KR20170115477A

KR20170115477A - 다중 모드 또는 다중 코어 광섬유를 통한 전송 모드 선택 방법

Info

Publication number: KR20170115477A
Application number: KR1020177006258A
Authority: KR
Inventors: 앨리아 아와드; 오스만 가야 레카야-벤; 이브스 자우엥
Original assignee: 앵스띠뛰 미네-뗄레콩
Priority date: 2014-09-08
Filing date: 2015-09-04
Publication date: 2017-10-17
Also published as: EP3192192B1; FR3025676A1; US10122461B2; FR3025676B1; CN107078804B; CN107078804A; KR101989709B1; EP3192192A1; WO2016037930A1; US20170264367A1

Abstract

본 발명은 다중 모드 타입의 광섬유에서 MIMO 전송 시스템을 위한 모드 선택 방법에 관한 것이다. 그것은 광섬유의 모드 세트로 구성된 전송 채널의 전달 행렬을 측정하는 단계(110), 전송 행렬을 블록 대각선 행렬로 변환하는 단계(120)로서, 각각의 블록은 모드 서브 세트와 연관되는 상기 변환하는 단계(120), 모드 서브 세트의 각각에 대한 이득 및/또는 전송 용량을 결정하는 단계(130), 및 가장 높은 이득 및/또는 용량에 대응하는 모드 서브 세트의 선택(140)을 포함하며, MIMO 전송 시스템은 광섬유 상에서 전송하도록 선택된 서브 세트의 모드만을 사용한다.
본 발명은 또한 다중 코어 타입의 광섬유에서 MIMO 전송 시스템을 위한 코어 선택 방법에 관한 것이다.

Description

다중 모드 또는 다중 코어 광섬유를 통한 전송 모드 선택 방법{METHOD FOR SELECTING MODES FOR TRANSMISSION OVER MULTIMODE OR MULTICORE OPTICAL FIBRES}

본 발명은 일반적으로 광통신 분야에 관한 것으로서, 특히 다중 모드 또는 다중 코어 타입의 광섬유를 사용하는 것들에 관한 것이다.

장거리(수백 킬로미터에서 수천 킬로미터까지)에 걸친 광 전송은 단일 모드 광섬유를 사용한다. 이것은 (편광 모드 왜곡을 제외한) 모드 왜곡을 나타내지 않고, 파장 당 수십 Gbits/s의 높은 비트 레이트를 지원할 수 있고, 복수의 파장에 대해 그렇게 할 수 있는 이점을 제공한다.

그러나, 단거리에 걸친 전송, 특히 광대역 근거리 통신망(LAN)의 경우, 다중 모드 또는 다중 코어 광섬유는 단일 모드 광섬유에 대해 특히 흥미로운 대안을 구성한다. 다중 모드 광섬유는 현재 플라스틱 광섬유(또는 POF) 또는 실리카 광섬유의 형태로 이용 가능하다.

다중 모드 광섬유는 ℓ이 방위 모드 인덱스(azimuth mode index)이고, p가 방사 모드 인덱스(radial mode index)인 선형 편광에 대한 LP_ℓp로 표시된 여러 유도된 공간 모드의 전파를 허용하는 큰 직경의 코어를 갖는다. 모드 LP₀₁는 기본 모드이고, 단일 모드 광섬유로 전파될 수 있는 유일한 모드이다. 모드 LP_ℓp의 총수는 옵토지오메트릭(optogeometric) 파라미터(코어의 직경, 인덱스 프로파일)에 의존한다. 더욱이, 각각의 공간 모드 LP_ℓp의 경우, 2개의 직교 편광 상태가 정의될 수 있다. 전송되는 정보는 상이한 유도 모드(및 필요하다면 이러한 모드의 상이한 편광)를 통해 분배된다. 유도 모드의 수가 적을 경우, 광섬유는 소수의 모드(few-mode) 광섬유라고 불린다. 특히, 광섬유는 정규화된 주파수 파라미터 V가 V<8이도록 한 경우에 소수의 모드라고 불린다.

다중 모드 광섬유의 용량은 일반적으로 단일 모드 광섬유의 용량보다 크며, 각각의 모드는 개별적으로 변조되고, 전송되는 신호는 상이한 모드를 통해 다중화된다. 그러나, 이러한 용량은 모드간 크로스토크(intermodal crosstalk)에서의 모드간 커플링(inter-mode coupling) P_ℓp에 의해 제한된다.

