KR20130129451A - 부족하게 주소지정된 광 mimo 시스템 내에서 링크내의 공간-모드 혼합 - Google Patents

Abstract

부족하게-주소지정된 광 MIMO 시스템 내의 중지 확률은, 링크-내부의 광 모드 혼합기를 채널 코히어런스 시간보다 빠른 시간 스케일 상에서 링크의 공간-모드 혼합 특성들을 동적으로 변화시키도록 구성함으로써 감소될 수 있다. MIMO 채널의 평균 상태에 대응하는 에러들의 양을 정정하기 위한 충분한 에러-정정 능력을 갖는 FEC 코드를 MIMO 시스템이 채용한다면, 이러한 상대적으로 빠른 동적인 변화는 데이터의 FEC-인코딩된 블록당 에러들의 수가 FEC 코드의 에러-정정 능력을 초과하는 이벤트들의 빈도를 감소시키는 경향이 있다.

Description

부족하게 주소지정된 광 MIMO 시스템 내에서 링크내의 공간-모드 혼합{INTRA-LINK SPATIAL-MODE MIXING IN AN UNDER-ADDRESSED OPTICAL MIMO SYSTEM}

본 출원은, 2011년 3월 4일에 출원되었고, 발명의 명칭이 "SPATIAL-MODE MANAGEMENT IN UNDER-ADDRESSED OPTICAL MIMO SYSTEMS"인 미국가특허출원 제61/449,246호를 우선권으로 주장하고, 이의 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 통합된다.

본 출원의 요지는 Peter J. Winzer 및 Gerard J. Foschini에 의해, 대리인 관리번호 제808639-US-NP호로, 본 출원과 동일자에 출원되었고, 발명의 명칭이 "DYNAMIC SPATIAL-MODE ALLOCATION IN AN UNDER-ADDRESSED OPTICAL MIMO SYSTEM"인 미국특허출원 제13/332,588로의 요지에 관한 것으로, 이의 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 통합된다.

본 발명은 광 통신 장비에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 다중모드 또는 다중-코어 섬유를 통해 다중-입력/다중-출력(MIMO) 광-운송 채널들을 구축하고 동작시키기 위한 장비에 관한 것이지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

본 섹션은 본 발명의 양호한 이해를 촉진하는 것을 도울 수 있는 양상들을 소개한다. 따라서, 본 섹션의 서술들은 이러한 견지에서 읽혀져야 하며, 종래 기술의 어느 것에 대한, 또는 종래의 기술이 아닌 어느 것에 대한 용인으로서 이해되지 않아야 한다.

MIMO 방법들은 다중모드 및 다중-코어 광 섬유들의 고유하게 높은 송신 용량을 이용하도록 적극적으로 개발되고 있다. 광 MIMO 시스템의 송신기에서, 복수의 광 신호들은, 원격 수신기로의 송신을 위해 데이터를 통해 독립적으로 변조되어 다중모드 또는 다중-코어 섬유의 대응하는 복수의 공간 모드들에 접속된다. 수신기에서, 복수의 공간 모드들에 의해 운반된 수신된 광 신호들은 수신기에서 원래의 광 신호들 상에서 인코딩된 데이터를 복구하기 위하여 서로로부터 분리되어 복조/디코딩된다.

광 MIMO 시스템에서 사용된 대표적인 다중모드 또는 다중-코어 섬유는 상대적으로 큰 수(예, > 100)의 공간 모드들을 가질 수 있다. 특정 하드웨어 제한들로 인해, 종래의 송신기는 전형적인 다중모드 또는 다중-코어 섬유에 의해 지원되는 공간 모드들의 모두를 개별적으로 주소지정하지 못할 수 있다. 유사한 하드웨어 이유들로 인해, 종래의 수신기는 또한 공간 모드들을 지원하는 것들 모두를 개별적으로 주소지정하지 못할 수 있다. 결과적으로, 이러한 송신기는 대응하는 변조된 광 신호들을 지원된 공간 모드들 모두에 동시에 결합시키지 못할 수 있고, 이러한 수신기는 지원된 공간 모드들 모두로부터 대응하는 변조된 광 신호들을 동시에 추출하지 못할 수 있다. 덧붙여, 송신기에서 주소지정된 공간 모드들의 하위세트는 수신기에서 주소지정된 공간 모드들의 하위세트와 상이할 수 있다. 불리하게, 광 섬유 링크에 의해 부과된 광 잡음 및 모드-의존 손실은 이러한 부족하게 주소지정된 광 MIMO 시스템 내의 중지 확률이 상대적으로 높게 야기할 수 있다.

종래 기술에서 이들 및 특정 다른 문제들은 본 명세서에서 개시된 광 MIMO 시스템의 다양한 실시예들에 의해 다루어진다. 본 개시사항의 혁신적인 양상들은, (i) 광 공간-분할-다중화된(SDM) 신호들의 송신기 및/또는 수신기에서 공간-모드 선택/할당을 동적으로 및 지능적으로 관리하도록 설계되고 구성된 광 MIMO 시스템, (ii) 광 링크의 공간-모드 혼합 특성들을 제어가능하게 변경하도록 설계되고 구성된 링크-내의 광 모드 혼합기, 및 (iii) 높은 송신 용량 및/또는 높은 동작 신뢰도를 달성하기 위하여 시스템을, 하나의 전체로서, 또는 개별적으로 송신기, 수신기, 및 모드 혼합기의 각각으로서 동작시키는 방법을 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 본 개시사항의 다양한 실시예들에 의해 제공된 특정 이점들 및 장점들은 특히 시스템 규격들이 상대적으로 엄격한 비트-에러율(BER) 요건을 부과할 때 명백하다.

본 개시사항의 일 양상에 따라, 부족하게 주소지정된 광 MIMO 시스템 내의 중지 확률은, 링크-내부의 광 모드 혼합기를 채널 코히어런스 시간보다 빠른 시간 스케일 상에서 링크의 공간-모드 혼합 특성을 동적으로 변화시키도록 구성함으로써 감소될 수 있다. MIMO 채널의 평균 상태에 대응하는 에러들의 양을 정정하기 위한 충분한 에러-정정 능력을 갖는 FEC(순 방향 에러 정정) 코드를 MIMO 시스템이 채용한다면, 이러한 상대적으로 빠른 동적인 변화는 데이터의 FEC-인코딩된 블록당 에러들의 수가 FEC 코드의 에러-정정 능력을 초과하는 이벤트들의 빈도를 감소시키는 경향이 있다.

일 실시예에 따라, 제 1 광 링크의 공간 모드들의 하위세트인, 공간 모드들의 제 1 하위세트를 주소지정하도록 구성된 제 1 광-모드-접속(OMC) 디바이스(예, 510a)와; 제 2 광 링크의 공간 모드들의 하위세트인 공간 모드들의 제 2 하위세트를 주소지정하도록 구성된 제 2 OMC 디바이스(예, 510b);를 구비하는 광 시스템이 제공된다. 이러한 광 시스템은 또한 제 1 OMC 디바이스와 제 2 OMC 디바이스 사이에 배치되며, 제 1 OMC 디바이스를 통해 제 1 하위세트의 상이한 공간 모드들로부터 수신된 광을 혼합하여, 최종 혼합된 광을 제 2 OMC 디바이스에 인가함으로써 제 2 OMC 디바이스로 하여금 혼합된 광을 제 2 하위세트의 상이한 공간 모드들로 결합하게 하도록 구성된, 광 혼합 하위시스템(예, 530)을 또한 구비한다.

위의 광 시스템의 일부 실시예들에 있어서, 광학 혼합 하위시스템은 상호연결된 광학 혼합기들의 어레이를 포함하고, 상기 상호연결된 광학 혼합기들의 어레이는, 제 1 OMC 디바이스와 제 2 OMC 디바이스 사이에서, 광 시스템이 제 1 광 링크로부터 수신된 광을, 상기 제 1 OMC 디바이스를 통해, 이후 상기 상호연결된 광학 혼합기의 어레이를 통해, 이후 상기 제 2 OMC 디바이스를 통해, 제 2 광 링크로 지향시키는 것을 가능케 하는 방식으로, 배치된다.

위의 광 시스템들 중 어느 한 시스템의 일부 실시예들에 있어서, 어레이는 하나 이상의 2×2 광 스위치들을 포함한다.

위의 광 시스템들 중 어느 한 시스템의 일부 실시예들에 있어서, 어레이는 하나 이상의 마흐-젠더(Mach-Zehnder) 간섭계들을 포함한다.

위의 광 시스템들 중 어느 한 시스템의 일부 실시예들에 있어서, 광 시스템은 광학 혼합 하위시스템에 동작 가능하게 결합되고, 상기 광학 혼합 하위시스템 내에서 광 혼합을 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함한다.

위의 광 시스템들 중 어느 한 시스템의 일부 실시예들에 있어서, 제 1 OMC 디바이스는 제 1 하위세트를 변경하도록 구성가능하고, 제 2 OMC 디바이스는 제 2 하위세트를 변경하도록 구성가능하다.

위의 광 시스템들 중 어느 한 시스템의 일부 실시예들에 있어서, 제 1 OMC 디바이스는 제 2 OMC 디바이스와 상이한 수의 공간 모드들을 주소지정하도록 구성 가능하다.

위의 광 시스템들 중 어느 한 시스템의 일부 실시예들에 있어서, 광 시스템은, 제 1 광 링크를 통해 제 1 OMC 디바이스에 광학적으로 결합된 광 송신기; 및 제 2 광 링크를 통해 제 2 OMC 디바이스에 광학적으로 결합된 광 수신기를 더 포함하고, 각각의 상기 제 1 및 제 2 광 링크들은 각각의 다중모드 섬유, 다중-코어 섬유, 또는 광-섬유 케이블을 포함하고, 각각의 제 1 및 제 2 OMC 디바이스들은 각각의 다중모드 섬유, 다중-코어 섬유, 또는 광-섬유 케이블의 공간 모드들의 하위세트를 주소지정하도록 구성된다.

다른 실시예에 따라, 제 1 광 링크와 제 2 광 링크 사이에 배치되도록 적응된 광 모드 혼합기를 구비하는 광 시스템이 제공되고, 상기 광 모드 혼합기는 제 1 광 링크의 상이한 공간 모드들에 대응하는 광을 혼합하고 최종 혼합된 광을 제 2 광 링크의 상이한 공간 모드들에 결합하도록 구성된다. 광 시스템은 또한, 광 모드 혼합기로 하여금 데이터를 운반하는 변조된 광 신호의 광 모드 혼합기를 통한 송신 도중에 광-혼합 특성들을 변경하게 하도록 구성되는 제어기를 포함하고, 상기 변조된 광 신호는 상기 제 1 광 링크로부터 상기 광 모드 혼합기를 통해 상기 제 2 광 링크로 향한다.

위의 광 시스템의 일부 실시예들에 있어서, 데이터는 FEC-인코딩된 블록의 데이터 또는 파일럿 데이터 시퀀스를 포함한다.

위의 광 시스템들 중 어느 한 시스템의 일부 실시예들에 있어서, 광 모드 혼합기는, 제 1 광 링크의 공간 모드들의 하위세트인, 공간 모드들의 제 1 하위세트를 주소지정하도록 구성 가능한 제 1 광-모드-결합(OMC) 디바이스; 제 2 광 링크의 공간 모드들의 하위세트인, 공간 모드들의 제 2 하위세트를 주소지정하도록 구성 가능한 제 2 OMC 디바이스; 및 상기 제 1 OMC 디바이스와 상기 제 2 OMC 디바이스 사이에 배치되며, 상기 제 1 OMC 디바이스를 통해 상기 제 1 하위세트의 상이한 공간 모드들로부터 수신된 광을 혼합하여, 최종 혼합된 광을 상기 제 2 OMC 디바이스에 인가하여 상기 혼합된 광을 상기 제 2 하위세트의 상이한 공간 모드들에 결합하도록 구성된 광 혼합 하위시스템;을 포함한다.

위의 광 시스템들 중 어느 한 시스템의 일부 실시예들에 있어서, 광 혼합 하위시스템은, 상호연결된 광학 혼합기들의 어레이를 포함하고, 상기 상호연결된 광학 혼합기의 어레이는, 제 1 OMC 디바이스와 제 2 OMC 디바이스 사이에서, 광 시스템이 제 1 광 링크로부터 수신된 광을, 상기 제 1 OMC 디바이스를 통해, 이후 상기 상호연결된 광학 혼합기의 어레이를 통해, 이후 상기 제 2 OMC 디바이스를 통해, 제 2 광 링크로 지향시키는 것을 가능케 하는 방식으로, 배치된다.

위의 광 시스템들 중 어느 한 시스템의 일부 실시예들에 있어서, 어레이는 하나 이상의 2×2 광 스위치들을 포함한다.

위의 광 시스템들 중 어느 한 시스템의 일부 실시예들에 있어서, 어레이는 하나 이상의 마흐-젠더 간섭계들을 포함한다.

위의 광 시스템들 중 어느 한 시스템의 일부 실시예들에 있어서, 제어기는 어레이의 적어도 일부의 광 혼합기들에 동작 가능하게 결합되고, 상기 광 혼합기들의 적어도 일부 내에서 광 혼합을 제어하도록 구성된다.

위의 광 시스템들 중 어느 한 시스템의 일부 실시예들에 있어서, 제 1 OMC 디바이스는 제 2 OMC 디바이스와는 상이한 수의 공간 모드들을 주소지정하도록 구성가능하다.

위의 광 시스템들 중 어느 한 시스템의 일부 실시예들에 있어서, 제 1 OMC 디바이스는 제 1 하위세트를 변경하도록 구성 가능하거나, 또는 제 2 OMC 디바이스는 제 2 하위세트를 변경하도록 구성 가능하거나, 또는 제 1 OMC 디바이스는 제 1 하위세트를 변경하도록 구성 가능하고 제 2 OMC 디바이스는 제 2 하위세트를 변경하도록 구성 가능하다.

