KR20210021944A

KR20210021944A - 멀티코어 광 섬유들에 대한 코어 스크램블링을 위한 광 송신 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20210021944A
Application number: KR1020207030872A
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: 2021-03-02
Also published as: JP7455760B2; CN112425096B; JP2021524175A; KR102667027B1; EP3562063A1; WO2019206631A1; CN112425096A; US20210376929A1; EP3562063B1; US11637631B2

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 상기 멀티-코어 섬유를 따라 전파하고, 각각의 코어는 하나 이상의 코어 파라미터들과 연관되며, 광 송신 시스템 (100) 은,
- 상기 2 이상의 코어들과 연관된 상기 코어 파라미터들 중 하나 이상에 의존하여 스크램블링 함수를 결정하도록 구성된 스크램블링 구성 디바이스 (17), 및
- 상기 2 이상의 코어들을 스크램블링하기 위해 상기 광 섬유 송신 채널에 배열된 적어도 하나의 스크램블링 디바이스 (133) 를 포함하고,
상기 적어도 하나의 스크램블링 디바이스 (133) 의 각각은 상기 스크램블링 함수를 상기 2 이상의 코어들에 적용함으로써 순열된 코어들을 결정하고 상기 순열된 코어들에 따라서 상기 광 신호들을 재분배하도록 구성된다.

Description

멀티코어 광 섬유들에 대한 코어 스크램블링을 위한 광 송신 시스템 및 방법

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

더 많은 네트워크 용량에 대한 요구는 인터넷의 발전과 인터넷 사용자 수의 증가로 생성된 성장 트래픽의 결과로서 지난 20 년에 걸쳐 현저하게 증가하고 있다. 광 섬유 송신은 글로벌 텔레통신 인프라구조에서 더 높은 송신 데이터 레이트에 대해 그러한 지속적인 요구를 충족시키기 위한 핵심적인 기술로서 나타난다.

광 섬유는 광 스펙트럼에서 전자기 파를 안내하는 광 도파로를 나타낸다. 광 섬유를 따라 파들의 전파는 그의 기하학적 구조, 그의 모드 구조, 굴절률의 분포 및 제조된 재료와 같은 섬유와 관련된 여러 파라미터들에 의존한다. 광 섬유는 통상적으로 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.

지난 20 년 동안, 어드밴스드 신호 프로세싱 기법들과 함께 파장 분할 멀티플렉싱 (wavelength division multiplexing; WDM), 코히런트 검출 및 편광 분할 멀티플렉싱 (coherent detection and polarization division multiplexing; PDM) 이 광 섬유 송신 시스템의 발전에 중요한 이정표를 나타내어, 그 용량 및 그 최대 도달을 나타내었다. 그럼에도 불구하고, 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.

공간 분할 멀티플렉싱 (Space Division Multiplexing; SDM) 을 통해 단일 모드 섬유의 비선형 용량 제한을 극복하기 위한 유망한 솔루션들은 광 섬유 송신의 용량을 증가시키는데 이용가능한 마지막 자유도로서 광 섬유의 공간을 이용한다. 따라서 공간은 독립적인 데이터 스트림들이 멀티플렉싱되고 동일한 섬유에서 반송되는 독립적인 공간 채널들의 세트의 생성을 위한 멀티플렉싱 치수로서 사용된다. SDM 을 사용하면, 용량이 독립적인 공간 채널들의 수로 승산될 수 있다. SDM 기법들은 송신 시스템의 비용을 감소시면서 광 섬유 송신 링크의 도달 및 송신 용량 양자 모두의 증가를 가능하게 한다.

공간 분할 멀티플렉싱은 멀티-모드 섬유 (multi-mode fiber; MMF) 들 또는 멀티-코어 섬유 (multi-core fiber; MCF) 들을 사용하여 구현될 수 있다.