다중 코어 광섬유는 공통 클래딩(common cladding)에서의 복수의 코어(통상적으로 2개 내지 7개의 코어)를 포함한다. 코어의 치수는 일반적으로 각각의 코어에서의 단일 모드 전파만을 허용할 만큼 충분히 작다. 이 경우에, 이것은 임의의 모드간 왜곡을 나타내지 않는다. 다른 한편으로, 소멸파(evanescent wave)는 상이한 코어 사이의 커플링(코어간 크로스토크(inter-core crosstalk))을 생성하고, 크로스토크의 레벨은 코어의 수가 증가하고, 코어 간 거리가 감소함에 따라 증가한다. 상술한 모드간 커플링처럼, 코어간 커플링은 이러한 시스템의 범위를 제한한다.

MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술은 상이한 모드 또는 상이한 코어를 통해 전송을 분리하여 공간 다이버시티를 갖는 다중 안테나 무선 통신 시스템처럼 전송 용량을 증가시키도록 구현될 수 있다. 다중 모드 광섬유를 통한 MIMO 광 전송 방법에 대한 설명은 Opt. Express 19, 16697-16707(2011)에서 발표된 명칭이“6x56 Gb/s mode-division multiplexed transmission over 33-km few-mode fiber enabled by 6x6 MIMO equalization”인 S. Randel 등에 의한 논문에서 발견될 수 있을 것이다.

더욱 최근에, 본 출원인의 이름의 출원 FR-A-2977099는 시공간 코딩을 사용하여 (소수의 모드 광섬유에서) 복수의 모드 또는 코어를 통해 심볼을 전송하도록 제안했다. 이러한 기술은 상술한 코딩되지 않은 MIMO 광 전송 시스템에 비해 비트 에러 비율을 현저히 감소시킬 수 있게 한다.

그러나, 다중 모드 또는 다중 코어 타입의 광섬유를 통해 시공간 코딩을 갖거나 갖지 않은 MIMO 광 전송은 다수의 모드/코어에 대해 구현하기가 복잡하며, 수신 시의 처리의 복잡성은 M이 광섬유의 모드/코어의 수인 O(M³)에 관하여 기껏해야 디코딩 타입에 따라 달라진다. 더욱이, 관련된 처리는 병렬 상태의 M개의 RF 서브 시스템을 필요로 하며, 이는 송수신기의 비용에 적당히 영향을 준다. 처리 복잡성과 비용 둘 다를 줄이기 위해, 전송이 수행되는 모드/코어를 선택할 필요가 있다.

본 발명의 목적은 MIMO 광학 시스템을 위한 다중 코어 광섬유에서의 다중 모드 광섬유/코어에서 모드를 선택하기 위한 새로운 방법을 제안하는 것이다.

본 발명은 다중 모드 광섬유를 통한 MIMO 전송 시스템을 위한 모드 선택 방법에 의해 정의된다.

(a) 상기 광섬유의 모드의 세트로 구성된 전송 채널의 전달 행렬을 측정하는 단계;

(b) 상기 전달 행렬을 블록 대각선 행렬로 변환하는 동작, 각각의 블록은 상기 광섬유의 모드 서브 세트에 관련됨;

(c) 상기 블록과 연관된 모드 서브 세트의 각각에 대한 이득 및/또는 전송 용량을 결정하는 단계(130);

(d) 가장 높은 이득 및/또는 용량에 대응하는 모드 서브 세트를 선택하는 단계, 그 후, MIMO 전송 시스템은 상기 광섬유를 통해 전송하도록 선택된 서브 세트의 모드만을 사용함.

전달 행렬의 변환은 유리하게는 미리 결정된 임계값 미만의 행렬의 모든 요소가 0으로 설정되는 임계 단계, 및 그 후 행 및 열의 순열에 의해 얻어진 전달 행렬을 재구성하고 행의 순열 및 열의 순열이 동일해지는 재구성 단계를 포함한다.

제 1 변형에 따르면, 모드 서브 세트는 이득 기준

에 따라 선택되며, 여기서

이고, N은 모드 서브 세트의 수이고, H _n은 서브 세트 n의 모드로 감소된 전송 채널의 전달 행렬이고,

은 H _n의 공액 전치 행렬(conjugate transpose matrix)이며, Tr(.)은 트레이스 함수(trace function)이다.

제 2 변형에 따르면, 모드 서브 세트는 이득 기준

에 따라 선택되며, 여기서

이고, N은 모드 서브 세트의 수이고, M_n은 서브 세트 n의 기수(cardinal)이고, H _n은 서브 세트 n의 모드로 감소된 전송 채널의 전달 행렬이고,

은 H _n의 공액 전치 행렬이며, Tr(.)은 트레이스 함수이다.