위의 광 시스템들 중 어느 한 시스템의 일부 실시예들에 있어서, 광 시스템은, 제 1 광 링크를 통해 제 1 OMC 디바이스에 광학적으로 결합된 광 송신기; 및 제 2 광 링크를 통해 제 2 OMC 디바이스에 광학적으로 결합된 광 수신기를 더 포함한다.

위의 광 시스템들 중 어느 한 시스템의 일부 실시예들에 있어서, 광 모드 혼합기는, 평탄하지 않은 표면을 갖는 제 1 플레이트; 평탄하지 않은 표면을 갖는 제 2 플레이트; 상기 제 1 및 제 2 플레이트들의 평탄하지 않은 표면들 사이에 삽입된 광 섬유의 일부로서, 상기 제 1 및 제 2 광 링크들 사이에서 결합되도록 적응된 광 섬유의 일부; 및 상기 제 1 및 제 2 광 플레이트들에 기계적인 힘을 인가하여 평탄하지 않은 표면들을 상기 광 섬유의 일부를 향해 가압하도록 구성된 액추에이터;를 포함하고, 상기 제어기는 상기 액추에이터에 동작 가능하게 결합되고, 상기 기계적인 힘의 크기를 변경하도록 구성된다.

또 다른 실시예에 따라, 광 신호들을 처리하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 제 1 광 링크의 상이한 공간 모드들에 대응하는 광을 혼합하여 혼합된 광을 생성하는 혼합 단계로서, 제 1 광 링크와 제 2 광 링크 사이에 배치된 광 모드 혼합기 내에서 수행되는, 혼합 단계; 상기 혼합된 광을 제 2 광 링크에 결합하는 단계; 데이터를 운반하는 변조된 광 신호의 광 모드 혼합기를 통한 송신 도중에 상기 광 모드 혼합기의 광-혼합 특성들을 변경하는 단계로서, 상기 변조된 광 신호는 상기 제 1 광 링크로부터 상기 광 모드 혼합기를 통해 상기 제 2 광 링크로 향하는, 광-혼합 특성을 변경하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 다양한 실시예들의 다른 양상들, 특징들 및 이점들은 예를 통해 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면들로부터 보다 더 완벽하게 명확해질 것이다.

도 1은 본 개시사항의 일 실시예에 따른 광 MIMO 시스템의 블록도.
도 2는 본 개시사항의 일 실시예에 따라 도 1의 시스템 내에서 사용될 수 있는 다중모드 섬유의 3개의 가장 낮은 선형 편광된(LP) 모드들을 위한 강도 분포들 및 편광들을 나타내는 도면.
도 3은 본 개시사항의 다른 실시예에 따라 도 1의 시스템 내에서 사용될 수 있는 다중모드 섬유의 수 개의 LP 모드들을 위한 대표적인 위상/필드-강도(PFS) 패턴들을 도시하는 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 개시사항의 일 실시예에 따라 도 1의 시스템 내에서 사용될 수 있는 광 모드-결합(OMC) 디바이스를 도시하는 도면.
도 5a 및 도 5b는 본 개시사항의 일 실시예에 따라 도 1의 시스템 내에서 사용될 수 있는 광 모드 혼합기를 도시하는 도면.
도 6은 본 개시사항의 다른 실시예에 따라 도 1의 시스템 내에서 사용될 수 있는 광 모드 혼합기의 측 단면도.
도 7은 본 개시사항의 일 실시예에 따라 도 1의 시스템을 동작시키는 방법의 흐름도.
도 8은 본 개시사항의 다른 실시예에 따라 도 1의 시스템을 동작시키는 방법의 흐름도.
도 9는 본 개시사항의 또 다른 실시예에 따라 도 1의 시스템을 동작시키는 방법의 흐름도.
도 10은 본 개시사항의 또 다른 실시예에 따라 도 1의 시스템을 동작시키는 방법의 흐름도.
도 11은 본 개시사항의 또 다른 실시예에 따라 도 1의 시스템을 동작시키는 방법의 흐름도.

다중모드 섬유는 예컨대 공간-분할 다중화(SDM)에 의해 단일-모드 섬유보다 더 높은 송신 용량을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 다중모드 섬유의 가이드되는 상이한 모드들은, 상이한 변조 광 신호들로 또는 독립적으로 변조된 광 신호들의 주어진 세트의 상이한 선형 조합으로 채워질 수 있다. 원래의 데이터는 이후 최종 수신된 광 SDM 신호를 적절하게 역-다중화하고 역-컨벌빙(de-convolving)함으로써 수신기에서 복구될 수 있다. 유사한 개념이 또한 다중-코어 섬유에 적용될 수 있다. 유리하게, 공간-분할 다중화는, 시-분할 다중화, 파장-분할 다중화, 직교 주파수-분할 다중화, 및 편광-분할 다중화와 같은 다른 다중화 기술들을 보완하기 위하여 사용될 수 있고, 이를 통해 대응하는 광-운송 링크의 액세스 가능한 송신 용량을 더 증가시킨다.

관련 기술 분야에서 알려진 바와 같이, 다중모드 섬유는 이를 통해 송신되는 광 신호들을 확률론적인 진폭 페이딩을 겪게 할 수 있다. 진폭 페이딩의 해로운 영향들은 FEC(순방향 에러 정정) 코딩의 사용을 통해 적어도 상당한 정도로 경감될 수 있다. FEC 코드는 수신기에서 비트-에러 레이트(BER)를 줄이기 위하여 체계적으로 생성된 여분의 데이터를 사용한다. 이러한 감축의 비용은 필요한 순방향-채널 대역폭의 부수적인 증가이고, 필요한 순방향 채널 대역폭은 FEC 코드의 "레이트"를 특징으로 한다. 일반적으로, 낮은-레이트의 FEC 코드는 잡음이 많은 채널을 위해 사용된다. 채널 상태들이 시간에 걸쳐 변동할 때, 레이트 및/또는 FEC 코드는 허용 가능한 BER을 유지하기 위하여 적응적으로 변경될 수 있다. 그러나, 주어진 시스템에 대해 채널 변동들이 너무 빠르거나 및/또는 코드 레이트를 동적으로 변경하는 것이 너무 복잡할 때마다, 고정된 코드 레이트 및 고정된 FEC 코드를 사용하는데, 이는 대부분의 광-채널 인스턴스화들(instantiations)에 대해 신뢰성 있게 동작하는 경향이 있다. 그러나, FEC 코드에 의해 허용된 최소 MIMO 용량보다 낮은 최대 MIMO 용량들을 갖는 광-채널 인스턴스화들에 대해, 수신된 SDM 신호는 디코딩이 불가능하게 될 수 있고, 이는 광 채널이 이러한 "불량한" 인스턴스화 내에 유지되는 시간의 양에 대한 에러를 불리하게 생성할 수 있어서, 시스템 중지를 초래한다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "중지"는 수신기가 지정된 임계치 BER보다 작은 BER을 갖는 수신된 광 신호들로부터 데이터를 복구할 능력을 상실하는 이벤트를 언급한다. 일반적으로, 임의의 주어진 시간에, 광-섬유 링크 내에서 신호-전파 상태들은 상이한 공간 모드들에 대해 균일하지 않고, 덧붙여 이들 상태들은 각 상이한 공간 모드에 대해 시간에 따라 변할 수 있다. 부족하게 주소지정된 광 MIMO 시스템 내에서, 중지는 예컨대, 신호-전파 상태들이 송신기 및/또는 수신기에 의해 주소지정된 공간 모드들의 하위세트(들)에 대해 특히 바람직하지 않을 때 발생할 수 있다.

본 개시사항의 다양한 실시예들은, 부족하게 주소지정된 광 MIMO 시스템에 적용되는, 위에서 나타낸 FEC 코딩의 제한들의 적어도 일부를 경감하는 것에 관한 것이다. 예컨대, 개시된 성능-강화 기술들 하나 이상은, 때때로 (i) 송신기에 의해 주소지정된 공간 모드들의 하위세트, (ii) 수신기에 의해 주소지정된 공간 모드들의 하위세트, 및 (iii) 광-섬유 링크의 공간-모드 혼합 특성들, 중 하나 이상을 변경함으로써 중지 확률을 감소시킬 수 있다. 이러한 변경들은, 실제 BER이 대응하는 정적 구성 내에서 관찰되는 BER보다 낮게 하는 경향이 있는 제어 가능한 방식으로 수행될 수 있다. 유리하게, 더 낮은 BER은, 고정된 MIMO 데이터-송신 용량에 대한 더 낮은 중지 확률로서, 또는 지정된 고정 중지 확률에 대해 달성 가능한 더 높은 MIMO 데이터-송신 용량으로서, 주로 나타난다.

통신 공급자는 또한 유리하게 "장래의" 광-신호 운반 기술들을 병합할 수 있는 광-섬유 또는 광-섬유 케이블을 전개하기 위하여 본 개시사항으로부터의 일부 실시예들을 사용할 수 있다. 예컨대, 현재 광-트랜스폰더 기술은 모든 공간 모드들이 주조지정될 수 있게 하는 지점까지 아직 도달하지 못했을 수 있다. 이러한 제약은 결합 광학계들의 기술 제한들 및/또는 MIMO-처리 ASICs의 성능들에서의 제약들에 부분적으로 기인할 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 개시된 특정 실시예들은, 대응하는 통신 시스템이 "부족하게 주소지정된" 구성의 광 섬유 또는 광-섬유 케이블을 통해 동작중일 때, 통신 공급자에게 중지 확률을 최소화시키는 수단을 제공하면서, 이러한 통신 공급자가 "미래를 위한" 광 섬유 또는 광-섬유 케이블을 전개하는 것을 가능케 할 수 있다.

도 1은 본 개시사항의 일 실시예에 따른 광 MIMO 시스템(100)의 블록도를 도시한다. 시스템(100)은 광-섬유 링크(140)를 통해 서로 결합된 광 송신기(110)와 광 수신기(160)를 구비한다. 광-섬유 링크(140)는 2개의 광-섬유 섹션들(146a-b)과 이들 두 섹션들 사이에 위치한 광 모드 혼합기(150)를 구비한다. 시스템(100)은 예컨대 도 1에 표시된 바와 같이 송신기(110), 수신기(160) 및 모드 혼합기(150) 중 하나 이상에 동작 가능하게 연결된 제어기(130)를 또한 구비한다.

동작시, 제어기(130)는 아래에서 추가로 기술하는 바와 같이, (i) 송신기(110) 내에서 공간-모드(SM) 결합기(120), (ii) 수신기(160) 내의 SM 분리기(164), 및 (iii) 광 모드 혼합기(150) 중 하나 이상의 구성을 제어한다. 다양한 실시예들에 있어서, 제어기(130)는 하나 이상의 별도의 모듈들을 포함할 수 있다. 이들 별도의 모듈들 (만약 존재한다면) 중 일부는 송신기(110)와 같은 곳에 위치할 수 있다. 일부 다른 모듈들은 (만약 존재한다면) 수신기(160)와 같은 곳에 위치할 수 있다. 또 다른 일부 모듈들은 (만약 존재한다면) 광-섬유 링크(140)를 따라 하나 이상의 전용 위치에, 예컨대 광 모드 혼합기(150) 근처에 위치할 수 있다.

시스템(100)의 다음의 대안적인 실시예들이 또한 고려된다. 특정 대안적인 실시예들에 있어서, SM 결합기(120) 및 SM 분리기(164) 중 적어도 하나는 동적으로 (재)구성 가능한 광 모드-결합(OMC) 디바이스인 반면, 모드 혼합기(150)는 정적인 광 모드 혼합기이거나 또는 존재하지 않을 수 있다. 다른 대안적인 실시예들에 있어서, 모드 혼합기(150)는 동적으로 (재)구성 가능한 디바이스인 반면, SM 결합기(120) 및 SM 분리기(164) 중 하나 또는 둘 모두는 정적인 OMC 디바이스들이다. 더욱이, 광-섬유 링크(140)는 2개 이상의 광-섬유 섹션들(146)을 구비할 수 있는데, 광 모드 혼합기(150)의 대응하는 인스턴스는 각 인접한 광-섬유 섹션들(146) 사이에 결합된다. 예컨대, 만약 링크(140)가 3개의 광-섬유 섹션(146)을 갖는다면, 링크는 2개의 광 모드 혼합기(150)를 갖는다. 이들 2개의 광 모드 혼합기들 중 하나는 링크의 제 1 및 제 2 광-섬유 섹션들 사이에 결합되고, 이들 2개의 광 모드 혼합기들 중 다른 것은 링크의 제 2 및 제 3 광-섬유 섹션들 사이에 결합된다.

동작시, 송신기(110)는 입력 데이터 스트림(102)을 수신하고, 입력 데이터 스트림에 의해 공급된 데이터를 운반하는 광 SDM 출력 신호(124)를 생성한다. 입력 데이터 스트림(102)은 예컨대 적합한 FEC 코드를 사용하여 데이터에 여분의 데이터를 부가하는 FEC 인코더(112)에 인가된다. FEC 코드에 의해 생성된 여분 데이터의 각 블록은 광학적으로 인터리빙되고 및/또는 역-다중화되어, K개의 병렬 데이터 스트림들(114₁-114_k)을 생성하는데, K는 1보다 큰 정수이다. FEC 인코더(112)는 이후 데이터 스트림들(114₁-114_k)을 전기-광학(E/O) 변환기(116)에 인가한다.

