KR102055480B1 - 다중 모드 광섬유용 스크램블러 및 이러한 스크램블러를 이용한 광 송신 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 광을 스크램블링하기 위해 다중 모드 섬유(130)에 배열된 결정성 스크램블러(1)를 제공하며, 상기 광은 한 세트의 전파 모드에 따라 상기 다중 모드 광섬유에서 전파되는 한 세트의 광신호를 포함하며, 각각의 전파 모드는 전력값과 연관되며, 상기 스크램블러는 상기 전파 모드들과 관련된 전력값들에 따라 상기 전파 모드들의 순열을 결정하도록 구성되며, 상기 스크램블러는 상기 전파 모드들의 상기 순열에 따라 상기 광신호들을 재분배하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 모드 광섬유용 스크램블러 및 이러한 스크램블러를 이용한 광 송신 시스템{SCRAMBLER FOR A MULTIMODE OPTICAL FIBER AND OPTICAL TRANSMISSION SYSTEM USING SUCH SCRAMBLER}

본 발명은 일반적으로 광통신에 관한 것으로, 특히, 광을 스크램블링하기 위해 다중 모드 광섬유에 배열된 스크램블러(scrambler)에 관한 것이다.

광섬유 기반 광 전송 시스템은 통신 및 데이터 네트워킹과 같은 다양한 응용 분야에서 상대적으로 많은 양의 정보를 전송하는 데 사용된다. 보다 빠른 광대역 및 보다 신뢰성 있는 네트워크에 대한 수요가 증가함에 따라, 광섬유 기반의 광통신 시스템은 중요한 과제에 직면해있다.

광섬유는 광 스펙트럼에서 전자기파를 유도하는 광 도파관을 나타낸다. 광섬유를 따라 파동이 전파되는 것은 그 기하학적 구조, 모드 구조, 굴절률의 분포, 만들어지는 물질 등과 같은 광섬유와 관련된 몇 가지 매개 변수에 달려 있다. 광섬유는 일반적으로 보다 낮은 굴절률을 갖는 투명한 클래딩 재료에 의해 둘러싸인 투명 코어를 포함한다. 클래딩은 코어로 들어가는 빛이 코어에 존재하도록 한다. 도파관 역할을 하는 광섬유는 광섬유 코어로 들어간 빛을 안내한다. 코어에 들어가는 빛이 클래딩에 부딪힐 때, 내부 반사를 겪는다.

광섬유에는 다중 모드 광섬유 및 단일 모드 광섬유의 두 가지 유형이 있다. 이 두 가지 유형의 섬유의 차이는 섬유의 코어에서 전파할 수 있는 모드의 수에 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "모드"는 광이 광섬유를 따라 이동하는 허용 가능한 경로(광 전파 경로)를 지칭한다.

다중 모드 광섬유는 여러 모드를 허용하지만 단일 모드 광섬유는 단 하나의 모드만 허용한다.

다중 모드 광섬유에서 빛이 광섬유를 통과하는 데 걸리는 시간은 각 모드마다 다르므로 광섬유 출력에서 펄스가 확산된다("다 모드 분산"이라고 함).

모드간의 시간 지연의 차이를 차동 모드 지연(Differential Mode Delay, DMD)이라고 한다. 다 모드(intermodal) 분산은 다중 모드 광 대역폭을 제한한다. 광섬유의 대역폭은 광섬유의 정보 전달 용량을 결정한다. 광섬유의 전송 용량은 특정 비트 오류율에서 전송 시스템이 작동할 수 있는 거리와 광 전송 채널에서 정보를 안정적으로 전송할 수 있는 속도의 상한을 포함한다. 광섬유 대역폭을 제한함으로써, 다 모드 분산은 임의의 작은 오류 확률로 달성할 수 있는 정보 속도를 감소시킨다.

단일 모드 광섬유는 다 모드 분산을 나타내지 않으며, 다중 모드 광섬유보다 높은 대역폭을 가진다. 단일 모드 광섬유는 다중 모드 광섬유에서 얻을 수 있는 것보다 훨씬 먼 거리에서 높은 데이터 속도를 허용한다.

단일 모드 광섬유는 더 높은 대역폭을 갖지만 다중 모드 광섬유는 단거리에서 높은 데이터 속도를 지원한다. 결과적으로 다중 모드 광섬유는 단거리 및 비용에 민감한 LAN 응용 분야에서 특히 많이 사용된다. 다중 모드 광섬유는 각 코어가 단일 모드 또는 다중 모드일 수 있는 단일 코어 또는 다중 코어 섬유에서 많은 모드를 전파할 수 있다. 다양한 전파 모드들은 독립적인 데이터 심볼들이 다중화될 수 있는 직교 채널들의 세트를 형성한다. 모드 분할 다중화(MDM)와 같은 공간 분할 다중화(SDM)기술은 이러한 다중화를 수행하는데 사용될 수 있으며, 이는 전파 모드의 수에 대응하는 인자에 의해 링크 용량을 증가시킨다. 파장 분할 멀티플렉싱(WDM) 시스템이 비선형 섀넌(Shannon) 한계에 근접함에 따라, 공간 분할 멀티플렉싱(SDM)은 광 전송 채널의 용량을 증가시킬 수 있는 전망을 보인다.

다중 모드 광섬유는 단일 모드 광섬유보다 높은 전송속도를 제공할 수 있다. 그러나 더 많은 양의 데이터 심볼을 다중화하고 전송하기 위해 다중 모드의 존재를 이용하면 여러 모드의 손상을 관리해야 한다. 이러한 손상은 주로 광학 구성 요소(예: 파이버, 증폭기 및 멀티플렉서)의 불완전성 및 다양한 전파 모드간의 누화(cross talk)효과에 기인한다. 이러한 불완전성은 비 유니터리 손상, 즉 독립적인 데이터 심볼이 다중화되는 상이한 채널 사이의 직교성 및/또는 에너지 손실을 야기하는 장애를 유도한다. 이러한 장애는 특히 장거리 응용 분야에서 광 링크의 용량을 크게 줄이고 전송 시스템의 성능을 저하시킬 수 있다.

다중 모드 광섬유의 대역폭은 일반적으로 단일 모드 광섬유의 대역폭보다 높으며, 각 모드는 개별적으로 변조되며 전송할 신호는 서로 다른 모드에서 다중화된다. 이 대역폭은 전파 중 모드간의 커플링("누화 인터 모드")에 의해 제한된다.

또한 장거리의 경우 광섬유 섹션간에 증폭기가 필요하다. 증폭기 이득의 모드 분산의 결과로서, 모드는 동일한 감쇠를 겪지 않는다. 예를 들어, 광 멀티플렉서 또는 디멀티플렉서와 같은 다른 구성 요소뿐만 아니라 광섬유의 불완전성도 감쇠에 더 영향을 미칠 수 있다. 모드간 차등 손실은 MDL(Mode Division Multiplexing)이라고도 불리우며, 노이즈 소스에 대한 감도를 증가시켜 시스템의 범위를 제한한다.

멀티 코어 섬유는 공통 클래딩 내에 복수 코어(보통 2 내지 7 코어)를 포함한다. 작은 크기의 코어는 각각 단일 모드 전파만 허용한다. 다중 모드 섬유와 달리 멀티 코어 섬유는 모드 분산을 나타내지 않는다. 대조적으로, 소멸 파는 다른 코어 사이의 커플링(인터코어 누화)을 생성하며, 코어의 수가 많고 코어 간 거리가 낮을수록 누화의 레벨이 모두 높다. 다중 모드 광섬유를 통한 전파모드에 영향을 미치는 이러한 누화는 또한 모드 종속 손실(Mode Dependent Loss, MDL)로 알려져 있다. MDL 효과로 인해 광학 또는 디지털 신호 처리 솔루션을 줄여야 한다.

MDL 효과의 영향은 다음과 같은 많은 연구에서 밝혀진 바와 같이 채널 용량에 좋지 않다.

- P. Winzer et al.,"MIMO capacities and outage probabilities in spatially multiplexed optical transport systems," Opt. Express, 2011;

- C. Antonelli et al., "modeling and performance metrics of MIMO-SDM systems with different amplification schemes in the presence of mode-dependent loss," Opt. Express 23, 2203-2219 201.

- A. Lobato et al., "On the mode-dependent loss compensation for mode-division multiplexed systems," (ICTON), 23-27 June 2013.

MDL 효과를 완화하기 위해 제안된 해결책은 K. Ho 외의 "모드의존 손실 및 이득: 모드분할 다중화에 대한 통계 및 효과, Opt. Express 19, 16612-16635(2011)"에 기술되어 있다. 이 접근법에 따르면 MDL 및 모달 분산을 줄이기 위해 강력한 모드 결합이 사용된다.

다른 접근 방식에서는 모드 스크램블링을 사용하여 로컬 지점에서 모드를 결합하는 것이 알려져 있다. 기존 모드 스크램블러는 다중 모드 광섬유에서 대역폭 측정 재현성 문제를 해결하도록 설계되었다. 특히, 일부 모드 스크램블러('모드 믹서' 또는 '모드 커플러'라고도 함)는 균일한 입력 모드 전력 분배를 제공하기 위해 제안되었다.

