 전송 간격에 따라 전송된다. 심볼은 사용된 변조형식에 따라 달라지는 값의 유한 집합에 속한다. 예시적인 변조 방식은 2^q-QAM(Quadrature Amplitude Modulation; 직교 진폭 변조)을 포함하며, 여기서 각 심볼 s_p는 q 비트를 포함하고 E_s로 표시되는 평균 전력을 갖는다. 도 5를 참조하면, 시공간 부호화기(25)는 다음을 포함할 수 있다.

- 코드 파라미터의 집합을 결정하도록 구성된 처리 유닛(51). 여기서 코드 파라미터는 T로 표시되는 코드의 시간 길이, 상기 다양한 변조된 심볼을 공간 다중화하기 위해 사용된 전파 모드의 수 N_t를 나타내는 코드의 공간 차원, N_X = card(C)(코드북 c의 카디널리티와 동일)로 표시되는 코드워드 행렬의 수, 코드의 최소 유클리드 거리를 나타내는 d_min으로 표시되는 값을 포함할 수 있다. 코드의 최소 유클리드 거리는 코드북 c에서 2개의 인접한(서로 다른) 코드워드 행렬간의 최소 유클리드 거리를 나타낸다. T개의 채널을 사용하는 동안 전송될 Q개의 심볼을 부호화함으로써, 시공간 코딩률은 채널 사용마다 r = Q/T 심볼로 주어진다.

시공간 인코더(25)는 N_X개의 코드워드 행렬을 생성하도록 구성된 코드북 생성기(53)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 각각의 차원 N_txT은 공간 차원 및 시간 차원에 의해 표현된 시공간 코드를 정의한다. 코드워드 행렬 X는 N_t개의 행과 T개의 열로 배열된 복소값들을 포함하며, 여기서 N_t는 코드의 공간 차원을 나타내고 사용된 전파 모드들의 수에 대응한다. T는 코드의 시간 차원을 나타내고 시간 채널 사용 수에 해당한다. 따라서, 코드워드 행렬 X는 다음과 같은 형태로 쓰여질 수 있다

:(x_11. 코드워드 행렬 X의 각 값 x_ij는 i번째 전파모드(i = 1, ..., N_t) 및 j 번째 사용 시간(j=1, ..., T)에 대응한다. l≠p를 만족하는 서로 다른 코드워드 행렬 X_l 및 X_p의 각 쌍은 A_lp = X_l-X_p가 되도록 상이한 코드워드 행렬들 사이의 차이를 계산함으로써 결정된 차분 코드워드 행렬 A_lp와 연관될 수 있다. 차분 코드워드 행렬 A_lp의 각 성분 aij ^((lp))은 코드워드 행렬 X_l 및 X_p의 대응하는 구성 요소간의 차이를 계산함으로써 결정된다. 또한, 각각의 차분 코드워드 행렬은 차분 코드워드 행렬의 유클리드 놈(norm)과 동일한 거리 지표와 연관될 수 있고, 이는 다음의 식으로 주어진다.

(1)

N_X개의 상이한 코드워드 행렬들에 대해, 상이한 코드워드 행렬 쌍의 총 개수는 유한하고, N_pairs = C_(N_t)^ 2로 표시되는 N_X에 대한 2의 컴비네이션으로 주어진다.

코드북 생성기(53)는 유니터리 차분 코드워드 행렬 및 소정의 유클리드 거리와 동일한 거리 지표와 연관된 쌍들의 총 수 N_pairs 중 코드워드 행렬 쌍의 수에 따라 N_X개의 코드워드 행렬들의 집합 내의 코드워드 행렬들의 성분 x_ij(i = 1, ..., N_t 및 j = 1, ..., T)을 결정하도록 구성된다.

일부 실시예들에서, 코드북 생성기(53)는 차분 코드워드 행렬들의 가능한 쌍의 총 수 N_pairs를 기준으로 유니터리 차분 코드워드 행렬 및 최소 유클리드 거리와 동일한 거리 지표 d_min = min(l ≠ p)와 연관된 코드워드 행렬 쌍들의 수를 최대화함으로써 N_X개의 코드워드 행렬들의 집합 내의 코드워드 행렬들의 성분들 x_ij를 결정하도록 구성될 수 있다

상기 시공간 인코더(25)는 상기 변조된 심볼들의 시퀀스 s_1, s_2, ..., s_Q를 상기 코드북 C 내의 N_X개의 코드워드 행렬들의 집합 중에서 선택된 코드워드 행렬 X로 부호화하는 부호화 유닛(55)을 더 포함할 수 있다.

T개의 채널을 사용하여 송신될 Q개의 복소값 변조 심볼들을 부호화하는 것에 대응하는 시공간 코딩률은 r = Q/T 심볼/채널 사용과 같다. 따라서, 시공간 코딩률 r이 사전에 정의된 일부 실시예에서, 처리 유닛(51)은 송신 시간 간격 및/또는 변조된 심볼 Q의 수 및/또는 사전에 정의된 시공간 코딩률에 따라 코드의 시간 길이를 결정하도록 구성된다.