E/O 변환기(116)는, 각각이 변조된 광 신호들(118₁-118_k) 중 대응하는 신호를 생성하도록 구성된 K 개의 광 변조기들(도 1에서 명시적으로 도시되지는 않음)을 구비한다. 일 실시예에 있어서, 변조된 광 신호들(118₁-118_k)은 동일한 (공통) 반송파 주파수를 갖고, 이들 광 신호들 각각은 데이터 스트림들(114₁-114_k) 중 대응하는 스트림에 의해 공급된 데이터를 운반한다. 예컨대, 변조된 광 신호(118₁)는 데이터 스트림(114₁)에 의해 공급된 데이터를 운반하고; 변조된 광 신호(118₂)는 데이터 스트림(114₂)에 의해 공급된 데이터를 운반하고, 나머지 광 신호들로 이러하다.

일 실시예에 있어서, SM 결합기(120)는 K 개의 각 단일-모드 섬유들을 통해 E/O 변환기(116)로부터 광 신호들(118₁-118_k)을 수신하고, 이들 광 신호들(118) 각각에 공간 위상 필터링을 적용하여, 광-섬유 섹션(146a)의 상이한 각 공간 모드들에 선택적으로 결합하기 위하여 이들을 적절하게 조정한다. 공간적으로 위상-필터링된 신호들(도 1에서 명시적으로 도시되지는 않음)은 예컨대 도 2 내지 도 4를 참조하여 아래에서 추가로 기술되는 바와 같이 SM 결합기(120) 내에서 중첩되어, 광-섬유 섹션(146a)의 입력 종착지(144)에서 광 SDM 신호(124)를 생성한다.

SM 결합기(120) 내에서 광 신호들(118₁-118_k) 각각에 적용된 광 위상 필터링은, 이들 광 신호들 각각이 실질적으로 광-섬유 섹션(146a)의 단일 선택된 광 모드에 결합되는 방식인데, 상이한 신호들(118)은 상이한 각 공간 모드들에 결합된다. 시스템(100)의 특별한 실시예에 따라, 상이한 광 신호들(118)의 광-섬유 섹션(146a)의 상이한 공간 모드들에 대한 맵핑은 정적(즉, 고정되어 시간에 따라 변하지 않는)이거나, 또는 동적(즉, 시간에 따라 변하는)일 수 있다. SM 결합기(120)가 (재)구성 가능한 SM 결합기일 때, 제어기(130)는 제어 신호(132)를 통해 SM 결합기의 공간-모드 구성과 시간에 대한 그 변화를 제어한다.

개별 광 신호가 실질적으로 입력 종착지(144)에서 광-섬유 섹션(146a)의 단일 공간 모드에 SM 결합기(120)에 의해 선택적으로 결합되고, 이에 의해 그 광-섬유 섹션 하에서 개시되는 SDM 신호(124)의 광 구성요소로 변환될 때, 공간 모드가 송신기(110)에 의해 "주소지정"되고 있다고 할 수 있다.

다양한 실시예들에 있어서, 각 광-섬유 섹션들(146a-b)은 예컨대 (제한 없이) (i) 다중모드 섬유; (ii) 다중-코어 섬유; (iii) 단일-모드 섬유의 번들; 및 (iv) 광-섬유 케이블 중 하나 이상을 사용하여 구현될 수 있다. 다중-코어 섬유가 사용되면, 그 섬유의 각 코어는 각 단일 공간 모드 또는 각 복수의 공간 모드들을 지원하도록 설계될 수 있다. 광-섬유 섹션들(146a-b)의 가능한 구현들에 대한 추가적인 세부사항들은 미국특허출원공개 제2010/0329670호 및 제2010/0329671호, 그리고 미국특허출원 제13/018,511호에서 발견될 수 있고, 이들 모두는 본 명세서에 참조로서 그 전체가 통합된다.

특정 실시예들에 있어서, 각 광-섬유 섹션들(146a-b)은 N개의 공간 모드들을 지원하고, 여기에서 N > K이다. 즉, 이들 실시예들에 있어서, 송신기(110)는 거기에서의 공간 모드들의 최대 가능한 수보다 적은 광-섬유 링크(140)에서의 공간 모드들을 주소지정한다. 결과적으로, 광-섬유 링크(140)는 부족하게 주소지정된 SDM 링크로서 동작한다. 대안적인 실시예에 있어서, N = K이다. 다른 대안적인 실시예에 있어서, 광-섬유 섹션(146a)은 N_a 개의 공간 모드들을 지원하는 반면, 광-섬유 섹션(146b)은 N_b 개의 공간 모드들을 지원하고, 여기에서 N_a ≠ N_b 이고, N_a 와 N_b 각각은 K보다 크거나 이와 같다.

다중모드 또는 다중-코어 섬유의 공간 모드들이 섬유의 길이를 따라 전파될 때, 모드 사이의 혼합을 수행할 수 있음은 관련 기술분야에서 알려져 있다. 결과적으로, 통신 신호가 섬유의 입력 종착지에서 특별한 단일 공간 모드로 완벽하게 제한된다 할지라도, 다른 공간 모드들은 섬유의 출력 종착지에서, 예컨대 광-섬유 섹션(146a)의 출력 종착지(148)에서의 통신 신호에 기여할 것이다.

광 모드 혼합기(150)는 광-섬유 링크(140)의 공간-모드 혼합 특성들을 제어가능하게 변경하는 능력을 제공한다. 수학적으로, 광 모드 혼합기(150)를 통과하여 전파하는 SDM 신호에 대한 광 모드 혼합기(150)의 영향은 수학식 1에 의해 기술된다.

위 식에서,

은 N_a 개의 구성요소들을 갖는 입력신호 벡터인데, 각 구성요소는 광-섬유 섹션(146a)의 출력 종착지(148)에서 광 모드 혼합기(150)에 의해 주소지정된 대응하는 공간 모드를 채우는 광 신호를 나타낸다;

은 N_b 개의 구성요소들을 갖는 출력신호 벡터인데, 각 구성요소는 광-섬유 섹션(146b)의 입력 종착지(152)에서 광 모드 혼합기(150)에 의해 주소지정된 대응하는 공간 모드를 채우는 광 신호를 나타낸다; M은 광 모드 혼합기의 공간-모드 혼합 특성들을 기술하는 N_b×N_a 행렬이다. 일반적으로,

,

, 및 M의 각각은 복소 값의 엔티티이다. 정적인 구성에 있어서, 모드-혼합 행렬(M)은 시간에 독립적이고, 일정한 행렬 요소들을 갖는다. 동적인 구성에 있어서, 모드-혼합 행렬(M)은 시간에 의존하고, 시간에 따라 변하는 적어도 하나의 행렬 요소를 갖는다. 광 모드 혼합기(150)가 (재)구성 가능한 모드 혼합기일 때, 제어기(130)는 제어 신호(134)를 통해 광 모드 혼합기의 구성과 시간에 따른 그 변화를 제어한다.

수신기(160)는 광-섬유 섹션(146b)의 출력 종착지(154)로부터 광 SDM 신호(156)를 수신하고, 데이터 스트림(102)의 원래 데이터를 복구하기 위하여, 예컨대 아래에서 추가로 기술되는 이러한 SDM 신호를 처리하고, 출력 데이터 스트림(178)을 통해 복구된 데이터를 출력한다. SDM 신호(156)는 SM 분리기(164)에 인가되고, SM 분리기(164)는 SDM 신호(156)를 L개의 광 신호 구성요소들(166₁-166_L)로 분리시키고, 광 신호 구성요소들(166₁-166_L)은 광-전기(O/E) 변환기(168)에 인가된다. 다양한 실시예들에 있어서, L은 K와 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. 대표적인 실시예에 있어서, L은 N_b 보다 작을 수 있고, 또한 N_a 보다 작을 수 있다.

일 실시예에 있어서, SM 분리기(164)는 SM 결합기(120)와 유사한 OMC 디바이스이지만, 역방향으로 동작하도록 구성된다. 예컨대, SM 분리기(164)는 광 신호들(166₁-166_L)을 O/E 변환기(168)로 전달하기 위하여 L개의 각 단일-모드 섬유들에 결합시키도록 설계될 수 있다. 상기 결합을 수행하기 위하여, SM 분리기(164)는 SDM 신호(156)를 L개의 (예, 감쇄된) 복제물들로 분리시키고, 상기 복제물들 각각을 적절하게 조정하여 단일-모드 섬유들의 대응하는 섬유에 결합시키기 위하여 적절한 공간 위상-필터링을 적용한다. SM 분리기(164) 내에서 SDM 신호(156)의 복제물들에 적용된 공간 위상-필터링은, 단일-모드 섬유들의 각각이 광-섬유 섹션(146b)의 단일 선택된 공간 모드로부터 실질적으로 광 에너지를 수신하는 방식인데, 상이한 단일-모드 섬유들은 상이한 각 공간 모드들로부터 광 에너지를 수신한다. 시스템(100)의 특별한 실시예에 의존하여, 상이한 광 신호들(166)의 광-섬유 섹션(146b)의 상이한 공간 모드들에 대한 맵핑은 정적(즉, 고정되고 시간에 따라 변하지 않는) 또는 동적(즉 시간에 따라 변하는)일 수 있다. SM 분리기(164)가 (재)구성 가능한 SM 분리기일 때, 제어기(130)는 제어 신호(136)를 통해 SM 분리기의 구성 및 시간에 따른 그 변화를 제어한다.

SM 분리기(164)에 결합된 단일-모드 섬유는 출력 종착지(154)에서 광-섬유 섹션(146b)의 대응하는 단일 선택된 공간 모드로부터 실질적으로 광 에너지를 수신하고, 이에 의해 신호들(166₁-166_L)의 대응하는 신호를 생성할 때, 공간 모드는 수신기(160)에 의해 "주소지정"되고 있다고 말할 수 있다.

광 신호들(118)과 광 신호들(166) 사이의 관계는 수학식 2을 사용하여 일반적으로 표시될 수 있다.

여기에서

은 K 구성요소들을 갖는 벡터인데, 각 구성요소는 광 신호들(118₁-118_L)의 대응하는 신호이고;

은 L 개의 구성요소들을 갖는 벡터인데, 각 구성요소는 광 신호들(166₁-166_L)의 대응하는 신호이고; H는 L×K 채널 행렬이다. 채널 행렬(H)은 특히 SM 결합기(120)의 구성, SM 분리기(164)의 구성 및 광 모드 혼합기(150)의 구성에 의존한다(또한 수학식 1을 참조). 채널 행렬(H)을 나타내는 값들의 상이한 세트들은 행렬의 상이한 인스턴스화들로서 언급된다.

일 실시예에 있어서, O/E 변환기(168)는 디지털 전기 신호들(170₁-170_L)의 대응하는 신호를 생성하기 위하여, 광 신호들(166₁-166_L)의 각각의 코히어런트(호모다인 또는 인트라다인) 검출을 수행한다. 각 시간 슬롯에 있어서, 신호들(170₁-170_L) 각각은 두개의 값들, 광 신호들(166₁-166_L)의 대응하는 신호의 동위상(I) 구성요소에 대응하는 하나의 값 및 그 광 신호의 직교-위상(Q)에 대응하는 다른 값을 전달할 수 있다. O/E 변환기(168)를 구현하기 위하여 사용될 수 있는 다양한 광 검출기들은, 예컨대 미국특허출원공개 제2010/0158521호 및 제2011/0038631호, 그리고 국제특허출원 제PCT/US09/37746호(2009년 3월 20일에 출원된)에 개시되고, 이들 모두는 그 전체가 참조로서 본 명세서에 통합된다.

디지털 신호 처리기(DSP)(172)는 디지털 전기 신호들(170₁-170_L)을 처리하고, 상기 처리에 기초하여 출력 데이터 스트림(178)을 생성한다. 이 처리는 (i) (도 1에 명시적으로 도시되지 않은) 복구된 데이터 스트림들의 세트를 생성하기 위하여 신호들(170₁-170_L)을 역-컨벌빙하는 것으로서, 각 복구된 데이터 스트림은 데이터 스트림들(114₁-114_K) 중 한 스트림에 대응하는 데이터를 전달하는, 신호들(170₁-170_L)을 역-컨벌빙하는 것; (ii) 송신기(100) 내에서 FEC 인코더(112)가 데이터 스트림들(114₁-114_L)을 생성하는 처리 내에서 FEC-인코딩된 데이터를 인터리빙되도록 구성된다면, 복구된 데이터 스트림들에 의해 운반된 데이터의 블록들을 디-인터리빙하는 것; (iii) 추정된 데이터 스트림(도 1에는 명시적으로는 도시되지 않음)을 생성하기 위하여, 디인터빙된 데이터를, 또는 디-인터리빙이 수행될 필요가 없다면, 복구된 데이터 스트림들에 의해 운반된 데이터의 블록들을 직접 다중화하는 것; 및 (iv) 출력 데이터 스트림(178)을 생성하기 위하여 추정된 데이터 스트림을 FEC-디코딩하는 것;을 포함하지만, 이에 국한되지는 않는다. FEC 코드가 링크(140)의 특별한 송신 특성들/상태들을 위해 충분히 강력하다면, 송신/디코딩 에러의 (전부는 아니지만) 대부분은 정정되고, 출력 데이터 스트림(178)은 입력 데이터 스트림(102)과 (일치하지는 않는다 하더라도) 시스템(100)을 위해 특정된 최대 허용 가능한 BER 값보다 더 작은 BER을 통해 근사된다.

