KR20210019991A

KR20210019991A - 멀티-코어 섬유 송신 시스템들에서 코어 의존 손실의 결정을 위한 방법들 및 디바이스들

Info

Publication number: KR20210019991A
Application number: KR1020207030873A
Authority: KR
Inventors: 가야 레카야; 아크람 아부세이프; 이브 자우앙
Original assignee: 앵스띠뛰 미네-뗄레콩
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2021-02-23
Also published as: JP2021522724A; US20210250094A1; EP3562064A1; US11539438B2; CN112514287A; WO2019206634A1

Abstract

발명의 다양한 실시형태들은 멀티-코어 섬유로 이루어진 광 섬유 송신 채널 (13) 을 통해 데이터를 송신하도록 구성된 광 송신기 (11) 를 포함하는 광 송신 시스템 (100) 을 제공하며, 상기 데이터를 반송하는 광 신호들은 2 이상의 코어들에 따라서 멀티-코어 섬유를 따라 전파하고, 상기 멀티-코어 섬유는 섬유 파라미터들 및 오정렬 손실 값들과 연관되고, 광 송신 시스템은 상기 섬유 파라미터들 및 오정렬 손실 값에 의존하여 코어 의존 손실 값을 결정하도록 구성된 시스템 관리 디바이스 (17) 를 포함한다.

Description

멀티-코어 섬유 송신 시스템들에서 코어 의존 손실의 결정을 위한 방법들 및 디바이스들

본 발명은 일반적으로 광 통신에 관한 것으로, 특히 멀티-코어 섬유들에서 코어 스크램블링을 위한 디바이스들 및 방법들에 관한 것이다.

광 섬유는 광 스펙트럼에서 전자기 파를 안내하는 광 도파로이다. 광 섬유는 낮은 굴절률을 갖는 투명 클래딩 (cladding) 재료에 의해 둘러싸인 투명 코어를 포함한다. 연이은 내부 반사들에 후속하여, 섬유에서 광이 전파한다. 광은 데이터를 반송하고 유선 기반 또는 무선 통신 시스템보다 더 높은 대역폭에서 장거리에 걸쳐 송신을 허용한다.

광 통신 네트워크의 데이터 트래픽의 양은 인터넷 트래픽의 증가에 따라 기하급수적으로 확대되었다. 단일-모드 섬유를 사용한 광 통신 시스템의 송신 용량 및 도달은 어드밴스드 신호 프로세싱과 함께 파장 분할 멀티플렉싱 (wavelength division multiplexing; WDM), 코히런트 검출 및 편광 분할 멀티플렉싱 (coherent detection and polarization division multiplexing; PDM) 의 실제 사용 이래로 증가되었다.

그러나, 단일 전파 모드를 따라 파들이 전파하는 작은 코어 반경을 갖는 종래의 단일 모드 섬유를 사용하는 WDM-PDM 시스템은, 광 송신 시스템의 비선형 용량 제한에 거의 도달했고 더 높은 네트워크 대역폭에 대한 수요에 있어서의 기하급수적인 성장에는 대처할 수 없다.

멀티-모드 섬유 (multi-mode fiber; MMF) 또는 멀티-코어 섬유 (multi-core fiber; MCF) 를 사용하여 실현된 공간 분할 멀티플렉싱 (space division multiplexing; SDM) 이 현재 광 송신 시스템의 용량 제한을 극복할 것으로 예상된다. 공간 분할 멀티플렉싱은 광 섬유 송신의 용량을 증가시키기 위해 마지막 자유도로서 섬유에서의 공간을 이용한다. 공간은 독립적인 데이터 스트림들이 멀티플렉싱되고 동일한 섬유에서 반송되는 복수의 독립적인 공간 채널들의 생성을 위한 멀티플렉싱 치수로서 사용된다. SDM 을 사용하면, 용량이 독립적인 공간 채널들의 수로 승산될 수 있고, 이로써 광 섬유 송신 링크의 도달 및 송신 용량 양자 모두를 증가시킨다.

멀티-모드 섬유는 많은 공간 전파 모드들에 따라 광의 전파를 허용한다. 멀티-모드 섬유의 코어가 확장되어 하나보다 많은 공간 모드의 전파를 허용한다. 광이 코어를 통과함에 따라 생성된 반사 수가 증가하여, 주어진 시간 슬롯에서 더 많은 데이터를 전파하는 능력을 생성한다.

멀티-모드 섬유는 단일-모드 섬유보다 더 높은 송신 레이트를 제공할 수 있다. 그러나, 멀티-모드 섬유는 주로 광 컴포넌트 (예를 들어, 섬유, 증폭기, 멀티플렉서) 의 결함 (imperfection), 공간 모드들 사이의 크로스토크 (crosstalk) 효과, 및 모드 의존 손실 (mode dependent loss ; MDL) 로서 알려진 비-단일적 크로스토크 효과로 인한 여러 손상들에 의해 영향을 받는다.

멀티-코어 섬유는 단일 섬유에 다중의 동일하거나 상이한 코어들을 통합하며, 각각의 코어는 단일-모드이거나 멀티-모드이다. 멀티-코어 섬유는 커플링되지 않은 MCF 및 커플링된 MCF 로 분류될 수 있다.

커플링되지 않은 MCF들에서는, 각각의 코어가 장거리 송신 애플리케이션들이 각각의 코어로부터 별도로 신호를 검출하기에 충분히 작은 코어간 크로스토크를 유지하도록 적절하게 배열되어야 한다 (즉, 수신기에서는 어떠한 다중-입력 다중-출력 균등화도 필요하지 않음). 여러 타입의 커플링되지 않은 멀티-코어 섬유들은 상이한 코어 배열들에 따라서 설계되었다. 이러한 설계는 '동종 MCF들', 다중의 동일한 코어들을 통합하는 '트렌치-보조된 동종 MCF들 (homogeneous with trench-assisted MCFs)', 및 여러 타입의 다중 코어들을 통합하는 '이종 MCF들' 을 포함한다.

커플링된 MCF들에서는, 여러 코어들이 서로 강하게 및/또는 약하게 커플링하도록 배치된다. 단일 공간 모드와 다중 공간 모드를 지원하는 커플링된 MCF들이 고-전력 섬유 레이저 애플리케이션들에 사용될 수 있다.

멀티-코어 섬유는 오정렬 손실 및 크로스토크 효과로 인한 여러 손상들에 의해 영향을 받는다. 크로스토크 및 오정렬 손실은 코어 의존 손실 (core dependent loss; CDL) 을 유도한다. CDL 은 멀티-모드 섬유에 영향을 미치는 MDL 과 유사한 손상 효과이다.

오정렬 손실은 스플라이스 (splice) 및 커넥터 부분에서 광 섬유의 결함으로 인해 상승한다. 종방향 변위 손실, 횡방향 변위 손실, 및 각도 변위 손실을 포함하여 3 가지 타입의 오정렬 손실이 존재한다.

크로스토크 효과는 이웃하는 코어들 사이에서 크로스토크를 생성하는 하나의 클래딩에서의 다중 코어들의 존재에 기인한다. 크로스토크는 코어간 거리가 작을수록 증가하고 광 신호 품질 및 멀티-코어 섬유 내부에 통합된 코어들의 수 측면에서 용량에 대한 주요 제한을 나타낸다. 또한, 낮은 크로스토크 효과는 작은 크로스토크 값에 대해 어떠한 다중-입력 다중-출력 균등화도 필요하지 않기 때문에 광 수신기에서 디코딩 복잡성 감소를 가능하게 한다.

광 솔루션들은 크로스토크 효과를 감소시키기 위해 광 섬유의 제조 동안 적용될 수 있다.

제 1 접근법은 코어간 거리를 증가시키는 것에 있다. 이 접근법은 크로스토크 효과를 감소시키는 것을 가능하게 하지만, 클래딩 직경에 기인하여 섬유 내부의 코어들의 수를 제한하고 결과적으로 코어 밀도 및 용량을 감소시킨다.

제 2 접근법은 트렌치-보조된 동종 멀티-코어 섬유들의 사용에 의한 트렌치 보조에 기초한다. 트렌치 보조는 낮은-인덱스 트렌치 층으로 각각의 코어를 둘러싸는 것에 의해 커플링 계수를 감소시킨다. 트렌치-보조된 섬유 설계들에서의 크로스토크는 코어간 거리와 무관하다.

제 3 솔루션은 이종 MCF들을 사용하며, 여기에서는 이웃 코어들 사이의 고유 인덱스 차이가 도입되어, 크로스토크 효과를 감소시키는 것을 가능하게 한다.

또한, "A.Abouseif, GR Ben-Othman, and Y.Jaou

n, Core Mode Scramblers for ML-detection based Multi-Core Fibers Transmission, in Asia Communications and Photonics Conference, OSA Technical Digest, 2017" 에 개시된 랜덤 코어 스크램블링 기법이 이종 트렌치-보조된 MCF들에서 CDL 을 완화하고 시스템 성능을 강화하기 위해 최근에 제안되었다. 랜덤 코어 스크램블링은 에러 가능성의 측면에서 우수한 성능을 달성하는 것을 가능하게 하는 것이 입증되었다; 그러나 랜덤 스크램블링은 송신 시스템에 대한 부가적인 구현 복잡성 및 비용을 유도하는 다수의 랜덤 스크램블러들을 설치하는 것을 필요로 한다.

기존 솔루션들이 멀티-코어 섬유들에서 크로스토크 감소를 가능하게 하더라도, 이들은 코어 의존 손실의 추정 및 코어 의존 손실의 값에 의존하는 광 송신 시스템의 성능 동작의 예측을 가능하게 하지는 않는다. 따라서 멀티-코어 섬유-기반 광 송신 시스템들의 주어진 구성에 대한 코어 의존 손실 값들의 결정을 가능하게 하는 채널 모델링 및 계산 기법들을 개발하기 위한 필요성이 있다.

이러한 문제 및 다른 문제를 해결하기 위해, 멀티-코어 섬유로 이루어진 광 섬유 송신 채널을 통해 데이터를 송신하도록 구성된 광 송신기를 포함하는 광 송신 시스템이 제공된다. 송신 데이터를 반송하는 광 신호들은 2 이상의 코어들에 따라서 멀티-코어 섬유를 따라 전파한다. 멀티-코어 섬유는 섬유 파라미터들 및 오정렬 손실 값들과 연관된다. 광 송신 시스템은 섬유 파라미터들 및 오정렬 손실 값들에 의존하여 코어 의존 손실 값을 결정하도록 구성된 시스템 관리 디바이스를 포함한다.