일부 실시예에 따르면, 코드의 공간 차수는 다중 모드 광섬유의 모든 이용 가능한 모드에 대응할 수 있다.

대안적으로, 송신기 및/또는 수신기에서 모드 선택을 사용하는 일부 실시예에서, 코드의 공간 차원은 모드 선택 기준에 따라 다중 모드 광섬유에서 이용 가능한 모든 모드 중에서 선택된 사용된 전파 모드의 수에 대응할 수 있다.

광섬유 링크를 통한 전송은 일반적으로 광섬유에 주입된 광 신호의 전력에 따라 전력이 제한된다. 따라서, 처리 유닛(51)은 사전 정의된 시공간 코딩률 및/ 또는 변조된 심볼들의 시퀀스를 생성하기 위해 송신 전력의 사전에 정의된 값 및/또는 사용된 변조 방식에 따라 코드워드 행렬들의 수를 결정하도록 구성될 수 있다.

또한, 광섬유 전송 링크에 의해 지원될 수 있는 모드 의존 손실의 값이 사전에 정의되는 일부 실시예에서, 처리 유닛(51)은 모드 의존 손실의 사전에 정의된 값에 따라 최소 유클리드 거리를 결정하도록 구성될 수 있다. 모드-의존 손실값은 예를 들어 사용된 스크램블러의 수 및/또는 광섬유 링크의 길이에 따라 다를 수 있다.

도 6은 전송 시스템이 단일 코어 광섬유, 단일 캐리어 변조 포맷, 단일 파장 및 단일 편광에서 공간 분할 다중화를 사용하는 일부 실시예에 따른 시공간 부호화 방법을 나타낸 흐름도이다.

단계(601)에서, Q개의 변조된 심볼들의 시퀀스 s1, s_2, ..., s_Q가 변조기(23)로부터 수신될 수 있다. 심볼들은 변조기(23)에 의해 이전에 사용된 변조 방식에 따른 값들의 집합에서 선택된 복소 값들을 취할 수 있다. 2 ^ q개의 심볼 또는 상태를 갖는 2 ^ q-QAM 또는 2 ^ q-PSK와 같은 변조 방식이 구현될 수 있다. 각각의 변조된 심볼은 q비트를 포함한다. 또한, 심볼 s_p는 평균 전력 E_s를 가지며, 다음의 형태로 기재될 수 있다:

(2)

식 (2)에서, i는 복소수를 나타내며, 따라서 i ^ 2 = -1이고 Re(.) 및 Im(.) 연산자는 입력 값의 실수부와 허수부를 각각 출력한다.

2 ^ q-QAM과 같은 변조 포맷이 사용되는 경우, 2 ^ q개의 심볼 또는 상태는 정수 영역 Z [i]의 부집합을 나타낸다. 해당 성운(constellation)은 상이한 상태 또는 기호를 나타내는 2 ^ q개의 포인트로 구성된다. 또한, 제곱 변조의 경우, 정보 심볼의 실수부 및 허수부는 동일한 유한 알파벳 A = [- (q-1),(q-1)]에 속한다.

단계(603)에서, (예를 들어 광 송신기 장치(11)에 포함된 몇몇 저장 수단으로부터) 입력 파라미터 집합이 수신되거나 검색될 수 있다. 입력 파라미터들의 집합은 r로 표시되는 사전에 정의된 시공간 코딩률, 변조된 심볼들을 결정하기 위해 사용되는 변조 방식, 다중 모드 광섬유에서 이용 가능한 전파 모드들의 수 N, 광송신 시스템(13)과 연관된 송신 전력, 및 적어도 광 링크의 길이 및/또는 광섬유 채널에 배치된 스크램블러의 개수를 포함하는 광섬유 링크 특성을 포함할 수 있다.

단계(605)에서, 코드 파라미터들의 집합이 결정될 수 있다. 코드 파라미터는 T로 표시된 코드의 시간 길이, 다양한 변조 심볼을 공간 다중화하기 위해 사용될 전파 모드의 수 N_t를 나타내는 코드의 공간 차원, N_X로 표시되는 코드워드 행렬의 수 및 d_min으로 표시된 코드의 최소 유클리드 거리를 포함할 수 있다. 코드 파라미터들은 채널 사용마다 r = Q/T개의 심볼들로 사전에 정의된 시공간 코딩률에 따라, Q개의 수신된 심볼들이 T개의 채널 사용 동안 광 전송 채널을 통해 전송되도록 결정될 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 코드의 시간 길이는 전송 시간 간격에 따라 결정될 수 있다. 전송 시간 간격은 광 송신기가 광 수신기로 광 신호를 전송하도록 구성된 총 전송 시간을 나타낸다. 시간 길이 T는 r = Q/T의 관계에 따라 변조된 심볼들의 수(Q) 및/또는 사전에 정의된 시공간 코딩률 r에 따라 더 결정될 수 있다.

일부 실시예에서, 코드의 공간 차원(N_t)은 다중 모드 광섬유내의 모든 이용 가능한 전파 모드의 수(N)와 동일할 수 있다.