제 3 변형에 따르면, 모드 서브 세트는 용량 기준

에 따라 선택되며, 여기서

이고, M_n은 서브 세트 n의 기수이고,

은 서브 세트 n의 모드 m에 대한 전송 채널의 이득이고, P_e는 M_n모드에 걸쳐 분배된 전송 전력이며, N_o는 모드에서의 수신시 잡음 전력이다.

제 4 변형에 따르면, 모드 서브 세트는 하이브리드 이득 및 용량 기준

에 따라 선택되며, 여기서 C_n은 서브 세트 n의 모드로 감소된 전송 채널의 용량이고,

이고, H _n은 서브 세트 n의 모드로 감소된 전송 채널의 전달 행렬이고,

은 H _n의 공액 전치 행렬이고, Tr(.)은 트레이스 함수이며,

은 C_n은 및

의 증가 함수이다.

모드 서브 세트를 선택한 후, 상이한 모드에서 전송되는 심볼의 변조도는

이도록 값 Q'과 동일한 것으로 선택될 수 있으며, 여기서 M은 선택 전의 모드 세트의 기수이고, M'는 선택된 모드 서브 세트의 기수이며, Q는 모드 서브 세트의 선택 전에 전송되는 심볼의 변조도이다.

대안으로, 모드 서브 세트를 선택한 후, 상이한 모드에서 전송되는 심볼의 변조도는 모드 서브 세트의 상이한 모드에 대해 상이하도록 선택된다.

최종적으로, 전송되는 심볼은 시공간 코딩될 수 있으며, 시공간 코드의 요소는 선택된 상기 모드 서브 세트의 모드에서만 전송된다.

본 발명은 또한 다중 코어 광섬유를 통한 MIMO 전송 시스템을 위한 코어 선택 방법에 관한 것으로서,

(a) 상기 광섬유의 코어의 세트로 구성된 전송 채널의 전달 행렬을 측정하는 단계;

(b) 상기 전달을 블록 대각선 행렬로 변환하는 동작, 각각의 블록은 상기 광섬유의 코어의 서브 세트에 관련됨;

(c) 상기 블록과 연관된 코어 서브 세트의 각각에 대한 이득 및/또는 전송 용량을 결정하는 단계;

(d) 가장 높은 이득 및/또는 용량에 대응하는 코어 서브 세트를 선택하는 단계, 그 후, MIMO 전송 시스템은 상기 광섬유를 통해 전송하도록 선택된 서브 세트의 코어만을 사용함.

제 1 변형에 따르면, 코어 서브 세트는 이득 기준

에 따라 선택되며, 여기서

이고, N은 코어 서브 세트의 수이고, H _n은 서브 세트 n의 코어로 감소된 전송 채널의 전달 행렬이고, 은 H _n의 공액 전치 행렬이며, Tr(.)은 트레이스 함수이다.

제 2 변형에 따르면, 코어 서브 세트는 이득 기준

에 따라 선택되며, 여기서

이고, N은 코어 서브 세트의 수이고, M_n은 서브 세트 n의 기수(cardinal)이고, H _n은 서브 세트 n의 코어로 감소된 전송 채널의 전달 행렬이고,

은 H _n의 공액 전치 행렬이며, Tr(.)은 트레이스 함수이다.

제 3 변형에 따르면, 코어 서브 세트는 용량 기준

에 따라 선택되며, 여기서

이고, M_n은 서브 세트 n의 기수이고,

은 서브 세트 n의 코어 m에 대한 전송 채널의 이득이고, P_e는 M_n코어에 걸쳐 분배된 전송 전력이며, N_o는 코어에서의 수신시 잡음 전력이다.

제 4 변형에 따르면, 코어 서브 세트는 하이브리드 이득 및 용량 기준

이고, H _n은 서브 세트 n의 코어로 감소된 전송 채널의 전달 행렬이고,

은 H _n의 공액 전치 행렬이고, Tr(.)은 트레이스 함수이며,

은 C_n은 및

의 증가 함수이다.

코어 서브 세트를 선택한 후, 상이한 코어에서 전송되는 심볼의 변조도는

이도록 값 Q'과 동일한 것으로 선택될 수 있으며, 여기서 M은 선택 전의 코어 세트의 기수이고, M'는 선택된 코어 서브 세트의 기수이며, Q는 코어 서브 세트의 선택 전에 전송되는 심볼의 변조도이다.

대안으로, 코어 서브 세트를 선택한 후, 상이한 코어에서 전송되는 심볼의 변조도는 서브 세트의 상이한 코어에 대해 상이하도록 선택될 수 있다.