일부 실시형태들에서, 섬유 파라미터들은 섬유 길이, 적어도 2 개인 코어들의 수, 크로스토크 계수들, 및 커플링 계수들을 포함하고, 각각의 크로스토크 계수는 멀티-코어 섬유에서 2 개의 코어들 사이의 크로스토크를 나타내고, 각각의 커플링 계수는 멀티-코어 섬유에서 2 개의 코어들 사이의 커플링을 나타낸다.

일부 실시형태들에서, 오정렬 손실 값들은 종방향 오정렬, 횡방향 정렬 및 각도 정렬을 포함하는 그룹에서 선정된 멀티-코어 섬유의 오정렬을 나타낸다.

일부 실시형태들에서, 시스템 관리 디바이스는 오정렬 손실 값들 및 섬유 파라미터들에 의존하여 멀티-코어 섬유의 각각의 코어와 연관된 코어 손실 값을 결정하도록 구성된다.

일부 실시형태들에서, 시스템 관리 디바이스는 평균 값 및 분산 값에 의해 정의된 로그정규 분포의 랜덤 변수로서 각각의 코어 손실 값을 결정하도록 구성되고, 평균 값 및 분산 값은 섬유 파라미터들 및 오정렬 손실 값들에 의존한다.

일부 실시형태들에 따라, 멀티-코어 섬유의 각각의 코어와 연관된 각각의 코어 손실 값의 평균 값은 제 1 값과 제 2 값 사이의 곱이고, 제 1 값은 상기 각각의 코어와 연관된 총 오정렬 손실을 나타내는 로그정규 랜덤 변수의 평균에 대응하고, 제 2 값은 상기 각각의 코어와 연관된 총 크로스토크 계수에 대응하고, 주어진 코어와 연관된 총 크로스토크 계수는 주어진 코어와 주어진 코어와 상이한 멀티-코어 섬유의 코어들 사이의 크로스토크를 나타내는 크로스토크 계수들로부터 결정된다. 멀티-코어 섬유의 각각의 코어와 연관된 각각의 코어 손실 값의 분산 값은 상기 각각의 코어와 연관된 총 크로스토크 계수의 제곱과 상기 각각의 코어와 연관된 총 오정렬 손실을 나타내는 상기 로그정규 랜덤 변수의 분산에 대응하는 제 3 값 사이의 곱이다.

일부 실시형태들에 따라, 시스템 관리 디바이스 (17) 는 타겟 코어 의존 손실 값을 결정하고 이 타겟 코어 의존 손실 값에 대한 코어 의존 손실 값에 의존하여 멀티-코어 섬유의 섬유 파라미터들 중 적어도 하나를 결정하도록 구성될 수도 있다.

일부 실시형태들에 따라, 시스템 관리 디바이스 (17) 는 특정된 하나 이상의 타겟 성능 메트릭들에 의존하여 타겟 코어 의존 손실 값을 결정하도록 구성될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 타겟 성능 메트릭은 타겟 신호-대-노이즈 비 및 타겟 비트 또는 심볼 에러 레이트를 포함하는 그룹에서 선정될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 광 송신기는 다음을 포함할 수도 있다:

- 적어도 하나의 에러 정정 코드를 적용하는 것에 의해 데이터를 코드워드 벡터로 인코딩하도록 구성된 에러 정정 코드 인코더;

- 상기 코드워드 벡터에 변조 스킴을 적용하는 것에 의해 변조된 심볼들의 세트를 결정하도록 구성된 변조기, 및

- 변조된 심볼들의 세트에 공간-시간 코드를 적용하는 것에 의해 코드워드 행렬을 결정하도록 구성된 공간-시간 인코더.

일부 실시형태들에서, 시스템 관리 디바이스는 타겟 코어 의존 손실 값에 대한 코어 의존 손실 값에 의존하여 에러 정정 코드, 변조 스킴, 및 공간-시간 코드 중 하나 이상을 선택하도록 구성될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 광 송신 시스템은 광 섬유 송신 채널을 통해 광 송신기에 의해 송신된 데이터를 반송하는 광 신호들을 수신 및 디코딩하도록 구성된 광 수신기를 더 포함한다.

일부 실시형태들에서, 광 수신기는 다음을 포함할 수도 있다:

- 공간-시간 디코딩 알고리즘을 적용하는 것에 의해 변조된 심볼들을 결정하도록 구성된 공간-시간 디코더,

- 공간-시간 디코더에 의해 결정된 변조된 심볼들의 복조를 수행함으로써 심볼들의 시퀀스를 결정하도록 구성된 복조기, 및

- 에러 정정 코드 디코딩 알고리즘을 적용하는 것에 의해 송신된 데이터의 추정치를 결정하도록 구성된 에러 정정 코드 디코더.

일부 실시형태들에 따라, 시스템 관리 디바이스 (17) 는 타겟 코어 의존 손실 값에 대한 코어 의존 손실 값에 의존하여 공간-시간 디코딩 알고리즘 및 에러 정정 코드 디코딩 알고리즘 중 하나 이상을 선택하도록 구성될 수도 있다.

또한 데이터가 멀티-코어 섬유로 이루어진 광 섬유 송신 채널을 통해 송신되고, 데이터를 반송하는 광 신호들이 2 이상의 코어들에 따라서 멀티-코어 섬유를 따라 전파하는, 광 섬유 통신 시스템에 대한 코어 의존 손실 값을 결정하기 위한 방법이 제공되며, 멀티-코어 섬유는 섬유 파라미터들 및 오정렬 손실 값들과 연관된다. 방법은 섬유 파라미터들 및 오정렬 손실 값들에 의존하여 코어 의존 손실 값을 결정하는 것을 포함한다.

유리하게, 다양한 실시형태들에 따른 코어 의존 손실 값 계산 디바이스들 및 방법들은 코어 의존 손실의 평가에 의해 멀티-코어 섬유 송신 채널의 성능 거동의 추정 및 예측을 가능하게 한다.

유리하게, 발명의 다양한 실시형태들에 따른 광 채널 모델링 기법들은 감소된 코어 의존 손실 효과들로 멀티-코어 섬유 송신 시스템들의 설계 및 제조에 대해 효율적인 툴들을 제공한다.

본 발명의 추가 이점들은 도면들 및 상세한 설명을 검토하면 당업자에게 명백해질 것이다.

본 명세서에 포함되고 그 일부를 구성하는 첨부 도면들은 발명의 다양한 실시형태들을 예시한다.
도 1 은 광 통신 시스템들에서 발명의 예시적인 애플리케이션의 개략적인 다이어그램을 예시한다.
도 2 는 예시적인 멀티-코어 섬유의 단면도를 예시한다.
도 3 은 섬유 축 주위의 링 상에 배열된 12 개의 코어들을 포함하는 12-코어 동종 멀티-코어 섬유 및 중심 코어를 포함하여 2 차원 그리드에 배열된 19 개의 코어들을 포함하는 19-코어 동종 섬유를 갖는 멀티-코어 섬유들의 단면도들을 도시한다.
도 4 는 멀티-코어 섬유가 12-코어 동종 트렌치-보조된 멀티-코어 섬유인, 일부 실시형태들에 따른 멀티-코어 섬유의 단면도를 도시한다.
도 5 는 멀티-코어 섬유가 섬유 축 주위의 링 상에 배열된 12 개의 코어들을 포함하는 12-코어 이종 멀티-코어 섬유인, 일부 실시형태들에 따른 멀티-코어 섬유의 단면도를 예시한다.
도 6 은 7 개의 코어들을 포함하는 7-코어 이종 섬유 및 3 개의 코어 그룹들을 포함하는 19-코어 이종 섬유를 갖는 멀티-코어 섬유들의 단면도들을 도시하며, 각각의 상이한 그룹들의 코어들은 상이한 타입들을 갖는다.
도 7 은 일부 실시형태들에 따른, 멀티-콩 섬유들의 단면도들을 예시하며, 제 1 멀티-코어 섬유는 섬유 축 주위의 링 상에 배열된 12 개의 코어들을 포함하는 12-코어 이종 트렌치-보조된 멀티-코어 섬유 및 7-코어 이종 트렌치-보조형이다.
도 8 은 발명의 일부 실시형태들에 따른 광 송신기의 구조를 도시하는 블록 다이어그램이다.
도 9 는 발명의 일부 실시형태들에 따른 광 수신기의 구조를 도시하는 블록 다이어그램이다.
도 10 은 공간-시간 코딩의 적용 없이 단일 캐리어 코딩되지 않은 변조, 단일 파장, 단일 편광이 사용되는 발명의 일부 실시형태들에 따른 멀티-코어 섬유 광 송신 시스템에서 코어 의존 손실 값을 결정하기 위한 방법을 예시하는 플로우챠트이다.
도 11 은 7-코어 및 19-코어 동종 멀티-코어 섬유에 대해 정확하고 이론적인 채널 모델을 적용함으로써 획득된 동종 멀티-코어 섬유에 대한 코어 의존 손실의 함수로서 확률 밀도 함수 분포를 예시한다.

본 발명의 실시형태들은 멀티-코어 섬유 송신 시스템의 주어진 구성에 대한 코어 의존 손실의 추정 및 멀티-코어 광 섬유 송신 시스템의 채널 모델링을 위한 디바이스들 및 방법들을 제공하며, 코어 의존 손실의 결정은 유리하게, 코어 의존 손실의 감소된 효과로 멀티-코어 섬유 송신 시스템의 효율적인 설계를 가능하게 한다.

발명의 다양한 실시형태들에 따른 디바이스들 및 방법들은 다양한 애플리케이션들에 적용된 광 섬유 송신 시스템들에서 구현될 수도 있다. 예시적인 애플리케이션들은 광 섬유 통신, 항공우주 및 항공 전자기기, 데이터 저장, 자동차 산업, 이미징, 운송, 센싱 및 포토닉스를, 제한 없이 포함한다.

예시적인 통신 애플리케이션은 데스크탑 컴퓨터, 단말기 및 네이션와이드 네트워크를 포함한다. 광 섬유는 단거리 (1 미터 미만) 또는 장거리 (예를 들어, 대도시 네트워크, 광역 네트워크, 대양 횡단 링크를 통한 통신에서 수백 또는 수천 킬로미터까지) 에 걸쳐 광을 송신하고 이에 따라 정보/데이터를 송신하는데 사용될 수도 있다. 이러한 애플리케이션은 음성 (예를 들어, 텔레포니에서), 데이터 (예를 들어, 홈에 대한 섬유로서 알려진 홈 및 오피스로의 데이터 공급), 이미지 또는 비디오 (예를 들어, 인터넷 트래픽의 전송) 의 전송, 또는 네트워크들의 접속 (예를 들어, 고속 로컬 영역 네트워크에서의 데이터 접속성 및 스위치 또는 라우터의 접속) 을 수반한다.