다음에서 개시된 모드 스크램블러의 기계적 유도 구현이 사용될 수 있다.

- "M. Tokuda, S. Seikai, K. Yoshida, N. Uchida, Measurement of Baseband Frequency Reponse of Multimode Fibre By Using a New Type of Mode Scrambler, Electronics Letters, Volume: 13, Issue: 5, March 1977" 및

- "A. Li, A. Al Amin, X. Chen, and W. Shieh, Transmission of 107-Gb/s mode and polarization multiplexed CO-OFDM signal over a two-mode fiber, Optics Express Volume: 19, Issue: 9, pages 8808-8814, 2011";

기계적으로 유도된 스크램블링 설계는 정현파 굽힘, 격자 및 상이한 프로파일을 갖는 결합 섬유와 같은 다양한 방식을 통해 섬유 형태에서의 기계적 섭동에 기초하여 설계된다.

모드 스크램블링을 구현하는 또 다른 방법은 모드 변환기와 같은 광학 구성 요소의 사용에 기반한다.

기계적 유도 모드 스크램블링을 기반으로 한 MDL 완화는 일부 기존 구현에서 다루어졌다. 예를 들어, 문헌[S. Warm et al., "Splice loss requirements in multi-mode fiber mode-division-multiplexed transmission links," Opt. Express 21(19), 2013]에서는, 모드 커플링의 상관 관계를 줄이기 위해 임의의 수의 광섬유 접속 이후에 무작위 모드 순열이 추가된다. FR3023436에서는, 무작위 스크램블러를 구비한 광섬유 전송 시스템이 전파 모드 또는 코어를 스위칭하기 위해 제안되었다. 이러한 시스템은 시공간 인코더 및 개별적인 전파 모드 또는 광섬유의 코어와 각각 관련된 복수의 변조기를 포함하며, 각각의 변조기는 레이저 빔을 변조한다. 광섬유는 복수의 섹션, 광섬유의 임의의 2개의 연속 섹션 사이에 제공된 증폭기 및 적어도 2개의 연속 섹션 사이에서 모드를 전환하기 위해 각 증폭기와 연관된 모드 스위치를 포함한다. 모드 스크램블러는 적어도 2개의 연속 섹션들 사이에서 모드들을 무작위로 치환하기 위해 각각의 증폭기와 관련된다. 그러나, 모드의 무작위 순열은 모든 전파 모드에서 경험하는 MDL 효과를 평균화하기에 충분하지 않다. 보다 일반적으로, 스크램블러의 사용에 기초한 기존의 접근법은 상당한 수의 모드 스크램블러(각 증폭기에 대해 하나의 스크램블러)를 요구하고 제한된 성능을 제공한다.

따라서, 개선된 스크램블러가 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 광을 스크램블링하기 위해 다중 모드 광섬유에 배열된 스크램블러를 제공한다.

이러한 문제점 및 다른 문제점을 해결하기 위해, 광을 스크램블링하기 위해 다중 모드 섬유에 배열된 스크램블러를 제공하며, 상기 광은 한 세트의 전파 모드에 따라 상기 다중 모드 광섬유에서 전파되는 광신호 세트를 포함하며, 각각의 전파 모드는 전력값과 연관된다. 상기 스크램블러는 상기 전파 모드들과 연관된 전력값들에 따라 상기 전파 모드들의 순열을 결정하도록 구성되며, 상기 스크램블러는 상기 전파 모드들의 상기 순열에 따라 상기 광신호들을 재분배하도록 구성된다.

일 실시예에서, 상기 스크램블러는 상기 모드들을 2 x 2로 치환하기 위한 치환부를 포함하고, 상기 치환부는 i번째 높은 전력값과 연관된 모드를 i번째 낮은 전력값과 연관된 모드로 치환하도록 구성되며, 이때 각각의 인덱스 i는 스크램블러에 의해 사용되는 모드의 수의 절반인 바닥 부분과 1 사이에 포함될 수 있다.

특정 실시예에서, 전파 모드와 연관된 상기 전력값은 수신기에서 상기 전파 모드를 통해 광신호를 전파함으로써 수신된 에너지의 평균의 추정치를 나타낸다.

상기 광신호는 송신기 측에서 단일 에너지로 상기 모드를 통해 전파될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는 광섬유 전송 채널을 제공하며, 상기 광섬유 전송 채널은 다중 모드 광섬유를 포함하고, 상기 광섬유는 섬유 슬라이스를 포함한다. 상기 광섬유 전송 채널은 상기 실시예들에서 설명된 적어도 하나의 스크램블러를 포함하고, 각 상기 스크램블러는 두 개의 섬유 슬라이스 사이에 삽입된다.

상기 광섬유 전송 채널은 소정의 주기에 따라 상기 광섬유에 배열되는 적어도 2개의 스크램블러를 포함하며, 상기 스크램블러의 개수는 상기 광섬유 슬라이스의 개수보다 엄격하게 작을 수 있다.

상기 스크램블러의 개수는 목표 모드 의존 손실 및/또는 상기 광섬유의 길이 및/또는 증폭기의 개수로부터 결정될 수 있다.

상기 광섬유 슬라이스는 일방향 또는 양방향으로 오정렬될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는,

상기 실시예들에서 설명된 광 전송 채널 중 하나를 통해 적어도 2개의 공간 전파 모드에 걸쳐 데이터 시퀀스를 송신하도록 구성된 송신기를 포함하는 광 통신 시스템을 제공한다.

상기 광 통신 시스템은 다음을 포함할 수 있다:

- 적어도 하나의 에러 정정 코드를 적용하여 상기 데이터 시퀀스를 코드워드 벡터로 인코딩하도록 구성된 순방향 에러 정정 코드 인코더;

- 상기 코드워드 벡터에 변조 방식을 적용하여 변조된 심볼들의 세트를 결정하도록 구성된 변조기; 및

- 시공간코드를 상기 변조된 심볼들의 세트에 적용함으로써 코드워드 행렬을 결정하도록 구성된 시공간 인코더.

상기 광통신 시스템은 상기 광 전송 채널로부터 수신된 데이터 시퀀스를 포함하는 신호를 디코딩하기 위한 수신기를 포함할 수 있다.

특정 실시예에서, 상기 수신기는 다음을 포함할 수 있다:

- 변조된 심볼 세트를 제공하며, 상기 적어도 2개의 공간 전파 모드보다 낮거나 같은 전파 모드 세트를 통해 상기 신호를 디코딩하도록 구성된 시공간 디코더;

- 복조 방식을 적용함으로써 상기 변조된 심볼 세트의 상기 추정치로부터 상기 코드워드 벡터의 추정치를 결정하도록 구성된 복조기; 및

- 적어도 하나의 에러 정정 코드 디코더를 상기 코드워드 벡터에 적용함으로써 상기 데이터 시퀀스의 추정치를 생성하도록 구성된 순방향 에러 정정 코드 디코더.

본 발명의 다른 장점은 도면 및 상세한 설명을 검토한다면 당업자에게 명백해질 것이다. 임의의 추가 이점들이 본 명세서에 포함되는 것으로 의도된다.

모드들과 관련된 전력값에 따라 모드들을 치환하는 적어도 하나의 결정성 스크램블러를 사용함으로써, 본 발명의 다양한 실시예들은 MDL의 영향을 완화시킨다. 제안된 다중 모드 광섬유 전송 시스템은 적은 수의 모드 스크램블러만을 사용하여 기존의 스크램블러에 비해 성능을 향상시킬 수 있다.

본 명세서에 통합되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 다양한 실시예를 설명하고, 전술한 본 발명의 일반적인 설명 및 하기 실시예에 대한 상세한 설명이 기술된다.
도 1은 광섬유 전송에 기초한 통신 시스템(100)에서 본 발명의 예시적인 응용을 도시한다.
도 2는 광섬유 슬라이스를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 광 송신기(11)의 아키텍처를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 디지털 광학 프론트 엔드의 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 광 수신기의 개략적인 구조이다.
도 6은 일 실시예에 따른 스크램블러의 구조를 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따른, 광학 모드 스크램블러에 의해 구현되는 스크램블링 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 스크램블링 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 9는 예시적인 광 전송 채널을 도시한다.
도 10은 전파 모드당 평균 수신 에너지의 확률분포 함수(PDF)를 나타내는 도면이다.
도 11은 모드 종속 손실의 확률 분포 함수(PDF)를 나타내는 다이어그램을 도시한다.
도 12는 상이한 오정렬에 대한 6-모드 광섬유에 대해 획득된 비트 에러율(BER) 성능을 나타내는 2개의 다이어그램을 도시한다.
도 13은 평균 링크 MDL과 스크램블러의 수 사이의 의존성을 도시하는 다이어그램이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 발명의 실시예들은 광을 스크램블링하기 위해 다중 모드 광섬유에 배열된 개선된 스크램블러(이하, "결정성 스크램블러" 또는 "모드 스크램블러"라고도 함)를 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 하나 이상의 스크램블러는 광섬유 전송 시스템에 사용될 수 있다. 광은 한 세트의 도파 모드에 따라 다중 모드 광섬유에서 전파된 한 세트의 광신호를 포함한다. 다중 모드 광섬유는 모드 분산(모드 의존 손실(Mode Dependent Loss)의 약자인 MDL이라고 함)의 영향을 받는다. 본 발명의 실시예에 따른 스크램블러는 도파관 모드와 관련된 전력값에 따라 스크램블링 광에 의한 비트 에러율의 관점에서 MDL의 영향을 효율적으로 감소시킨다.