유리하게는, 전송되는 심볼은 시공간 코딩되며, 시공간 코드의 요소는 선택된 상기 모드 서브 세트의 코어에서만 전송된다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 판독 시 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다중 모드 광섬유를 통한 MIMO 전송 시스템을 위한 모드 선택 방법을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다중 코어 광섬유를 통한 MIMO 전송 시스템을 위한 코어 선택 방법을 개략적으로 나타낸다.

본 발명은 먼저 다중 모드 광섬유를 통한 MIMO 전송 시스템의 경우에서 설명될 것이다. 이러한 시스템에서, 주어진 순간에 전송되는 심볼은 광섬유의 복수의 M개의 모드(및 필요하다면, 2개의 상이한 편광을 통해 주어진 모드에 대해)를 통해 다중화된다. 수신 시에, 상이한 모드를 통해 수신된 신호는 예를 들어 전송된 심볼을 추정하기 위해 ML(maximum likelihood) 검출기에 공급된다.

그 다음, 광섬유의 M 모드로 구성된 전송 채널은 다음에 의해 모델링될 수 있다:

Y = HX + N (1)

여기서, X는 요소가 전송된 복소 심볼인 크기 M의 벡터이고, H는 전송 채널의 함수를 나타내는 크기 M×M의 행렬이고, 채널의 전달 행렬이라고 불리고, Y는 상이한 모드를 통해 수신된 복소 신호를 나타내는 크기 M의 벡터이며, N은 요소가 추정된 가우시안 부가 백색 잡음(Gaussian additive white noise) 및 모드 당 분산N₀의 샘플인 크기 M의 벡터이다.

사실상, 다중 모드 광섬유는 다수의 L개의 세그먼트를 포함하며, 연속적인 세그먼트의 각각의 쌍 사이에는 증폭기가 제공된다. 각각의 광섬유 세그먼트는 개념상 K개의 연속적인 섹션으로 분할될 수 있고, 광섬유의 특성은 각각의 섹션의 길이에 걸쳐 고정되어 있다. 각각의 세그먼트에 걸친 전달 행렬은 행렬 곱 T _ℓk R _ℓk에 의해 얻어질 수 있으며, 여기서 크기 M × M의 R _ℓk은 세그먼트 ℓ의 섹션 k과 관련된 모드 간(intermodal) 커플링 행렬이며, T _ℓk는 또한 대각선 요소가 세그먼트 ℓ의 섹션 k를 통한 상이한 모드의 각각의 위상 시프트를 제공하는 크기 M × M의 대각선 행렬이다.

각각의 커플링 행렬 R_ℓk은 상이한 모드에 걸쳐 분배된 에너지를 보전하는 직교 랜덤 행렬(I _M이 항등 행렬인

)로서 모델링될 수 있다. 커플링 행렬의 비대각선 계수는 모드 간 커플링 계수이다. 이의 값은 관련된 세그먼트의 섹션에서 전파되는 상이한 모드 사이의 필드 분포의 중첩 적분에 따라 달라진다. 중첩 적분 자체는 이러한 섹션의 광섬유 세그먼트의 불완전성 및 곡률에 따라 달라진다.

행렬 T _ℓk는 대각선 계수가 형태

인 행렬이며, 여기서 은

에 걸쳐 균일하게 분포된 확률 변수(random variable)의 드로잉(drawing)의 결과치이다.

마지막으로, 두 세그먼트 ℓ 및 ℓ + 1 사이의 증폭기는 이득 행렬 G _ℓ에 의해 모델링될 수 있다. 특히, G _ℓ은 요소가 상이한 모드에 대한 증폭기의 각각의 이득을 제공하는 크기 M × M의 대각선 행렬이다. 행렬 G _ℓ은 이러한 이득 주변의 오프셋 행렬과 평균(스칼라) 이득의 곱에 의해 나타낼 수 있다.

궁극적으로, 전송 채널의 전달 행렬은 다음과 같은 형식으로 표현될 수 있다:

(2)

k를 통한 곱(product over k)은 동일한 섹션에 관한 것이고, ℓ를 통한 곱은 동일한 세그먼트에 관한 것이다.

실제로, 행렬 H는 모드 서브 세트를 나타내고, 동일한 서브 세트에 속하는 모드는 함께 커플링되며, 별개의 서브 세트에 속하는 모드는 약하게만 결합되거나 전혀 결합되지 않는다. 다시 말하면, 모드 간 커플링은 결정된 모드 서브 세트 내에서만 상당히 작용한다.

모드가 예를 들어 전송 채널 H의 전달 행렬의 행에 대한 순열 및 대응하는 열에 대한 순열을 수행함으로써 서브 세트에 의해 함께 그룹화되는 경우, 블록 대각선 행렬, 즉 다음의 형식을 취하는 블록 대각선 행렬이 얻어진다:

(3)

여기서 행렬(또는 블록) H _n, n=1,...,N은

이도록 크기 M_n × M_n의 정방 행렬이다. 블록 H _n의 대각선 외부의 항은 (3)에서 0으로 표시되지만, 실제로는 최소 커플링 임계값보다 간단히 작을 수 있다.