일반적으로, 공간 분할 멀티플렉싱 시스템의 다양한 전파 모드는 예를 들어 도파관의 결함 및 광 전송 링크에 삽입된 광학 구성 요소의 불완전성으로 인한 것과 동일한 손실을 받지 않는다. 이러한 불완전성은 모달(modal) 손실 불균형을 초래한다. 이러한 경우에, 송신기 및/또는 수신기에서 선택 기준에 따라 모드가 선택되어 선택된 모드의 집합만이 광 신호를 광섬유를 따라 전파하도록 한다. 몇몇 선택 기준이 특허출원 N FR3025676에 개시되어 있다. 예시적인 기준은 공간 분할 멀티플렉싱 시스템의 용량의 최대화 및 평균 수신 에너지의 최적화에 따른 모드 집합의 선택을 포함한다.

모드들의 선택을 적용하는 실시예들에서, 코드의 공간 차원은 이용 가능한 모드들 중에서 선택된 전파 모드들의 수와 동일할 수 있다.

일부 실시예들에 따르면, 코드북 C를 나타내는 코드워드 행렬들의 수 N_X는 송신 전력의 사전에 정의된 값 및/또는 변조된 심볼들의 시퀀스를 생성하기 위해 사용된 변조 방식 및/또는 사전 정의된 시공간 코딩률에 따라 결정될 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 코드 최소 유클리드 거리 d_min는 사전에 정의된 광섬유 링크 특성에 따라 광섬유 전송 링크에 의해 지원될 수 있는 모드 종속 손실의 사전에 정의된 값에 따라 결정될 수 있다.

결정된 코드 파라미터 집합이 주어지면, 단계(607)는 상이한 코드워드들의 각 쌍과 연관된 차분 코드워드 행렬들과 관련된 구성 기준에 따라 N_X개의 코드워드 행렬들의 집합을 구성하기 위해 수행될 수 있다. 각 코드워드는

의 차원을 가진다. 코드워드 행렬 X는 N_t개의 행과 T개의 열로 배열된 복소값을 포함하고, 여기서 N_t는 사용된 전파 모드의 수를 나타내고, T는 단계(605)에서 결정된 코드의 시간 길이를 나타낸다. 코드워드 행렬 X의 각 값 x_ij은 i번째 전파 모드(i = 1, ..., N_t) 및 j번째 사용 시간(j = 1, ..., T)에 따라 광섬유 링크를 통해 전파한다. 따라서, 광 전송 시스템은 다음의 관계식에 의해 기술되는 광 다중-입력 다중-출력 시스템으로 표현될 수 있다.

(3)

식 (3)에서:

- X는 N_X개의 코드워드 행렬들의 집합에 속하는 코드워드 행렬을 나타내며,

- Y는 수신된 신호를 나타내는 차원

의 복소값 행렬이고,

- H는 광 채널 행렬을 나타내고 상이한 전파 모드에 걸친 광 신호 전파 동안 겪은 감쇠를 나타내는 차원 N_t x N_t의 복소값 행렬이며,

- Z는 광 채널 잡음을 나타내는 차원

의 복소값 행렬이다.

일부 실시예들에서, 채널 잡음은 복소 차원 당 2σ ^ 2 변화를 나타내는 백색 가우스 분포에 의해 모델링될 수 있다.

일부 실시예들에서, 채널 행렬은 다음과 같이 주어진다:

(4)

식 (4)에서, D는 간격 [λ_min, λ_max]에서 균등하게 선택된 대각선 성분의 대각 행렬을 나타내며 서로 다른 전파 모드에 의해 초래된 서로 다른 손실을 나타낸다. U는 서로 다른 전파 모드들간의 결합을 모델링하는 단위 행렬을 나타내고, α는 다음 식에 따라 모드 평균 전파 손실을 특성화한다.

(5)

이에 따라 채널 행렬은 소정의 행렬 A의 트레이스를 나타내는 Tr(A)와 Hermitian 공액 연산을 나타내는 연산자 (.)^*를 이용하여 (HH ^* ) = N_t를 만족시킨다.

차분 코드워드 행렬들에 연관된 구성 기준은 광 수신기(13)에서 최대 우도 복호화의 사용을 가정하는 복호화 에러 최적화 문제로부터 본 발명자들에 의해 고안되었다. 최대 우도 복호화는 유클리드 거리의 최소화에 따라 송신된 코드워드 행렬의 추정을 결정하도록 구성된다.

채널 행렬이 예를 들어 하나 이상의 트레이닝 시퀀스들을 사용하는 광 수신기에서 알려지는 것을 가정하는 일부 실시예들에서, 최대 우도 복호화하에서의 복호화 에러율은 다음과 같이 표현될 수 있다:

(6)

식 (6)에서, X_l(각각 X_p)는 전송된 코드워드(각각 추정된 코드워드)를 나타낸다. 가능한 등가 코드워드가 있는 경우, 식 (6)의 에러 확률은 다음의 상한을 가질 수 있다.