특히, 모드 스크램블러는 상기 도파 모드와 관련된 전력값에 기초하여 도파 모드의 순열을 결정하도록 구성될 수 있으며, 상기 스크램블러는 상기 도파 모드의 상기 순열에 따라 상기 광신호를 재분배하도록 구성된다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품은 다양한 응용에 적용되는 광섬유 전송 시스템에서 구현될 수 있다. 예시적인 응용은 통신, 항공 우주 전자, 데이터 저장, 자동차 산업, 이미징 및 운송을 포함하지만 이들로 한정되지 않는다.

원격 통신 응용은 데스크탑 컴퓨터 또는 터미널에서부터 전국 네트워크에 이르기까지 다양하다. 이러한 응용은 1m 미만으로부터 수백 또는 수천km에 이르는 거리에서 데이터를 전송(예를 들어, 음성, 데이터, 이미지 또는 비디오 전송)하거나 네트워크 연결(예를 들어, 근거리 통신망의 스위치 또는 라우터 연결)을 할 수 있다.

다음의 특정 실시예에 대한 설명은 단지 설명의 목적으로, 통신 시스템에 대하여 이루어진다. 그러나, 당업자라면, 본 발명의 다양한 실시예가 예를 들어, 광섬유를 사용하는 상이한 응용 분야를 위한 다른 유형의 시스템에 적용될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다:

- 항공우주 및 항공 전자공학 응용 분야(예: 군사 및/또는 상업 응용 분야); 이러한 응용 분야에서 광섬유 기술 및 제품은 열악한 환경 및 조건에서 엄격한 테스트 및 인증 요구 사항을 충족하도록 설계되었다.

- 데이터 저장 응용 분야에서, 광섬유는 여러 장치 간의 네트워크 연결 및/또는 스토리지 시스템의 일부로써 데이터 저장 장치에 사용될 수 있다. 데이터 저장 애플리케이션에서 광섬유 연결은 장거리에서도 매우 높은 대역폭을 제공한다.

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

- 영상 응용 분야(예를 들어, 원격 의료)에서, 광섬유는 분석 및/또는 해석을 위해 대상 또는 대상 영역의 영상을 영상 뷰 엔드로 전송하는데 사용될 수 있다.

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

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

광섬유 전송 채널(13)은 광섬유(130)를 포함한다. 광섬유(130)는 정렬되거나 정렬되지 않은 하나 이상의 섬유 슬라이스(131)를 포함한다. 광학 구성요소가 슬라이스 사이에 삽입될 수 있다. 특히, 광섬유 전송 채널(13)은 또한 광섬유에 삽입된 하나 이상의 증폭기(132)를 포함할 수 있다. 증폭기(132)는 광섬유에 규칙적으로 삽입될 수 있다. 특히, 각 증폭기(132)는 광섬유 링크를 따라 각 쌍의 섬유 슬라이스(131) 사이에 삽입되어 광섬유 감쇠를 보상하고 광신호를 재생할 필요없이 장거리로 신호를 전달할 수 있다. 예시적인 광 증폭기는 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(Erbium doped fiber amplifier: EDFA)를 포함한다. 이러한 증폭기는 장거리 광 전송에 구현될 수 있다. 이들은 광섬유의 유형, 광 링크의 길이 및 응용에 따라 신호 전력을 높이기 위해 40 내지 120 km마다 삽입될 수 있다.

다중 모드 광섬유를 사용하는 일 실시예에서, 증폭기(132)는 복수의 전파 모드에 대응하는 광신호를 동시에 증폭하도록 구성될 수 있다. 그러한 실시예에서의 예시적인 증폭기는 소수 모드(few mode) 에르븀 첨가 광섬유 증폭기와 같은 소수 모드 증폭기를 포함한다.

일 실시예에서, 광신호 증폭은 비선형 모의 라만 산란 효과를 이용하여 분산 방식으로 수행된다. 이러한 실시예에서, 광섬유는 전송 채널 및 증폭 매체 양쪽 다 사용될 수 있다.

다른 실시예에서, 신호 증폭은 규칙적으로 배열된 광 증폭기(예를 들어, EDFA 증폭기) 및 모의 라만 산란 효과의 공동 사용에 의해 달성될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 신호 증폭은 광/전기 변환(도 1에 도시되지 않음)을 통해 전기 영역에서 수행될 수 있다. 이러한 실시예에서, 광섬유 전송 채널(13)은, 각 증폭 단계에서, 하기를 포함한다:

- 광신호를 다시 전기 도메인으로 변환하기 위한 광 다이오드;

- 변환된 전기 신호를 증폭하기 위한 전기증폭기; 및

- 증폭된 전기 신호에 대응하는 광신호를 생성하는 레이저 다이오드.

도 2를 참조하면, 섬유 슬라이스(131)가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 광섬유(130)는 코어(2), 클래딩(3) 및 코팅(4)을 포함하는 원통형 비선형 도파관을 형성한다. 광 송신기(11)에 의해 보내지는 광신호는, 코어(2)의 굴절률

와 클래딩(3)의 굴절률 n _cl 사이의 굴절률 차에 기인한 전반사를 통해 코어(2)에 구속된다. 코어(2)의 반경 r_co, 굴절율 차이

및, 광 캐리어의 파장

에 따라, 광파는 서로 다른 전파 모드로 전파된다. 본 명세서에서 사용되는 "전파 모드"는 광섬유 섹션을 가로 지르는 광파의 에너지 분포를 나타낸다.

전파 모드의 수는 광섬유(130)의 광학 및 기하학적 특성에 의해 정의된 무 차원 파라미터("정규화된 주파수"라고도 함)로부터 결정된다. 예를 들어, 스텝 인덱스 섬유의 경우, 무 차원 파라미터 V는 다음과 같이 정의된다:

(1)

여기서 NA =

는 광섬유의 개구 수를 나타낸다.

당업자는 본 발명이 스텝 인덱스 섬유에 한정되지 않으며, 예를 들어, 그레이드 인덱스 섬유와 같은 상이한 유형의 다중 모드 섬유에도 적용된다는 것을 쉽게 이해할 것이다.

다시 도 1을 참조하면, 섬유 슬라이스(131)를 따른 광신호의 전파는, 섬유 코어의 반경, 광 캐리어의 파장 및 코어와 클래딩 간의 굴절률 차이와 같은 몇몇 파라미터에 따라 결정될 수 있는 전파 모드의 수에 의해 정의된다.

본 발명의 특정 실시예에 따르면, 광섬유 전송 채널(13)은 누화 효과를 감소시키고 전파 모드에 의해 경험된 손실을 평균화하기 위해 적어도 하나의 모드 스크램블러(1)(이하 간단히 "스크램블러")를 포함한다. 각 스크램블러(1)는 광 증폭기(132)와 관련된다. 스크램블러(1)는 상이한 배치에 따라 광섬유에 삽입될 수 있다. 일 실시예에서, 스크램블러의 수는 증폭기(132)의 수보다 엄격하게 적을 수 있다.

공간 분할 다중화가 광섬유 전송 채널(13)에서 N ≥ 2개의 전파 모드를 지원하는 다중 모드 광섬유로 구현되는 실시예에서, 본 발명에 따른 스크램블러(1)의 사용은 더 적은 수의 스크램블러를 이용하여 누화 및 심볼간 간섭 효과를 효율적으로 완화시킨다. 누화 및 심볼간 간섭 효과는 광섬유를 따라 각 전파 모드의 커플링을 유도하는 모드간 에너지 전달로 인한 전파 모드의 중첩으로 인해 발생한다. 대형 코어 섬유는 많은 전파 모드를 지원하는 다중 모드 섬유의 예이다. 소수 모드 광섬유는 2 내지 10 사이의 여러 전파 모드를 지원한다. 각각의 전파 모드는 상이한 그룹 속도와 관련될 수 있다.