항공우주 및 항공 전자기기 산업 분야에서의 발명의 예시적인 구현에 있어서, 광 섬유 기반 제품은 군사 및/또는 상업적 애플리케이션들에 사용될 수도 있다. 광 섬유 기술 및 제품은 그러한 애플리케이션들에서 가혹한 환경 및 조건에서 엄격한 테스팅 및 인증 요건을 충족시키도록 설계된다.

데이터 저장 애플리케이션들에서의 발명의 예시적인 구현에 있어서, 광 섬유는 저장 시스템의 일부로서 및/또는 네트워크에서의 다중 디바이스들 사이의 링크로서 데이터 저장 장비에 사용될 수도 있다. 광 섬유 접속성은 연장된 거리에 걸쳐서도 매우 높은 대역폭을 제공한다.

자동차 산업 애플리케이션들에 대한 발명의 다른 예시적인 애플리케이션에 있어서, 광 섬유 기술은 예를 들어 안전 및 제어 디바이스 및 시스템에 대한 감지, 통신, 및 라이팅/조명에 사용될 수도 있다.

이미징 애플리케이션 (예를 들어, 원격 의료) 에 대한 발명의 또 다른 예시적인 애플리케이션에 있어서, 광 섬유의 광 송신 특성은 분석 및/또는 해석을 위한 이미지 뷰 엔드로 타겟 또는 대상 영역의 이미지를 송신하는데 사용될 수도 있다.

발명은 또한, 지능형 신호등, 자동 요금소 및 변경가능한 메시지 표지판을 갖는 스마트 고속도로가 광 섬유에 기초한 텔레메트리 시스템을 사용할 수도 있는, 운송 시스템에서 사용될 수도 있다.

발명은 추가로, 온도, 변위, 진동, 압력, 가속도, 회전 및 화학 종의 농도와 같은 일부 양을 감지하기 위해 광 섬유 센서가 사용될 수도 있는, 감지 애플리케이션들에 사용될 수도 있다. 광 섬유 센서의 예시적인 애플리케이션들은 고 전압 및 고 전력 기계 또는 마이크로파에서의 감지, 원격 모니터링을 위한 빌딩에서의 분포 온도 및 스트레인 측정 (예를 들어, 비행기 날개, 풍력 터빈, 교량, 파이프라인의 모니터링), 석유 탐사 애플리케이션에서의 다운홀 감지를 포함한다.

포토닉스에 대한 발명의 다른 애플리케이션에 있어서, 광 섬유는 간섭계 및 섬유 레이저와 같은 광 섬유 디바이스의 컴포넌트들을 접속하기 위해 사용될 수도 있다. 그러한 애플리케이션에서는, 광 섬유가 전자 디바이스에서 전선이 하는 것과 유사한 역할을 한다.

소정의 실시형태들의 다음의 기재는 예시의 목적으로만, 통신 애플리케이션을 참조하여 이루어질 것이다. 그러나, 당업자는 발명의 다양한 실시형태들이 상이한 애플리케이션들을 위한 다른 타입의 시스템들에 적용될 수도 있음을 쉽게 이해할 것이다.

도 1 은 광 섬유 송신에 기초한 광 송신 시스템 (100)(또한 '광 통신 시스템' 으로서 지칭됨) 에서 발명의 예시적인 구현을 예시한다. 광 송신 시스템 (100) 은 입력 데이터 시퀀스를 광 신호로 인코딩하고 이 광 신호를 일부 거리에 걸쳐 광을 송신하도록 구성된 광 섬유 송신 채널 (13)(이하 '광 섬유 링크' 로서 지칭됨) 을 통해 적어도 하나의 광 수신기 디바이스 (15)(이하, '광 수신기" 로서 지칭됨) 에 광학적으로 송신하도록 구성된 적어도 하나의 광 송신기 디바이스 (11)(이하 "광 송신기" 로서 지칭됨) 를 포함한다.

광 통신 시스템 (100) 은 시스템 동작성을 제어하기 위한 컴퓨터 및/또는 소프트웨어를 포함할 수도 있다.

광 섬유 송신 채널 (13) 은 복수의 광 섹션들 (131)( 또한 '섬유 스팬' 또는 '섬유 슬라이스' 로서 지칭됨) 의 연결을 포함하는 멀티-코어 섬유를 포함한다. 섬유 섹션들 (131) 은 정렬되거나 오정렬될 수도 있다.

멀티-코어 섬유는 2 이상의 코어들, 2 이상의 코어들을 둘러싸는 클래딩, 및 코팅으로 구성된 원통형의 비선형 도파로이다. 각각의 코어는 굴절률을 갖는다. 광 송신기 (11) 에 의해 전송된 광 신호는 멀티플렉싱되고 코어들의 굴절률과 클래딩의 굴절률 사이의 차이로 인한 총 내부 반사를 통해 멀티-코어 섬유의 각각의 코어에서 안내된다.

멀티-코어 섬유가 커플링되지 않은 섬유인 일부 실시형태들에서, 멀티-코어 섬유의 각각의 코어는 광 신호가 코어들을 통해 독립적으로 전파하는 것으로 간주될 수 있도록 별도의 도파로로서 작용할 수도 있다.

멀티-코어 섬유가 커플링된 섬유인 일부 실시형태들에서, 2 개의 코어들 사이의 거리가 너무 작은 경우 상이한 코어들을 따라 전파하는 광 신호들이 오버랩하는 일부 커플링이 코어들 사이에 존재할 수도 있다.

광 섬유는 통상적으로 장거리 송신을 위해 유리 (예를 들어, 실리카, 석영 유리, 불소 유리) 로 이루어질 수도 있다. 단거리 송신에 대해, 광 섬유는 플라스틱 광 섬유일 수도 있다.

멀티-코어 섬유는 기하학적 파라미터들 및 광 파라미터들에 의해 특징화될 수도 있다. 기하학적 파라미터들은 클래딩 직경, 코어-대-코어 거리, 및 코어-외부 클래딩 거리를 포함할 수도 있다. 광 파라미터들은 파장, 멀티-코어 섬유의 상이한 코어들 사이의 크로스토크를 나타내는 크로스토크 계수, 및 각각의 코어와 클래딩 사이의 굴절률 차이를 포함할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 광 섬유 통신 시스템 (100) 은 다음을 포함하는 그룹에서 선정된 영역에 대응하는 파장 영역에서 동작할 수도 있다:

- 단거리 송신에 적합한, 800-900 nm 범위의 파장 윈도우;

- 예를 들어 장시간 (long-haul) 송신을 위해 사용된, 약 1.3 μm 의 파장 윈도우;

- 이 파장 영역에서 실리카 섬유의 손실이 최저이기 때문에 더 많이 사용된, 약 1.5 μm 의 파장 윈도우.

도 2 는 6-코어 섬유의 단면을 도시하며, D_clad 는 클래딩 직경을 나타내고, d_c-c 는 코어 간 거리를 지정하며, d_c-Clad 는 코어-외부 클래딩 거리를 나타낸다.

일부 실시형태들에서, 멀티-코어 섬유의 코어들은 예를 들어, 육각형의 에지들 상에서 섬유 축 주위의 링 상에 배열될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 코어들은 일부 2 차원 그리드 상에 배열될 수도 있다.

실시형태에서는, 멀티-코어 섬유가 동일한 타입의 2 이상의 코어들을 포함하는 동종 멀티-코어 섬유일 수도 있다.

도 3 은 섬유 축 주위의 링 상에 배열된 동일한 타입의 12 개의 코어들을 포함하는 제 1 의 12-코어 섬유, 및 중심 코어 및 육각형의 에지들 상에 배열된 18 개의 코어들을 포함하는 제 2 의 19-코어 섬유인, 2 개의 예시적인 동종 멀티-코어 섬유들의 2 개의 단면들을 도시한다,

일 실시형태에서, 멀티-코어 섬유는 동종 트렌치-보조된 멀티-코어 섬유일 수도 있으며, 각각의 코어는 낮은 인덱스 트렌치 층에 의해 둘러싸인다.

도 4 는 동일한 타입의 12 개 코어들을 포함하는 예시적인 트렌치-보조된 동종 멀티-코어 섬유의 단면을 도시한다.

다른 실시형태에서, 멀티-코어 섬유는 적어도 2 개의 코어들이 상이한 타입의 것인 복수의 코어들을 포함하는 이종 멀티-코어 섬유일 수도 있다.

도 5 는 12 개의 코어들을 포함하는 예시적인 이종 멀티-코어 섬유의 단면을 도시하며, 그 중에서 2i + 1 (i = 0,...,5) 로 넘버링된 코어들은 동일하고, 2i + 2 (i = 0,...,5) 로 넘버링된 코어들이 동일하며, 2i + 1 로 넘버링된 코어들은 i = 0,...,5 에 대해 2i + 2 로 넘버링된 코어들의 코어 타입과 상이한 코어 타입의 것이다. 이러한 이종 멀티-코어 섬유에서 각각의 코어는 2 개의 이웃들을 가지며, 각각의 코어는 그 이웃 코어들의 코어 타입과 상이한 코어 타입을 갖는다.

도 6 은 2 개의 예시적인 7-코어 섬유 및 19-코어 이종 섬유의 2 개의 단면들을 예시한다. 7-코어 섬유는 1-6 으로 넘버링된 육각형의 에지들 상의 6 개의 코어들 및 7 로 넘버링된 중심 코어를 포함한다. 이 7-코어 섬유는 3 개의 상이한 코어 타입들을 수반하며, 중심 코어는 육각형의 에지들 상의 코어들의 타입들과 상이한 코어 타입을 가지며, 육각형의 에지들 상에 배열된 각각의 코어는 그 이웃 코어들의 코어 타입과 상이한 코어 타입을 갖는다. 19-코어 섬유는 3 개의 상이한 코어 타입들을 포함하며, 중심 코어는 육각형의 에지들 상의 코어들의 타입과 상이한 코어 타입을 갖는다.

실시형태에서는, 멀티-코어 섬유가 트렌치-보조된 이종 멀티-코어 섬유일 수도 있다.

도 7 은 2 개의 예시적인 12-코어 및 17-코어 트렌치-보조된 이종 멀티-코어 섬유의 2 개의 단면들을 도시한다.