(7)

식 7에서 Pr(X_l → X_p)는 송신된 코드워드 행렬 X_l에 대해 차분 코드워드 행렬 X_p가 추정되는 에러 확률에 대응하는 쌍방향 에러 확률을 나타낸다. 쌍방향 에러율은 다음과 같이 표현된다.

(8)

식 (8)에서, Q(.)는 다음에 의해 정의된 Q개의 함수(변조된 심볼의 수와 혼동되어서는 안됨)를 나타낸다.

(9)

Chernoff의 경계를 사용하고 채널 구현에 대해 평균을 취하면 쌍방향 에러 확률은 다음에 따른 상한을 가질 수 있다.

(10)

l ≠ p인 경우, 서로 다른 코드워드 행렬 X_l 및 X_p의 각 쌍은 A_lp = X_l-X_p가 되도록 상이한 코드워드 행렬들 사이의 차이를 계산함으로써 결정된 차분 코드워드 행렬 A_lp과 연관될 수 있다. 또한, 각각의 차분 코드워드 행렬은 d_lp = "A_lp"= "X_l-X_p"에 의해 주어진 거리 지표와 연관될 수 있다. 특히, 코드북 의 최소 유클리드 거리는 차분 코드워드 행렬들의 모든 쌍에 대한 최소 거리 지표에 대응한다.

N_X개의 차분 코드워드 행렬들에 대해, 차분 코드워드 행렬들의 쌍들의 총 개수는 유한하고, N_pairs = C_(N_t) ^ 2로 표시되는 Nx에 대한 2의 컴비네이션으로 주어진다.

차분 코드워드 행렬 표기법을 사용하면, 식 (10)은 다음과 같이 등가적으로 기술될 수 있다:

(11)

식 (5) 및 (11)을 결합함으로써, 식 (7)에서의 복호화 에러 확률의 상한은 다음과 같이 표현될 수 있다.

(12)

식 (12)의 상한 표현은 다음과 같은 두 항 T_1과 T_2로 나눌 수 있고 따라서 다음과 같다.

(13)

및

(14)

제1항 T_1은 유니터리 차분 코드워드 행렬과 연관된 차분 코드워드 행렬 쌍을 포함하고, 제2항 T_2는 비유니터리 차분 코드워드 행렬과 연관된 차분 코드워드 행렬 쌍을 포함한다.

유니터리 행렬의 특성과 코드의 최소 유클리드 거리를 사용하면 첫 번째 항은 다음 식에 따른 상한값을 가질 수 있다.

(15)

식 (15)에서, N_(1min, l)은 송신된 코드워드 행렬 X_ l에 대한 거리 지표가 d_min이고 유니터리 차분 코드워드 행렬과 연관된 코드북 C 내의 코드워드 행렬들의 수를 나타낸다. 모든 코드워드 행렬들 X_l을 평균함으로써, 식 (15)는 다음과 같이 간단히 표현할 수 있다.

(16)

식 (16)에서,

은 유니터리 차분 코드워드 행렬 및 코드의 최소 유클리드 거리 d_min와 동일한 거리 지표와 연관된 인접 코드워드 행렬의 평균 개수를 나타낸다.

두 번째 항 T_2는 다음과 같이 단순화될 수 있다. 첫째,

의 성질을 사용하여 식 (14)에 포함된 쌍방향 에러율은 다음에 따라 상한이 될 수 있다.

(17)

식 (17)에서, 쌍방향 에러율에 대한 상한값은 행렬 D의 대각 입력값과 유니터리 행렬 U의 성분을 평균하여 계산된다.

곱셈 행렬 A_lp A_lp ^ *가 제곱 Hermitian 행렬이라는 특성을 이용하면, A_lp A_lp ^ * = VΣV가 되는 유니터리 행렬 V와 대각 행렬 Σ = diag(Σ_1, Σ_2, ..., Σ_(N_t) ^이 존재한다. 식 (17)은 다음과 같이 쓸 수 있다.

(18)

행렬 U가 유니터리 행렬 앙상블로부터 무작위로 추출되었다면, 곱셈 행렬 UV는 행렬 U와 동일한 분포를 따른다. 그러면 식 (18)은 다음과 같이 등가적으로 표현될 수 있다.

(19)

곱셈 행렬 DUΣU ^ *으로부터, 식 (19)의 쌍방향 확률의 상한은 다음과 같이 쓸 수 있다.

(20)

(21)

(22)

식 (20)-(22)에서, U_kt는 k 번째 행과 t 번째 열에서 유니터리 행렬 U의 성분을 나타낸다. 간격 [λ_min, λ_max]에 걸친 경험 손실 λ_k의 분포가 균일한 경우, λ_k의 상이한 값들에 대해 식 22의 상한을 평균화하면 다음과 같다.

(23)

식 (23)에서 P(λ_k)는 λ_k의 확률 분포 함수를 나타내며 다음과 같이 주어진다.

(24)

경험 손실의 확률 분포 함수를 사용하면, 식 (23)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

(25)

(26)

높은 신호대 잡음비에서 하이퍼볼릭 사인 함수의 근사를 사용하면, 식 (26)의 쌍방향 에러율은 다음과 같이 표현될 수 있다.