멀티-모드 섬유는 상이한 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, 공간 모드 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 코어는 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 생성성하는 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 솔루션들은 멀티-코어 섬유들에서 크로스토크의 감소를 가능하게 하더라도, 크로스토크의 완전한 억제를 가능하게 하지 않으며 CDL 의 완전한 완화를 제공하지 않는다. 따라서, 멀티-코어 섬유-기반 SDM 시스템에서 CDL 의 완전한 완화를 가능하게 하는 효율적인 기법들에 대한 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 전파하고, 각각의 코어는 하나 이상의 코어 파라미터들과 연관된다. 광 송신 시스템은,

- 멀티-코어 섬유의 2 이상의 코어들과 연관된 코어 파라미터들 중 하나 이상에 의존하여 스크램블링 함수를 결정하도록 구성된 스크램블링 구성 디바이스, 및

- 2 이상의 코어들을 스크램블링하기 위해 광 섬유 송신 채널에 배열된 적어도 하나의 스크램블링 디바이스를 포함하고, 적어도 하나의 스크램블링 디바이스는 스크램블링 함수를 2 이상의 코어들에 적용함으로써 순열된 코어들을 결정하고 이 순열된 코어들에 따라서 광 신호들을 재분배하도록 구성된다.

일부 실시형태들에 따라, 각각의 코어와 연관된 코어 파라미터는 코어 타입 및 코어 손실 값을 포함하는 그룹에서 선정된다.

일부 실시형태들에 따라, 스크램블링 구성 디바이스는 크로스토크 계수들 및 오정렬 손실들에 의존하여 각각의 코어와 연관된 코어 손실 값을 결정하도록 구성될 수도 있고, 크로스토크 계수는 상기 각각의 코어와 상기 각각의 코어에 대한 이웃 코어 사이의 크로스토크를 나타내고, 오정렬 손실들은 멀티-코어 섬유의 오정렬들을 나타낸다.

일부 실시형태들에 따라, 스크램블링 구성 디바이스는 2 이상의 코어들과 연관된 코어 손실 값들의 주어진 순서에 따라서 상기 2 이상의 코어들을 순서화하도록 구성될 수도 있고, 스크램블링 구성 디바이스는 상기 2 이상의 코어들과 연관된 코어 손실 값들의 순서에 의존하여 스크램블링 함수를 결정하도록 구성된다.

일부 실시형태들에 따라, 스크램블링 구성 디바이스는 높은 코어 손실 값과 연관된 코어를 작은 코어 손실 값과 연관된 코어와 순열하기 위해 스크램블링 함수를 결정하도록 구성될 수도 있다.

일부 실시형태들에 따라, 멀티-코어 섬유에서 2 이상의 코어들의 수는 짝수 개이고, 스크램블링 구성 디바이스는 i 번째 최고 코어 손실 값과 연관된 코어의 i 번째 최저 코어 손실 값과 연관된 코어와의 순열에 따라서 2-바이-2 로 2 이상의 코어들을 순열하기 위해 스크램블링 함수를 결정하도록 구성되고, i 는 상기 멀티-코어 섬유에서 코어들의 수의 절반과 1 사이에 포함된다.

일부 실시형태들에 따라, 멀티-코어 섬유에서 2 이상의 코어들의 수는 홀수 개이고, 스크램블링 구성 디바이스는 i 번째 최고 코어 손실 값과 연관된 코어의 i 번째 최저 코어 손실 값과 연관된 코어와의 순열에 따라서 2-바이-2 로 2 이상의 코어들을 순열하기 위해 스크램블링 함수를 결정하도록 구성되고, i 는 멀티-코어 섬유에서 코어들의 수의 절반의 하한 부분과 1 사이에 포함된다.

멀티-코어 섬유가 동종 멀티-코어 섬유인 일부 실시형태들에 따라, 2 이상의 코어들은 동일한 코어 타입과 연관된다.

멀티-코어 섬유가 이종 멀티-코어 섬유인 다른 실시형태들에 따라, 2 이상의 코어들 중 적어도 2 개는 상이한 코어 타입들과 연관된다.

멀티-코어 섬유가 이종 멀티-코어 섬유인 일부 실시형태들에서, 스크램블링 구성 디바이스는 2 이상의 코어들과 연관된 코어 타입들에 의존하여 스크램블링 함수를 결정하도록 구성될 수도 있고, 스크램블링 함수는 적어도 제 1 코어의 제 2 코어와의 순열에 따른 2 이상의 코어들의 2-바이-2 순열에 대응하고, 제 1 코어 및 제 2 코어는 상이한 코어 타입들과 연관된다.

멀티-코어 섬유가 이종 멀티-코어 섬유인 일부 실시형태들에서, 스크램블링 구성 디바이스는 2 이상의 코어들과 연관된 코어 손실 값들 및 코어 타입들에 의존하여 스크램블링 함수를 결정하도록 구성될 수도 있고, 스크램블링 함수는 적어도 제 1 코어의 제 2 코어와의 순열에 따른 2 이상의 코어들의 2-바이-2 순열에 대응하고, 제 1 코어 및 제 2 코어는 상이한 코어 손실 값들 및 상이한 코어 타입들과 연관된다.