도 3은 특정 실시예에 따른 광 송신기(11)의 구성 요소를 도시한다. 광 송신기(11)는 입력 데이터 시퀀스를 광 전송 채널(13)을 통해 전송되는 광신호로 변환하도록 구성된다. 광 송신기(11)는 순방향 오류 정정(FEC) 모듈을 이용하여 입력 데이터 시퀀스를 코딩한 다음, 코딩된 데이터 시퀀스를 전기 광학 변조기를 사용하여 광학 도메인으로 변환한다. 광 송신기(11)에 의해 제공된 광신호는 광섬유 전송 채널(13)에 의해 형성된 광섬유 링크에서 전송된다. 광섬유 전송 채널(13)에 배열된 광 증폭기(131)는 광섬유 감쇠를 보상하고 수천km에 걸쳐 신호를 전달할 수 있다. 일 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 광 송신기(11)는 하기를 포함한다:

- 적어도 하나의 순방향 에러 정정 코드를 적용하여 길이 k의 입력 데이터 시퀀스(즉, k개의 심볼들을 포함)를 길이 n > k의 코드워드 벡터 형태를 가지는 인코딩된 시퀀스로 인코딩하도록 구성된 FEC 인코더(22);

- 변조되기 전에 버스트 에러에 대비하여 상기 심볼들에 보호층을 부가하기 위해 상기 인코딩된 심볼들을 혼합하도록 구성된 인터리버(23);

- 직교 진폭 변조(QAM)와 같은 변조 방식을 적용하여 인터리빙되고 인코딩된 시퀀스를 변조하고 변조된 심볼 세트를 전달하도록 구성된 변조기(24); 및

- 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).

시공간 인코더(25)는 Q개의 변조된 심볼들

의 각각의 수신된 시퀀스(또는 블록)를 차원

의 코드워드 행렬 X로 변환하도록 구성될 수 있다. 코드워드 행렬은 N_t개의 행 및 T개의 열로 배열되는 복소수 값으로 구성될 수 있는데, 여기서, N_t는 광 송신기(11)에 의해 사용되는 전파 모드의 수를 나타내고, T는 ST 코드의 시간 길이를 나타낸다. T는 또한 전송을 위해 사용된 시간 채널 수에 대응한다. 따라서, 코드워드 행렬의 각 값은 사용 시간 및 사용된 전파 모드에 대응한다.

일 실시예에 따르면, 입력 데이터 시퀀스는 k 비트를 포함하는 2진 시퀀스일 수 있다. FEC 인코더(22)는 그러한 실시예에서, 입력 2진 시퀀스를 적어도 하나의 2진 순방향 에러 정정 코드를 적용하여 n 비트를 포함하는 2진 코드워드 벡터로 인코딩하도록 구성될 수 있다. k 비트의 시퀀스를 n 비트의 시퀀스로 인코딩하는 순방향 에러 정정 코드 C _FEC 는

과 동일한 부호화율(이하, "순방향 에러 정정 부호화율")을 갖는다.

다른 실시예에서, 입력 데이터 시퀀스는 갈루아 필드의 차수를 나타내는

인 갈루아 필드 GF(q)의 값을 취하는 심볼을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, FEC 인코더(22)는 입력 데이터 시퀀스를 n개의 심볼을 포함하는 코드워드 벡터로 인코딩하도록 구성될 수 있다. 코드워드 벡터에 포함된 각 심볼은 갈루아 필드 GF(q)의 값을 취한다. 이 경우의 인코딩 프로세스는 q > 2인 GF(q)를 통해 구성된 비(非)-2진 순방향 에러 정정 코드를 사용하여 수행될 수 있다.

당업자는 본 발명의 다양한 실시예가 비-2진 순방향 에러 정정 부호화에 적용된다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 2진 순방향 에러 정정 코드는 q = 2와 동일한 차수의 갈루아 필드 GF(q)를 통해 구축된 코드로 볼 수 있다.

c로 표시되는 인코딩된 시퀀스 또는 코드워드 벡터는 "알파벳" 또는 "코드북"으로 알려진 코드워드 벡터 세트에 속하며 A_FEC로 표시된다. 코드북 A_FEC는 코드워드 벡터의 모든 가능한 값 세트를 포함한다.

Q개의 변조된 심볼들의 시퀀스를 차원

의 코드워드 행렬 X로 인코딩하는 시공간 코드

는 채널 사용당

개의 심볼("채널 당 심볼들"은 이하 "s/c.u"라 함)과 동일한 시공간 부호화율을 갖는다. 여기서, T는 시공간 코드

의 시간 차원을 나타내고, N_t는 송신기 측면에서 다중 모드 광섬유에서 사용된 공간 전파 모드의 수와 동일한 공간 차원을 나타낸다. 코드워드 행렬 X는 다음과 같은 형식으로 쓸 수 있다.

(2)

식(3)에서, 코드워드 행렬 X의 각 값 x_ij는

에 대한 i번째 전파 모드 및

에 대한 j번째 사용 시간에 해당한다. 각각의 코드워드 행렬 X는 (코드북 또는 알파벳으로 지칭되는) 코드워드 행렬 A_ST의 세트에 속한다. 코드북 A_ST는 코드워드 행렬들의 모든 가능한 값 세트를 포함한다.

는 알파벳 A_ST의 코드워드 행렬의 수를 나타낸다.

예시적인 에러 정정 코드 그룹은 해밍 코드, 리드-솔로몬 코드, 컨볼루션 코드, BCH 코드, 터보 코드, 2진 저밀도 패리티 검사(LDPC) 코드 및 비-2진 LDPC 코드들을 포함할 수 있다.

예시적인 시공간 코드는 직교 코드, 준 직교 코드, 퍼펙트 코드 및 TAST(Threaded Algebraic Space Time) 코드를 포함할 수 있다. 예시적인 직교 코드는 알라모우티 코드를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 광 송신기(11)는 모든 이용 가능한 전파 모드를 사용하여 광신호를 송신하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 사용된 전파 모드의 개수 Nt는 모든 전파 모드 N과 동일할 수 있다.

특정 실시예에서, 광 송신기(11)는, 예를 들어, 공간 분할 다중화 시스템의 용량 최대화 및/또는 평균 수신 에너지의 최적화와 같은 하나 이상의 선택 기준에 따라, 광신호를 광섬유를 따라 전파시키는데 사용되는 전파 모드를 선택하는 전파 모드 선택기(미도시)를 포함할 수 있다. 전파 모드 선택기는 광 전송 채널(13)에 삽입된 광학 구성 요소의 결함 및/또는 도파관의 불완전성을 보상하여, 전파 모드들이 겪는 서로 다른 손실들 및 서로 다른 모드 손실 불균형과 같은 불완전성을 보상할 수 있게 한다. 모드 선택을 사용하는 실시예들에서, 광 송신기(11)는 이용 가능한 전파 모드들 중에서 미리 선택된 전파 모드들의 세트를 사용하여 광신호를 송신하도록 구성된다. 광신호를 전파하는데 사용되는 전파 모드의 수 Nt는 사용 가능한 모드의 수 N보다 상당히 작아진다(Nt < N).

광 송신기(11)는 주파수 영역 신호를 전달하는 하나 이상의 다중 캐리어 변조기(26)를 더 포함할 수 있다. 다중 캐리어 변조기(26)는 다수의 직교 서브 캐리어를 포함하는 각각의 광학 캐리어 내에 다중 캐리어 변조 기술을 구현함으로써 다중 캐리어 심볼을 생성하도록 구성될 수 있다. 다중 캐리어 변조는 상이한 전파 모드들을 분리하고 다양한 모드들 사이의 광섬유 분산 및 누화로 인한 심볼간 간섭에 대한 더 나은 저항성을 제공하도록 구현된다. 예시적인 다중 캐리어 변조 포맷은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM) 및 필터뱅크 다중 캐리어(Filter Bank Multi Carrier: FBMC)를 포함한다.

다중 캐리어 변조기(26)에 의해 전달된 주파수 영역 신호는 수신된 주파수 영역 신호를 광학 영역으로 변환하도록 구성된 디지털 광학 프론트 엔드(27)에 의해 처리될 수 있다. 디지털 광학 프론트 엔드(27)는 주어진 파장의 다수의 레이저 및 사용된 편광 상태 및 사용된 전파 모드와 연관된 복수의 광 변조기(도 2에 미도시)를 사용하여 변환을 수행할 수 있다. 레이저는 동일하거나 상이한 파장의 레이저 빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 이후, 상이한 레이저 빔은 광 변조기와 같은 수단에 의해 OFDM 심볼의 상이한 출력(또는 단일 캐리어 변조를 사용하는 실시 예에서 코드워드 행렬의 상이한 값)을 사용하여 변조되고, 광섬유의 상이한 편광 상태에 따라 편광될 수 있다. 예시적인 변조기는 마하젠더 변조기를 포함한다. 위상 및/또는 진폭 변조가 사용될 수 있다. 또한, 서로 다른 광신호를 변조하기 위해 다양한 광 변조기에 의해 사용되는 변조 방식은 유사하거나 상이할 수 있다.

광 변조기 및 레이저의 개수는 사용된 광섬유 내의 코어의 개수 및/또는 편광 상태의 개수 및/또는 광신호 전송을 위해 사용된 전파 모드의 개수에 따라 달라질 수 있다. 이와 같이 생성된 광신호는 이후 광섬유(130)에 주입되어 선택된 전파 모드에 따라 그 내부에서 전파될 수 있다.