(27)

(28)

(29)

(30)

식 (30)에서, MDL은 MDL = λ_max/λ_min이 되도록 채널 행렬의 최대 및 최소 고유치 사이의 비율에 의해 주어진 광 전송시스템에서의 모드의존 손실값에 해당한다.

식 (30)의 상한은 유니터리 행렬 U와는 독립적이며, 쌍방향 에러율은 다음과 같은 상한값을 가질 수 있다.

(31)

따라서 식 (14)의 두 번째 항은 다음과 같은 상한값을 가질 수 있다.

(32)

코드의 최소 유클리드 거리 속성을 사용하는 경우, 식 (32)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

(33)

식 (33)에서, N_(2min, l)은 송신된 코드워드 행렬 xi 에 대해 거리 지표가 dmin 이고 비유니터리 차분 코드워드 행렬과 연관된 코드북 C내의 코드워드 행렬들의 개수를 나타낸다. 식 (33)는 모든 코드워드 행렬들 에 대해 평균함으로써, 다음과 같이 간단히 표현할 수 있다.

(34)

식 (34)에서

은 비유니터리 차분 코드워드 행렬 및 코드의 최소 유클리드 거리와 동일한 거리 지표와 연관된 인접 코드워드 행렬의 평균 개수를 나타낸다.

식 (16) 및 (34)의 결과를 조합하면, 식 (12)에서의 복호화 에러 확률은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

(35)

N_X개의 코드워드 행렬들의 집합이 단계(607)에서 결정되는 코드 구성 기준은 식 (35)에서의 복호화 에러율의 최소화에 기초할 수 있다.

제1 실시예에 따르면, 코드워드 행렬들의 집합은 사전에 정의된 시공간 코딩률에 따라, 복호화 에러율에 대한 모드-의존 손실 MDL의 효과가 최소화되도록 구성될 수 있다. 복호화 에러율의 표현을 사용하여, MDL의 값에 따라 달라지는 제2항이 제1항을 기준으로 최소화될 수 있도록 코드워드 행렬의 성분을 결정한다. 따라서, 코드워드 행렬의 성분은 코드워드 행렬 쌍의 총 수

를 기준으로 유니터리 코드워드 행렬 및 코드의 결정된 최소 거리와 동일한 거리 지표와 연관된 코드워드 행렬 쌍의 개수의 최대화에 따라 결정될 수 있다. 이는 비유니터리(각각 유니터리) 차분 코드워드 행렬 및 코드의 결정된 최소 유클리드 거리와 동일한 거리 지표와 연관된 인접 코드워드 행렬의 평균 수

(각각

)의 최소화(각각 최대화)와 동등하다.

특정 실시예에서, 코드워드 행렬들의 성분들은 사전 정의된 시공간 코딩률에 따라, 복호화 에러율이 광 신호의 전파 중에 발생하는 모드 의존 손실로부터 독립되도록 구성될 수 있다. 복호화 에러율의 표현을 사용하면, 구성 기준은 MDL의 값에 따라 달라지는 제2항이 취소될 수 있도록 코드워드 행렬의 집합을 구성하는 것과 동일하다. 따라서, 코드워드 행렬들의 성분들은 코드워드 행렬 쌍의 총 개수 N_pairs를 기준으로, 유니터리 코드워드 행렬 및 코드의 결정된 최소 거리와 동일한 거리 지표와 연관된 코드워드 행렬 쌍의 개수의 최대화에 따라 결정된다.

또한, 이러한 실시예에서, 최소 유클리드 거리는 제2항의 지수 함수가 0으로 근사화될 수 있도록 MDL 및 d_min의 값을 포함하는 비율이 커지도록 될 수 있다. 결과적으로, 유니터리 차분 코드워드 행렬과 연관된 이웃 코드워드 행렬들의 평균 수N1min가 최대화 되고, 다음과 같이 주어진 복호화 에러 확률의 상한값이 된다.

(36)

제2 실시예에 따르면, 코드워드 행렬들의 집합은 광 신호 전파를 따라 지원될 수 있는 사전에 정의된 시공간 코딩률 및 사전에 정의된 MDL 값에 대해, 복호화 에러 확률이 최소화되도록 구성될 수 있다. 따라서, 제1 실시예에서와 같이, MDL의 주어진 값에 대해, 복호화 에러율 상한의 제2항이 최소화되도록 코드워드 행렬들의 집합이 결정될 수 있다. 따라서, 코드워드 행렬들의 집합은 유니터리 차분 코드워드 행렬 및 최소 유클리드 거리와 동일한 거리 지표를 가지는 인접 코드워드 행렬들의 평균 개수가 최대가 되도록 결정될 수 있다. 또한, 최소 유클리드 거리는 모드-의존 손실의 값에 따라 적응된 그러한 실시예일 수 있다.

코드워드 행렬의 집합이 결정되면, 단계(609)는 수신된 변조된 심볼들의 시퀀스를 결정된 코드워드 행렬의 집합들로부터 선택된 코드워드 행렬 X로 부호화하도록 수행될 수 있다.