일부 실시형태들에 따라, 적어도 하나의 스크램블링 디바이스는 전기장 또는 광학장에서 스크램블링 함수를 적용하도록 구성될 수도 있고, 광학장에서 스크램블링 함수를 적용하도록 구성된 스크램블링 디바이스는 광 변환기들, 광 멀티플렉서들, 광 멀티플렉싱 디바이스들, 및 포토닉 랜턴들을 포함하는 그룹에서 선정된다.

일부 실시형태들에 따라, 2 이상의 코어들 중 적어도 하나는 2 이상의 공간 전파 모드들을 포함하는 멀티-모드 코어이다.

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 벡터들에 변조 스킴을 적용하는 것에 의해 변조된 심볼들의 세트를 결정하도록 구성된 변조기, 및

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

멀티-코어 섬유로 이루어진 광 섬유 송신 채널을 통해 광 송신 시스템에서 데이터를 송신하기 위한 방법이 또한 제공되며, 상기 데이터를 반송하는 광 신호들은 2 이상의 코어들에 따라서 멀티-코어 섬유를 따라 전파하고, 각각의 코어는 하나 이상의 코어 파라미터들과 연관된다. 방법은 2 이상의 코어들을 스크램블링하는 단계를 포함하고, 상기 스크램블링하는 단계는,

- 2 이상의 코어들과 연관된 코어 파라미터들 중 하나 이상에 의존하여 스크램블링 함수를 결정하는 단계;

- 스크램블링 함수를 적용하는 것에 의해 2 이상의 코어들의 순열을 결정하는 단계; 및

- 2 이상의 코어들의 상기 순열에 따라서 광 신호들을 재분배하는 단계를 포함한다.

다양한 실시형태들에 따른 스크램블링 기법들은 멀티-코어 섬유의 상이한 코어들에 의해 경험된 손실들을 평균함으로써 멀티-코어 섬유들에서 오정렬 손실들 및 크로스토크 효과들의 효율적인 완화를 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 단면을 예시한다.
도 3 은 일부 실시형태들에 따른, 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 실시형태에 따른, 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, 섬유 축 주위의 링 상에 배열된 12 개의 코어들을 포함하는 12-코어 이종 트렌치-보조된 멀티-코어 섬유 및 7-코어 이종 트렌치-보조형을 갖는 멀티-코어 섬유들의 단면도를 예시한다.
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 코어 스크램블링이 수행되는 일부 실시형태들에 따른, 광 송신 채널을 통해 데이터를 송신하기 위한 방법을 예시하는 플로우챠트이다.
도 11 은 스네일 (snail) 스크램블링 기법이 고려되는 일부 실시형태들에 따른, 멀티-코어 섬유의 단면도를 도시한다.
도 12 는 회전 스크램블링 기법이 고려되는 일부 실시형태들에 따른, 멀티-코어 섬유의 단면도를 도시한다.
도 13 은 스네이크 (snake) 스크램블링 기법이 고려되는 일부 실시형태들에 따른, 멀티-코어 섬유의 단면도를 도시한다.
도 14 는 스네일 스크램블링 기법이 고려되는 일부 실시형태들에서 스크램블러들의 수의 함수로서 코어 의존 손실을 나타내는 2 개의 다이어그램들을 나타낸다.
도 15 는 회전 스크램블링 기법이 고려되는 일부 실시형태들에서 스크램블러들의 수의 함수로서 코어 의존 손실을 나타내는 2 개의 다이어그램들을 나타낸다.
도 16 은 스네이크 스크램블링 기법이 고려되는 일부 실시형태들에서 스크램블러들의 수의 함수로서 코어 의존 손실을 나타내는 2 개의 다이어그램들을 나타낸다.
도 17 은 스네일 스크램블링 기법을 구현하는 멀티-코어 섬유에 대해 획득된 비트 에러 레이트 (BER) 성능을 나타내는 다이어그램들을 보여준다.
도 18 은 회전 스크램블링 기법을 구현하는 멀티-코어 섬유에 대해 획득된 비트 에러 레이트 (BER) 성능을 나타내는 다이어그램들을 보여준다.
도 19 는 스네이크 스크램블링 기법을 구현하는 멀티-코어 섬유에 대해 획득된 비트 에러 레이트 (BER) 성능을 나타낸다.