일반적으로, 위에 기술된 신호 처리의 역-컨벌빙 단계를 적절하게 수행하기 위하여, DSP(172)는 신호들(170₁-170_L)을 통해 충분한 수의 신호 샘플들을 수신할 필요가 있다. 예컨대, SDM 신호(156)에 의해 수행된 Q 광 심볼들을 디코딩하기 위하여, DSP(172)는 그 신호의 적어도 Q개의 독립적인 샘플들을 얻을 필요가 있다. 이들 샘플들에 인가된 신호 처리는 일반적으로, 광 모드 혼합기(150)(수학식 1 참조)에 의해 부과된 공간-모드 혼합의 영향들을 포함하여, 광-섬유 링크(140) 내의 공간-모드 혼합의 영향들을 반전시키는 것에 목표를 둔 행렬-대각화 알고리즘들에 기초한다.

도시 목적을 위해, 아래에서 기술된 대표적인 실시예들은 광-섬유 섹션들(146a 및 146b) 각각이 다중모드 섬유인 시스템(100)의 실시예에 대응한다. 제공된 설명으로부터, 당업자는 기술된 실시예들을 수정하여 예컨대 (i) 광-섬유 섹션들(146a 및 146b) 각각이 다중-코어 섬유이거나, 또는 (ii) 광-섬유 섹션들(146a 및 146b) 중 하나가 다중-코어 섬유이고, 다른 광-섬유 섹션이 다중모드 섬유인, 시스템(100)의 일 실시예를 위한 것들로 개조할 수 있을 것이다.

일반적으로, 다중모드 섬유는 두 개의 넓은 부류들의 공간 모드들, 즉 방사 모드들과 가이드 모드들을 갖는다. 방사 모드들은 섬유 코어로부터 에너지를 전달하고, 이러한 에너지는 이후 신속하게 소산된다. 방사 모드들은 본 개시사항의 대상이 아니고, 따라서 본 명세서에서 논의되지 않는다. 가이드 모드들은 기본적으로 섬유 코어에 제한되고, 섬유를 따라 에너지를 전파하고, 이에 의해 광-섬유 링크(140)를 따라 정보와 전력을 운송한다. 각 가이드 모드는 자신의 명확한 속도를 갖고, 두 개의 직교 편광된 구성요소들로 추가로 분해될 수 있다. 광 섬유 내의 임의의 전-자기(EM)장 분포는 일반적으로 가이드 모드들의 조합으로서 표시될 수 있다.

주어진 파장(λ)에 대해, 섬유 섹션(146)의 다중모드 섬유는, 만약 정규화된 주파수 파라미터(V)(V 수로도 언급됨)가 2.405보다 크다면, 다중 가이드 모드들을 지원할 수 있다. 수학식 3은 V에 대해 표현을 제공한다.

여기에서, a는 섬유-코어 반경이고, NA는 개구수이다. 계단형 굴절율 섬유에 대해, 개구수는 수학식 4에 의해 주어진다.

위 식에서, n₁은 섬유 코어의 굴절율이고, n₂는 섬유 외장재의 굴절율이다.

가이드 모드들은 일반적으로 (i) 전기장의 축방향 구성요소가 0인 횡방향 전기장(TE) 모드들, (ii) 자기장의 축방향 구성요소가 0인 횡방향 자기장(TM) 모드들, (iii) 전기장의 축방향 구성요소 또는 자기장의 축방향 구성요소 어느쪽도 0이 아닌, HE 또는 EH 모드들로서 분류될 수 있다. HE 또는 EH의 지정은 전기장(E)과 자기장(M) 구성요소들 중 어느 것이 우세한지에 의존한다.

다중모드 섬유의 가이드 모드들은, (i) 횡방향 평면 내에서 강도 로브들(lobes)의 수, (ii) 그룹 속도, 및 (iii) 길이방향의 파수벡터의 크기 중 하나 이상에 기초하여 순서가 정해질 수 있다. 가장낮은-순서의 모드(기본 모드로도 알려짐)는 전형적으로 단일 강도 로브, 가장 높은 그룹 속도, 및 가장 큰 길이방향의 파수벡터를 갖는다. 나머지 (더 높은 순서의) 모드들은 전형적으로 그들의 길이방향의 파수벡터들의 크기에 따라 순서가 정해진다. 일부 도파관의 단면들과 V 수들에 대해, 길이방향의 파수벡터들의 크기의 사용에 부가하여, 나머지 두 개의 기준 중 하나가 일부 가이드 모드들의 상대적인 순서를 결정하기 위하여 호출될 필요가 있다.

광-섬유 링크(140)와 같은, 통신 링크들 내에서 사용된 대부분의 계단형 굴절율의 광 섬유들의 굴절율 프로파일들은 상대적으로 작은 (예, 대략 0.05보다 작은) 콘트라스트(Δ)을 갖고, 작은 콘트라스트는 이들 섬유들을 오로지 약하게 가이딩하는 것으로 만든다. 수학식 5는 계단형 굴절율 섬유에 대해 Δ의 정의를 제공한다.

일반적으로 원통형 섬유들에 대한 약한 가이드의 근사에 있어서, TE, TM, HE, 및 EH 가이드 모드들은 선형 편광된(LP) 모드들로서 언급되는 모드들이 된다.

다음의 개념은 LP 모드들의 설명에서 주로 지지된다. 각 LP 모드는 예컨대 LP_jk의 첨자들의 형태의 두 개의 정수 지수들을 사용하여 지정된다. 제 1 정수 지수(j)는 섬유 축(예, Z-좌표 축)을 중심으로 1회의 방위각 회전마다 전기장에서 2π-크기의 위상 증가들의 수를 제공한다. 제 2 정수 지수(k)는 방사상 크기에서 전기장 노드들의 수를 제공하는데, 방사상 노드로서 계수된 전기장 분포의 외측 에지에서 0의 필드를 갖는다. LP 모드들의 일부는 또한 지정 문자, 예컨대 a, b를 제공받는다. 이러한 문자는 두 개의 정수 지수들에 뒤따르고, 특정 변질 모드들을 구별하기 위하여 사용된다. 덧붙여, 각 LP 모드는 두 개의 상이한 편광들, 예, X 편광과 Y 편광을 가질 수 있고, 여기에서 X 및 Y는 두 개의 횡방향(즉, 섬유 축에 대해 직교하는) 좌표 축들이다.

도 2는 본 개시사항의 일 실시예에 따라 링크(104)에서 사용될 수 있는 다중모드 섬유의 가장 낮은 3개의 LP 모드들에 대한 대표적인 강도 분포들과 편광들을 그래프방식으로 도시한다. 강도 분포들은, (i) 짙은 청색(외측) 컬러가 0의 강도에 대응하고, (ii) 짙은 적색(내측) 컬러가 가장 높은 강도에 대응하고, (iii) 그 사이의 컬러들이 청색 컬러로부터 적색 컬러로 무지개형 진행으로 중간 강도들에 대응하도록, 컬러-코딩된다. 점선 화살표들은 상이한 모드들에 대한 각 전기장 편광들을 나타낸다. 도시된 LP 모드들의 각각은 이중으로 변질되는데, 동일한 강도 분포는 2개의 직교(예, X 및 Y) 편광들의 각각에 대응한다.

기본 모드(LP₀₁)는 가우스 빔의 강도 프로파일과 유사한 강도 프로파일을 갖는다. LP₀₁ 모드는 강하게 가이드하는 섬유의 HE₀₁ 모드에 대응한다.

다음의 가장 낮은 순서의 모드(LP₁₁)는 대응하는 전기장들 사이의 180도 위상차를 특징으로 하는 2개의 강도 피크들을 포함하는 강도 프로파일을 갖는다. LP_11a 모드에 있어서, 강도 피크들은 X-축을 따라 정렬된다. LP_11b 모드에 있어서, 강도 피크들은 유사하게 Y-축을 따라 정렬된다. LP_11a 및 LP_11b 모드들의 상이한 변질 상태들은 강하게 가이드하는 섬유의 TE₀₁, TM₀₁, 및 HE₂₁ 모드들의 상이한 선형 조합들에 대응한다. V 수(수학식 3 참조)가 대략 2.405와 대략 3.9 사이의 범위 내에 있다면, LP₀₁, LP_11a 및 LP_11b 모드들은 전형적으로 섬유에 의해 지원되는 오로지 가이드되는 모드들이다.

도 3은 본 개시사항의 다른 실시예에 따라 광-섬유 링크(104)에서 사용될 수 있는 다중모드 섬유의 수 개의 LP 모드들에 대한 대표적인 위상/전기장-강도(PFS) 패턴을 그래프방식으로 도시한다. 각 PFS 패턴은, (i) 컬러 채도의 정도가 광-필드 강도를 나타내고, (ii) 컬러 자체가 전기장의 위상을 나타내는, 컬러 방식을 사용하여 컬러-코딩된다. 예컨대, 밝은 적색 컬러는 짙은 적색 컬러다 낮은 광-필드 강도에 대응한다. 청색 컬러로부터 적색 컬러로의 컬러의 무지개형 변화는 -π로부터 +π까지 상대적인 위상의 연속적인 변화를 나타낸다.

변질 LP 모드들의 상이한 상태들에 대한 PFS 패턴들은 도 3에 도시된 PFS 패턴들을 적절하게 회전시킴으로써 얻어질 수 있다. 예컨대, LP_11b 모드(도 2 참조)에 대한 PFS 패턴은 도 3의 상부 행에서 좌측 패널로부터 2번째에 도시된 PFS 패턴을 90도 회전시킴으로써 얻어질 수 있다. LP 모드에 대한 강도 분포는 대응하는 PFS 패턴의 절대값의 제곱을 계산함으로써 얻어질 수 있다. 예컨대, 도 2의 가장 좌측 패널에 도시된 LP₀₁ 모드에 대한 강도 분포는 도 3의 상부 행의 가장 좌측 패널에 도시된 PFS 패턴의 절대값들의 제곱을 계산함으로써 얻어질 수 있다. 유사하게 도 2의 가장 좌측 패널로부터 3번째에 도시된 LP_11a 모드에 대한 강도 분포는 도 3의 상부 행의 좌측 패널로부터 2번째에 도시된 PFS 패턴의 절대값들의 제곱을 계산함으로써 얻어질 수 있다.

광을 다중모드 섬유의 특별한 LP 모드에 효율적이고 선택적으로 결합시키기 위하여, 섬유의 단부 면에서 광원에 의해 생성된 PFS 패턴 및 편광은 그 LP 모드의 PFS 패턴과 편광에 밀접하게 근사하여야 한다. 특별히, 적절한 PFS 패턴과 편광에 부합하지 않는 광은 상이한 LP 모드에 결합될 수 있고, 방사 모드에 결합될 수 있고, 및/또는 다중모드 섬유의 단부 면으로부터 다시 반사될 수 있다. 예컨대, 광을 X-편광된 LP_11a 모드에 효율적이고 선택적으로 결합시키기 위하여, 대응하는 광원은, 도 3의 상부 행에서 좌측 패널로부터 2번째에 도시된 PFS 패턴과 도 2의 좌측 패널로부터 3번째에 도시된 편광에 밀접하게 근사하는 PFS 패턴을 생성하도록 구성되어야 한다.

간결함과 명확성의 이유로, 아래의 설명은 낮은-순서의 LP 모드들을 언급한다. 그러나, 본 명세서에 개시된 본 개시사항의 실시예들은 이에 국한되는 것은 아니다. 예컨대, 도시된 본 발명의 개념들은, 가이드 모드들이 도 2 및 도 3에 도시된 LP 모드들이 아닌 대응하는 TE, TM, HE 및 EH 모드들인 강하게 가이드하는 다중모드 섬유에 유사하게 적용될 수 있다. 도시된 본 발명의 개념들은 또한 결합된 다중-코어 섬유의 "수퍼모드들"에 적용될 수 있고, 이의 대표적인 설명은 예컨대, R. Ryf, A. Sierra, R.-J. Essiambre, 등에 의한 "Coherent 1200-Km 6×6 MIMO Mode-Multiplexed Transmission over 3-core Microstructured Fiber"(광 통신에 대한 2011 유럽회의(ECOC)의 회의록에 공표된 마감후의 논문)에서 찾아 볼 수 있고, 이는 그 전체가 참조로서 본 명세서에 통합된다.

도 4a 및 도 4b는 시스템(100)(도 1 참조)의 일 실시예에 따라 송신기(110) 내의 SM 결합기(120) 및/또는 수신기(160) 내의 SM 분리기(164)로서 사용될 수 있는 OMC 디바이스(400)를 도시한다. 보다 구체적으로, 도 4a는 OMC 디바이스(400)의 블록도를 도시한다. 도 4b는 OMC 디바이스(400)의 공간-위상 필터들(420)에서 사용될 수 있는 공간-위상 패턴들을 도시한다. 도면의 명확함을 위해, OMC 디바이스(400)는 두 개의 공간-모드 채널들을 갖는 것으로 도시되었다. 그러나, 제공된 설명으로부터, 당업자는 시스템(100) 내에서 사용하기 위한 임의의 적합한 수의 채널들을 갖는 OMC 디바이스를 설계하는 방법을 이해할 것이다. 예컨대, 새로운 광 채널은 OMC 디바이스(400) 내에서 채널 1에 채널 2를 부가하기 위하여 사용된 것과 유사한 광 요소들의 세트를 부가함으로써 생성될 수 있다.

다양한 실시예들에 있어서, 공간-위상 필터들(420)은 정적인 위상 마스크들이 될 수 있거나, 또는 외부 제어하에 있는, 예컨대 제어 신호(132 또는 136)(도 1 참조)에 의해 영향을 받는 디스플레이된 공간-위상 패턴들을 변경시킬 수 있는 동적으로 (재)구성 가능한 디바이스들이 될 수 있다.