일부 실시형태들에서, 멀티-코어 섬유의 각각의 코어는 하나의 공간 전파 모드를 포함하는 단일 모드일 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 멀티-코어 섬유는 2 이상의 공간 전파 모드들을 포함하는 적어도 하나의 멀티-모드 코어를 포함할 수도 있다.

광 섬유 송신 채널 (13) 은 광 신호들이 주기적으로 증폭되어야 하는 큰 거리에 걸쳐 충분한 신호 전력이 유지될 수 있도록 광 신호들을 재생성할 필요 없이 섬유 감쇠를 보상하고 광 전력을 재증폭하기 위해 섬유에 삽입된 하나 이상의 증폭기들 (132) 을 더 포함할 수도 있다.

증폭기들 (132) 은 각 쌍의 섬유 슬라이스들 사이에 삽입될 수도 있다. 특히, 광 섬유 송신 채널의 단부에 삽입된 증폭기 (132) 는 수신기 (15) 에서 신호 검출 전에 신호 증폭을 수행한다.

각각의 증폭기 (132) 는 멀티-코어 섬유에서 복수의 코어들에 대응하는 광 신호를 동시에 증폭하도록 구성될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 증폭기들 (132) 은 단일 코어 섬유 증폭기의 복제로 구성될 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 증폭기 (132) 는 광 멀티-코어 증폭기일 수도 있다. 예시적인 광 증폭기는 코어-펌프형 멀티-코어 EDFA들 및 클래딩-펌프형 EDFA 증폭기들과 같은 멀티-코어 에르븀 도핑된 섬유 증폭기들 (Erbium doped fiber amplifiers; EDFA) 을 포함한다. 코어-펌프형 및 클래딩-펌프형 증폭기들은 단일 또는 복수의 펌프 다이오드들을 사용할 수도 있다. 특히, 코어 당 펌프 다이오드가 EDFA 증폭기들에서 사용될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 광 신호 증폭은 비선형 시뮬레이팅된 라만 산란 효과를 사용하여 분산 방식으로 수행될 수도 있다. 이러한 실시형태들에서, 섬유는 송신 링크 및 증폭 매체 양자 모두로서 사용된다.

다른 실시형태들에서, 신호 증폭은 규칙적으로 배열된 광 증폭기들 및 시뮬레이팅된 라만 산란 효과들의 공동 사용에 의해 달성될 수도 있다.

또 다른 실시형태들에서, 신호 증폭은 광/전기 변환 (도 1 에 도시되지 않음) 을 통해 전기 도메인에서 수행될 수도 있다. 이러한 실시형태들에서, 광 섬유 송신 채널 (13) 은 각각의 증폭 단계에서 다음을 포함할 수도 있다:

- 광 신호를 다시 전기 도메인으로 변환하기 위한 포토다이오드;

- 변환된 전기 신호를 증폭하기 위한 전기 증폭기; 및

- 증폭된 전기 신호에 대응하는 광 신호를 생성하기 위한 레이저 다이오드.

일부 실시형태들 (도 1 에 도시되지 않음) 에 따라, 광 송신 채널 (13) 은 다음 중 하나 이상을 더 포함할 수도 있다:

- 색도 분산의 효과들을 상쇄하기 위한 분산 보상기들로서, 분산 보상기는 예를 들어, 수신기 (15) 에서 광 신호의 검출 전에 색도 분산을 소거하거나 분산을 보상하도록 구성되는, 상기 분산 보상기들;

- 파장 분할 멀티플렉싱 시스템들에서 구현된 광 애드/드롭 멀티플렉서들과 같은 광 스위치들 및 멀티플렉서들;

- 전자 및 광 재생기들과 같은 광 신호를 재생하기 위한 하나 이상의 디바이스들.

도 8 은 일부 실시형태들에 따른 광 송신기 (11) 의 컴포넌트들을 나타낸다. 광 송신기 (11) 는 입력 데이터 시퀀스를 광 송신 채널 (13) 을 통해 송신될 광 신호로 변환하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 광 송신기 (11) 는 다음을 포함할 수도 있다:

적어도 하나의 순방향 에러 정정 코드 (Forward Error Correcting code; FEC)(또한 '에러 정정 코드로서 지칭됨) 를 적용함으로써 길이 k (즉, k 심볼들을 포함) 의 입력 데이터 시퀀스를 길이 n > k 의 코드워드 벡터의 형태로 인코딩된 시퀀스로 인코딩하도록 구성된 순방향 에러 정정 코드 (FEC) 인코더 (81)(또한 '에러 정정 코드 인코더 (81)' 로서 지칭됨);

- 변조되기 전에 버스트 에러들에 대한 인코딩된 심볼들에 보호 층을 부가하기 위해 인코딩된 시퀀스를 혼합하도록 구성된 인터리버 (83);

- 인터리빙된 인코딩된 시퀀스에 (또는 송신기 (11) 가 인터리버를 포함하지 않는 실시형태들에서는 코드워드 벡터들에) 변조 스킴을 적용함으로써 변조된 심볼 벡터 (s_c) 의 형태로 변조된 심볼들의 세트를 결정하도록 구성된 변조기 (85). 2^q 심볼들 또는 상태들을 갖는 2^q-QAM 또는 2^q-PSK 과 같은 상이한 변조 스킴들이 구현될 수도 있다. 변조된 벡터 s_c 는 심볼 당 q 비트를 갖는 к 복소수 값 심볼들 s₁, s₂,...,s_k을 포함하는 복소수 값 벡터일 수도 있다. 2^q-QAM 와 같은 변조 포맷들이 사용될 때, 2^q 심볼들 또는 상태들은 정수 필드

의 서브세트를 나타낸다. 대응하는 콘스틀레이션 (constellation) 은 상이한 상태들 또는 심볼들을 나타내는

지점들로 구성된다. 또한, 제곱된 변조들의 경우, 정보 심볼들의 실수부와 허수부는 동일한 유한 알파벳

에 속한다;

- 공간-시간 코드를 적용하는 것에 의해 시간 송신 구간 (Time Transmission Interval; TTI) 동안 광 송신 채널 (13) 을 통해 전송될 데이터 심볼들을 반송하는 코드워드 행렬을 결정하도록 구성된 공간-시간 인코더 (87). 공간-시간 인코더 (87) 는 치수들 (N_tx T) 의 코드워드 행렬 (X) 로 Q 변조된 심볼들 (s₁,s₂,…,s_Q) 의 각각 수신된 시퀀스 (또는 블록) 를 변환하도록 구성될 수도 있다. 코드워드 행렬은 N_t행들 및 T 열들에 배열된 복소수 값들을 포함하며, 여기서 N_t 는 광 신호들을 전파하기 위해 사용된 전파 코어들의 수를 지정하고 T 는 공간-시간 코드의 시간적 길이를 지정하며 시간적 채널 사용들의 수에 대응한다. 따라서 코드워드 행렬의 각각의 값은 사용 시간에 그리고 신호 전파를 위해 사용된 전파 코어에 대응한다. 공간-시간 인코더 (87) 는 선형 공간-시간 블록 코드 (STBC) 를 사용하여 코드워드 행렬을 생성할 수도 있다. 이러한 코드들의 코딩 레이트는 채널 사용 당

복소수 심볼들과 동일하며, 여기서 к 는 이 경우 치수 к 의 벡터

를 구성하는 인코딩된 복소수 값 심볼들의 수이다. 풀-레이트 코드가 사용될 때, 공간-시간 인코더 (87) 는 к=N_tT 복소수 값 심볼들을 인코딩한다. STBC들의 예들은 완전 코드 (Perfect Code) 들이다. 완전 코드들은 복소수 정보 심볼들의 수

(

) 를 인코딩함으로써 풀 코딩 레이트들을 제공하고 넌-배니싱 (non-vanishing) 결정 특성을 만족한다.

일부 실시형태들에서, 공간-시간 인코더 (87) 는 시간 차원에서 코딩을 수행하지 않으면서, 상이한 전파 코어들을 통해 수신된 복소수 값 정보 심볼들을 멀티플렉싱함으로써 V-BLAST 스킴으로 알려진 공간 멀티플렉싱 스킴을 사용할 수도 있다.

일부 실시형태들에 따라, 입력 데이터 시퀀스는 k 비트를 포함하는 이진 시퀀스일 수도 있다. FEC 인코더 (81) 는 이러한 실시형태들에서, 적어도 하나의 이진 FEC 코드를 적용함으로써 입력 이진 시퀀스를 n 비트를 포함하는 이진 코드워드 벡터로 인코딩하도록 구성될 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 입력 데이터 시퀀스는 갈르와 (Galois) 필드의 순서를 나타내는 갈르와 필드 GF(q)(q > 2 ) 에서의 값들을 취하는 심볼들을 포함할 수도 있다. 이러한 실시형태들에서, FEC 인코더 (22) 는 입력 데이터 시퀀스를 n 심볼들을 포함하는 코드워드 벡터로 인코딩하도록 구성될 수도 있고, 코드워드 벡터에 포함된 각각의 심볼은 갈르와 필드 GF(q) 에서의 값들을 취한다. 이 경우 인코딩 프로세스는 GF(q) (q > 2) 를 통해 구성된 비-이진 FEC 코드를 사용하여 수행될 수도 있다.

코딩 동작을 수행함으로써, FEC 인코더 (81) 는 수신기가 공통 송신 에러들을 검출 및/또는 정정할 수 있도록 입력 이진 시퀀스에 리던던트 비트들 (일반적으로 리던던트 심볼들) 을 부가한다. FEC 코드의 사용은 송신 에러들에 대한 부가적인 보호 및 면제를 제공하고 코딩되지 않은 송신 (즉, FEC 인코딩없이 변조된 데이터의 송신) 과 관련하여 성능에 있어서 상당한 개선을 허용한다.

2 이상의 FEC 코드들의 연결을 통해 에러의 가능성에 대한 부가적인 개선들 및 감소가 달성될 수도 있다. 코드들의 연결은 직렬, 병렬 또는 멀티-레벨 아키텍처를 따를 수도 있다. FEC 인코더 (81) 는 따라서 2 이상의 FEC 코드들을 구현하도록 구성될 수도 있다.