본 발명의 실시형태들은 멀티-코어 섬유에 영향을 미치는 크로스토크 및 오정렬 손실들의 감소를 가능하게 하는 효율적인 결정론적 스크램블링 디바이스들 및 방법들을 구현하는 멀티-코어 섬유 송신 시스템을 제공한다.

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 산업에 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 애플리케이션들에서 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 섬유들의 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.

일부 실시형태들에서, 섬유에서의 각 코어는 하나 이상의 코어 파라미터들과 연관될 수도 있고, 코어 파라미터는 코어 타입 및 코어 손실 값을 포함하는 그룹에서 선정되며, 코어 값은 코어간 크로스토크 (예를 들어, 코어와 그의 이웃 코어들 사이의 크로스토크) 및 오정렬 손실들의 측면에서 코어에 의해 경험된 손실을 정량화한다.

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 (131) 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.

코어 스크램블링이 광 디바이스들을 사용하여 광 도메인에서 수행되는 일부 실시형태들에서, 광 멀티플렉서들이 코어 스크램블러들로서 사용될 수도 있다.

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^q심볼들 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 2^q 지점들로 구성된다. 또한, 제곱된 변조들의 경우, 정보 심볼들의 실수부와 허수부는 동일한 유한 알파벳 A=[-(q-1),(q-1)] 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 s_c=[s₁,s₂,…,s_к]^t 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

(T=N_t) 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 일부 표기법들 및/또는 정의들은 다음과 같다:

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

- K 는 멀티-코어 섬유를 구성하는 섬유 섹션들의 수를 지정한다;

- d 는 상관 길이를 지정한다;

- R_b 는 벤딩 반경을 지정한다;

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

- R_n 은 core-n 의 반경을 지정한다;

- core-n (n=1,…,N_c) 와 연관된 코어 파라미터들은 {T_n;λ_n} 로 표시되며, λ_n 은 core-n 와 연관된 코어 손실 값을 지정하고 T_n 은 core-n 의 코어 타입을 지정한다;

- XT_n,m 는 core-n 와 core-m (n≠m) 사이의 크로스토크를 정량화하는 크로스토크 계수를 지칭한다;

- k_n,m 는 core-n 와 core-m (n≠m) 사이의 커플링을 정량화하는 커플링 계수를 지칭한다;

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

발명의 다양한 실시형태들은 코어들에 의해 경험된 코어 의존 손실을 평균하는 것을 가능하게 하는 멀티-코어 섬유에서의 코어들의 결정론적 스크램블링을 수행함으로써 멀티-코어 섬유에 영향을 미치는 코어 의존 손실의 완화 및 코어-관련 손상들을 감소시키는 효율적인 스크램블링 기법들을 제공한다.

일부 실시형태들에서, 광 송신 시스템 (100) 은,

- 멀티-코어 섬유에 포함된 N_c ≥ 2 코어들과 연관된 코어 파라미터들 중 하나 이상에 의존하여 스크램블링 함수를 결정하도록 구성된 스크램블링 구성 디바이스 (17), 및

- 멀티-코어 섬유에 포함된 N_c ≥ 2 코어들을 스크램블링하기 위해 광 섬유 송신 채널 (13) 에 배열된 적어도 하나의 스크램블링 디바이스 (133) 를 포함하고, 적어도 하나의 스크램블링 디바이스 (133) 의 각각은 스크램블링 구성 디바이스 (17) 에 의해 결정된 스크램블링 함수를 N_c ≥ 2 코어들에 적용하는 것에 의해 순열된 코어들을 결정하고 이 순열된 코어들에 따라서 멀티-코어 섬유를 따라 전파하는 광 신호들을 재분배하도록 구성된다.

일부 실시형태들에 따라, 각각의 코어 (core-n) 와 연관된 코어 파라미터는 코어 타입 T_n 및 코어 손실 값 λ_n 을 포함하는 그룹에서 선정된다.

다음의 설명은 예시의 목적으로, 각각의 코어 (core-n) 가 코어 손실 값 λ_n 및 코어 타입 T_n 을 포함하는 코어 파라미터들 {T_n;λ_n} 의 세트와 연관되는 멀티-코어 섬유를 참조하여 이루어진다.

광 송신 채널 (13) 은 다음의 관계로 설명되는 광 다중-입력 다중-출력 (MIMO) 시스템으로 나타낼 수도 있다:

(1)

식 (1) 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.