몇몇 실시예들에 따라, 몇몇 존재하는 코드들의 복호화 에러율의 분석이 시공간 코딩 방법의 성능을 확인하기 위해 수행되었다. 특히 골든 코드, 실버 코드, Alamouti 코드 및 TAST 코드의 에러 성능이 4-QAM 변조를 사용하여 다른 MDL 값에 대해 평가되었다.

도 7은 2개의 전파 모드에 대응하는 Alamouti 코드를 사용하는 코딩 방식에 대한 신호 대 잡음비(SNR)의 함수로서 비트 에러율 성능을 나타낸다. MDL의 두 값, 즉 MDL = 6dB 및 MDL = 10dB가 고려되었다. 4-QAM 변조된 심볼에 대한 Alamouti 코드는 코드워드의 총 수가 8이며, 이들 모두는 유니터리 코드북과 연관된다. 이는 이 코드가 직교이기 때문이다. 도 7에서 알 수 있듯이 Alamouti 코드는 다양한 MDL 값에 대해 동일한 에러율 성능을 제공한다. 따라서, 유니터리 차분 코드워드 행렬와 연관된 이웃 코드워드 매트릭스의 평균 개수에 따라 구성된 코드에 대해, MDL이 없는 복호화 에러 성능이 얻어진다.

도 8은 두 개의 전파 모드를 사용하는 골든 코드와 실버 코드에 대해 MDL = 10dB에 대해 얻은 비트 에러율 성능과 세 가지 모드에 대한 TAST 코드를 보여준다. 실버, 골든 및 TAST 코드들은 유니터리 차분 코드워드 행렬 및 최소 유클리드 거리와 같은 거리 지표를 가지는 인접 코드워드 행렬의 평균 개수로 각각 6.5, 0 및 4의 값을 가진다. 따라서 실버 코드는 골든 코드 및 TAST 코드보다 우수하다.

도 9는 MDL, MDL = 6dB 및 MDL = 10dB의 서로 다른 값에 대한 3 모드 광섬유 전송 시스템에서 TAST 코드의 비트 에러율 성능을 나타낸다. TAST는 같은 수

이므로 MDL 값의 증가는 수치 결과를 통해 보여지는 것처럼 성능을 저하시킨다.

또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 MDL 완화를 위한 시공간 코딩의 효율은 실제 엔드-투-엔드 광섬유 전송을 생성하는 실험실 설정에서 수행된 실험적 연구를 통해 확인되었다. 얻어진 결과 중 일부가 도 10 및 도 11에 나타내었다.

도 10은 부호화되지 않은 시스템과 부호화된 시스템에 대해서, 모드 종속 손실이 MDL = 0, MDL = 6 및 MDL = 10의 다른 값을 가지는 경우, 실제10 모드 광섬유 기반 전송을 생성하는 실험 설정에서 얻은 비트 에러율 성능을 나타낸다. 계획된 실험 결과는 시공간 부호화 시스템이 부호화되지 않은 시스템보다 우월함을 보여준다. 시공간 코드는 부호화 이득 외에도 모드 종속 손실을 완화시킨다.

도 11은 부호화되지 않은 시스템과 부호화된 시스템에 대해서, 실제10 모드 광섬유 기반 전송을 생성하는 실험 설계에서 얻어진 모드 종속 손실의 함수로서 광학 신호 대 잡음비(OSNR)를 나타내는 도면이다. 도시된 결과는 시공간 부호화된 시스템이 부호화되지 않은 시스템에 비해 OSNR 이득을 제공함을 보여주며, 이 이득은 모드 종속 손실 값이 증가함에 따라 증가한다.

단일 편광, 단일 파장 및 단일-캐리어 변조가 사용되는 단일-코어 다중 모드 광섬유의 경우에 다양한 실시예가 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 또한 편파 멀티플렉싱, 파장 멀티플렉싱 및 멀티 캐리어 변조 형식을 지원한다.

또한, 본 발명은 통신에 사용되는 광통신 장치에 한정되지 않으며, 데이터 저장 장치 및 의료 영상 장치와 같은 다양한 광학 장치에 통합될 수 있다. 본 발명은 예를 들어 자동차 산업, 석유 및 가스 시장, 우주 항공 및 항공 전자 분야 및 감지 애플리케이션에 적용되는 여러 광 전송 시스템에 사용될 수 있다.

또한, 여기에 설명된 방법은 본 명세서에서 특정된 기능/동작을 구현하기 위한 명령을 실행하는 프로세서를 갖는 기계를 생성하기 위해 임의의 유형의 컴퓨터의 프로세서에 공급되는 컴퓨터 프로그램 명령에 의해 구현될 수 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 명령어는 또한 컴퓨터가 특정 방식으로 기능하도록 지시할 수 있는 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다. 이를 위해, 컴퓨터 프로그램 인스트럭션은 컴퓨터 상에 로딩되어 일련의 동작 단계들의 수행을 야기하고, 그에 의해 실행된 인스트럭션이 본 명세서에서 특정된 기능들을 구현하기 위한 프로세스들을 제공하는 컴퓨터 구현 프로세스를 생성할 수 있다.