광 송신기 (11) 는 다수의 직교 서브-캐리어들을 수반하는 각각의 광 캐리어 내에서 멀티-캐리어 변조 기법을 구현함으로써 멀티-캐리어 심볼들을 생성하도록 구성된 복수의 멀티-캐리어 변조기들 (88) 을 더 포함할 수도 있다. 더욱이, 멀티-캐리어 변조들은 멀티-코어 섬유에서 다양한 코어들 사이의 크로스토크 및 섬유 분산으로부터 야기되는 심볼간 간섭에 대한 우수한 내성을 제공하기 위해 구현될 수도 있다. 예시적인 멀티-캐리어 변조 포맷들은 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 (OFDM) 및 필터 뱅크 멀티-캐리어 (Filter Bank Multi-Carrier; FBMC) 를 포함한다.

멀티캐리어 변조기들 (88) 에 의해 전달된 주파수-도메인 신호는 그 후 수신된 주파수-도메인 신호를 광 도메인으로 변환하도록 구성된 디지털-광 프론트-엔드 (89) 에 의해 프로세싱될 수도 있다. 디지털-광 프론트-엔드 (88) 는 멀티-코어 섬유의 코어들에서 사용된 편광 상태들 및 공간 전파 모드들과 연관된 복수의 광 변조기들 (도 8 에는 나타내지 않음) 및 주어진 파장의 다수의 레이저들을 사용하여 변환을 수행할 수도 있다. 레이저는 파장 분할 멀티플렉싱 (WDM) 기법들을 사용하여 동일하거나 상이한 파장의 레이저 빔을 생성하도록 구성될 수도 있다. 상이한 레이저 빔들은 그 후 광 변조기들에 의해 OFDM 심볼들의 상이한 출력들 (또는 단일-캐리어 변조들을 사용하는 실시형태들에서는 코드워드 행렬의 상이한 값들) 을 사용하여 변조되고 섬유의 상이한 편광 상태들에 따라 편광될 수도 있다. 예시적인 변조기들은 마하-젠더 (Mach-Zehnder) 변조기들을 포함한다. 위상 및/또는 진폭 변조가 사용될 수도 있다. 또한, 상이한 광 신호들을 변조하기 위해 다양한 광 변조기들에 의해 사용된 변조 스킴은 유사하거나 상이할 수도 있다.

광 변조기들 및 레이저들의 수는 사용된 편광 상태들의 수, 멀티-코어 섬유의 각각의 코어에서 사용된 전파 모드들의 수, 및 섬유에서의 코어들의 수에 의존한다.

디지털-광 프론트-엔드 (88) 는 각각의 코어에서 이용가능한 전파 모드들에 따라 전파하기 위해 멀티-코어 섬유의 각각의 코어로 생성된 광 신호들을 주입하도록 구성된 팬-인 (FAN-IN) 디바이스 (도 8 에는 도시되지 않음) 를 더 포함할 수도 있다. 광 커넥터들이 팬-인 디바이스의 출력단 및 멀티-코어 광 송신 채널 (13) 의 입력단을 접속하는데 사용될 수도 있다.

선행 실시형태들 중 임의의 것에 따라 생성된 광 신호들은 광 수신기 (15) 에 의해 프로세싱되는 광 송신 채널 (13) 의 다른 단부에 도달할 때까지 섬유를 따라 전파할 수도 있다.

도 9 는 일부 실시형태들에 따른 광 수신기 (15) 의 블록 다이어그램이다. 광 수신기 (15) 는 송신 채널 (13) 을 통해 광 송신기 (11) 에 의해 송신된 광 신호를 수신하고 원래의 입력 데이터 시퀀스의 추정치를 생성하도록 구성된다. 따라서, 광 수신기 (15) 는 다음을 포함할 수도 있다:

- 예를 들어 하나 이상의 포토다이오드들을 사용하여, 광 신호들을 검출하고 이들을 디지털 신호로 변환하도록 구성된 광-디지털 프론트-엔드 (91). 광-디지털 프론트-엔드 (91) 는 팬-아웃 (FAN-OUT) 디바이스 (도 9 에는 도시되지 않음) 를 포함할 수도 있다;

- 사이클릭 프리픽스를 제거하고 공간-시간 디코더 (93) 로 전달될 판정 변수들의 세트를 생성하도록 구성된 복수의 멀티-캐리어 복조기들 (92);

- 공간-시간 디코딩 알고리즘을 적용함으로써 판정 변수들의 세트로부터 변조된 데이터 시퀀스의 추정을 생성하도록 구성된 공간-시간 디코더 (93);

- 공간-시간 디코더 (93) 에 의해 추정된 변조된 데이터 시퀀스의 복조를 수행함으로써 이진 시퀀스를 생성하도록 구성된 복조기 (94);

- 비트들의 원래 순서를 복원하기 위해 복조기 (94) 에 의해 전달된 이진 시퀀스에서 비트들 (일반적으로 심볼들) 의 순서를 재배열하도록 구성된 디-인터리버 (95); 및

- 디-인터리버 (95) 에 의해 전달된 재순서화된 이진 시퀀스에 소프트 또는 하드-판정 FEC 디코더를 적용함으로써 광 송신기 디바이스 (11) 에 의해 프로세싱된 입력 데이터 시퀀스의 추정치를 전달하도록 구성된 FEC 디코더 (96)(또한 '에러 정정 코드 디코더 (96)' 로서 지칭됨). 예시적인 소프트-판정 FEC 디코더들은 비터비 (Viterbi) 알고리즘을 포함한다.

공간-시간 디코더 (93) 는 최대 가능도 디코더, 제로-포싱 디코더, 제로-포싱 판정 피드백 이퀄라이저, 및 최소 평균 제곱 에러 디코더로 이루어진 그룹에서 선정된 공간-시간 디코딩 알고리즘을 구현할 수도 있다.

예시적인 최대 가능도 디코더는 구형 디코더, 슈노르-에우치너 (Schnorr-Euchner) 디코더, 스택 디코더, 구형-바운드-스택 디코더를 포함한다.

단일-캐리어 변조들을 사용하는 실시형태들에서, 복수의 멀티-캐리어 변조기들 (92) 은 단일 변조기로 대체될 수도 있다. 유사하게, 멀티-캐리어 복조기들 (92) 은 단일 복조기로 대체될 수도 있다.

FEC 인코더 (81) 가 2 이상의 순방향 에러 정정 코드들의 연결을 구현하는 일부 실시형태들에서, 대응하는 구조가 FEC 디코더 (96) 에 의해 구현될 수도 있다. 예를 들어, 내부 코드 및 외부 코드의 직렬 연결에 기초한 실시형태들에서, FEC 디코더 (96) 는 내부 코드 디코더, 디-인터리버, 및 외부 코드 디코더 (도 9 에는 나타내지 않음) 를 포함할 수도 있다. 병렬 아키텍처에서 2 개의 코드들을 수반하는 실시형태들에서, FEC 디코더 (96) 는 디-멀티플렉서, 디-인터리버, 및 조인트 디코더 (도 9 에는 나타내지 않음) 를 포함할 수도 있다.

발명의 소정의 실시형태들의 다음의 기재는 예시의 목적으로만, 단일 편광, 단일 파장, 단일 캐리어-변조, 공간-시간 코딩이 없는 단일 에러 정정 코드, 및 단일-모드 멀티-코어 섬유를 사용하는 광 통신 시스템 (100) 을 참조하여 이루어진다. 그러나, 당업자는 발명의 다양한 실시형태들이 2 개의 편광들을 사용하는 편광 멀티플렉싱과 조합으로 및/또는 복수의 파장들을 사용하는 파장 멀티플렉싱과 조합으로, 및/또는 멀티-모드 섬유 코어들을 사용하는 모드 멀티플렉싱과 조합으로, 및/또는 멀티-캐리어 변조 포맷들과 조합으로, 및/또는 공간-시간 코딩과 조합으로 멀티-코어 섬유들에 또한 적용될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.

발명의 일부 실시형태들의 이해를 용이하게 하기 위해, 이하 사용된 표기법들 및/또는 정의들은 다음과 같다:

- L 는 광 섬유 송신 채널 (13) 에서 멀티-코어 섬유의 총 길이를 지정한다;

- K 는 멀티-코어 섬유에 연결된 섬유 섹션들의 수를 지정한다 (또한 '섬유 슬라이스들' 또는 '섬유 스팬들' 로서 지칭됨);

- d 는 상관 길이를 지정한다;

- R_b 는 벤딩 반경을 지정한다;

- N_c ≥ 2 는 멀티-코어 섬유의 총 코어 수를 지정하며, 코어들은 코어가 n 이 1 과 N_c 사이의 값을 취하는 core-n 으로서 지정되도록 넘버링된다 (즉, 각각의 코어는 1 과 N_c 사이에서 달라지는 코어 수와 연관된다);

- R_n 은 core-n 의 반경을 지정한다;

- 각각의 코어 (core-n)(n=1,…,N_c) 는 {T_n;λ_n} 로 표시된 코어 파라미터들과 연관되고, T_n 는 core-n 의 코어 타입을 지정하며 λ_n 는 core-n 와 연관된 코어 손실 값을 지정한다;

- XT_n,m는 core-n 과 core-m (n≠m) 사이의 크로스토크 (또한 '코어간 크로스-토크' 로서 지칭됨) 를 정량화하는 크로스토크 계수 (또한 '코어간 크로스토크 계수로서 지칭됨) 를 지칭한다;

- k_n,m 은 core-n 과 core-m (n≠m) 사이의 커플링 (또한 '코어간 커플링' 으로서 지칭됨) 를 정량화하는 커플링 계수 (또한 '코어간 커플링 계수로서 지칭됨) 를 지칭한다;

- △β_nm는 core-n 과 core-m (n≠m) 사이의 전파 상수 차이를 나타낸다;

발명의 다양한 실시형태들은 오정렬 손실 값들 및 섬유 파라미터들 및 미리정의된 섬유 구성과 연관된 멀티-코어 섬유로 이루어진 주어진 멀티-코어 섬유 송신에 대한 코어 의존 손실 값의 결정 및 채널 모델링에 대해 효율적인 채널 모델링 및 계산 디바이스들을 제공한다. 발명에 따른 채널 모델링 및 CDL 결정 기법들은 멀티-코어 섬유를 선정하고 및/또는 섬유 스팬들/슬라이스들의 수를 결정하고 및/또는 변조 스킴, 에러 정정 코딩 스킴, 또는 공간-시간 코딩 스킴과 같은 송신 파라미터들의 구성을 결정하기 위해 섬유의 설계 또는 제조 동안 유리하게 사용될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 광 송신 시스템 (100) 은 오정렬 손실 값들 및 미리정의된 섬유 구성에 따라서 섬유 파라미터들에 의존하여 코어 의존 손실 값을 결정하도록 구성된 시스템 관리 디바이스 (17) 를 포함할 수도 있다.