도 4는 단일 코어 다중 모드 광섬유 및 단일 편광 상태가 사용되는 일 실시예에 따른 디지털 광학 프론트 엔드(27)의 블록도이다. 이러한 실시예에서, 사용된 전파 모드의 개수는 이용 가능한 전파 모드의 개수 N보다 작거나 같고, 즉,

이다. 따라서, 디지털 광학 프론트 엔드(27)는:

-

에서, 동일한 파장 λ _n 을 가지는 N_t개의 레이저(51-i): 여기서 각각의 레이저(51-n)는 레이저 빔을 생성하도록 구성된다; 및

- N_t개의 전파 모드와 관련된

에 대한 N_t개의 광 변조기(52-i)

를 포함한다. 각 변조기(52-i)는 단일 캐리어 실시예에서 다중 캐리어 심볼의 성분 또는 코드워드 행렬을 사용하여 채널사용 시간동안 레이저 빔을 변조하도록 구성될 수 있다. 이후, 변조된 레이저 빔은 다중 모드 광섬유로 주입되어 각각 개별 모드에 따라 전파될 수 있다.

파장 분할 멀티플렉싱이 사용되는 다른 실시예에서, 각각의 레이저(51-n)는 복수개의 파장을 사용할 수 있다. 파장은 유사하거나 다를 수 있다. 이러한 실시예에서, 복수의 N_t개의 편광 모드는 복수의 W개의 파장과 결합될 수 있으며, 각각의 모드는 W개의 파장과 연관된다. 따라서, 디지털 광학 프론트 엔드(27)는 서로 다른 파장의 W개의 레이저를 포함할 수 있으며, 각 레이저에 의해 생성된 빔은 N_t개의 광학 변조기(도 5에 도시되지 않음)에 의해 변조된다.

편광 분할 멀티플렉싱이 사용되는 또 다른 실시예에서, 광신호는 광 필드의 2개의 편광 상태를 통해 전송될 수 있다. 이러한 실시예(도면에 미도시)에서, 디지털 광학 프론트 엔드(27)는 N_t개의 레이저, 2개의 직교 편광을 제공하도록 구성된 N_t개의 편광 스플리터 및 2N_t개의 광학 변조기를 포함할 수 있다. 각각의 변조기 쌍은 레이저와 연관될 수 있으며 직각으로 편광된 신호를 변조하도록 구성될 수 있다. 예시적인 편광 스플리터는 월라스톤 프리즘 및 편광 분할 광섬유 커플러를 포함한다. 또한, 광섬유 전송 채널(13)은 편광 의존 손실을 보상하도록 구성된 편광 스크램블러(도 1에 도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.

전술한 실시예들 중 임의의 것에 따라 생성된 광신호는 광 전송 채널(13)의 타 단부에 도달할 때까지 광섬유를 따라 전파한다. 상기 광 전송 채널(13)의 타 단부에서, 광신호는 광 수신기(15)에 의해 처리된다.

광 수신기(15)에서, 신호는 하나 이상의 광 다이오드에 의해 검출되고 전기 도메인으로 변환된다. 그런 다음 아날로그-디지털 변환이 수행되고, 전송 장애를 보완하기 위해 디지털 신호 처리가 적용된다. 정보 비트는 적절한 디코더를 사용하여 추정된다. 수신기(15)의 아키텍처는 송신기(11)의 아키텍처에 상응한다.

도 5는 일 실시예에 따라, 도 4의 송신기에 대응하는 광 수신기(15)의 개략적인 구조를 도시한다.

광 수신기(15)는 광 송신기(11)에 의해 송신된 광신호를 수신하고 원래의 입력 데이터 시퀀스의 추정치를 생성하도록 구성된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 광 수신기(15)는 하기를 포함할 수 있다:

- 예를 들어, 하나 이상의 광 다이오드를 사용하여 광신호를 검출하고 이를 디지털 신호로 변환하도록 구성된 광학 디지털 프론트 엔드(61);

- 사이클릭 프리픽스를 제거하고 시공간 디코더(65)에 전달될 결정 변수 세트를 생성하도록 구성된 복수의 다중 캐리어 복조기들(63);

- 시공간 디코딩 알고리즘을 적용하여 결정 변수 세트로부터 변조된 데이터 시퀀스의 추정치를 생성하도록 구성된 시공간 디코더(65);

- 시공간 디코더(65)에 의해 추정된 변조된 데이터 시퀀스의 복조를 수행함으로써 2진 시퀀스를 생성하도록 구성된 복조기(67);

- 비트들의 원래 순서를 복원하기 위해 복조기(67)에 의해 전달된 2진 시퀀스에서 비트(일반적으로 심볼)들의 순서를 재정렬하도록 구성된 디인터리버(68); 및

- 연판정(soft decision) 또는 경판정(hard decision) 순방향 에러 정정 디코더를 디인터리버(68)에 의해 전달된 재정렬된 2진 시퀀스에 적용하여 광 송신기 장치(11)에 의해 처리된 입력 데이터 시퀀스의 추정치를 전달하도록 구성된 FEC 디코더(69).

예시적인 연판정 FEC 디코더는 비터비 알고리즘을 포함한다.

시공간 디코더(65)는 최대 우도 디코더, 제로-포싱 디코더, 제로-포싱 결정 피드백 이퀄라이저 및 최소 평균 제곱 에러 디코더로 구성된 그룹에서 선택된 시공간 디코딩 알고리즘을 구현할 수 있다.

최대 우도 디코더는, 예를 들어, 구형 디코더, Schnorr-Euchner 디코더, 스택 디코더 및 구형 바운드 스택 디코더를 포함할 수 있다.

단일 캐리어 변조를 사용하는 실시예에서, 복수의 다중 캐리어 변조기(26)는 단일 변조기로 대체될 수 있다. 유사하게, 다중 캐리어 복조기(63)는 단일 복조기로 대체될 수 있다.

일부 실시예에서, FEC 인코더(22)에 의한 2개 이상의 순방향 에러 정정 코드들의 연결이 송신기(11) 측에서 사용될 수 있고, 그에 상응하는 구조는 수신기(15)측에서 FEC 디코더(69)에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 내부 코드와 외부 코드의 직렬 연결이 송신기 측에서 FEC 인코더(22)에서 사용될 수 있고, 그러면 수신기 측의 FEC 디코더(69)는 내부 코드 디코더, 디인터리버 및 외부 코드 디코더(도 4에 도시되지 않음)를 포함한다. 병렬 아키텍처를 가지는 2개의 코드가 송신기 측에서 FEC 인코더(22)에 의해 사용될 수 있고, 그러면 수신기 측의 FEC 디코더(69)는 디멀티플렉서, 디인터리버 및 공동 디코더(도 4에 도시되지 않음)를 포함할 수 있다.

모드 선택이 송신기에서 수행되는 일 실시예에 따르면, 광 수신기(15)는, 전파 모드 선택을 사용하여, 광 송신기(11)에 의해 사용된 전파 모드 중 선택된 전파 모드만을 처리하도록 구성될 수 있다. 또는, 광 수신기(15)는 이용 가능한 전파 모드 전체를 처리할 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 스크램블러의 출력이 연결된 다운 스트림 섬유 슬라이스(131)를 따라 전파될 전파 모드들의 결정적인 순열을 광섬유 전송 채널(13)에 적용하도록 구성된 모드 스크램블러(1)를 제공한다. 순열은 광 전송기(11)에 의해 사용되는 전파 모드와 관련된 전력값의 함수로서 유리하게 결정된다.

하나의 편광 상태에 대해, 광 전송 시스템(100)은 다음의 관계로 기술되는 광 다중 입력 다중 출력 시스템으로 표현될 수 있다:

(3)

식(3)에서:

- X는 코드북 A_ST에 속하는 코드워드 행렬을 나타내며,

- Y는 수신된 신호를 나타내는 차원 N _t × T의 복소수 값 행렬이고,

- H는(k개의 섬유 슬라이스의 연결에 해당하는) 광 채널 행렬을 나타내고 서로 다른 전파 모드에 걸친 광신호 전파 중에 겪은 감쇠를 나타내는 차원

의 복소수 값 행렬이며,

- Z는 광 채널 잡음을 나타내는 차원 N _t × T의 복소수 값 행렬이다.

코드워드 행렬 X는

로 표현되고, 방사 심볼 벡터(emitted symbol vector)를 나타낸다. 이때

이다. 행렬 Y는

로 나타낼 수 있고, 수신된 심볼 벡터를 나타낸다.

이에 따라, 채널 행렬은

를 만족시키며, 이때, Tr(A)는 주어진 행렬 A의 트레이스를 나타내며 연산자

는 Hermitian 공액 연산을 나타낸다.

식(3)은 다음과 같이 재작성될 수 있다.