본 발명의 기초가 되는 아이디어는 전송 시에 광섬유의 M개의 모드에서 블록 H _n, n=1,...,N 중 하나에 대응하는 모드 서브 세트를 선택하는 것이다. 이러한 선택은 유리하게는 아래에 설명되는 바와 같이 이득 기준 및/또는 용량 기준에 따라 수행된다. 수신 시에는 선택된 모드의 서브 세트만 사용하거나 심지어 이의 슈퍼 세트, 심지어 모든 모드를 사용하여 정보를 디코딩할 수 있을 것이다. 실제로, 전송기에 의해 선택되지 않아 사용되지 않을지라도, 정보를 포함하는 모드에서 정보를 복원하는 것은 흥미로울 수 있으며, 성능과 복잡성 사이의 트레이드 오프(trade-off) 기준에 따라 선택이 이루어진다.

이득 기준은 상이한 변형에 따라 구상될 수 있다. 이득 값이 1보다 작을 수 있으므로 이득 항은 본 명세서에서 수용된 가장 넓은 의미로 이해되어야 한다.

심볼의 전송은 블록 H _n과 연관된 모드에 의해 수행된다고 추정하면, 전력 이득은 다음과 같이 표현될 수 있다:

(4)

이러한 변형에 따르면, 이득 값

은 상이한 서브 세트 n = 1,...,N에 대해 계산되고, 최대 이득(최소 손실)을 얻는 것을 가능하게 하는 서브 세트

가 유지된다:

(5)

다른 변형에 따르면, 모드 당 평균 이득이 가장 높은 모드 서브 세트를 선택할 수 있으며, 다시 말하면:

(6)

대안으로, 다른 변형이 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 고려될 수 있다. 행렬

, n = 1,...,N는 대각선화 가능하고, 이의 고유값은 실수 및 양수이며, 이는 행렬

에 대해

, m = 1,...,M_n으로 나타내며, (4)에서 주어진 고유값의 합과 다른 이득 함수, 예를 들어 곱

(또는 등가적으로

)를 사용할 수 있다.

제 2 선택 기준은 용량 기준이다. 심볼의 전송이 블록 H _n과 연관된 모드에 의해 수행된다고 추정하면, 선형 응답으로 추정된 채널의 용량은 다음에 의해 주어진다:

(7)

여기서, P_e는 M _n 모드를 통해 분배된 총 전송 전력이다. 비율

은 모드 m를 통한 수신시의 신호 대 잡음비를 나타낸다. 신호 대 잡음비 레벨이 높으면, 채널의 용량은 다음의 식으로 근사치를 구할 수 있다:

(8)

그런 다음, 최대 전송 용량, 즉 다음의 것을 얻는 것을 가능하게 하는 모드 서브 세트 n_opt를 선택할 수 있다:

(9)

마지막으로, 이득 및 전송 용량 둘 다에 기초하여 하이브리드 선택 기준을 사용하는 것이 가능할 것이다. 이 경우에, 이러한 기준을 가장 잘 지지하는 모드 서브 세트 n_opt는 다음 식에 의해 주어진다:

(10)

여기서

는

및

의 증가하는 함수이다. 이러한 함수는 예를 들어

및

의 선형 또는 비선형 조합일 수 있고, 가중 계수는 전송 용량 및 이득에 할당되기를 원하는 우선 순위에 의존한다.

무슨 기준이 유지될지라도, 상술한 선택 방법은 모드의 수를 M에서

까지 감소시키는 것을 가능하게 한다.

이러한 감소는 유리하게는 전송된 심볼의 변조도를 증가시킴으로써 일정한 유용한 비트 레이트로 이루어질 수 있다. 특히, 모드의 수가 감소하기 전에 Q가 변조 알파벳의 기수였다면, 다음과 같도록 기수 Q'의 변조 알파벳을 선택할 수 있을 것이다:

M'logQ' = MlogQ (11)

예를 들어, 초기 모드의 수가 4-QAM 변조로 M=6인 경우, M' = 4 모드를 통한 8-QAM 변조 또는 M' = 3 모드를 통한 16-QAM 변조를 사용할 수 있을 것이다. 변조도의 증가는 비트 에러율(bit error ratio; BER)의 관점에서 성능 레벨의 대응하는 저하에 의해 필연적으로 수반된다. 그런 다음, 도입부에서 인용된 출원 FR-A-2977099에서 설명된 바와 같이 시공간 코딩을 사용함으로써 이러한 저하를 보상할 수 있다.