일부 실시형태들에 따라, 섬유 파리미터들은 섬유 길이 L, 적어도 2 인 코어들의 수 N_c≥ 2, 크로스토크 계수들 XT_n,m (n,m∈{1,…,N_c}), 및 커플링 계수들 k_n,m (n,m∈{1,…,N_c }) 을 포함하고, 각각의 크로스토크 계수 XT_n,m 는 멀티-코어 섬유에서 core-n 과 core-m (n≠m) 사이의 크로스토크를 나타내고, 각각의 커플링 계수 k_n,m 는 멀티-코어 섬유에서 core-n 과 core-m (n≠m) 의 커플링을 나타낸다.

섬유 파리미터들은 벤딩 반경, 섬유 슬라이스들의 수 K, 클래딩 직경, 멀티-코어 섬유의 각 코어의 반경, 및 멀티-코어 섬유의 각 코어의 타입을 더 포함할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 오정렬 손실들은 섬유 스팬들 및 커넥터들 (예를 들어, 광 섬유 송신 채널의 입력/출력단들과 팬-인/팬-아웃 디바이스들 사이의 커넥터들) 에서 결함들로 인해 발생할 수도 있다. 오정렬 손실들은 종방향 오정렬, 횡방향 오정렬, 및 각도 오정렬을 포함하는 그룹에서 선정된 오정렬을 포함할 수도 있다.

일부 실시형태들에 따라, 오정렬 손실은 랜덤 가우시안 변수들로서 모델링될 수도 있다. 보다 구체적으로, core-n 과 연관된 오정렬 손실은 다음에 따라 표현된 σ_(x,y),n 에 의해 표시된 표준 편차 및 제로-평균의 랜덤 가우시안 변수로서 모델링될 수도 있다:

(1)

식 (1) 에서, r_d는 'x'및 'y' 방향들에서 멀티-코어 섬유의 횡방향 변위를 지정한다.

광 섬유 송신 채널 (13) 이 코어간 크로스토크 효과 및 오정렬 효과를 경험하는 실시형태들에서, 광 송신 채널 (13) 은 다음과 같은 관계에 의해 설명되는 광 다중-입력 다중-출력 (MIMO) 시스템에 의해 표현될 수도 있다:

(2)

식 (2) 에서,

- X 는 n 번째 심볼이 core-n (n=1,…,N_c) 를 통해 송신되도록 광 송신 채널 (13) 을 통해 송신된 N_c 심볼들을 포함하는 길이 N_c 의 복소수 값 벡터를 지정하고;

- Y 는 광 수신기 (15) 에서 수신된 신호를 지정하는 길이 N_c 의 복소수 값 벡터이고;

- H 는 오정렬 손실들에 부가하여 멀티-코어 섬유에서 상이한 코어들을 통한 광 신호 전파 동안 코어들에 의해 경험된 손실들 및 견뎌낸 감쇠들을 나타내고 광 채널 행렬을 지정하는 치수들 N_c x N_c의 복소수 값 행렬이며, 그리고

- N 은 광 채널 노이즈를 지정하는 길이 N_c 의 실수 값 벡터이다.

일부 실시형태들에 따라, 광 채널 노이즈는 분산 N₀ 및 제로-평균의 화이트 가우시안 노이즈일 수도 있다.

코어간 크로스토크 효과는 다음에 따라 표현된 H_XT 로 표시된 크로스토크 채널 행렬로 나타낼 수도 있다:

(3)

식 (3) 에서 크로스토크 채널 행렬의 대각선 엔트리들은

로 주어진다. 크로스토크는 코어들 사이의 교환 에너지를 나타내며, 당업자에게 알려진, 커플링된-전력 이론에 기초하여 추정될 수 있다.

멀티-코어 섬유가 동종인 일부 실시형태들에 따라, core-n 과 core-m (n≠m) 사이의 크로스토크를 정량화하는 크로스토크 계수들 XT_n,m 은 다음에 따라 표현된다:

(4)

식 (4) 에서, Λ 는 코어-대-코어 거리를 지정하고 β²는 전파 상수를 지정한다.

멀티-코어 섬유가 이종인 일부 실시형태들에 따라, 각각의 ore-n 과 core-m (n≠m) 사이의 크로스토크를 정량화하는 크로스토크 계수들 XT_n,m 은 다음에 따라 표현된다:

(5)

일부 실시형태들에 따라, 시스템 관리 디바이스 (17) 는 섬유 파라미터들 및 오정렬 손실 값들에 의존하여 n=1,…,N_c 에 대한 각각의 코어 (coren-n) 와 연관된 코어 손실 값 λ_n 을 결정하도록 구성될 수도 있다.

일부 실시형태들에 따라, 시스템 관리 디바이스 (17) 는 광 섬유 송신 채널 (13) 를 나타내는 광 채널 행렬 H 에 특이 값 분해 (singular value decomposition) 를 적용함으로써 n=1,…,N_c 에 대한 각각의 코어 (core-n) 와 연관된 코어 손실 값 λ_n 을 결정하도록 구성될 수도 있다. 특히, 시스템 관리 디바이스 (17) 는 다음에 따라 광 채널 행렬의 QR 분해를 수행하도록 구성될 수도 있다:

(6)

식 (6) 에서, Q 는 직교 행렬이고 R 은 N_c×N_c 상부 삼각 행렬이다. 상부 삼각 행렬의 대각선 엔트리들의 값들 R 은 다음에 의해 주어진다:

(7)

식 (7) 에서, α_i 는 코어 (core-i) 와 연관된 총 오정렬 손실을 지정하고

는 광 송신 채널 (13) 의 단부에서 코어 (core-i) 와 연관된 총 크로스토크를 정량화하는 총 크로스토크 계수를 지정하며, 코어 (core-i) 와 연관된 총 크로스토크 계수는 멀티-코어 섬유에서 상기 코어 (core-i) 와 나머지 코어들 사이의 크로스토크를 정량화하는 크로스토크 계수들에 의존한다.

광 채널 행렬의 QR 분해를 사용하여, 광 채널 행렬의 특이 값 분해는 다음에 따라 표현될 수 있다:

(8)

식 (8) 에서, 행렬 Σ 은 다음에 의해 주어진 N_c×N_c대각선 행렬이다:

(9)

멀티-코어 섬유는 K 섬유 스팬들의 연결로 이루어지고, 각각의 스팬은 크로스토크 채널 행렬과 오정렬 채널 행렬의 승산과 동일하다. 따라서, 식 (1) 의 광 MIMO 시스템은 다음에 따라 동등하게 표현될 수 있다:

(10)

식 (10) 에서,

- L 은 광 섬유 링크 손실을 보상하는데 사용된 정규화 팩터를 지정하고;

- H_XT,k 는 k 번째 섬유 스팬과 연관된 크로스토크 채널 행렬을 지정하며,

- M_k 는 k 번째 섬유 스팬과 연관된 오정렬 채널 행렬을 지정한다.

섬유 스팬들로의 섬유 분해를 사용하여, 오정렬 손실 계수들 α_i은 다음에 의해 주어질 수도 있다:

(11)

식 (11) 에서, i=1,…,N_c 에 대한

및

는 자유도가 1 이고 평균 값이

와 동일하고, 분산은

와 동일한 카이-제곱 분포 랜덤 변수들을 지정한다.

섬유 스팬들의 수 K 가 높은 실시형태들을 고려하여, 발명자들은 각각의 변수

가 분산

및 평균

을 갖는 정규 분포된 변수로서 모델링될 수 있음을 보였다. 따라서, 오정렬 손실 계수들 α_i은 다음에 의해 각각 주어진 분산 값

및 평균 값

으로 로그정규 랜덤 변수에 의해 모델링될 수 있다:

(12)

(13)

광 채널 행렬의 특이 값 분해의 도출에 따라, 식 (1) 의 광 MIMO 시스템은 다음에 따라 표현될 수 있다:

(14)

식 (14) 에 따라, 시스템 관리 디바이스 (17) 는 i=1,…,N_c에 대한, 각각의 코어 (core-n) 과 연관된 코어 손실 값 λ_n 을 결정하도록 구성될 수도 있어서, 코어 손실 값 λ_n 은 평균

및 분산

을 갖는 로그정규로 분포된 변수이고, 각각의 코어 손실 값의 평균 및 분산은 오정렬 손실 계수들 α_i 의 로그정규 분포의 평균 및 분산에서 상승하는 오정렬 손실들 및 상기 각각의 코어와 연관된 총 크로스토크 계수 XT_n 를 수반하는 섬유 파라미터들에 의존한다. 보다 구체적으로, 멀티-코어 섬유의 각각의 코어 (core-n) 와 연관된 각각의 코어 손실 값 λ_n 의 평균 값

은 제 1 값과 제 2 값 사이의 곱이며, 제 1 값

은 코어 (core-n) 와 연관된 총 오정렬 손실을 나타내는 로그정규 랜덤 변수 α_n 의 평균에 대응하고, 제 2 값

은 상기 코어 (core-n) 와 연관된 총 크로스토크 계수의 제곱에 대응한다. 멀티-코어 섬유의 각각의 코어 (core-n) 와 연관된 각각의 코어 손실 값의 분산 값

은 코어 (core-n) 와 연관된 총 크로스토크 계수 XT_n 와 코어 (core-n) 와 연관된 총 오정렬 손실을 나타내는 로그정규 랜덤 변수 α_n 의 분산

에 대응하는 제 3 값 사이의 곱이다.

멀티-코어 섬유가 이종인 일부 실시형태들에서, 시스템 관리 디바이스 (17) 는 λ_max 로 표시된 제 1 코어 손실 값과 λ_min 로 표시된 제 2 코어 손실 값 사이의 비율로서 CDL_heter 로 표시된 코어 의존 손실 값을 결정하도록 구성될 수도 있으며, 제 1 값은 멀티-코어 섬유의 코어들의 각각과 연관된 코어 손실 값들 중에서 최고 코어 손실 값으로 주어지고, 제 2 값은 멀티-코어 섬유의 코어들의 각각과 연관된 코어 손실 값들 중에서 최저 코어 손실 값으로 주어진다. 코어 의존 손실 CDL_heter 은 다음에 따라 로그 스케일로 표현될 수 있다:

(15)

멀티-코어 섬유의 코어들의 각각과 연관하여 결정된 코어 손실 값들 λ_n 이 주어지면, 시스템 관리 디바이스 (17) 는 다음에 의해 각각 주어진 분산

및

로 표시된 평균의 가우시안 분포에 따라 로그 스케일로 코어 의존 손실 값을 결정하도록 구성될 수도 있다:

(16)

(17)

식 (16) 및 (17) 에서, imax 및 imin 는 제 1 코어 손실 값 λ_max 및 제 2 코어 손실 값 λ_min 과 각각 연관된 코어들 (core-imax 및 core-imin) 의 넘버링 인덱스들을 각각 지정한다.