(4)

식(4)에서 :

- 인덱스 k는 k번째 광섬유 슬라이스에 해당하고 K는 전체 슬라이스 수에 해당하고,

- T_k는

에 대하여 무작위 위상 항목

을 가지는 모드 잡음의 원인이 되는 k번째 슬라이스(131)와 연관된 대각 행렬을 나타내며,

- C_k는 전송 채널(13)의 k번째 슬라이스(131)에서의 비 유니터리 모드 결합을 나타내며, 전기장 분포의 중첩 적분(예를 들어, 문헌[S. Warm et al., "Splice loss requirements in multi-mode fiber mode-division-multiplexed transmission links," Opt. Express 21(19), 2013]에서 기술됨)을 이용하여 계산되고,

- P_k는 k가 스크램블링주기 K_scr(

, 이때, p는 1보다 큰 정수값이다)의 배수인 경우, k번째 섬유 슬라이스(131)의 업스트림에 배치된 스크램블러(k-1)에 의해 적용된 순열에 대응하는 차원의 치환 행렬 N _t × N _t 이고; 이때, K_scr은 광섬유(130)를 따라 2개의 스크램블러를 분리하는 거리를 나타내며; 그렇지 않은 경우, 치환 행렬은 항등 행렬로 설정되고,

- L은 모든 모드에 공통적인 손실을 나타내며,

- Z는 심볼당 및 모드당 스펙트럼 밀도 Z₀를 갖는 부가적인 백색 가우스 잡음 벡터를 나타내며; 채널 잡음은 복소 차원 당

분산의 백색 가우스 변수로 모델링될 수 있다.

MDL(Modal Dispersion Loss)은 HH ^* 의 고유값의 최대값과 최소값의 비율(dB)로 정의되며, 이때, 연산자

는 Hermitian 공액 연산을 나타낸다.

차동 그룹 지연(Differential Mode Group Delay: DMGD)은 시스템 용량에 영향을 미치지 않고 시간 영역 필터 또는 적절한 주기적 프리픽스가 있는 OFDM형식을 사용하여 이퀄라이징될 수 있으므로 고려하지 않는다.

x 및 y 방향에서 평균이 0인 독립 가우스 분포 광섬유 오정렬(도 2에 표시된 좌표 공간 X, Y, Z에 따름) 및 표준 편차 (std)

가 가정된다.

각각의 치환 행렬 P_k는 k번째 섬유 슬라이스(131)에 대응하는 스크램블러(k-1)와 관련된

성분

를 포함한다. 성분

는 첫 번째 값 또는 두 번째 값을 갖는다. 일 실시예에서, 성분

는 2진 값(예를 들어, '0' 또는 '1')을 갖는다. 각 치환 행렬 P_k는 다음과 같이 쓰여질 수 있다.

(5)

다음의 일 실시예에 대한 설명은 설명의 목적으로 2진 값을 갖는

에 대한 것이다.

일 실시예에 따르면, 각각의 (k-1)번째 스크램블러(1)는 전파 모드들(M₁)을 치환하도록 구성된다. 특히, (k-1)번째 스크램블러(1)는 전파 모드들을 2x2로 순차적 또는 병렬로 치환하도록 구성된다. 일 실시예에서, (k-1)번째 결정성 스크램블러(1)는 상기 모드 중 i번째 높은 전력을 갖는 모드를 i번째로 낮은 전력을 갖는 모드로 치환하도록 구성된다. 따라서,

일 때, 각 스크램블러(1)는 모드들 중 i번째 높은 전력값을 가지는 모드

가 i번째로 낮은 전력값을 갖는 모드

으로 치환되도록 구성된다. 대괄호 표기법

은 바닥 함수를 나타낸다.

따라서;

- 모드들 중에서 첫 번째로 높은 전력값

을 갖는 모드

은 첫 번째로 낮은 전력값

을 갖는 모드

로 치환된다.

- 모드들 중에서 두 번째로 높은 전력값

을 갖는 모드

은 두 번째로 낮은 전력값

을 갖는 모드

로 치환된다.

- 모드들 중에서

번째로 높은 전력값

을 갖는 모드

은

번째로 낮은 전력값

을 갖는 모드

로 치환된다.

N_t가 쌍을 이루면,

=

이다. N_t/2가 쌍을 이루지 않으면,

번째 높은 전력값

와 관련된 모드는 치환되지 않는다(

는 N_t/2보다 크거나 같은 가장 작은 정수에 해당한다. 특정 실시예에 대한 다음의 설명은 단지 설명의 목적으로만 이며, 쌍 번호 N_t에 대하여 이루어진다.

위의 예에서, 모드와 관련된 전력값은 따라서 N_t 쌍에 대해 만족한다.

(6)

이후, 광학 신호는 상기와 같이 치환된 모드를 스위칭함으로써 스크램블러에 의해 재분배된다.

최소 감쇠 모드를 갖는 가장 감쇠된 모드를 치환하는 적어도 하나의 결정성 스크램블러(1)를 사용함으로써, 본 발명의 다양한 실시예들은 MDL의 영향을 완화시킨다.

일 실시예에서, 각 (k-1)번째 모드 스크램블러(1)는 순열

에 대응하는 치환 행렬 P_k의 성분들을 결정하도록 구성된다. 상기 순열

은 송신기(11)가 사용하는 N_t 개의 전파 모드들 M_i 각각을 다른 모드 M_j와 연관시킨다.

(7)

위의 표기법에 따르면, M_i로 치환된 모드는

로 표시된다.

(k-1)번째 스크램블러는 다음과 같은 초기 순서로 전파 모드를 수신한다.

(8)

순열

를 적용하기 위해, 각 전파 모드와 관련된 전력값에 따라, 사전 정의된 순서 규칙에 의거하여, 초기 모드 벡터

의 모드를 먼저 정렬한다. 일 실시예에서, 전파 모드는 전파 모드와 관련된 전력값의 오름순 또는 내림순으로 정렬된다. 다음의 설명은 단지 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 전파 모드와 관련된 전력값의 내림순 순서에 대한 설명이다. 당업자라면 본 발명이 유사하게 전력값의 오름순 또는 상기 설명과 다른 방법으로 전력값에 따라 전파 모드를 치환하는데 적용될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.

그러한 실시예에서, 전파 모드들은 정렬 리스트(본 명세서에서는 모드들과 관련된 전력값들의 내림순으로 된 정렬 리스트)로 유지된다. 제 1모드는 재정렬 후의 리스트이며, 따라서 더 높은 전력값을 갖는 전파 모드에 대응하고, 마지막 모드는 낮은 전력값을 갖는 전파 모드에 대응한다.

모드는 다음과 같이 치환된다.

(9)

식(9)에서,

이며, 대괄호 표기법

은 바닥 함수를 나타낸다.

일 실시예에서, 인덱스(i,j)에서 치환 행렬의 성분

는 다음과 같이 정의된다.

(10)

스크램블러는 초기 순서대로 전달 모드들을 저장한 전달 모드 벡터

에 정의된 치환 행렬 P_k를 적용한 다음, k번째 섬유 슬라이스(131)를 따라 치환 모드를 전송할 수 있다.

도 6은 특정 실시예에 따른 스크램블러(1)의 아키텍처를 도시한다.

각각의 스크램블러(1)는 각 모드와 연관된 전력값을 제공하도록 구성된 전력값 결정부(10) 및 각 모드와 연관된 전력값에 따라 전파 모드를 치환하기 위한 치환부(11)를 포함한다. 스크램블러는 또한 치환부(11)에 의해 결정된 모드들의 순열에 따라 광신호를 재분배하도록 구성된다

일 실시예에서, 각각의 모드와 관련된 전력값은 모드당 평균 수신된 에너지일 수 있다. 모드당 평균 수신 에너지는 광 전송 채널(13)의 사용 전에 오프라인으로 결정될 수 있다. 이 단계에서, 광 전송 채널은 스크램블러(1)를 허용하지 않을 수 있다. 모드당 전력값은, 다수의 채널 구현(예를 들어, 10⁵)을 위한 전송 채널에서 단위 에너지 Es = 1을 갖는 광신호를 보내고, 구현된 채널을 통해 수신기(15)에서 수신되어 각각의 모드에 의해 전파되는 평균 에너지를 계산하여, 모드당 평균 수신 에너지를 얻음으로써 추정할 수 있다. 평균 수신 에너지는 각 모드와 연관하여 데이터 구조에 저장된다.

각 스크램블(1)의 전력값 결정부(11)는 데이터 구조로부터 각 모드에 대응하는 전력값을 검색함으로써 각 모드와 관련된 전력값을 결정할 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른, 광학 모드 스크램블러에 의해 구현되는 스크램블링 방법을 도시하는 흐름도이다.

단계(701)에서, 광신호는 스크램블러에 의해 수신된다.

단계(703)에서, 각각의 모드와 관련된 전력값이 결정된다.

단계(705)에서, 모드들은 모드와 관련된 전력값에 따라 치환된다.

단계(707)에서, 광신호는 전파 모드들의 순열에 따라 재분배된다.

일 실시예에서, 모드를 치환하는 단계는 모드를 2 × 2로 치환하는 단계를 포함하는데, i번째 높은 전력값과 연관된 모드를 i번째 낮은 전력값과 연관된 모드로 치환하며, 이때 i는 1과

사이에서 선택될 수 있다.