일반적으로, 시공간 코딩이 구현되는 경우에, 심볼은 블록으로 전송되고, 심볼의 블록은 행이 상이한 모드에 대응하고, 열이 전송 간격 동안 채널(채널 사용)의 연속적 사용에 대응하는 시공간 코드 행렬 C를 사용하여 전송 간격(TTI)을 통해 전송된다. 시공간 코딩은 선택된 모드 서브 세트 내에 존재할 수 있는 이득 불일치를 방지하는 것을 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 다중 모드 광섬유를 통한 MIMO 전송 시스템을 위한 모드 선택 방법의 흐름도를 나타낸다.

이러한 선택은 시스템 또는 수신기의 설치 시에 모두에 대해 한 번 수행될 수 있다는 것을 주목하는 것이 중요하다. 대안으로, 리턴 채널이 전송기에 제공되면, 드리프트/에이징(drift/aging) 또는 구성 요소(특히 증폭기)의 교체를 고려하기 위해 이러한 선택이 주기적으로 이루어질 수 있을 것이며, 그 다음 인덱스 n_opt는 이러한 채널을 통해 수신기에 의해 전송된다.

어쨌든, 선택 방법은, 제 1 단계(110)에서, 모드의 세트, 심지어 광섬유의 모든 모드를 통해 전송 채널 H의 전달 행렬의 측정을 포함한다.

전달 행렬의 측정은 본질적으로 알려진 바와 같이 전송기에 의해 전송된 파일럿 심볼에 의해 수행될 수 있다.

단계(120)에서, 전달 행렬 H은 블록 대각선 행렬로 변환된다. 이러한 변환은 행렬 요소의 임계값 설정(thresholding)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 모듈러스가 미리 결정된 임계값 아래인 행렬의 모든 (복소) 요소는 0으로 설정된다. 임계값 설정 후, 행렬이 블록 대각선 구조를 나타내지 않으면, 행렬의 행 및 열은 모드 서브 세트의 모드를 함께 그룹화하도록 재구성된다. 모드 서브 세트는 특정 서브 세트에 속하는 모드가 함께 커플링되고, 별개의 서브 세트에 속하는 모드가 커플링되지 않도록 한다. 재구성은 행 및 열에 대한 일련의 순열을 수행하는 것으로 구성되고, 행 및 열에 대한 순열은 동일하다(H는 정방 행렬임).

단계(130)에서, 이득 및/또는 전송 용량은 전달 행렬의 블록과 연관된 모드 서브 세트의 각각에 대해 결정된다. 다시 말하면, 값

및/또는 C_n, n=1,...N은 상술한 바와 같이 계산된다.

단계(140)에서, 최고 이득 및/또는 용량에 대응하는 모드 서브 세트는 예를 들어 기준 (5),(6),(9) 또는 (10) 중 하나에 따라 미리 결정된 기준에 의해 선택된다.

그 후, MIMO 전송 시스템은 심볼을 전송하기 위해 선택된 모드 서브 세트만을 사용한다.

필요하다면, 이러한 모드 수의 감소는 전송되는 심볼의 변조도의 상관 증가(correlative increase), 심지어 상술한 바와 같은 시공간 코딩을 동반할 수 있을 것이다. 변조도는 또한 상이한 모드에 대해 상이하도록 선택될 수 있을 것이다. 실제로, 변조도는 특히 이러한 모드에서의 수신 시의 신호/잡음비 자체가 더 높은 경우에 모드에 대해 적당히 더 높도록 선택될 수 있을 것으로 이해된다.

본 발명의 제 2 실시예는 다중 코어 광섬유를 통한 MIMO 전송 시스템을 위한 코어 선택 방법에 관한 것이다.

모드 서브 세트 선택을 위해 제공된 프레젠테이션(presentation)은 간략화를 위해 완전히 반복되지 않을 것이다. 그러나, 다중 코어 광섬유의 코어 사이의 커플링은 다중 모드 광섬유의 모드 사이의 커플링과 동일한 방식으로 처리되어야 할 것이라는 것이 당업자에게는 분명하게 드러날 것이다.

코어 선택 방법의 일반적인 프레젠테이션만이 도 2와 관련하여 설명될 것이다.

도 1의 모드의 선택에 관해서, 도 2에 따른 코어 선택은 시스템 설치 시에 최종적으로 수행될 수 있거나, 시스템이 리턴 채널을 갖는 경우에 주기적 및 적응적으로 수행될 수 있을 것이다.