일부 실시형태들에 따라, 광 섬유 송신 채널 (13) 은 코어간 크로스토크 효과들 및 오정렬 효과들을 경험한다.

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

(2)

식 (2) 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:

(3)

식 (3) 에서, Λ 는 코어-대-코어 거리를 지정하고 β² 는 전파 상수를 지정한다.

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

(4)

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 손실은 종방향 오정렬, 횡방향 오정렬 및 각도 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:

(5)

식 (5) 에서, r_d는 'x'및 'y' 방향들에서 멀티-코어 섬유의 횡방향 변위를 지정한다.

일부 실시형태들에 따라, 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 적어도 하나의 오정렬 손실 값 (또한 '오정렬 손실 계수' 로 칭함) 및 m≠n 에 대한 적어도 하나의 크로스토크 계수들 XT_n,m 에 의존하여 n=1,…,N_c 에 대해 각각의 코어 (core-n) 와 연관된 코어 손실 값 λ_n 을 결정하도록 구성될 수도 있으며, 크로스토크 계수 XT_n,m 는 core-n 와 코어 (core-n) 에 대한 이웃 코어 (core-m) 사이의 크로스토크를 나타내고 오정렬 손실 계수들은 멀티-코어 섬유의 오정렬들을 나타낸다.

일부 실시형태들에 따라, 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 광 채널 행렬 H 에 특이 값 분해를 적용함으로써 n=1,…,N_c 에 대해 각각의 코어 (core-n) 와 연관된 코어 손실 값 λ_n 을 결정하도록 구성될 수도 있다. 특히, 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 다음에 따라 광 채널 행렬의 QR 분해를 수행하도록 먼저 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_c 대각선 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_i 은 다음에 의해 주어질 수도 있다:

(11)

식 (11) 에서, c 는 상수 곱셈 팩터를 지정하고, 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 변수 Z 가 분산

및 평균

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

및 평균 값

을 갖는 로그정규 랜덤 변수로 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, 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 i=1,…,N_c 에 대한, 각각의 코어 (core-n) 와 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 상기 각각의 코어와 연관된 총 크로스토크 계수 XT_n 및 오정렬 손실 계수들 α_i 의 로그정규 분포의 평균 및 분산에서 상승하는 오정렬 손실들에 의존한다.

일부 실시형태들에 따라, 코어 스크램블링은 상이한 코어들에 의해 경험된 손실들을 평균화하기 위해 코어 손실 값들에 의존하여 수행될 수도 있고, 스크램블링 함수는 코어 의존 손실 값들에 의존하는 스크램블링 기준을 따른다.

이러한 실시형태들에서, 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 상기 코어들과 연관된 코어 손실 값들의 주어진 순서 (증가 또는 감소) 에 따라 멀티-코어 섬유에 포함된

코어들을 순서화하도록 구성될 수도 있다. 따라서 1 과 N_c 사이의 값을 취하는 i 에 대한 코어들 (core-i) 은, 넘버링된 리스트 C 에서 각각의 코어 core_i 가 코어들을 순서화하도록 고려된 주어진 순서에 의존하여 코어 core_i ₊₁ 와 연관된 코어 손실 값 λ_i ₊ ₁ 보다 크거나 작은 코어 손실 값 λ_i 과 연관되도록

로 표시된 넘버링된 리스트에서 순서화될 수도 있다.

예를 들어, 코어 손실 값들의 증가 순서에 대해, 코어들 core_i 은 코어 core_i 와 연관된 코어 손실 값 λ_i 이 i=1,…,N_c-1 에 대해 λ_i ≤ λ_i ₊ ₁ 인, 코어 core_i ₊₁ 와 연관된 코어 손실 값 λ_i+1이하이도록 리스트에서 순서화된다.

코어 손실 값들의 감소 순서를 사용하는 실시형태들에서, 코어들 core_i 은 코어 core_i 와 연관된 코어 손실 값 λ_i 이 i=1,…,N_c-1 에 대해 λ_i ≥ λ _i+ ₁ 인, 코어 core_i ₊₁ 와 연관된 코어 손실 값 λ_i ₊₁ 이상이도록 리스트에서 순서화될 수도 있다.

코어 손실 값들의 순서가 주어지면, 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 2 이상의 코어들과 연관된 코어 손실 값들의 순서에 의존하여 π 로 표시된 스크램블링 함수를 결정하도록 구성될 수도 있다.