OMC 디바이스(400)는 도 4a에서 도면의 좌측에서 단일 모드 섬유들(402₁-402₂)에, 도면의 우측에서 다중모드 섬유(406)에 결합된 것으로 도시된다. OMC 디바이스(400)가 송신기(110)(도 1 참조) 내의 SM 결합기(120)로 사용될 때, 단일 모드 섬유들(402₁-402₂) 각각은 변조된 광 신호들(118)의 대응하는 신호를 수신하도록 구성되고, 다중모드 섬유(406)는 섬유 섹션(146a)의 일부이다. OMC 디바이스(400)가 수신기(160)(도 1 참조) 내의 SM 분리기(164)로서 사용될 때, 단일 모드 섬유들(402₁-402₂) 각각은 광 신호 구성요소들(166)의 대응하는 구성요소를 운반하도록 구성되고, 다중모드 섬유(406)는 섬유 섹션(146b)의 일부이다.

도시 목적을 위하여, 아래에 제공된 OMC 디바이스(400)의 설명은, 광이 예컨대 SM 결합기(120)(도 1)에 대응하는 구성에서와 같이, 단일 모드 섬유들(402₁-402₂)로부터 다중모드 섬유(406)로 향하는 것으로 간주된다. 이러한 설명으로부터, 당업자는, 광이 예컨대 SM 분리기(164)(도 1)에 대응하는 구성에서와 같이, 다중모드 섬유(406)로부터 단일 모드 섬유들(402₁-402₂)로 향할 때 OMC 디바이스(400)가 동작하는 방법을 이해할 것이다.

OMC 디바이스(400)는 두 개의 렌즈들(410)을 갖는데, 이들 각각은 섬유들(402)의 각각에 의해 OMC 디바이스에 인가된 각 발산 광 빔을 시준한다. 최종 시준된 빔들의 각각은 공간-위상 필터들(420)의 각각을 통과하여 대응하는 위상-필터링된 빔(422)을 생성한다. 복수의 미러들(430)은 이후 두 개의 위상-필터링된 빔들(422)을 공간적으로 중첩시키고, 최종 "중첩된" 빔(432)을 섬유(406)를 향해 지향시킨다. 미러(430₄)는 공간적으로 투명한 미러인 반면, 미러들(430₁-430₃) 각각은 규칙적인 비-투명 미러이다. 두 개의 렌즈들(442 및 446)과 개구(444)는, 빔(432)을 압축(예, 크기를 축소)하고 공간적으로 필터링하여 출력 빔(452)을 생성하기 위하여 사용되는데, 출력 빔(452)은 다중모드 섬유(406)의 입력 종착지(454)에 입사하여, 다중모드 섬유(도 2 및 도 3을 또한 참조)의 선택된 공간 모드들에 대응하는 PFS 패턴들의 의도된 중첩을 생성한다.

OMC 디바이스(400)의 두 개의 공간-모드 채널들에 할당된 공간 모드들에 의존하여, 공간-위상 필터들(420₁ 및 420₂)에 의해 디스플레이된 공간-위상 패턴들은 예컨대 도 4b에 도시된 공간-위상 패턴들의 세트로부터 적절하게 선택된다. 예컨대, OMC 디바이스(400)의 특별한 공간-모드 채널에 섬유(406)의 LP_11a 모드가 할당되면, 도 4b에서 LP11로 표시된 적절하게 배향된 공간-위상 패턴이 그 공간-모드 채널 내에서 대응하는 공간-위상 필터(420)에 의해 디스플레이된다. 유사하게, OMC 디바이스(400)의 특별한 공간-모드 채널에 섬유(406)의 LP_21b 모드가 할당되면, 도 4b에서 LP21로 표시된 적절하게 배향된 공간-위상 패턴이 그 공간-모드 채널 내에서 대응하는 공간-위상 필터(420)에 의해 디스플레이되고, 다른 모드에 대해서도 이러하다. 대응하는 필터(420)에 의해 부과된 공간-위상 필터링과 개구(444)에 의해 부과된 공간 필터링의 결합된 효과는, 광 채널이 섬유(406)의 입력 종착지(454)에서 선택된 공간 모드에 대응하는 의도된 PFS 패턴을 생성하고, 이에 의해 대응하는 단일-모드 섬유(402)를 통해 수신된 광 신호를 다중모드 섬유(406)의 그 공간 모드에 효과적으로 결합시킨다는 점이다.

도 4b에 도시된 공간 위상 패턴들의 일부는 이진 위상 패턴들(즉, 두 개의 가능한 위상 이동들, 예컨대 0 또는 π 중 오로지 하나만을 국부적으로 부과할 수 있는 위상 패턴)인 것을 주목해야 한다. 특별히, LP01, LP02, 및 LP03 모드들에 대응하는 위상 패턴들은 이진 위상 패턴들이다. 도 4b에 도시된 나머지 위상 패턴들은, 패턴의 상이한 부분들이 연속적인 위상-이동 범위로부터 선택된 위상 이동들을 부과할 수 있기 때문에, "아날로그" 위상 패턴들이다. 아날로그 위상 패턴들은, (i) 상이한 컬러들이 연속적인 2π 간격 내에서 상이한 위상 이동들을 나타내고, (ii) 일부 위상 패턴들에 대해, 동일한 컬러의 상이한 대역들이 서로 2π의 정수 배만큼 상이한 위상 이동들을 나타내는, 컬러 방식을 사용하여 도 4b에 도시된다.

일 실시예에 있어서, OMC 디바이스(400)는 두 개의 별도의 필터들(420₁ 및 420₂) 대신에 단일의, 상대적으로 큰, 연속적인 공간-위상 필터를 사용할 수 있다. 이러한 상대적으로 큰, 연속적인 필터는 상이한 섹션들(부분들) 내에서 도 4b로부터의 2개 이상의 공간-위상 패턴들을 디스플레이하도록 구성될 수 있다. 이들 상이한 섹션들은, 하나의 섹션이 공간-위상 필터(420₁)로 작용하고 다른 하나가 공간-위상 필터(420₂)로 작용하도록 준비될 수 있다.

SM 결합기(120) 및/또는 SM 분리기(164)(도 1 참조)를 구현하기 위하여 사용될 수 있는 다양한 추가적인 OMC 디바이스들은, 예컨대 상술한 미국특허출원공개 제2010/0329670호 및 제2010/0329671호에, 그리고 또한 미국특허출원공개 제2011/0243490호 및 미국특허출원 제12/986,468호에 개시되는데, 이들 모두 그 전체가 참조로서 본 명세서에 통합된다.

도 5a 및 도 5b는 시스템(100)의 일 실시예에 따라 광 모드 혼합기(150)(도 1)로서 사용될 수 있는 광 모드 혼합기(500)를 도시한다. 보다 특별히, 도 5a는 모드 혼합기(500)의 전체적인 블록도를 도시한다. 도 5b는 2×2 광 혼합기(520)의 개략도를 도시하는데, 복수의 이들이 모드 혼합기(500) 내에서 사용된다.

도 5a를 참조하면, 모드 혼합기(500)는 다중모드 섬유들(546a 및 546b) 사이에서 결합된다. 대표적인 구성에 있어서, 다중모드 섬유(546a)는 광-섬유 섹션(146a)을 구현하기 위하여 사용될 수 있고, 다중모드 섬유(546b)는 광-섬유 섹션(146b)을 구현하기 위하여 사용될 수 있다(도 1 참조). 광 모드 혼합기(500)는 (i) 각각 다중모드 섬유들(546a 및 546b)에 결합된 OMC 디바이스들(510a 및 510b), 및 (ii) 도 5a에 도시된 바와 같이 이들 OMC 디바이스들 사이에 결합된 2×2 광 혼합기들(520)의 상호연결된 어레이(530)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, OMC 디바이스들(510a 및 510b) 각각은 OMC 디바이스(400)(도 4)와 유사한데, 이는 단지 두 개의 단일-모드 필터들(402) 대신에 4개를 위해 구현된다.

혼합기 어레이(530)는, (i) OMC 디바이스(510a)에 의해 생성된 광 신호들(512₁-512₄)을 수신하고, (ii) 수신된 신호를 광학적으로 혼합하여 광 신호들(532₁-532₄)을 생성하고, (iii) 광 신호들(532₁-532₄)을 OMC 디바이스(510b)에 인가하도록, 구성된다. 결과적으로, 혼합기 어레이(530)는 (4×4) 행렬(M)을 통해 수학식 1을 구현하기 위하여 사용될 수 있다. 행렬(M)의 개별적인 행렬 요소들은 혼합기들(520)의 상태들에 의존하고, 혼합기들의 상태들은 혼합기 제어기(540)에 의해 생성된 제어 신호들(542₁-542₆)에 의해 제어된다. 그러므로, 행렬(M)은 혼합기 제어기(540)를 하나 이상의 혼합기들(520)의 상태(들)를 변경하도록 구성함으로써 시간의 함수로서 변할 수 있다. 혼합기 제어기(540)는 제어 신호(134)(도 1)와 같은 외부 제어 신호에 기초하여 제어 신호들(542₁-542₆)을 생성하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 혼합기 제어기(540)는 제어기(130)의 일부라고 할 수 있는데, 이 경우 제어 신호(134)는 제어 신호들(542₁-542₆)을 포함한다고 할 수 있다.

도 5b를 참조하면, 개별 광 혼합기(520)는 제 1 암(526a)과 제 2 암(526b)를 구비하는 마흐-젠더 간섭계를 포함하는데, 두 암은 두 개의 (예, 3-dB) 광 결합기들(522) 사이에 결합된다. 암(526b)은, 제어기(540)로부터 대응하는 제어 신호(542)를 수신하는 위상 이동기(PS)(524)를 포함한다. 혼합기(520)에 의해 생성된 출력 신호들(S₃ 및 S₄) 각각은 혼합기에 인가된 입력 신호들(S₁ 및 S₂)의 선형 조합을 나타내고, 선형 조합의 계수들은 (i) 신호들(S₁ 및 S₂)의 파장, (ii) 암들(526a 및 526b) 사이의 (만약 존재한다면) 길이 차이, 및 (iii) 위상 이동기(524)에 의해 부과된 위상 이동의 값에 의존한다. 이러한 계수들은, 위상 이동기(524)에 의해 부과된 위상 이동의 값을 변경함으로써 적절하거나 필요할 때 변경될 수 있다.

어레이(530)가 도 5a에 도시된 방식으로 상호 연결된 6개의 혼합기(520)를 구비하는 것으로 예시적으로 도시되었지만, 다른 어레이들이 유사하게 사용될 수 있다. 보다 특별히, 어레이(530)의 토폴로지 및/또는 크기는 예컨대 시스템(100)에 대해 지정된 N_a, N_b, L 및 K의 값들에 기초하여 선택될 수 있다. 예컨대, 만약 N_a>N_b이면, 출력 라인들(532_i)과 유사한 출력 라인들 중 일부는 OMC 디바이스(510b)와 유사한 대응하는 OMC 디바이스에 연결되지 않을 수 있다. 만약 N_a<N_b이면, 출력 라인들(532_i)과 유사한 출력 라인들 중 일부는 OMC 디바이스(510b)와 유사한 OMC 디바이스의 대응하는 포트에 결합되기 전에 분할되는 것이 필요할 수 있다.

광 모드 혼합기(500)의 예시적인 실시예들이 마흐-젠더 유형의 광 혼합기들(520)에 기초한 것으로 기술되었지만, 다른 유형의 광 혼합기들 또는 스위치들이 유사하게 사용될 수 있다. 예컨대, 하나 또는 둘 이상의 입력 포트들을 구비하여 구성 가능한 스위치들/혼합기들은 어레이(530)와 유사한 대응하는 스위치/혼합기 어레이를 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 유사하게, 하나 또는 둘 이상의 출력 포트들을 구비하여 구성 가능한 스위치들/혼합기들이 또한 사용될 수 있다. OMC 디바이스들(510a-b) 중 하나 또는 둘 모두는 선택적으로 예컨대 SM 결합기(120) 및/또는 SM 분리기(164)(도 1)와 유사하게 구성될 수 있다. 대응하는 제어 신호들은 점선들과 534a 및 534b의 표시를 사용하여 도 5a에 표시된다. 대안적인 실시예에 있어서, 대응하는 멀티모드 섬유 또는 광-섬유 케이블의 4개의 공간 모드들보다 더 많거나 더 적은 것을 주소지정하도록 설계된 OMC 디바이스들은 OMC 디바이스들(510a-b) 대신에 사용될 수 있다. 광 모드 혼합기(500)의 입구측(좌측)에 위치한 OMC 디바이스는 광 모드 혼합기의 출구측(우측)에 위치한 OMC 디바이스와 상이한 수의 공간 모드들을 주소지정하도록 구성될 수 있다.

도 6은 시스템(100)의 다른 실시예에 따른 광 모드 혼합기(150)로서 사용될 수 있는 광 모드 혼합기(600)의 측 단면도를 도시한다. 광 모드 혼합기(600)는 멀티모드 섬유 섹션(646a 및 646b) 사이에 결합된다. 대표적인 구성에 있어서, 다중모드 섬유 섹션(646a)은 광-섬유 섹션(146a)를 구현하기 위하여 사용될 수 있고, 다중모드 섬유 섹션(646b)은 광-섬유 섹션(146b)를 구현하기 위하여 사용될 수 있다(도 1 참조).