선택 방법은, 제 1 단계(210)에서, 다중 코어 광섬유의 코어의 세트, 바람직하게는 이러한 광섬유의 모든 코어를 통해 전송 채널 H의 전달 행렬의 측정을 포함한다.

여기서 다시 말하면, 전달 행렬은 본질적으로 알려진 바와 같이 전송기에 의해 전송된 파일럿 심볼에 의해 측정될 수 있다.

단계(220)에서, 전달 행렬 H은 블록 대각선 행렬로 변환된다. 이러한 변환은 행렬 요소의 임계값 설정과, 행 및 열의 순열에 의한 서브 세트로의 모드의 재구성을 포함할 수 있다. 코어 서브 세트는 특정 서브 세트에 속하는 코어가 함께 커플링되고, 별개의 서브 세트에 속하는 코어가 커플링되지 않도록 한다.

단계(230)에서, 이득 및/또는 전송 용량은 전달 행렬의 블록과 연관된 코어 서브 세트의 각각에 대해 결정된다. 다시 말하면, 값

및/또는 C_n, n=1,...N은 상술한 바와 같이 계산되고, 계산은 광섬유의 모드 대신에 코어에 관한 것이다.

단계(240)에서, 미리 결정된 기준의 의미에서 최고 이득 및/또는 용량에 대응하는 모드 서브 세트는 예를 들어 기준 (5),(6),(9) 또는 (10) 중 하나에 따라 선택된다.

그 후, MIMO 전송 시스템은 심볼을 전송하기 위해 선택된 코어 서브 세트만을 사용한다.

최종적으로, 이러한 코어 수의 감소는 전송되는 심볼의 변조도의 상관 증가, 심지어 상술한 바와 같은 시공간 코딩을 동반할 수 있을 것이다. 제 1 실시예에서와 같이, 변조도는 이러한 코어의 각각에 대한 신호 대 잡음비의 함수로서 상이한 모드에 대해 상이하도록 선택될 수 있을 것이다.