넘버링된 리스트의 표기법을 사용하여, 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 1 과 N_c 및 j=N_c-i+1 사이의 값을 취하는 i 로 넘버링된 리스트에서 코어 core₁ 를 코어 core₂ 와 순열하기 위해 스크램블링 함수 π 를 결정하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 스크램블링 함수 π 는 코어 core_i 를 코어

와 순열하는 것, 코어 core_j를 코어

와 순열하는 것 등을 가능하게 하여, 제 1 최고 코어 손실 값과 연관된 코어가 제 1 최저 코어 손실 값과 연관된 코어와 순열되고, 제 2 최고 코어 손실 값과 연관된 코어가 제 2 최저 코어 손실 값과 연관된 코어와 순열되도록 하는 등이다.

멀티-코어 섬유에서 코어들의 수 N_c ≥ 2 가 짝수 개인 일부 실시형태들에서, 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 i 번째 최저 코어 손실 값과 연관된 코어

와 i 번째 최고 코어 손실 값과 연관된 코어 core_i의 순열에 따라서 2-바이-2 로 2 이상의 코어들을 순열하기 위해 스크램블링 함수를 결정하도록 구성될 수도 있고, i 는

인, 멀티-코어 섬유에서 코어들의 수의 절반과 1 사이에 포함된다.

멀티-코어 섬유에서 코어들의 수 N_c ≥ 2 가 홀수 개인 일부 실시형태들에서, 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 i 번째 최저 코어 손실 값과 연관된 코어

인, 상기 멀티-코어 섬유에서 코어들의 수의 절반의 하한 (floor) 부분과 1 사이에 포함되고, 연산기

는 하한 연산을 지정한다. 따라서, 코어

는 순열되지 않을 수도 있다.

특히, 코어들이 2D 그리드에 따라 섬유에 배열되는 일부 실시형태들에서, 코어

는 중심 코어에 대응할 수도 있다.

코어 손실 값들에 의존하는 스크램블링 함수의 결정은 동종 또는 이종 멀티-코어 섬유를 사용하는 광 송신 시스템들에 대해 수행될 수도 있다.

멀티-코어 섬유가 이종 멀티-코어 섬유인 일부 실시형태들에서, 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 멀티-코어 섬유에서 코어들과 연관된 n=1,…,N_c 에 대한 코어 타입들 T_n 에 의존하여 스크램블링 함수 π 를 결정하도록 구성될 수도 있다. 보다 구체적으로, 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 적어도 제 1 코어 core_n 의 제 2 코어 core_m (n≠m) 와의 순열에 따라 상기 코어들의 2-바이-2 순열에 대응하는 스크램블링 함수 π 를 결정하도록 구성될 수도 있고, 제 1 코어 core_n 및 제 2 코어 core_m 는 상이한 코어 타입들 T_n≠T_m 과 연관된다.

멀티-코어 섬유가 이종 멀티-코어 섬유인 일부 실시형태들에서, 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 N_c 코어들과 연관된 n=1,…,N_c 에 대한 코어 손실 값들 λ_n 및 n=1,…,N_c 에 대한 코어 타입들 T_n 에 의존하여 스크램블링 함수 π 를 결정하도록 구성될 수도 있으며, 스크램블링 함수는 이러한 실시형태들에서 적어도 제 1 코어 core_n 의 제 2 코어 core_m (n≠m) 와의 순열에 따라 N_c 코어들의 2-바이-2 순열에 대응하고, 제 1 코어 core_n 및 제 2 코어 core_m 는 상이한 코어 타입들 T_n≠T_m 및 상이한 코어 손실 값들과 연관된다.

스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 스크램블링 함수 π 를 적용함으로써 멀티-코어 섬유에서 코어들을 스크램블링하기 위해 광 송신 채널 (13) 에 배열된 적어도 하나의 스크램블링 디바이스 (133) 에 결정된 스크램블링 함수 π 를 통신하도록 구성될 수도 있다.

광 섬유가 K 섬유 슬라이스들의 연결인 일부 실시형태들에서, 광 송신 채널 (13) 은 K_scr 로 표시된 스크램블링 주기에 따라서 광 송신 채널 (13) 에 주기적으로 배열된 적어도 하나의 스크램블링 디바이스 (133) 를 포함할 수도 있다. 따라서, 스크램블링 디바이스 (133) 는 k 가 스크램블링 주기의 배수인 경우 k 번째 섬유 슬라이스에 배열될 수도 있다.