광 모드 혼합기(600)는 플레이트들(620a-b)을 이들 사이에 삽입된 섬유의 섹션(610)을 향해 가압하도록 준비된 기계적인 (예, 압전) 액추에이터(630)을 구비한다. 액추에이터(630)를 플레이트들(620a-b)을 향해 가압하는 힘은 제어 신호(134)(도 1 참조)와 같은 외부 제어 신호에 의해 제어된다. 각 플레이트들(620a-b)은 섬유 섹션(610)과 직접 물리적으로 접촉하는 각각의 평탄하지 않은 표면(612)을 구비한다. 일 실시예에 있어서, 표면(612)은 주름질 수 있거나, 및/또는 상대적으로 거칠게 마무리된 표면을 가질 수 있다. 액추에이터(630)가 두 개의 평탄하지 않은 표면들을 섬유 섹션(610)을 향해 가압할 때, 섬유는 미세 변형되고, 이는 섬유 섹션 내에서 상대적으로 강한 공간-모드 크로스토크 및/또는 스크램블링이 발생하게 한다. 이러한 공간-모드 크로스토크 및/또는 스크램블링의 이러한 유형 및/또는 정도는 액추에이터(630)에 의해 인가된 기계적인 힘의 크기에 의존한다. 일반적으로, 섬유의 상이한 기계적인 변형들은 섬유 섹션(610) 내에서 상이한 유형들 및/또는 정도들의 공간-모드 크로스토크/스크램블링을 생성한다. 이러한 현상은 차례로 모드 혼합기(600)에 대한 상이한 공간-모드 혼합 특성들로서, 예컨대 수학식 1에서 상이한 행렬(M)에 의해 수학적으로 표시되는 것으로서 그 자체가 드러난다. 행렬(M)은 그러므로, 액추에이터(630)를 플레이트들(620a 및 620b)에 인가되는 기계적인 힘을 변경하도록 구성함으로써, 시간의 함수로서 변할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 광 모드 혼합기(600)는 캘리포니아주 어빈에 소재하는 뉴포트사로부터 상업적으로 취득 가능한 섬유-모드 스크램블러의 자동화된 형태를, 예컨대 모델 FM-1을 사용하여 구현될 수 있다.

도 1을 참조하면, 시스템(100)의 동작은 적어도 3개의 상이한 시상수들, t_s, t_FEC 및 τ_C를 특징으로 할 수 있다. 보다 특별히, 시상수(t_s)는 시그널링 간격의 지속기간, 예컨대 개별 광 신호(118) 내에서 하나의 성군 심벌에 할당된 시간 간격이다. 기간(t_s)은 비트 레이트에 반비례한다. 시상수(T_FEC)는 동작 FEC 코드가 여전히 정정할 수 있는 버스트 에러가 발생할 수 있는 가능한 최대 시간 지속기간을 나타낸다. FEC 코드가 정정할 수 있는 에러들의 최대 양은 또한 코드의 에러 정정 능력으로 언급된다. 코드의 에러 정정 능력은 FEC 블록의 크기, 사후-인코딩 FEC 스크램블링 깊이, 및 기초가 되는 알고리즘(들)의 성질에 의존한다. 시상수(τ_C)는 채널 코히어런스 시간이고, 이는 광-섬유 링크(140) 내에서 다중-경로 페이딩에 의해 유도된 광 신호(156) 내의 크기 변화가 (SM 결합기(120)와 광 모드 혼합기(150)의 구성들이 정적일 때) 이전 값과 상관되지 않게 되는데 필요한 최소 시간의 측정치이다.

시스템(100) 내의 중지는 예컨대 광 신호(156)의 하나 이상의 신호 구성요소들의 "깊은 페이딩"에 의해 야기될 수 있고, 이는 DSP(172)에 의해 수행되는 FEC-디코딩 처리에서 일시적인 붕괴로 인해 광 신호들(166)을 일시적으로 디코딩될 수 없게 할 수 있다. 신호 구성요소의 깊은 페이딩은, 채널 행렬(H)의 바람직하지 못한 인스턴스화로 인해 수신기(160)에서 그 신호 구성요소가 겪는 강한 파괴적인 간섭에 의해 야기될 수 있다(수학식 2 참조). 데이터의 FEC 인코딩된 블록의 송신 도중에 발생하는 하나 이상의 깊은 페이딩의 누적 효과가, 광 신호들(166) 내에서 충분히 큰 수의 심볼들이 정확하게 디코딩될 불충분한 광 신호-잡음 비(SNR)를 갖는 방식일 때, FEC-디코딩 처리는 붕괴되고, 이에 의해 중지를 야기한다. 이러한 붕괴는 예컨대 깊은 페이딩이 상대적으로 긴 시간 기간 동안 지속될 때 발생할 수 있어서, 대응하는 에러들은 코드의 에러 정정 능력을 초과하게 된다. 이것은 만약 τ_C > t_FEC 일 때, 발생할 수 있다.

수학적으로, 페이딩은 시간-변화 랜덤 처리로서 모델링될 수 있다. 깊은 페이딩의 전형적인 (예, 평균) 지속기간은 채널 코히어런스 시간(τ_C)을 사용하여 표시될 수 있는데, 광 신호(156)의 상이한 모양의 구성요소들은 일반적으로 통계적으로 랜덤 방식으로 그들의 각각의 깊은 페이딩을 겪는다. 페이딩의 랜덤 성질은 일부 시간 간격들이 깊은 페이딩들 내에서 상대적으로 큰 수의 신호 구성요소들을 갖도록 야기하고, 일부 시간 간격들이 깊은 페이딩들 내에서 상대적으로 적은 수의 신호 구성요소들을 갖도록 야기한다. 당업자는 시스템 중지가 후자의 시간 간격들 중 하나 도중에서보다 전자의 시간 간격들 중 하나 도중에 발생할 가능성이 큰 것을 인식할 것이다.

본 명세서의 아래에서 기술된 시스템(100)을 동작시키는 방법들은 예컨대 깊은 페이딩들에서 상대적으로 큰 수의 신호 구성요소들을 갖는 시간 간격들을 수를 줄임으로써, FEC-디코딩 처리에서 일시적인 붕괴들의 빈도를 감소시키는 것에 관한 것이다. 다양한 실시예들에 있어서, 이러한 감소는 (i) 깊은 페이딩들에서 상대적으로 작은 수의 신호 구성요소들을 갖는 시간 간격들을 수를 줄이는 것, 및/또는 (ii) 대역폭의 일부를 페이로드 데이터를 송신하기 위해서가 아니라 깊은 페이딩들의 발생을 감시하기 위하여 사용하는 것을 희생하여 달성된다. 일 실시예에 따라 시스템(100)을 동작시키는 대표적인 방법은 (i) SM 결합기(120)의 구성을 변경시키는 단계, (ii) SM 분리기(164)의 구성을 변경시키는 단계, 및 (iii) 광 모드 혼합기(150)의 구성을 변경시키는 단계 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

도 7은 본 개시사항의 일 실시예에 따라 시스템(100)을 동작시키는 방법(700)의 흐름도를 도시한다. 방법(700)은 송신기(110) 또는 수신기(160)를 사용하여 구현될 수 있다. 방법(700)의 예시적인 단계들은 도 1 및 도 7 모두를 참조하여 아래에서 기술된다.

방법(700)의 단계(702)에서, 제어기(130)는 적절한 OMC 디바이스(예, SM 결합기(120) 또는 SM 분리기(164))에 의해 주소지정될 공간 모드들의 하위세트를 선택한다. 예컨대, 만약 방법(700)이 송신기(110)를 사용하여 구현된다면, 선택된 하위세트는 섬유(146a)의 K개의 공간 모드들로 이루어지고, 이러한 하위세트가 선택될 수 있는

개의 상이한 가능 하위세트들이 존재하는데, 여기에서 !은 팩토리얼 표기를 나타낸다. 만약 방법(700)이 수신기(160)를 사용하여 구현된다면, 선택된 하위세트는 섬유(146b)의 L 개의 공간 모드들로 이루어지고, 이러한 하위세트가 선택될 수 있는

개의 상이한 가능 하위세트들이 존재한다. 제어기(130)는 복수의 상이한 가능 하위세트들로부터 공간 모드들의 하위세트를 선택하기 위하여 임의의 적합한 알고리즘을 채용할 수 있다. 예컨대, 방법(700)의 일 구현에 있어서, 제어기(130)는 복수의 상이한 가능 하위세트들로부터 랜덤 방식으로 공간 모드들의 하위세트를 선택하도록 구성될 수 있다. 다른 구현에 있어서, 제어기(130)는 복수의 상이한 가능 하위세트들로부터 순환 순서(round-robin) 방식으로 공간 모드들의 한 세트를 선택하도록 구성될 수 있다. 또 다른 구현에 있어서, 제어기(130)는, 채용된 섬유 설계(들)의 특성들로 인해 광 링크 내에서 더 적은 페이등을 초래하는 것으로 알려진 특정 모드들에 대한 선호도를 부가함으로써, 복수의 상이한 가능 하위세트들로부터 공간 모드들의 한 세트를 선택하도록 구성될 수 있다. 또 다른 구현에 있어서, 제어기(130)는, 채용된 섬유 설계(들)에 따라 서로 약하게 또는 강하게 결합되는 모드들을 선택함으로써, 복수의 상이한 가능 하위세트들로부터 공간 모드들의 한 세트를 선택하도록 구성될 수 있다.

단계(704)에서, 제어기(130)는 단계(702)에서 선택된 공간 모드들의 하위세트에 대응하는 위상 필터들(도 4a의 위상 필터들(420₁ 및 420₂)과 유사)의 세트를 사용하도록 적절한 OMC 디바이스를 구성하기 위한 적절한 제어 신호를 생성한다. 만약 동작 공간 모드들이 LP 모드들이라면, OMC 디바이스에서 사용된 위상 필터들은 도 4b에 도시된 위상 패턴들로부터 적절하게 선택된 위상 패턴들을 가질 수 있다.

만약 방법(700)이 송신기(110)를 사용하여 구현된다면, 제어기(130)는 단계(704)에서 SM 결합기(120)를 적절하게 구성하는 제어 신호(132)를 생성한다. 만약 방법(700)이 수신기(160)를 사용하여 구현된다면, 제어기(130)는 단계(704)에서 SM 분리기(164)를 적절하게 구성하는 제어 신호(136)를 생성한다.

제어 신호(132 또는 136)는, 적절한 OMC 디바이스의 구성이 시간의 특정 기간(t_hold) 동안 정적으로 유지되게 하도록, 구성된다. 대표적인 실시예에 있어서, 시간(t_hold)은 채널 코히어런스 시간(τ_C)보다 상당히 작고, 또한 시간(T_FEC)보다 상당히 작게 선택된다. 시간(t_hold)이 경과한 후, 방법(700)의 처리는 단계(704)로부터 다시 단계(702)로 향한다.

방법(700)의 다양한 실시예들에 있어서, 단계들(702 및 704)은 데이터의 FEC-인코딩된 블록들의 송신에 대해 비동기적으로 또는 동기적으로 수행될 수 있다. DSP(172)에 의해 수행되는 데이터-복구 알고리즘들은 단계들(702 및 704)의 타이밍을 자각하도록 이루어지고, 대응하는 데이터 처리를 적절하게 수행한다.

대안적인 실시예에 있어서, 방법(700)은, 예컨대 데이터의 FEC-인코딩된 하나의 블록의 송신 도중에 상대적으로 많은 수의 주기들이 수행되게 하는, 상대적으로 높은 반복 레이트로 단계들(702 및 704)을 순환하도록 구현된다. 단계들(702 및 704)을 통한 상대적으로 빠른 순환은, 수신기(160)가 상기 송신 도중에 채널 행렬(H)(수학식 2 참조)의 바람직하거나 바람직하지 않는 인스턴스화들 모두에 노출될 수 있게 한다. 동작 FEC 코드가 채널 행렬(H)의 대응하는 평균 인스턴스화에 대해 충분한 에러-정정 용량을 갖는다면, DSP(172) 내에서 구현된 FEC-디코딩 처리는 전형적으로 채널 행렬(H)의 바람직하지 않은 인스턴스화들에 의해 야기된 버스트 에러들을 정정할 수 있고, 이러한 인스턴스화들은 단계들(702 및 704)을 통한 상대적으로 빠른 순환으로 인해 상대적으로 짧게 지속되는 경향이 있다. 대조적으로, 방법(700)에 의해 부과된 채널 행렬(H)의 상대적으로 빠른 변화들이 없다면, 채널 행렬(H)의 바람직하지 못한 인스턴스화는 상대적으로 긴 시간 기간 동안 지속될 수 있고, 이는 데이터의 대응하는 블록의 FEC-디코딩 처리가 FEC 코드의 불충분한 에러-정정 능력으로 인해 붕괴되는 것을 야기할 수 있다.

도 8은 본 개시사항의 다른 실시예에 따라 시스템(100)을 동작시키는 방법(800)의 흐름도를 도시한다. 방법(700)(도 7)과 유사하게, 방법(800)은 송신기(110) 또는 수신기(160)의 OMC 디바이스를 사용하여 구현될 수 있다. 방법(800)의 예시적인 단계들은 도 1, 도 7 및 도 8을 참조하여 아래에서 기술된다.

단계(802)에서, 제어기(130)는 송신기(110)와 수신기(160)를 훈련 모드로 진입하도록 구성한다. 훈련 모드 도중에, 송신기(110)는 하나 이상의 파일럿-데이터 시퀀스들을 운반하는 광 신호들을 송신하도록 구성되고, 수신기(160)는 이러한 송신에 대응하는 BER 또는 다른 적합한 성능 규준을 감시하도록 구성된다.

단계(804)에서, 제어기(130)는, 송신기(110)가 파일럿-데이터 시퀀스들을 송신하고, 수신기(160)가 이러한 송신에 대응하는 성능 규준(예, BER)을 감시하는 동안, 방법(700)(도 7)을 수행하도록 송신기(110) 또는 수신기(160)를 구성한다.