멀티-코어 섬유가 동종인 다른 실시형태들에 따라, 시스템 관리 디바이스 (17) 는 식 (15) 에 의해 주어진 이론적 추정을 사용하기 보다 오히려 신뢰 구간 (confidence interval) 을 설정하는 것에 기초하여 CDL_hom 로 표시된 코어 의존 손실 값의 추정을 수행하도록 구성될 수도 있다. 실제로, 동종 멀티-코어 섬유들의 코어 손실 값들 λ_n 은 다음에 따라 각각 주어진 분산

및 평균

으로 로그정규 분포되는 광 섬유 링크의 단부에서 총 오정렬 손실을 지정하는

와 평균

및 분산

를 갖는 동일한 로그정규 분포를 갖는다.

(18)

(19)

식 (18) 및 (19) 에서, Z 는 평균

및 분산

을 갖는 정규 분포를 갖는 변수이다.

신뢰 구간은 랜덤 파라미터의 양호한 추정치들로서 작용하는 값들의 범위로 구성된다. 원하는/타겟 신뢰 레벨은 미리정의된다. 가장 일반적으로 사용된 신뢰 레벨은 68 %, 90 %, 95 % 및 99 % 이다. 가우시안 분포들에 대한 신뢰 구간들 C 의 임계 값 γ 은 다음에 따라 누적 분포 함수 Φ 의 역을 사용하여 획득될 수 있다:

(20)

식 (20) 에서, θ 는

와 동일하다.

동종 멀티-코어 섬유들에 대해, 코어 의존 손실 값은 미리정의된 신뢰 레벨에 대응하는 로그정규 분포의 신뢰 구간의 상한과 하한 사이의 비율로서 결정될 수도 있다. 시스템 관리 디바이스 (17) 는 가우시안 분포 Z 에 대한 상한 및 하한을 제 1 단계에서 결정하도록 구성될 수도 있다. 제 2 단계에서, 시스템 관리 디바이스 (17) 는 지수 함수를 사용하여 결정된 상한 및 하한을 변환하도록 구성될 수도 있다.

신뢰 레벨이 90 % 로 설정되는 일부 실시형태들에서, I_max 및 I_min 로 각각 표시된 신뢰 구간의 상한 및 하한은 다음에 따라 발명자들에 의해 결정된다:

(21)

(22)

따라서 지수 도메인에서의 코어 의존 손실 값은 다음과 같이 결정된다:

(23)

시스템 관리 디바이스 (17) 는 또한 CDL_target로 표시된 타겟 코어 의존 손실 값을 결정하고 상기 타겟 코어 의존 손실 값에 대한 코어 의존 손실 값에 의존하여 멀티-코어 섬유의 섬유 파라미터들 중 적어도 하나를 선택하도록 구성될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 시스템 관리 디바이스 (17) 는 특정된 하나 이상의 타겟 성능 메트릭들에 의존하여 타겟 코어 의존 손실 값 CDL_target을 결정하도록 구성된다. 타겟 성능 메트릭은 타겟 신호-대-노이즈 비 및 타겟 비트/심볼 에러 레이트를 포함하는 그룹에서 선정될 수도 있다.

일부 실시형태들에 따라, 시스템 관리 디바이스 (17) 는 타겟 코어 의존 손실 값에 대한 코어 의존 손실 값에 의존하여 송신기 디바이스 (11) 에서 구현된 에러 정정 코드, 변조 스킴, 및 공간-시간 코드 중 하나 이상을 선택하도록 구성된다.

일부 실시형태들에 따라, 시스템 관리 디바이스 (17) 는 타겟 코어 의존 손실 값에 대한 코어 의존 손실 값에 의존하여 광 수신기 (15) 에서 구현된 공간-시간 디코딩 알고리즘 및 에러 정정 코드 디코딩 알고리즘 중 하나 이상을 선택하도록 구성된다.

일부 실시형태들에서, 시스템 관리 디바이스 (17) 는 광 송신 채널 (13) 의 설계 페이즈 동안 코어 의존 손실 값을 오프라인으로 결정하도록 구성되어, 시스템/애플리케이션/송신 요건들 및 타겟 사양들에 대한 광 송신 채널 (13) 의 설계 및 섬유 파라미터들의 적응을 가능하게 한다.

다른 실시형태들에서, 시스템 관리 디바이스 (17) 는 예를 들어 하나 이상의 타겟 성능 메트릭들에 따라 광 송신기 (11) 의 구성들 및/또는 섬유 파라미터들을 적응적으로 조정하고 (예를 들어, 변조 스킴 및/또는 에러 정정 코드 및/또는 공간-시간 코드의 적응적 선택) 및/또는 광 수신기 (13) 의 구성을 적응적으로 조정하기 (예를 들어, 공간-시간 디코딩 알고리즘 및/또는 에러 정정 코드 디코더의 적응적 선택) 위해 시스템 관리 디바이스 (17) 에 의해 전달된 코어 의존 손실 산출 요청에 응답하여 광 송신 채널 (13) 의 설계 후 코어 의존 손실 값을 결정하도록 구성된다.

또한 멀티-코어 섬유로 이루어진 광 섬유 송신 채널 (13) 을 통해 데이터가 송신되고, 상기 데이터를 반송하는 광 신호들은 N_c ≥ 2 (2 이상) 코어들에 따라서 멀티-코어 섬유를 따라 전파하는, 광 섬유 통신 시스템 (100) 에 대한 코어 의존 손실 값을 결정하기 위한 방법이 제공되며, 멀티-코어 섬유는 섬유 파라미터들 및 오정렬 손실 값들과 연관된다. 방법은 섬유 파라미터들 및 오정렬 손실 값들에 의존하여 코어 의존 손실 값을 결정하는 것을 포함한다.

도 10 은 공간-시간 코딩의 적용없이 단일 캐리어의 코딩되지 않은 변조, 단일 파장, 단일 편광이 사용되고 멀티-코어 섬유가 단일-모드 코어에 사용되는 발명의 일부 실시형태들에 따른 멀티-코어 섬유 광 송신 시스템 (100) 에서 코어 의존 손실 값을 결정하기 위한 방법을 도시하는 플로우챠트이다.

단계 (1001) 에서, 멀티-코어 섬유의 섬유 파라미터들 및 오정렬 손실 값들이 수신될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 섬유 파리미터들은 코어들의 수 N_c ≥ 2, 섬유의 길이 L, 크로스토크 계수들 XT_n,m (n,m∈{1,…,N_c }), 및 커플링 계수들 k_n,m (n,m∈{1,…,N_c }) 을 포함하고, 각각의 크로스토크 계수 XT_n,m 는 멀티-코어 섬유에서 core-n 와 core-m (n≠m) 사이의 크로스토크를 나타내며, 각각의 커플링 계수k_n,m 는 멀티-코어 섬유에서 core-n 와 core-m (n≠m) 를 커플링하는 것을 나타낸다.

일부 실시형태에서, 섬유 파리미터들은 벤딩 반경 R_b, 클래딩 직경, 섬유 슬라이스들의 수 K, 멀티-코어 섬유의 각 코어 반경, 및 멀티-코어 섬유의 각 코어 (core-n)(n=1,…,N_c) 의 타입 T_n 을 더 포함할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 오정렬 손실들은 종방향 오정렬, 횡방향 오정렬 및 각도 오정렬을 포함한다.

일부 실시형태들에서, 오정렬 손실 값들은 식 (1) 에 따라 미리 결정될 수도 있다.

단계 (1003) 에서, n=1,…,N_c 에 대한 각각의 코어 (core-n) 와 연관된 코어 손실 값 λ_n 이 결정될 수도 있다. 특히, 멀티-코어 섬유의 코어들과 연관된 코어 손실 값들은 식 (14) 에 따라 적어도 하나의 오정렬 손실 값 (또한 '오정렬 손실 계수' 로서 지칭됨) 및 적어도 하나의 크로스토크 계수에 의존하여 결정될 수도 있다.

멀티-코어 섬유가 이종인 일부 실시형태들에 따라, 코어 의존 손실 값 CDL 은 λ_max 로 표시된 제 1 코어 손실 값과 λ_min 로 표시된 제 2 코어 손실 값 사이의 비율로서 단계 (1005) 에서 결정될 수도 있고, 제 1 값은 멀티-코어 섬유의 코어들의 각각과 연관된 코어 손실 값들 중에서 최고 코어 손실 값으로 주어지고, 제 2 값은 멀티-코어 섬유의 코어들의 각각과 연관된 코어 손실 값들 중에서 최저 코어 손실 값으로 주어진다. 코어 의존 손실 CDL 은 식 (15) 에 따라 로그 스케일로 표현될 수 있다.

멀티-코어 섬유가 동종인 다른 실시형태들에 따라, 코어 의존 손실 값은 단계 (1005) 에서 신뢰 구간의 상한 및 하한을 사용함으로써 식 (23) 에 따라 결정될 수도 있다.

일부 실시형태들에 따라, 결정된 코어 의존 손실 값은 예를 들어, 타겟 코어 의존 손실 값에 대한 코어 의존 손실 값에 의존하여 섬유 파라미터들 중 적어도 하나의 선택 및/또는 적응을 위해 고려될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 타겟 코어 의존 손실은 예를 들어, 타겟 신호 대 노이즈 비 및 타겟 비트/심볼 에러 레이트를 포함하는 그룹에서 선정된 하나 이상의 타겟 성능 메트릭들에 의존하여 미리 결정될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 광 섬유 송신 채널 (13) 의 주어진 구성 (즉, 주어진 섬유 파라미터들) 에 대한 코어 의존 손실 값을 결정하는 방법은, 광 섬유 송신 채널 (13) 의 설계 전에 오프라인으로 수행되어, 시스템/애플리케이션/송신 요건들 및 타겟 사양들에 대한 광 송신 채널 (13) 의 설계 및 섬유 파라미터들의 적응을 가능하게 한다.