스크램블링 함수 π 는

에 따라서 2-차원 형태로 나타낼 수도 있으며, 여기서 코어 core_i 는 상이한 타입의 코어 core_j=π(core_i) 와 순열된다.

스크램블링 함수 π 는 P 로 표시된 순열 행렬에 의한 행렬 형태로 나타낼 수도 있으며, 순열 행렬의 엔트리들은 다음으로 주어진다:

(15)

멀티-코어 섬유가 이종인 일부 실시형태들에 따라, 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 예를 들어, 제한없이, 스네일 스크램블링 기법, 회전 스크램블링 기법, 및 스네이크 스크램블링 기법을 포함하는 그룹에서 선정된 스크램블링 기법을 적용하는 것에 의해 멀티-코어 섬유에서 코어들과 연관된 n=1,…,N_c 에 대한 코어 타입들 T_n에 의존하여 스크램블링 함수 π 를 결정하도록 구성될 수도 있다.

스네일, 회전 및 스네이크 스크램블링 기법들 중 하나를 적용하기 위해, 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 넘버링된 리스트 C 에서 각 코어 core_i 가 i=1,…,N_c에 대해 상이한 코어 타입들과 연관되도록

로 표시된 넘버링된 세트에서 N_c 와 1 사이의 값을 취하는 i 에 대해 코어들 (core-i) 을 분류하도록 먼저 구성될 수도 있다.

세트 C 에서 코어들의 넘버링을 사용하여 그리고 스네일, 회전, 또는 스네이크 스크램블링 기법들 중 하나에 따라, 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 세트 C 에서 각각의 코어 core_i (i=1,…,N_c-1) 에 대해, 코어 core_i 가 코어 π(core_i)=core_i+1 와 순열되고 코어

가 코어

와 순열되도록 스크램블링 함수 π 를 결정할 수도 있다. 스크램블링 함수 π 는 따라서

로서 2 차원 형태로 표현된다. 이 스크램블링 함수에 기초하여, 상이한 코어들을 통해 전파하는 심볼들은 코어 core_i 를 통해 전파하는 i 번째 심볼이 코어 π(core_i) 를 통한 스크램블링 함수의 적용 후 전파하도록 순열된다.

제 1 예에서, 스네일 스크램블링 기법은 코어가 중심 코어이고 나머지 코어들은 육각형의 에지들에 배열되는 홀수 개의 코어들을 포함하는 이종 멀티-코어에서

및 i=1,…,N_c-1 에 대한 π(core_i) = core_i ₊ ₁ 스크램블링 규칙의 적용에 대응한다. 특히, 세트 C 에서 코어들의 순서화에 의존하여, 코어 core_i 는 중심 코어에 대응할 수도 있다.

도 11 은 7-코어 이종 멀티-코어 섬유의 단면도이며, 여기에서는 7 개의 코어들이 시계 방향에 따라 스네일 스크램블링 기법을 사용하여 스크램블링되어 중심 코어는 우측 상에 위치된 그의 이웃 코어와 순열되고 나머지 코어들의 각각은 상이한 타입의 그의 좌측-이웃 코어와 순열되며, 중심 코어의 좌측 상에 위치된 코어는 중심 코어와 순열된다. 스크램블링 함수는 이 예에서

가 중심 코어에 대응하도록

로서 2 차원 형태로 그리고 다음에 따라서 행렬 표현으로 기입될 수도 있다:

따라서 심볼들 s₁,s₂,…,s₇ 은 스크램블링 함수의 적용 후, 심볼 s₁ 이 코어 core₂ 를 통해 전파하고, i=2,…,6 에 대한 각각의 심볼 s_i 이 코어 core_i ₊₁ 를 통해 전파하며, 심볼 s₇ 이 중심 코어를 통해 전파하도록 순열된다.

도 12 는 시계 방향에 따라서 회전 스크램블링 기법을 사용하여 12 개의 코어들이 순열되는 12-코어 이종 멀티-코어 섬유의 단면도를 도시한다. 코어는 링 형태로 배열된다. 회전 스크램블링 기법을 사용하여, 각각의 코어는 코어 core₁₂ 및 i=1,…,11 에 대한 π(core_i) = core_i ₊ ₁ 가 코어 core₁ 와 순열되도록 상이한 타입의 그의 우측 이웃 코어와 순열된다.