단계(806)에서, DSP(172)는 단계(804) 도중에 관측된 바람직한 성능-규준 값들(예, 최소 BER 값)에 대응하는 하나 이상의 시간 간격들을 식별한다. 이후 DSP(172)는 피드백 신호(174)를 사용하여 이러한 정보를 제어기(130)에 통신한다. 수신된 정보에 기초하여, 제어기(130)는 적절한 OMC 디바이스의 대응하는 하나 이상의 공간-모드 구성들(예, 사용된 위상 필터들의 하나 이상의 세트들)을 식별한다. 예컨대, 만약 방법(800)이 SM 결합기(120)를 사용하여 구현된다면, 제어기(130)는 단계(804) 도중에 관측된 바람직한 성능-규준 값들의 상기 하나 이상의 시간 간격들에 대응하는 SM 결합기의 하나 이상의 공간-모드 구성들을 식별한다. 대안적으로, 만약 방법(800)이 SM 분리기(164)를 사용하여 구현된다면, 제어기(130)는 단계(804) 도중에 관측된 바람직한 성능-규준 값들의 상기 하나 이상의 시간 간격들에 대응하는 SM 분리기의 하나 이상의 공간-모드 구성들을 식별한다.

단계(808)에서, 제어기(130)는 단계(806)에서 식별된 하나 이상의 공간-모드 구성들로부터 하나의 구성을 선택한다. 이후, 적절한 제어 신호(예, 제어 신호(132 또는 136))를 사용하여, 제어기(130)는, 선택된 공간-모드 구성을 사용하여 상기 구성이 단계(810)의 전체 지속 기간 동안 정적으로 유지되도록 적절한 OMC 디바이스를 구성한다. 위에서 이미 지시한 바와 같이, 적절한 OMC 디바이스는 SM 결합기(120) 또는 SM 분리기(164)가 될 수 있다.

단계(810)에서, 제어기(130)는 송신기(110)와 수신기(160)를 특정 시간 기간 동안 페이로드-송신 모드에서 동작하도록 구성한다. 페이로드-송신 모드 도중에, 송신기(110)는 페이로드-데이터를 운반하는 광 신호들을 송신하도록 구성되고, 수신기(160)는 상기 페이로드-데이터를 복구하기 위하여 대응하는 수신된 신호들을 복조하고 디코딩하도록 구성된다. 단계(808)에서 선택된 구성이 채널 행렬(H)의 바람직한 인스턴스화에 대응하기 때문에, DSP(172) 내에서 FEC-디코딩 처리는, 단계(810) 도중에 가능한 에러들을 정정하고 시스템 중지를 회피하기 위한 충분한 에러-정정 능력을 가질 것이다.

대표적인 구현에 있어서, 단계(810)의 지속기간은 채널 코히어런스 시간(τ_C) 정도로 또는 이보다 약간 작게 선택된다. 당업자는, 이러한 지속기간이 상대적으로 바람직한 채널 상태들이 단계(810)의 전체 지속기간 동안 지속될 수 있는 것을 보장할 것임을 이해할 것이다. 단계(810)에 할당된 시간의 기간이 경과한 후, 방법(800)의 처리는 단계(810)로부터 다시 단계(802)로 향한다.

당업자는, 방법(800)이 예컨대 광-섬유 링크(140)가 상대적으로 큰 값의 채널 코히어런스 시간(τ_C)을 가질 때, 시스템(100) 내에서 유익하게 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 상대적으로 큰 값의 채널 코히어런스 시간을 갖는 특성은 유리하게, 단계(810)의 각 발생 도중에 FEC-인코딩된 페이로드 데이터의 상대적으로 많은 수의 블록들을 송신할 수 있는 동안, 시스템(100)이 훈련 모드 내에서 상대적으로 작은 부분의 시간을 소비하는 것을 가능케 한다.

도 9는 본 개시사항의 또 다른 실시예에 따라 방법(100)을 동작시키는 방법(900)의 흐름도를 도시한다. 방법(900)은 광 모드 혼합기(150)(도 1)를 사용하여 구현될 수 있다. 방법(900)의 예시적인 단계들은 도 1, 도 5, 도 6 및 도 9를 참조하여 아래에서 기술된다.

방법(900)의 단계(902)에서, 제어기(130)는 각각 모드-혼합 행렬(M)(수학식 1 참조)의 각 행렬 요소에 대응하는 값들의 구현 가능한 세트를 선택한다. 제어기(130)는 값들의 이러한 구현 가능한 세트를 선택하기 위한 임의의 적합한 알고리즘을 채용할 수 있다. 예컨대, 방법(900)의 일 구현에 있어서, 제어기(130)는 이러한 세트를 메모리에 저장된 사전 계산된 세트들의 목록으로부터 랜덤 방식으로 선택하도록 구성될 수 있다.

단계(904)에서, 단계(902)에서 선택된 값들에 기초하여 제어기(130)는 제어 신호(134)를 생성하는데, 제어 신호(134)는 광 모드 혼합기(150)를 상기 선택된 값들에 대응하는 공간-모드 혼합을 구현하는 구성을 채택하도록 구성한다. 예컨대, 일 실시예에 있어서, 제어 신호(134)는 혼합기 어레이(530)(도 5 참조)를 위한 제어 신호들(542)의 적절한 세트를 생성하도록 혼합기 제어기(540)를 구성하기 위하여 사용될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 제어 신호(134)는 액추에이터(630)에 의해 플레이트들(620a-b)(도 6 참조)에 인가될 힘을 지정하기 위하여 사용될 수 있다.

제어 신호(134)는 광 모드 혼합기(150)의 구성이 시간의 지정된 기간(t_hold) 동안 정적으로 유지되게 하도록 생성된다. 대안적인 실시예에 있어서, 시간(t_hold)은 채널 코히어런스 시간(τ_C)보다 상당히 작고, 또한 시간(T_FEC)보다 당당히 작도록 선택된다. 시간(t_hold)이 경과한 후, 방법(900)의 처리는 단계(904)로부터 다시 단계(902)로 향한다.

방법(900)의 다양한 실시예들에 있어서, 단계들(902 및 904)은 데이터의 FEC-인코딩된 블록들의 송신에 대해 비동기적으로 또는 동기적으로 수행될 수 있다. DSP(172)에 의해 수행되는 데이터-복구 알고리즘들은 단계들(902 및 904)의 타이밍을 자각하도록 이루어지고, 대응하는 데이터 처리를 적절하게 수행한다.

대안적인 실시예에 있어서, 방법(900)은, 예컨대 데이터의 하나의 FEC-인코딩된 블록의 송신 도중에 상대적으로 많은 수의 주기들이 수행되게 하는, 상대적으로 높은 반복 레이트로 단계들(902 및 904)을 순환하도록 구현된다. 단계들(902 및 904)을 통한 상대적으로 빠른 순환은, 방법(700)(도 7)을 참조하여 위에서 이미 나타낸 것들과 유사한 이유들로 인해 중지 확률을 감소시킬 수 있다.

도 10은 본 개시사항의 또 다른 실시예에 따라 시스템(100)을 동작시키는 방법(1000)의 흐름도를 도시한다. 방법(1000)은 광 모드 혼합기(150)를 사용하여 구현될 수 있다. 방법(1000)의 예시적인 단계들은 도 1, 도 9 및 도 10을 참조하여 아래에서 기술된다.

단계(1002)에서, 제어기(130)는 송신기(110)와 수신기(160)를 훈련 모드로 진입하도록 구성한다. 훈련 모드 도중에, 송신기(110)는 하나 이상의 파일럿-데이터 시퀀스들을 운반하는 광 신호들을 송신하도록 구성되고, 수신기(160)는 이러한 송신에 대응하는 적합한 성능 규준(예, BER)을 감시하도록 구성된다.

단계(1004)에서, 제어기(130)는, 송신기(110)가 파일럿-데이터 시퀀스들을 송신하고, 수신기(160)가 이러한 송신에 대응하는 성능 규준을 감시하는 동안, 방법(900)(도 9)을 수행하도록 광 모드 혼합기(150)를 구성한다.

단계(1006)에서, DSP(172)는 단계(1004) 도중에 관측된 바람직한 성능-규준 값들(예, 최소 BER 값)에 대응하는 하나 이상의 시간 간격들을 식별한다. 이후 DSP(172)는 피드백 신호(174)를 사용하여 이러한 정보를 제어기(130)에 통신한다. 수신된 정보에 기초하여, 제어기(130)는 광 모드 혼합기(150)의 대응하는 하나 이상의 공간-모드 혼합 구성들(예, 광 모드 혼합기에 의해 구현될 모드 혼합 행렬(M)을 위해 구현 가능한 값들의 하나 이상의 세트들)을 식별한다.

단계(1008)에서, 제어기(130)는 단계(1006)에서 식별된 하나 이상의 공간-모드 혼합 구성들로부터 하나의 구성을 선택한다. 이후, 제어 신호를 사용하여, 제어기(130)는, 선택된 구성을 채택하여 상기 구성이 단계(1010)의 전체 지속기간 동안 정적으로 유지되도록 광 모드 혼합기(150)를 구성한다.

단계(1010)에서, 제어기(130)는 송신기(110)와 수신기(160)를 시간의 특정 기간 동안 페이로드-송신 모드에서 동작하도록 구성한다. 페이로드-송신 모드 도중에, 송신기(110)는 페이로드-데이터를 운반하는 광 신호들을 송신하도록 구성되고, 수신기(160)는 상기 페이로드-데이터를 복구하기 위하여 대응하는 수신된 신호들을 복조하고 디코딩하도록 구성된다. 단계(1008)에서 선택된 구성이 채널 행렬(H)의 바람직한 인스턴스화에 대응하기 때문에, DSP(172) 내에서 FEC-디코딩 처리는, 단계(1010) 도중에 가능한 에러들을 정정하고 시스템 중지를 회피하기 위한 충분한 에러-정정 능력을 가질 것이다.

대표적인 구현에 있어서, 단계(1010)의 지속기간은 채널 코히어런스 시간(τ_C) 정도로 또는 이보다 약간 작게 선택된다. 당업자는, 이러한 지속기간이 상대적으로 바람직한 채널 상태들이 단계(1010)의 전체 지속기간 동안 지속될 수 있는 것을 보장할 것임을 이해할 것이다. 단계(1010)에 할당된 시간의 기간이 경과한 후, 방법(1000)의 처리는 단계(1010)로부터 다시 단계(1002)로 향한다.

당업자는, 방법(1000)이 예컨대 방법(800)(도 8)을 참조하여 위에서 이미 나타낸 것들과 유사한 상태들 하에서, 시스템(100) 내에서 유익하게 사용될 수 있음을 인식할 것이다.

도 11은 본 개시사항의 또 다른 실시예에 따라 시스템(100)을 동작시키는 방법(1100)의 흐름도를 도시한다. 방법(1100)은 수신기(160)를 사용하여 구현될 수 있다. 방법(1100)의 예시적인 단계들은 도 1 및 도 11을 참조하여 아래에서 기술된다.

방법(1100)의 단계(1102)에서, 수신기(160)는, 데이터 복구를 위해 L 개의 공간-모드 채널들 중 (L-R) 개를 사용하고, 링크(140) 내에서 신호-전파 상태들을 시험하기 위하여 L 개의 공간-모드 채널들 중 나머지 R개를 사용하도록 구성된다. 본 명세서에서 사용되는 "i-번째 공간-모드 채널"은 광 신호(166_i)와 전기 신호(170_i)를 생성하도록 구성된 수신기(160) 내의 하드웨어를 언급한다. 일반적으로, 수신기(160) 내의 L 개의 공간-모드 채널들 중 임의의 채널은 훈련 채널 또는 데이터-복구 채널이 될 수 있다. 그러므로, 시간상 임의의 순간에, R 개의 시험 채널들 중 현재의 세트를 나타내는 색인 "i"의 세트는 1 과 L 사이의 범위로부터 선택된 R 개의 상이한 임의의 색인 값들을 가질 수 있다. 따라서 이러한 범위로부터 나머지 (L-R) 개의 색인 값들은 데이터-복구 채널들을 나타낸다. 일반적으로, 수신기(160)는, 시험 채널들이 데이터-복구 채널들에 의해 주소지정된 공간 모드들과 상이한 섬유(146b)의 공간 모드들을 주소지정하도록 구성된다.

단계(1104)에서, 수신기(160)는 L 개의 공간-모드 채널들 각각에 대응하는 적합한 성능 규준(예, 신호대 잡음비, SNR)을 측정하도록 구성된다. 측정 결과들에 기초하여, DSP(172)는 이후 공간-모드 채널들을 두 그룹들로 분류한다. 예컨대, 가장 높은 SNR을 갖는 (L-R) 개의 채널들은 제 1 그룹에 놓일 수 있다. R 개의 나머지 공간-모드 채널들은 제 2 그룹에 놓인다.

단계(1106)에서, 수신기(160)는 공간-모드 채널들의 제 1 그룹을 데이터-복구 채널들로서, 공간-모드 채널들의 제 2 그룹을 시험 채널들로서 사용하도록 구성된다.

단계(1108)에서, 수신기(160)는 데이터-복구 채널들에 의해 주소지정된 공간 모드들이 변화되지 않은 상태로 남겨두면서, 시험 채널들에 의해 주소지정된 공간 모드들을 변화시키도록 SM 분리기(164)를 구성한다. 수신기(130)는 시험 채널들을 위한 공간 모드들의 새로운 하위세트를 선택하기 위한 임의의 적합한 알고리즘을 채용할 수 있다. 예컨대, 방법(1100)의 일 구현에 있어서, 새로운 하위세트에 대한 공간 모드들은 현재 주소지정되지 않은 공간 모드들(제 1 그룹 또는 제 2 그룹에 속하지 않는 공간 모드들)로부터 랜덤 방식으로 선택될 수 있다. 방법(1100)의 처리는 이후 단계(1108)로부터 다시 단계(1104)로 향한다.