Claims

다중 모드 광섬유를 통한 MIMO 전송 시스템을 위한 모드 선택 방법에 있어서,
(a) 상기 광섬유의 모드의 세트로 구성된 전송 채널의 전달 행렬을 측정하는 단계(110);
(b) 상기 전달 행렬을 블록 대각선 행렬로 변환하는 동작(120)으로서, 각각의 블록은 상기 광섬유의 모드 서브 세트에 관련되는, 상기 변환하는 동작(120);
(c) 상기 블록과 연관된 상기 모드 서브 세트의 각각에 대한 이득 및/또는 전송 용량을 결정하는 단계(130);
(d) 가장 높은 이득 및/또는 용량에 대응하는 상기 모드 서브 세트를 선택하는 단계(140)로서, 상기 MIMO 전송 시스템은 상기 광섬유를 통해 전송하도록 선택된 상기 서브 세트의 모드만을 사용하는, 상기 선택하는 단계
를 포함하는, 모드 선택 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 전달 행렬의 변환은 미리 결정된 임계값 미만의 상기 행렬의 모든 요소가 0으로 설정되는 임계 단계, 및 그 후 행 및 열의 순열에 의해 얻어진 상기 전달 행렬을 재구성하고 행의 순열 및 열의 순열이 동일해지는 재구성 단계를 포함하는, 모드 선택 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 모드 서브 세트는 상기 이득 기준
에 따라 선택되며,
이고, N은 모드 서브 세트의 수이고, H _n은 상기 서브 세트 n의 모드로 감소된 상기 전송 채널의 전달 행렬이고,
은 H _n의 공액 전치 행렬이며, Tr(.)은 트레이스 함수인, 모드 선택 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 모드 서브 세트는 이득 기준
에 따라 선택되며,
이고, N은 모드 서브 세트의 수이고, M_n은 서브 세트 n의 기수이고, H _n은 서브 세트 n의 모드로 감소된 전송 채널의 전달 행렬이고,
은 H _n의 공액 전치 행렬이며, Tr(.)은 트레이스 함수인, 모드 선택 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 모드 서브 세트는 용량 기준
에 따라 선택되며,
이고, M_n은 서브 세트 n의 기수이고,
은 서브 세트 n의 모드 m에 대한 전송 채널의 이득이고, P_e는 M_n모드에 걸쳐 분배된 전송 전력이며, N_o는 모드에서의 수신시 잡음 전력인, 모드 선택 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 모드 서브 세트는 하이브리드 이득 및 용량 기준
에 따라 선택되며, C_n은 서브 세트 n의 모드로 감소된 전송 채널의 용량이고,
이고, H _n은 서브 세트 n의 모드로 감소된 전송 채널의 전달 행렬이고,
은 H _n의 공액 전치 행렬이고, Tr(.)은 트레이스 함수이며,
은 C_n은 및
의 증가 함수인, 모드 선택 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모드 서브 세트를 선택한 후, 상기 상이한 모드에서 전송되는 상기 심볼의 변조도는
이도록 값 Q'과 동일한 것으로 선택되며, M은 선택 전의 모드 세트의 기수이고, M'는 선택된 모드 서브 세트의 기수이며, Q는 모드 서브 세트의 선택 전에 전송되는 심볼의 변조도인, 모드 선택 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모드 서브 세트를 선택한 후, 상기 상이한 모드에서 전송되는 심볼의 변조도는 상기 모드 서브 세트의 상이한 모드에 대해 상이하도록 선택되는, 모드 선택 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전송되는 심볼은 시공간 코딩되며, 상기 시공간 코드의 요소는 상기 선택된 모드 서브 세트의 모드에서만 전송되는, 모드 선택 방법.
다중 코어 광섬유를 통한 MIMO 전송 시스템을 위한 코어 선택 방법에 있어서,
(a) 상기 광섬유의 코어의 세트로 구성된 전송 채널의 전달 행렬을 측정하는 단계(210);
(b) 상기 전달을 블록 대각선 행렬로 변환하는 동작(220)으로서, 각각의 블록은 상기 광섬유의 코어의 서브 세트에 관련되는, 상기 변환하는 동작(220);
(c) 상기 블록과 연관된 상기 코어 서브 세트의 각각에 대한 이득 및/또는 전송 용량을 결정하는 단계(230);
(d) 가장 높은 이득 및/또는 용량에 대응하는 상기 코어 서브 세트를 선택하는 단계(240)로서, 상기 MIMO 전송 시스템은 상기 광섬유를 통해 전송하도록 선택된 서브 세트의 코어만을 사용하는, 상기 선택하는 단계(240)
를 포함하는, 코어 선택 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 전달 행렬의 변환은 미리 결정된 임계값 미만의 상기 행렬의 모든 요소가 0으로 설정되는 임계 단계, 및 그 후 행 및 열의 순열에 의해 얻어진 상기 전달 행렬을 재구성하고 행의 순열 및 열의 순열이 동일해지는 재구성 단계를 포함하는, 코어 선택 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 코어 서브 세트는 이득 기준
에 따라 선택되며,
이고, N은 코어 서브 세트의 수이고, H _n은 서브 세트 n의 코어로 감소된 전송 채널의 전달 행렬이고,
은 H _n의 공액 전치 행렬이며, Tr(.)은 트레이스 함수인, 코어 선택 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 코어 서브 세트는 이득 기준
에 따라 선택되며,
이고, N은 코어 서브 세트의 수이고, M_n은 서브 세트 n의 기수이고, H _n은 서브 세트 n의 코어로 감소된 전송 채널의 전달 행렬이고,
은 H _n의 공액 전치 행렬이며, Tr(.)은 트레이스 함수인, 코어 선택 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 코어 서브 세트는 용량 기준
에 따라 선택되며,
이고, M_n은 서브 세트 n의 기수이고,
은 서브 세트 n의 코어 m에 대한 전송 채널의 이득이고, P_e는 M_n코어에 걸쳐 분배된 전송 전력이며, N_o는 코어에서의 수신시 잡음 전력인, 코어 선택 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 코어 서브 세트는 하이브리드 이득 및 용량 기준
에 따라 선택되며, C_n은 서브 세트 n의 모드로 감소된 전송 채널의 용량이고,
이고, H _n은 서브 세트 n의 코어로 감소된 전송 채널의 전달 행렬이고,
은 H _n의 공액 전치 행렬이고, Tr(.)은 트레이스 함수이며,
은 C_n은 및
의 증가 함수인, 코어 선택 방법.
제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코어 서브 세트를 선택한 후, 상기 상이한 코어에서 전송되는 심볼의 변조도는
이도록 값 Q'과 동일한 것으로 선택되며, M은 선택 전의 코어 세트의 기수이고, M'는 선택된 코어 서브 세트의 기수이며, Q는 상기 코어 서브 세트의 선택 전에 전송되는 심볼의 변조도인, 코어 선택 방법.
제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코어 서브 세트를 선택한 후, 상기 상이한 코어에서 전송되는 심볼의 변조도는 상기 서브 세트의 상이한 코어에 대해 상이하도록 선택되는, 코어 선택 방법.
제 10 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전송되는 심볼은 시공간 코딩되며, 상기 시공간 코드의 요소는 선택된 상기 모드 서브 세트의 코어에서만 전송되는, 코어 선택 방법.