본 발명의 실시예가 다양한 예에 대한 설명에 의해 설명되었지만, 이들 실시예가 상당한 세부 사항으로 설명되었지만, 첨부된 청구 범위의 범위를 제한하거나 제한하는 것은 본 출원인의 의도는 아니다. 부가적인 장점 및 수정은 당업자에게 용이하게 나타날 것이다. 따라서, 보다 넓은 관점에서의 본 발명은 도시된 특정 세부 사항, 대표적인 방법 및 예시적인 실시예에 제한되지 않는다.

11: 광송신기 15: 광수신기
21: FEC 인코더 23: 변조기
25: 시공간 인코더 27: 다중 캐리어 변조기
41: 광신호 프론트엔드 51: 처리 유닛

Claims

사전에 정의된 시공간 코딩률에 따라 디지털 데이터 시퀀스를 부호화하는 시공간 코딩 장치로서, 상기 디지털 데이터 시퀀스는 다수의 타임 슬롯 동안, 단일-코어 다중 모드 광섬유 전송 시스템에서의 광 전송 채널을 통하여, 적어도 2개의 전파 모드를 통해 전송될 변조된 심볼들의 집합을 포함하고,
상기 시공간 코딩 장치는,
공간 차원 및 시간 차원에 의해 표현된 시간 코드 및 공간 코드를 정의하는 코드워드 행렬들의 집합을 결정하도록 구성된 코드북 생성기(53) 및 부호화 유닛(55)을 포함하고,
상기 각각의 코드워드 행렬은 복소값들 및 상기 시간 코드의 차원과 동일한 개수의 열과 상기 공간 코드의 차원과 동일한 개수의 행을 포함하며,
상기 코드북 생성기(53)는, 차분 코드워드 행렬 및 거리 지표를 상기 코드워드 행렬들의 집합 중 각 코드워드 행렬 쌍과 연관 시키도록 구성되고,
상기 소정의 코드워드 행렬 쌍과 연관된 상기 차분 코드워드 행렬의 각 성분이 상기 코드워드 행렬 쌍의 대응하는 성분들 사이의 차이와 동일하며, 상기 소정의 코드워드 행렬 쌍과 연관된 상기 거리 지표는 상기 코드워드 행렬 쌍과 연관된 상기 차분 코드워드 행렬의 유클리드 놈을 계산함으로써 결정되며,
상기 코드북 생성기(53)는 유니터리 차분 코드워드 행렬 및 소정의 유클리드 거리와 동일한 거리 지표와 연관된 코드워드 행렬 쌍의 개수에 따라 상기 코드워드 행렬의 성분을 선택하도록 추가로 구성되고,
상기 부호화 유닛(55)은 상기 변조된 심볼들의 집합을 상기 코드워드 행렬들의 집합으로부터 선택된 코드워드 행렬로 부호화하도록 구성된, 시공간 코딩 장치.
제1항에 있어서,
상기 시공간 코딩 장치는 한 집합의 코드 파라미터를 결정하도록 구성된 처리 유닛(51)을 더 포함하고,
상기 코드 파라미터는 코드 시간 차원, 코드 공간 차원, 상기 코드워드 행렬의 집합에서의 코드워드의 숫자, 및 상기 소정의 유클리드 거리로 이루어진 군에서 선택되는, 시공간 코딩 장치.
제2항에 있어서, 상기 처리 유닛(51)은 상기 사전에 정의된 시공간 코딩률, 상기 변조된 심볼의 숫자 또는 상기 타임 슬롯의 수 중 적어도 어느 하나에 따라 상기 코드 시간 차원을 결정하도록 구성되는 시공간 코딩 장치
제2항에 있어서, 모드 선택 기준에 따라 상기 전파 모드의 수로부터 전파 모드의 셋트를 사전에 선택하도록 구성되는, 시공간 코딩 장치.
제4항에 있어서, 상기 처리 유닛(51)은 상기 전파 모드의 선택된 셋트에 따라 상기 코드 공간 차원을 결정하도록 구성되는, 시공간 코딩 장치.
제1항에 있어서, 상기 코드북 생성기(53)는, 코드워드 행렬들의 가능한 쌍들의 총 수에 대하여 상기 소정의 유클리드 거리와 동일한 거리지표 및 유니터리 차분 코드워드 행렬에 연관된 코드워드 행렬들의 쌍들의 수를 최대화함으로써 상기 코드워드 행렬들의 성분들을 선택하도록 구성되는, 시공간 코딩 장치.
제1항에 있어서, 상기 광섬유 전송 시스템은 사전에 정의된 송신전력 값 및/또는 사전에 정의된 모드 종속 손실의 값과 연관되는, 시공간 코딩 장치.
제7항에 있어서, 상기 변조된 심볼은 변조방식에 따르는 값의 집합에서 선택되는, 시공간 코딩 장치.
제8항에 있어서, 처리 유닛(51)이 상기 송신 전력의 상기 사전에 정의된 값, 상기 변조 방식 및 시공간 코딩률 중 적어도 어느 하나에 따라 상기 코드워드 행렬들의 수를 결정하도록 구성되는, 시공간 코딩 장치.