도 8은 그러한 실시예에 따른 광학 모드 스크램블러에 의해 구현된 스크램블링 방법을 도시하는 흐름도이다.

단계(801)에서, 광신호는 스크램블러에 의해 수신된다.

단계(803)에서, 각각의 모드와 관련된 전력값이 결정된다.

단계(805)에서, 모드들은 전력값들을 감소시키는 순으로 정렬되고 이 순서에 따라 순서화된 리스트에 저장된다.

리스트의 모드는 2 x 2로 치환된다(단계 807).

보다 구체적으로는, 단계(809)에서, 리스트(리스트의 i번째 모드(M_i, 즉, i번째 높은 전력값을 가지는 리스트)의 i번째 모드(M_i)는, 리스트(리스트의 (N_{t -}i+1)번째 모드(

, 즉, i번째 낮은 전력값을 가지는 리스트)의 (N_t - i + 1)번째 모드)로 치환되며 이때

에서 선택될 수 있다.

치환 정보가 리스트에 더해질 수 있는 바, 단계(813)에서 모드

및 모드

와 관련된 엔트리에 대해서,

와 연관된 엔트리에

가 더해질 수 있고,

와 연관된 엔트리에

가 더해져서,

와

를 연관시킬 수 있다.

결과적으로 모든 모드는 2x2([N_t/2] 치환)로 치환된다.

단계(815)에서, 광신호는 전파 모드들의 순열에 따라 재분배된다.

단계(809)의 순열은 치환될 모든 모드에 대해 병렬로 수행될 수 있다(병렬치환).

도 9는 파장이

로 고정되고 K = 300과 같은 k개의 오정렬된 섬유 슬라이스(131)를 포함하는 예시적인 광 전송 채널(13)을 도시한다. K개의 오정렬된 광섬유 부분들은 제로 평균 및 표준 편차

의 무작위 가우스 정렬 불량

,

와 연결된다. 송신기(11)에서, 전파 모드는 단위 에너지 Es = 1로 시작된다. 모드당 평균 수신 에너지는 광 수신기(15) 측에서 오프라인으로 계산된다.

도 10은 코어 반경

및 개구 수

의 포물선 프로파일을 갖는 6-모드 그래디언트 인덱스 광섬유에 대한 전파 모드당 평균 수신 에너지의 확률 분포 함수(PDF)를 도시한다. 도 10에서, 전파 모드는 LP_0i로 표시된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 더 높은 전력값(본 실시예에서 수신기(15)에서의 전파 모드당 평균 수신 에너지에 대응하는 모드의 전력값)을 갖는 전파 모드는 모드 LP₀₁ LP_11a, LP_11b이고, 더 낮은 전력값을 갖는 전파 모드는 LP₀₂ , LP_21a , LP_21b가 된다. 본 예시에서, 스크램블러(1)는 모드 LP₀₁를 모드 LP₀₂와 치환하고(

), 모드 LP_21aLP_11a를 모드 LP_21a와 치환하고(

), 모드 LP_11b를 모드 LP_21b와 치환한다(

).

(11)

치환 행렬은 다음과 같다.

(12)

본 발명의 일 실시예에 따른 결정성 스크램블러(1)는 6-모드 광섬유의 105개 채널 구현을 시뮬레이션함으로써 종래의 랜덤 모드 스크램블링과 비교되었다. 그런 실시예들에 따른 2개의 결정성 스크램블러들(1) 사이의 스크램블링 기간 K_scr은 K_scr=50(결정성 스크램블러(1)는 50개의 슬라이스마다 광섬유에 배치된다)으로 설정된다. 따라서, 종래의 랜덤 스크램블러는 2개의 광섬유 슬라이스 사이의 각 접속부에서 스크램블러를 필요로 하는 반면, 소수의 스크램블러(1)만이 본 발명(본 예시에서의 스크램블의 수는 K/50)에서 사용될 수 있다.

그림 11은 다음에 대한 MDL의 확률 분포 함수(PDF)를 나타내는 다이어그램을 도시한다.

- 스크램블러가 없는 기존 광 전송 채널(다이어그램(a) 및(d));

- 랜덤 스크램블러를 포함하는 종래의 광 전송 채널(다이어그램(b) 및(c)); 및

- K_scr = 50인 본 발명의 실시예에 따른 결정성 스크램블러를 포함하는 광 전송 채널(다이어그램(c) 및 (f)).

상부 다이어그램 (a), (b) 및 (c)는 표준 편차

에 해당한다. 하부 다이어그램 (d), (e) 및 (f)는 표준편차

에 해당한다.

도면은 무작위 및 결정성 모드 스크램블링이 MDL의 영향을 감소시키고, 그 중에서도 본 발명의 실시예에 따른 결정성 모드 스크램블링은 MDL 감소와 관련하여 효율성 측면에서 무작위 모드 스크램블링보다 높은 성능을 나타내는 것을 보여준다.

특히, 도 11에 도시된 바와 같이,

인 정렬 불량에 대해,

- 전송 채널 13(다이어그램 (a))에서 스크램블러가 없는 평균 MDL은 15dB이며,

- 무작위 스크램블링(도(b))을 사용하면 평균 MDL이 9dB로 줄어들고,

- 본 발명의 실시예들에 따른 결정성 스크램블링(다이어그램 (c))에 대해, 평균 MDL은 5dB이다.

정렬 불일치

인 정렬 불량에 대해,

- 스크램블링이 없는 평균 MDL(다이어그램 (d))은 24dB이고,

- 무작위 스크램블링(다이어그램(e))을 사용하면 평균 MDL이 16dB로 감소하며,

- 본 발명의 실시예들에 따른 결정성 스크램블링(다이어그램 (f))에 대해, 평균 MDL은 9dB이다.

도 12는 정렬 불량

((다이어그램(a)) 및 정렬 불량

((다이어그램(b))에 대해 6-모드 광섬유에 대해 얻어진 비트 오류율(BER)을 나타내는 두 다이어그램을 도시한다. BER은 MDL의 효과를 나타낸다.

도 12의 다이어그램들은 도 11의 다이어그램들에 대한 것과 동일한 시뮬레이션 파라미터들을 사용하여 식(4)에 의해 정의된 6-모드 멀티플렉싱된 공간 분할 멀티플렉싱 시스템(100)을 시뮬레이팅하여 얻어진다. 비트 에러율(BER) 곡선 측면에서의 성능이 신호대 잡음비

와 비교된다. 송신기(11)에서, 변조된 심볼들은 4-QAM 컨스텔레이션(constellation)에 속한다. 수신기(15)에서, 최대 우도(maximum-likelihood) 디코더는 수신된 심볼과의 이차 거리(quadratic distance)를 최소화하는 심볼을 탐색한다.

도 12의 다이어그램 (a) 및 (b)에서, 곡선 C1은 본 발명의 실시예에 따른 결정성 모드 스크램블러(곡선 C1)에 대응하고, 곡선 C2는 종래의 무작위 모드 스크램블러에 대응하고, 곡선 C3은 스크램블러가 없는 종래의 광 전송선에 대응하고, 곡선 C4은 기준 가우시안 채널(MDL = 0 dB)에 대응한다.

도 10의 다이어그램(a)에서 보듯이, BER = 10^-3이고 정렬 불량

일 때:

- 특정 실시예에 따른 결정성 모드 스크램블러(곡선 C1)는 MDL이 없는 채널(가우시안 채널)을 기준으로 단지 0.6 dB의 SNR 페널티를 가지고,

- 종래의 무작위 모드 스크램블러(곡선 C2)는 2.1 dB의 페널티를 가진다.

도 12의 다이어그램(b)에서 보듯이, BER = 10^-3이고 정렬 불량

일 때:

- 특정 실시예에 따른 모드 스크램블러(곡선 C1)는 MDL이 없는 채널(가우시안 채널)을 기준으로 단지 2.2 dB의 SNR 페널티를 가지고,

- 종래의 무작위 모드 스크램블러(곡선 C2)는 4.2 dB의 페널티를 가진다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 결정성 모드 스크램블러(1)는 모드들간에 전력을 보다 효율적으로 분배한다. 따라서, 광전송 채널(13)의 단부에서, 모든 전파 모드들은 동일한 양의 전력을 갖는 경향이 있으며, 그 결과 MDL의 양이 현저하게 감소된다.

상기 시뮬레이션 예들에서, 오정렬된 섬유 슬라이스(131)의 총수 K=300에 대해서 스크램블링 기간 K_scr = 50이 고려되고, 따라서 6개의 스크램블러 사용이 고려되었다. 실제 전송 시스템들에서 광 전송 채널(13)에서 사용될 수 있는 스크램블러들의 수는, 공간 분할 멀티플렉서 시스템의 설계에 중요한 파라미터가 된다. 모드 스크램블러(1)는 모드 멀티플렉서(mode-multiplexer)와 같은 광학 구성 요소들 이후에 또는 소수 모드 증폭기들 후에 배치된다.