다른 실시형태들에서, 광 섬유 송신 채널 (13) 의 주어진 구성에 대한 코어 의존 손실 값을 결정하는 방법은, 섬유 파라미터들 중 하나 이상의 적응적 선택 및/또는 멀티-코어 섬유의 적응적 제조 및/또는 다음을 포함하는 송신 구성 파라미터들 중 하나 이상의 적응적 선택을 수행하기 위해 광 섬유 송신 채널 (14) 의 설계 후에 수행된다:

- 광 송신 채널 (13) 을 통해 송신된 데이터를 인코딩하는데 사용된 에러 정정 코드;

- 상기 인코딩된 데이터를 변조된 심볼들의 세트로 변조하는데 사용된 변조 스킴;

- 상기 변조된 심볼들로부터 공간-시간 코드워드를 결정하는데 사용된 공간-시간 코드;

- 상기 공간-시간 코드워드의 추정치를 결정하는데 사용된 공간-시간 디코딩 알고리즘, 및

- 광 송신 채널 (13) 을 통해 송신된 데이터의 추정치를 결정하는데 사용된 에러 정정 코드 디코더.

도 11은 7-코어 및 19-코어 동종 멀티-코어 섬유들에 대해 식 (23) 에 따라 정확하고 제안된 이론적 모델을 적용하는 것에 의해 획득된 데시벨 단위의 코어 의존 손실의 함수로서 확률 밀도 함수를 평가하는 다이어그램들을 예시한다. 도시된 결과들은 제안된 이론적 모델이 7-코어 및 19-코어 동종 멀티-코어 섬유들에 대해 각각 CDL_hom=2.8dB 및 CDL_hom=3.9dB 로 정확한 모델을 피팅하는 것을 보여준다.

다양한 실시형태들은 단일 편광, 단일 파장 및 단일-캐리어 변조가 사용되는 단일-코어 멀티-모드 섬유들의 경우로 상세되었지만, 발명은 또한 멀티-캐리어 변조 포맷들을 사용하여, 및/또는 여러 파장들을 사용하여 파장 멀티플렉싱의 사용과 조합으로 및/또는 2 개의 편광들을 사용하여 편광 멀티플렉싱과 조합으로 멀티-코어 멀티-모드 섬유들에 적용될 수도 있다.

또한, 발명은 통신 애플리케이션들에 제한되지 않고 데이터 저장 및 의료 이미징과 같은 다른 애플리케이션들에 통합될 수도 있다. 발명은 여러 광 송신 시스템들, 예를 들어, 자동차 산업 애플리케이션들, 석유 또는 가스 마켓들, 항공우주 및 항공 전자기기 분야들, 감지 애플리케이션들 등에 사용될 수도 있다.

발명의 실시형태들은 다양한 예들의 설명으로 예시되었고, 이러한 실시형태들은 상당한 상세들로 설명되었지만, 출원인의 의도는 이러한 상세들로 첨부된 청구항들의 범위를 한정하거나 임의의 방식으로 제한하는 것은 아니다. 부가 이점들 및 수정들이 당업자에게 쉽게 나타날 것이다. 따라서 더 넓은 양태들에서 발명은 나타내고 설명된 특정 상세들, 대표적인 방법들 및 예시적인 예들로 제한되지 않는다.

Claims

멀티-코어 섬유로 이루어진 광 섬유 송신 채널 (13) 을 통해 데이터를 송신하도록 구성된 광 송신기 (11) 를 포함하는 광 송신 시스템 (100) 으로서,
상기 데이터를 반송하는 광 신호들은 2 이상의 코어들에 따라서 상기 멀티-코어 섬유를 따라 전파하고, 상기 멀티-코어 섬유는 섬유 파라미터들 및 오정렬 손실 값들과 연관되고,
상기 광 송신 시스템 (100) 은 상기 섬유 파라미터들 및 적어도 하나의 오정렬 손실 값에 의존하여 코어 의존 손실 값을 결정하도록 구성된 시스템 관리 디바이스 (17) 를 포함하는, 광 송신 시스템 (100).
제 1 항에 있어서,
상기 섬유 파라미터들은 섬유 길이, 적어도 2 개인 코어들의 수, 크로스토크 계수들, 및 커플링 계수들을 포함하고, 각각의 크로스토크 계수는 상기 멀티-코어 섬유에서 2 개의 코어들 사이의 크로스토크를 나타내고, 각각의 커플링 계수는 상기 멀티-코어 섬유에서 2 개의 코어들 사이의 커플링을 나타내는, 광 송신 시스템 (100).
제 1 항에 있어서,
상기 오정렬 손실 값들은 종방향 오정렬, 횡방향 정렬 및 각도 정렬을 포함하는 그룹에서 선정된 멀티-코어 섬유의 오정렬을 나타내는, 광 송신 시스템 (100).
제 1 항에 있어서,
상기 시스템 관리 디바이스 (17) 는 상기 섬유 파라미터들 및 적어도 하나의 오정렬 손실 값에 의존하여 상기 멀티-코어 섬유의 각각의 코어와 연관된 코어 손실 값을 결정하도록 구성되는, 광 송신 시스템 (100).
제 4 항에 있어서,
상기 시스템 관리 디바이스 (17) 는 평균 값 및 분산 값에 의해 정의된 로그정규 분포의 랜덤 변수로서 각각의 코어 손실 값을 결정하도록 구성되고, 상기 평균 값 및 분산 값은 상기 섬유 파라미터들 및 적어도 하나의 오정렬 손실 값에 의존하는, 광 송신 시스템 (100).
제 5 항에 있어서,
상기 멀티-코어 섬유의 각각의 코어와 연관된 각각의 코어 손실 값의 상기 평균 값은 제 1 값과 제 2 값 사이의 곱이고, 상기 제 1 값은 상기 각각의 코어와 연관된 총 오정렬 손실을 나타내는 로그정규 랜덤 변수의 평균에 대응하고, 상기 제 2 값은 상기 각각의 코어와 연관된 총 크로스토크 계수에 대응하고, 주어진 코어와 연관된 상기 총 크로스토크 계수는 상기 주어진 코어와, 상기 주어진 코어와 상이한 상기 멀티-코어 섬유의 코어들 사이의 크로스토크를 나타내는 크로스토크 계수로부터 결정되고, 상기 멀티-코어 섬유의 각각의 코어와 연관된 각각의 코어 손실 값의 상기 분산 값은 상기 각각의 코어와 연관된 상기 총 크로스토크 계수의 제곱과 상기 각각의 코어와 연관된 상기 총 오정렬 손실을 나타내는 상기 로그정규 랜덤 변수의 분산에 대응하는 제 3 값 사이의 곱인, 광 송신 시스템 (100).
제 1 항에 있어서,
상기 시스템 관리 디바이스 (17) 는 타겟 코어 의존 손실 값을 결정하고 상기 타겟 코어 의존 손실 값에 대한 상기 코어 의존 손실 값에 의존하여 상기 멀티-코어 섬유의 상기 섬유 파라미터들 중 적어도 하나를 선택하도록 구성되는, 광 송신 시스템 (100).
제 7 항에 있어서,
상기 시스템 관리 디바이스 (17) 는 특정된 하나 이상의 타겟 성능 메트릭들에 의존하여 상기 타겟 코어 의존 손실 값을 결정하도록 구성되는, 광 송신 시스템 (100).
제 8 항에 있어서,
타겟 성능 메트릭은 타겟 신호-대-노이즈 비 및 타겟 비트 또는 심볼 에러 레이트를 포함하는 그룹에서 선정되는, 광 송신 시스템 (100).
제 1 항에 있어서,
상기 광 송신기 (11) 는,
- 적어도 하나의 에러 정정 코드를 적용하는 것에 의해 상기 데이터를 코드워드 벡터로 인코딩하도록 구성된 에러 정정 코드 인코더 (81);
- 상기 코드워드 벡터에 변조 스킴을 적용하는 것에 의해 변조된 심볼들의 세트를 결정하도록 구성된 변조기 (85), 및
- 상기 변조된 심볼들의 세트에 공간-시간 코드를 적용하는 것에 의해 코드워드 행렬을 결정하도록 구성된 공간-시간 인코더 (87) 를 포함하는, 광 송신 시스템 (100).
제 10 항에 있어서,
상기 시스템 관리 디바이스 (17) 는 타겟 코어 의존 손실 값에 대한 코어 의존 손실 값에 의존하여 에러 정정 코드, 변조 스킴, 및 공간-시간 코드 중 하나 이상을 선택하도록 구성되는, 광 송신 시스템 (100).
제 1 항에 있어서,
상기 광 송신 시스템 (100) 은 광 섬유 송신 채널 (13) 을 통해 상기 광 송신기 (11) 에 의해 송신된 데이터를 반송하는 광 신호들을 수신 및 디코딩하도록 구성된 광 수신기 (15) 를 더 포함하는, 광 송신 시스템 (100).
제 12 항에 있어서,
상기 광 수신기 (15) 는,
- 공간-시간 디코딩 알고리즘을 적용하는 것에 의해 변조된 심볼들을 결정하도록 구성된 공간-시간 디코더 (93),
- 상기 공간-시간 디코더 (93) 에 의해 결정된 변조된 심볼들의 복조를 수행하는 것에 의해 심볼들의 시퀀스를 결정하도록 구성된 복조기 (94), 및
- 에러 정정 코드 디코딩 알고리즘을 적용하는 것에 의해 송신된 데이터의 추정치를 결정하도록 구성된 에러 정정 코드 디코더 (96) 를 포함하는, 광 송신 시스템 (100).
제 13 항에 있어서,
상기 시스템 관리 디바이스 (17) 는 타겟 코어 의존 손실 값에 대한 코어 의존 손실 값에 의존하여 상기 공간-시간 디코딩 알고리즘 및 상기 에러 정정 코드 디코딩 알고리즘 중 하나 이상을 선택하도록 구성되는, 광 송신 시스템 (100).
멀티-코어 섬유로 이루어진 광 섬유 송신 채널 (13) 을 통해 데이터가 송신되는 광 섬유 통신 시스템 (100) 에 대한 코어 의존 손실 값을 결정하기 위한 방법으로서,
상기 데이터를 반송하는 광 신호들은 2 이상의 코어들에 따라서 상기 멀티-코어 섬유를 따라 전파하고, 상기 멀티-코어 섬유는 섬유 파라미터들 및 오정렬 손실 값들과 연관되고,
상기 방법은 상기 섬유 파라미터들 및 오정렬 손실 값들에 의존하여 코어 의존 손실 값을 결정하는 단계를 포함하는, 광 섬유 통신 시스템 (100) 에 대한 코어 의존 손실 값을 결정하기 위한 방법.