제7항에 있어서, 처리 유닛(51)이 상기 모드 종속 손실의 상기 사전에 정의된 값에 따라 상기 소정의 유클리드 거리를 결정하도록 구성되는, 시공간 코딩 장치.
광 통신 시스템에서 데이터 시퀀스를 송신할 수 있는 광 송신기 장치로서, 상기 데이터 시퀀스를 부호화하도록 구성된 제1항에 따른 시공간 코딩 장치를 포함하는, 광 송신기 장치.
제11항에 따른 광 송신기 장치에 의해 송신된 데이터 시퀀스를 수신 및 복호화할 수 있는 수신기 장치로서, 상기 전파 모드의 수에 걸쳐 상기 데이터 시퀀스를 복호화하도록 구성된 디코더를 포함하는, 수신기 장치.
제11항에 따른 광학 장치에 의해 송신된 데이터 시퀀스를 수신 및 복호화할 수 있는 수신기 장치로서, 상기 전파 모드의 수보다 작거나 같도록 선택된 전파 모드의 셋트에 걸쳐 상기 데이터 시퀀스를 복호화하도록 구성된 디코더를 포함하는, 수신기 장치.
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 디코더는 최대 우도 디코더, 제로-포싱 디코더, 제로-포싱 결정 피드백 이퀄라이저 및 최소 평균 제곱 에러 디코더로 구성된 그룹에서 선택되는, 수신기 장치.
소정의 시공간 코딩률에 따라 디지털 데이터 시퀀스를 부호화하는 방법으로서,
상기 데이터 시퀀스는 다수의 시간 슬롯 동안, 싱글-코어 다중 모드 광섬유 전송 시스템에서 광학 전송 채널을 통해, 다수의 타임 슬롯 동안, 적어도 2개의 전파 모드에 걸쳐서 전송될 변조된 심볼들의 집합을 포함하며,
상기 방법은;
공간 차원 및 시간 차원에 의해 표현되는 시공간 코드를 정의하는 코드워드 행렬들의 집합을 결정하는 단계를 포함하되, 각각의 코드워드 행렬은 복소값들 및 상기 코드 시간 차원과 동일한 수의 열들 및 상기 공간차원과 동일한 행들의 수를 포함하고,
주어진 한 쌍의 코드워드 행렬에 관련된 차분 코드워드의 각 성분은 상기 쌍의 코드워드 행렬의 성분에 대응하는 차분과 동일하며,
주어진 한 쌍의 코드워드 행렬에 연관되는 거리지표는 상기 쌍에 연관된 차분 코드워드의 유클리드 놈을 계산하여 결정되며,
한 집합의 코드워드 행렬을 결정하는 상기 방법은, 소정의 유클리드 거리와 동일한 거리지표 및 유니터리 차분 코드워드에 연관된 코드워드 행렬쌍의 숫자에 의존하여 코드워드 행렬의 성분을 선택하는 단계를 포함하며,
또한 이 방법은 상기 코드워드 행렬로부터 선택된 코드워드 행렬에 상기 변조된 심볼의 집합을 부호화하는 단계를 포함하는, 디지털 데이터 시퀀스를 부호화하는 방법.
소정의 시공간 코딩률에 따라 디지털 데이터 시퀀스를 부호화하는, 컴퓨터 해독가능한 저장매체에 기록된 컴퓨터 프로그램으로서,
상기 데이터 시퀀스는 다수의 시간 슬롯 동안, 싱글-코어 다중 모드 광섬유 전송 시스템에서 광학 전송 채널을 통해, 다수의 타임 슬롯 동안, 적어도 2개의 전파 모드에 걸쳐서 전송될 변조된 심볼들의 집합을 포함하며,
상기 컴퓨터 프로그램은 명령을 포함하여 처리기에 의해 수행될 때, 이 처리기로 하여금;
- 공간 차원과 시간차원에 의해 표현되는 시공간 코드를 규정하는 코드워드 행렬의 한 집합을 결정하게 하고, 각 코드워드 행렬은 상기 시간 차원과 동일한 수의 열과 복소값을 포함하며, 이 처리기는 상기 코드워드 행렬에서 각 한 쌍의 코드워드에 대해 차분 코드워드 행렬과 거리지표를 연관시키도록 되며, 코드워드의 주어진 행렬과 연관된 차분 코드워드 행렬의 각 성분은 상기 코드워드 쌍의 성분에 대응하는 차분과 동일하고, 코드워드 행렬의 주어진 쌍과 연관되는 거리지표는, 상기 쌍에 연관되는 차분 코드워드의 유클리드 놈을 계산하여 결정되며, 이 처리기는 소정의 유클리드 거리와 동일한 거리 및 유니터리 차분 코드워드 행렬에 연관되는 코드워드 행렬쌍의 수에 따라 코드워드 행렬의 성분을 선택하게 되고;
- 상기 코드워드 행렬의 쌍으로부터 선택된 코드워드 행렬에 상기 변조된 심볼의 집합을 부호화하게 하는, 컴퓨터 해독가능한 저장매체에 기록된 컴퓨터 프로그램.