도 13은 평균 링크 MDL과 스크램블러(1)의 수 사이의 의존성을 도시하는 도면이다. 도 13에서, 곡선 C1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 결정성 모드 스크램블러에 대응하는 반면, 곡선 C2는 종래의 무작위 모드 스크램블러에 대응한다. 도시된 바와 같이, 평균 링크 MDL은 스크램블러의 수의 함수이다. 스크램블링 접근법들 모두에서 스크램블러 수가 증가함에 따라 MDL이 감소한다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 결정성 스크램블링에 대한 MDL은 종래의 무작위 스크램블링에 대해 획득된 평균 링크 MDL과 비교하여 상당히 낮다. 또한, 주어진 평균 링크 MDL 값을 달성하기 위해, 종래의 접근법에서 필요한 무작위 모드 스크램블러의 상당한 수 대신 보다 적은 개수의 결정성 모드 스크램블러가 필요하다. 예를 들어, 4dB의 평균 링크 MDL을 달성하기 위해, 종래의 무작위 모드 스크램블러에서는 60개의 무작위 모드 스크램블러가 필요한 반면, 결정성 모드 스크램블러는 단지 8개가 필요하다.

특정 실시예에서, 스크램블러의 개수는 섬유 슬라이스의 개수의 절반보다 엄격하게 적다.

또 다른 실시예에서, 스크램블러의 개수는 광섬유의 길이 및/또는 증폭기의 개수로부터 결정된다.

본 발명의 실시예에 따른 모드 스크램블링은 광 전송 시스템(100)에서의 모드 종속 손실의 영향을 효율적이고 현저하게 감소시킨다. 더 많은 전력을 갖는 모드와 더 적은 전력을 갖는 모드를 혼합함으로써, 광 전송 채널에서 적은 수의 스크램블러(1)를 필요로 하면서도 성능은 상당히 증가한다. 스크램블러(1)의 개수는 K-1보다 상당히 작을 수 있으며, 이 때, K는 섬유 슬라이스의 수를 나타내며, 바람직하게는 [K/10]보다 상당히 작다. 일 실시예에서, 스크램블러의 개수는, 예를 들어, 3 dB와 동일한 MDL에 도달하기 위해, [K/30]보다 상당히 작다.

특정 실시예에서, 광섬유 전송 채널(13)에서 사용할 스크램블러의 개수는 목표 MDL 값 또는 간격 및/또는 광섬유의 길이 및/또는 증폭기의 개수로부터 결정된다.

다양한 실시예가 주로 단일 편광, 단일 파장 및 단일 캐리어 변조가 사용되는 단일 코어 다중 모드 광섬유와 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 또한 다중 코어 2개의 편광을 사용하는 편광 멀티플렉싱과 결합되는 및/또는 여러 파장을 사용하는 및/또는 다중 캐리어 변조 포맷을 사용하는 파장 멀티플렉싱과 결합되는 다중 코어 다중 모드 섬유에도 적용될 수 있다. 이러한 광섬유 시스템에서의 본 발명의 적용은 식(3)에 의해 정의된 시스템의 일반화로부터 얻어진 시스템 모델에 기초한다. 또한, 본 발명은 시공간 코딩 및 FEC 인코더 모두를 사용하는 송신기(10)로 제한되지 않는다. 본 발명은 시공간 부호화 또는 FEC 부호화만을 사용하는 송신기(마찬가지로, 시공간 복호화 또는 FEC 복호화만을 사용하는 수신기)에도 적용될 수 있다.

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, 오일 또는 가스 시장, 항공 우주 및 항공 전자 분야, 감지 응용 분야 등에 적용되는 여러 가지 광전송 시스템에 사용될 수 있다.

본 발명의 실시 예가 다양한 예에 대한 설명으로 예시되었고, 이들 실시예가 상당한 세부 사항으로 설명되었지만, 첨부된 청구항의 범위를 그러한 세부 사항으로 제한하는 것은 본 출원인의 의도는 아니다. 특히, 모드의 순열은 전파 모드와 관련된 전력값의 특정 함수에 의존할 수 있다. 또한, 전력값은 상이한 타입들의 전력 파라미터들에 의해 표현될 수 있고 상이한 기술들을 사용하여 결정되거나 미리 결정될 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 스크램블러의 수는 특정 기준 또는 파라미터에 따라 사전 계산될 수 있다. 추가적인 장점들 및 수정들은 당업자에게 쉽게 나타날 것이다. 따라서, 보다 넓은 관점에서의 본 발명은 도시되고 설명된 특정 세부 사항, 대표적인 방법 및 예시적인 실시예에 제한되지 않는다.

Claims (12)

1. 다중 모드 광섬유(130)를 포함하며 광을 스크램블링하기 위한 광섬유 전송 채널로서,
   상기 광은 한 세트의 전파 모드에 따라 상기 다중 모드 광섬유에서 전파되는 광신호들의 세트를 포함하며, 각각의 전파 모드는 전력값과 연관되며, 상기 다중 모드 광섬유는 섬유 슬라이스를 포함하며, 상기 광섬유 전송 채널은 전파 모드들과 연관된 전력값들에 따라 상기 전파 모드들의 순열을 결정하도록 구성되는 스크램블러를 포함하되, 상기 스크램블러는 상기 전파 모드들의 상기 순열에 따라 상기 광신호들을 재분배하도록 구성되는, 광섬유 전송 채널.
2. 제1항에 있어서, 상기 스크램블러는 상기 모드들을 2 x 2로 치환하기 위한 치환부를 포함하고, 상기 치환부는 i번째 높은 전력값과 연관된 모드를 i번째 낮은 전력값과 연관된 모드로 치환하도록 구성되며, 이때 i는 Nt/2에 바닥 함수(floor function)가 적용된 결과를 나타내는 값과 1 사이에 포함되되, Nt는 상기 스크램블러에 의해 사용되는 모드의 수인, 광섬유 전송 채널.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전파 모드와 연관된 상기 전력값은 수신기에서 상기 전파 모드를 통해 광신호를 전파함으로써 수신된 에너지의 평균의 추정치를 나타내는, 광섬유 전송 채널.
4. 제3항에 있어서, 전파 모드와 연관된 상기 전력값은 송신기 측에서 단일 에너지로 상기 전파 모드를 통해 광신호를 전파함으로써 수신된 에너지의 평균의 추정치를 나타내는, 광섬유 전송 채널.
5. 삭제
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광섬유 전송 채널은 하나 이상의 스크램블러를 포함하고, 상기 광섬유(130)는 하나 이상의 섬유 슬라이스를 포함하되, 상기 광섬유 전송 채널(13)은 소정의 주기에 따라 상기 광섬유(130)에 배열되는 적어도 2개의 스크램블러를 포함하며, 상기 스크램블러의 개수는 상기 섬유 슬라이스의 개수보다 엄격하게 작은, 광섬유 전송 채널(13).
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광섬유 전송 채널은 하나 이상의 증폭기와 하나 이상의 스크램블러를 포함하되, 상기 광섬유는 주어진 길이를 가지고, 상기 스크램블러의 개수는 목표 모드 의존 손실 및/또는 상기 광섬유의 길이 및/또는 증폭기의 개수에 의존하는, 광섬유 전송 채널(13).
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 섬유 슬라이스는 일방향 또는 양방향으로 오정렬된, 광섬유 전송 채널(13).
9. 제1항 또는 제2항의 광섬유 전송 채널을 통해 적어도 2개의 공간 전파 모드에 걸쳐 데이터 시퀀스를 송신하도록 구성된 광 송신기(11)를 포함하는 광 통신 시스템.
10. 제9항에 있어서,
    - 적어도 하나의 에러 정정 코드를 적용하여 상기 데이터 시퀀스를 코드워드 벡터로 인코딩하도록 구성된 순방향 에러 정정 코드 인코더(22);
    - 상기 코드워드 벡터에 변조 방식을 적용하여 변조된 심볼들의 세트를 결정하도록 구성된 변조기(23); 및
    - 시공간코드를 상기 변조된 심볼들의 세트에 적용함으로써 코드워드 행렬을 결정하도록 구성된 시공간 인코더(24)를 포함하는 광 통신 시스템.
11. 제10항에 있어서, 상기 광 통신 시스템은 상기 광섬유 전송 채널(13)로부터 수신된 데이터 시퀀스를 포함하는 신호를 디코딩하기 위한 광 수신기를 포함하는, 광 통신 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 수신기는,
    - 변조된 심볼 세트를 제공하며, 상기 적어도 2개의 공간 전파 모드보다 낮거나 같은 전파 모드 세트를 통해 상기 광 수신기에 의해 수신된 신호를 디코딩하도록 구성된 시공간 디코더;
    - 복조 방식을 적용함으로써 상기 변조된 심볼 세트의 추정치로부터 상기 코드워드 벡터의 추정치를 결정하도록 구성된 복조기; 및
    - 적어도 하나의 에러 정정 코드 디코더를 상기 코드워드 벡터에 적용함으로써 상기 데이터 시퀀스의 추정치를 생성하도록 구성된 순방향 에러 정정 코드 디코더를 포함하는, 광 통신 시스템.

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