단계들(1104-1108)을 순환함으로써, 수신기(160)는 데이터-복구 채널들에 의해 주소지정된 공간 모드들을 적응적으로 변화시켜, 이들 공간 모드들이 광-섬유 링크의 공간 모드들을 최상으로 수행하는 적어도 일부를 포함하도록 하는 것이 가능하다. 결과적으로, 중지 확률은 정적인 구성에서 달성되는 것과 비교하여 유리하게 감소된다. 이러한 감소의 비용은, 수신기(160)의 시험 채널들에 대응하는 대역폭이 데이터를 송신하는 것이 아니라 주소지정되지 않은 공간 모드들을 수색하는데 사용된다는 것이다.

본 개시사항이 예시적인 실시예들을 참조하여 기술되었지만, 본 설명은 제한적인 의미로 해석되지 않아야 한다.

본 개시사항의 다양한 실시예들이 다중모드 섬유들을 참조하여 기술되었지만, 유사한 원리들이 또한 다중-코어 섬유들 및/또는 광-섬유 케이블들에 적용될 수 있다.

통신 시스템은 M 개의 모드들을 갖는 광 링크를 사용할 수 있는데, 여기에서 N(<M)개의 모드들은 (예, 처리기가 N×N MIMO를 처리할 수 있을 때) 데이터 송신을 위해 사용된다. 나머지 M-N 개의 모드들은 수색을 위해 사용될 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 송신기 및/수신기는 모든 섬유 모드들을 주소지정하는데, N 개 모드들의 제 1 하위세트는 정보를 전달하기 위하여 사용되고, M-N 개의 모드들의 제 2 하위세트는 감시 목적들을 위하여 사용된다. 일 실시예에 있어서, 본 명세서에 개시된 방법들 중 하나는, 예컨대 "데이터 운반"으로부터 "수색"으로, 또는 그 역으로 모드 지정을 변경함으로써, 제 1 및 제 2 하위세트들의 콘텐츠를 동적으로 변경하도록 적응될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어 "성능 규준"은 제한 없이 BER, SNR, 성군 품질 측정치, 등과 같은 임의의 적합한 시스템-성능 파라미터를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

당업자들에게 자명한, 본 발명의 다른 실시예들뿐만 아니라 기술된 기술예들의 다양한 수정들도 다음의 청구범위에서 표시된 본 발명의 원리 및 범주 내에 드는 것으로 간주된다.

명시적으로 달리 언급되지 않는다면, 각 수치 값 및 범위는 "약" 또는 "대략"의 단어가 값 또는 값의 범위에 선행하는 것처럼 근사적인 것으로 해석되어야 한다.

본 발명의 특성을 설명하기 위하여 기술되고 도시된 부분들의 세부사항들, 자료들 및 배열들에서 다양한 변화들은 다음의 청구항들에서 표시된 본 발명의 범주를 벗어나지 않고도 당업자들에 의해 이루어질 수 있음이 추가로 이해될 것이다.

청구항들에서 도면 번호들 및/또는 도면 참조 라벨들의 사용은 청구항들의 해석을 용이하게 하도록 청구된 요지의 하나 이상의 가능한 실시예들을 식별하도록 의도된다. 이러한 사용은 이들 청구항들의 범주를 반드시 대응하는 도면들에 도시된 실시예들로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

본 명세서에서 "일 실시예" 또는 "하나의 실시예"에 대한 참조는 그 실시예와 관련하여 기술된 특별한 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있음을 의미한다. 명세의 다양한 곳에서 구 "일 실시예에 있어서"의 출현은 모두가 반드시 동일한 실시예를 참조하는 것은 아니고, 또한 별도의 또는 대안적인 실시예들이 반드시 다른 실시예들과 상호 배타적인 것도 아니다. 용어 "구현"에 대해서도 이와 동일하다.

또한 본 설명의 목적을 위하여, 용어들, "결합", "결합하는", "결합된", "연결", "연결하는", 또는 "연결된"은, 에너지가 둘 이상의 요소들 사이에서 전달되도록 허용되고, 하나 이상의 추가 요소들의 개입이 필요하지 않을지라도, 고려되는, 관련 기술 분야에서 알려졌거나 이후에 개발되는 임의의 방식을 언급한다. 역으로, 용어들, "직접 결합된", "직접 연결된", 등은 이러한 추가 요소들의 부재를 의미한다.

본 발명들은 다른 특정 장치 및/또는 방법들로 구현될 수 있다. 기술된 실시예들은 모든 면에서 제한하는 것이 아닌 오로지 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 특히 본 발명의 범주는 본 명세서의 상세한 설명 및 도면들에 의해서가 아니라 첨부된 청구항들에 의해 표시된다. 청구항들의 등가의 의미 및 범주 내에 드는 모든 변화들은 이들의 범주에 포함되어야 한다.

설명 및 도면들은 단지 본 발명의 원리들을 설명한다. 따라서, 당업자들은 비록 여기에 명확하게 설명되거나 또는 도시되지 않았지만, 본 발명의 원리들을 구현하며 그 사상 및 범위 내에 포함되는 다양한 장치들을 안출할 수 있을 것임이 이해될 것이다. 더욱이, 본 명세서에 나열된 모든 예들은 원칙적으로 본 기술을 발전시키기 위해 본 발명자(들)에 의해 기여된 개념들 및 본 발명의 원리들을 이해하는데 판독자를 돕기 위한 단지 교육적인 목적들을 위해 명확하게 의도되며, 이러한 구체적으로 열거된 예들 및 조건들에 제한되지 않는 것으로서 해석되어야 한다. 게다가, 본 발명의 원리들, 양상들 및 실시예들, 뿐만 아니라 그 특정 예들을 나열한 본 명세서에서의 모든 서술들은 그 등가물들을 포함하도록 의도된다.

"제어기들", 또는 "프로세서들"로서 라벨링된 임의의 기능 블록들을 포함하여 도면들에 도시된 다양한 요소들의 기능들은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 연관되어 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어의 사용을 통해 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능들은 단일 전용 프로세서에 의해, 단일 공유 프로세서에 의해, 또는 그 일부가 공유될 수 있는 복수의 개별 프로세서들에 의해 제공될 수 있다. 게다가, 상기 용어 '프로세서' 또는 '제어기'의 명시적인 사용은 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어를 배타적으로 나타내도록 해석되지 않아야 하며, 제한되지 않고 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 네트워크 프로세서, 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그램가능한 게이트 어레이(FPGA), 소프트웨어를 저장하기 위한 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 및 비 휘발성 저장장치를 암시적으로 포함할 수 있다. 종래의 및/또는 맞춤형의 다른 하드웨어가 또한 포함될 수 있다. 유사하게는, 도면들에 도시된 임의의 스위치들은 단지 개념적이다. 그것들의 기능은 프로그램 로직의 동작을 통해, 전용 로직을 통해, 프로그램 제어 및 전용 로직의 상호작용, 또는 심지어 수동으로 실행될 수 있으며, 특정 기술은 문맥으로부터 보다 구체적으로 이해되는 바와 같이 구현자에 의해 선택가능하다.

당업자라면, 본 명세서의 임의의 블록도들이 본 발명의 원리들을 구현하는 예시적인 회로의 개념적인 도면을 나타냄을 인식할 것이다. 유사하게, 임의의 흐름 차트들, 흐름도들, 상태 천이도들, 유사 코드, 등은 컴퓨터 판독 가능한 매체 내에서 실질적으로 표현될 수 있고, 컴퓨터 또는 프로세서가 명시적으로 도시되었는 지에 관계없이 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 실행될 수 있는 다양한 프로세스들을 유사하게 나타낸다는 것을 인식할 것이다.

Claims (10)

1. 광 시스템으로서,
   제 1 광 링크의 공간 모드들의 하위세트인, 공간 모드들의 제 1 하위세트를 주소지정하기 위한 제 1 광-모드-결합(OMC) 디바이스;
   제 2 광 링크의 공간 모드들의 하위세트인, 공간 모드들의 제 2 하위세트를 주소지정하기 위한 제 2 OMC 디바이스; 및
   상기 제 1 OMC 디바이스와 상기 제 2 OMC 디바이스 사이에 배치되어, 상기 제 1 OMC 디바이스를 통해 상기 제 1 하위세트의 상이한 공간 모드들로부터 수신된 광을 혼합하고, 최종 혼합된 광을 상기 제 2 OMC 디바이스에 인가하여 상기 혼합된 광을 상기 제 2 하위세트의 상이한 공간 모드들로 결합하도록 구성된, 광 혼합 하위시스템;을
   포함하는 광 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 광 혼합 하위시스템은 상호연결된 광학 혼합기들의 어레이를 포함하고, 상기 상호연결된 광학 혼합기의 어레이는, 상기 제 1 OMC 디바이스와 상기 제 2 OMC 디바이스 사이에서, 상기 광 시스템이 상기 제 1 광 링크로부터 수신된 광을, 상기 제 1 OMC 디바이스를 통해, 이후 상기 상호연결된 광학 혼합기들의 어레이를 통해, 이후 상기 제 2 OMC 디바이스를 통해, 상기 제 2 광 링크로 지향시키는 것을 가능케 하는 방식으로, 배치되는, 광 시스템.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 광 혼합 하위시스템에 동작 가능하게 결합되고, 상기 광 혼합 하위시스템 내에서 광 혼합을 제어하도록 구성된, 제어기를 더 포함하는, 광 시스템.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 OMC 디바이스는 상기 제 1 하위세트를 변경하도록 구성 가능하고;
   상기 제 2 OMC 디바이스는 상기 제 2 하위세트를 변경하도록 구성 가능한; 광 시스템.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 OMC 디바이스는 상기 제 2 OMC 디바이스와는 상이한 수의 공간 모드들을 주소지정하도록 구성가능한, 광 시스템.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 광 링크를 통해 상기 제 1 OMC 디바이스에 광학적으로 결합된 광 송신기; 및
   상기 제 2 광 링크를 통해 상기 제 2 OMC 디바이스에 광학적으로 결합된 광 수신기;를 더 포함하고,
   각각의 상기 제 1 및 제 2 광 링크들은 각각의 다중모드 섬유, 다중-코어 섬유, 또는 광-섬유 케이블을 포함하고,
   각각의 상기 제 1 및 제 2 OMC 디바이스들은 상기 각각의 다중모드 섬유, 다중-코어 섬유, 또는 광-섬유 케이블의 공간 모드들의 하위세트를 주소지정하도록 구성되는, 광 시스템.
7. 광 시스템으로서,
   제 1 광 링크와 제 2 광 링크 사이에 배치되도록 적응된 광 모드 혼합기로서, 상기 제 1 광 링크의 상이한 공간 모드들에 대응하는 광을 혼합하고 최종 혼합된 광을 상기 제 2 광 링크의 상이한 공간 모드들에 결합하도록 구성되는, 광 모드 혼합기; 및
   상기 광 모드 혼합기를 통한 데이터를 운반하는 변조된 광 신호의 송신 도중에 상기 광 모드 혼합기가 광-혼합 특성들을 변경하게 하도록 구성되는 제어기로서, 상기 변조된 광 신호는 상기 제 1 광 링크로부터 상기 광 모드 혼합기를 통해 상기 제 2 광 링크로 향하는, 제어기;를
   포함하는, 광 시스템.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 광 모드 혼합기는,
   상기 제 1 광 링크의 공간 모드들의 하위세트인, 공간 모드들의 제 1 하위세트를 주소지정하도록 구성 가능한 제 1 광-모드-결합(OMC) 디바이스;
   상기 제 2 광 링크의 공간 모드들의 하위세트인, 공간 모드들의 제 2 하위세트를 주소지정하도록 구성 가능한 제 2 OMC 디바이스; 및
   상기 제 1 OMC 디바이스와 상기 제 2 OMC 디바이스 사이에 배치되며, 상기 제 1 OMC 디바이스를 통해 상기 제 1 하위세트의 상이한 공간 모드들로부터 수신된 광을 혼합하여, 최종 혼합된 광을 상기 제 2 OMC 디바이스에 인가하여 상기 혼합된 광을 상기 제 2 하위세트의 상이한 공간 모드들에 결합하도록 구성된 광 혼합 하위시스템;을 포함하고,
   상기 광 혼합 하위 시스템은, 상호연결된 광학 혼합기들의 어레이를 포함하고, 상기 상호연결된 광학 혼합기의 어레이는, 상기 제 1 OMC 디바이스와 상기 제 2 OMC 디바이스 사이에서, 상기 광 시스템이 제 1 광 링크로부터 수신된 광을, 상기 제 1 OMC 디바이스를 통해, 이후 상기 상호연결된 광학 혼합기들의 어레이를 통해, 이후 상기 제 2 OMC 디바이스를 통해, 상기 제 2 광 링크로 지향시키는 것을 가능케 하는 방식으로 배치되는, 광 시스템.
9. 제 7항에 있어서,
   상기 제 1 광 링크를 통해 상기 제 1 OMC 디바이스에 광학적으로 결합된 광 송신기; 및
   상기 제 2 광 링크를 통해 상기 제 2 OMC 디바이스에 광학적으로 결합된 광 수신기;를 더 포함하는, 광 시스템.
10. 제 7항에 있어서,
    상기 광 모드 혼합기는,
    평탄하지 않은 표면을 갖는 제 1 플레이트;
    평탄하지 않은 표면을 갖는 제 2 플레이트;
    상기 제 1 및 제 2 플레이트들의 평탄하지 않은 표면들 사이에 삽입된 광 섬유의 일부로서, 상기 제 1 및 제 2 광 링크들 사이에서 결합되도록 적응된 광 섬유의 일부; 및
    상기 제 1 및 제 2 광 플레이트들에 기계적인 힘을 인가하여 상기 평탄하지 않은 표면들을 상기 광 섬유의 일부를 향해 가압하도록 구성된 액추에이터;를 포함하고,
    상기 제어기는, 상기 액추에이터에 동작 가능하게 결합되고, 상기 기계적인 힘의 크기를 변경하도록 구성되는, 광 시스템.

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