도 13 은 시계 방향에 따라서 스네이크 스크램블링 기법을 사용하여 코어들이 순열되는 32-코어 이종 멀티-코어 섬유의 단면도를 도시한다. 코어들은 6 개의 층들을 포함하는 2 차원 그리드로 배열된다. 제 1 상부 층은 core₁, core₂, core₃, core₄ 로서 넘버링된 4 개의 코어들을 포함한다. 제 1 층 하측에 위치된 제 2 층은 core₅-core₁₀ 로서 넘버링된 6 개의 코어들을 포함한다. 제 2 층 하측에 위치된 제 3 층은 core₁₁-core₁₆ 넘버링된 6 개의 코어들을 포함한다. 제 3 층 아래에 위치된 제 4 층은 core₁₇-core₂₂ 넘버링된 6 개의 코어들을 포함한다. 제 4 층 아래에 위치된 제 5 층은 core₂₃-core₂₈ 넘버링된 6 개의 코어들을 포함한다. 그리고 최종적으로 하부 층은 core₂₉-core₃₂ 넘버링된 4 개의 코어들을 포함한다. 스네이크 스크램블링 기법에 따라, 각각의 층에서 각 코어는 상이한 타입의 그의 우측 이웃 코어와 순열되고, 각 층의 마지막 코어는 상기 각각의 층 아래에 위치된 층의 제 1 코어와 순열되고, 코어 core₃₂(즉, 하부 층의 마지막 코어) 는 코어 core₁ (즉, 상부 층의 제 1 코어) 와 순열된다.

도 11, 도 12 및 도 13 은 시계 방향으로 코어들의 순열에 따라서 스네일, 회전, 및 스네이크 스크램블링 기법들의 적용의 예들을 도시한다. 그러나, 스네일, 회전 및 스네이크 스크램블링 기법들은 또한 시계 반대 방향으로 코어들의 순열에 따라 적용될 수도 있다.

스크램블링 함수의 행렬 표기법을 사용하여, 스크램블링 디바이스들 (133) 을 포함하는 광 섬유 송신 채널은 다음에 따라 표현될 수 있다:

(16)

식 (16) 에서, 행렬 P^(k) 은 k 번째 스크램블링 디바이스에 의해 k 번째 섬유 스팬에서 스크램블링 함수 π 의 적용을 나타내는 N_c×N_c 행렬이고, k 는 스크램블링 주기의 배수이다.

일부 실시형태들에 따라, 적어도 하나의 스크램블링 디바이스 (133) 는 전기장에서 스크램블링 함수 π 를 적용하도록 구성될 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 스크램블링 디바이스 (133) 는 광장에서 스크램블링 함수 π 를 적용하도록 구성된, 광 디바이스일 수도 있다. 예시적인 광 스크램블링 디바이스들은 변환기들, 광 멀티플렉서들, 광 멀티플렉싱 디바이스들 및 포토닉 랜턴들을 포함한다.

일부 실시형태들에 따라, 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 스크램블링 디바이스(들)(133) 의 설치 이전에 광 섬유 송신 채널의 설계 페이즈 동안 스크램블링 함수를 결정하도록 구성될 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 동작하는 광 송신 채널 (13) 에서 하나 이상의 스크램블링 디바이스들 (133) 의 구성을 위해 스크램블링 함수를 결정하도록 구성될 수도 있다.

멀티-코어 섬유로 이루어진 광 섬유 송신 채널 (13) 을 통해 광 송신 시스템 (100) 에서 데이터를 송신하기 위한 방법이 또한 제공되며, 데이터를 반송하는 광 신호들은 N_c ≥ 2 코어들에 따라서 멀티-코어 섬유를 따라 전파하고, 각각의 코어는 하나 이상의 코어 파라미터들과 연관된다.

도 10 은 단일 편광, 단일 파장, 단일 캐리어-변조, 공간-시간 코딩없는 단일 에러 정정 코드, 및 단일-모드 멀티-코어 섬유를 사용하는 일부 실시형태들에 따른, 광 섬유 송신 채널 (13) 을 통해 데이터를 송신하는 방법을 도시하는 플로우챠트이다.

단계 (1001) 에서, 멀티-코어 섬유의 파라미터들이 수신될 수도 있다. 이들 파라미터들은 코어들의 수 N_c ≥ 2, 섬유의 길이 L, 벤딩 반경 R_b, 섬유 슬라이스들의 수 K, 멀티-코어 섬유의 코어들 사이의 커플링 계수들 k_n,m, 클래딩 직경, 멀티-코어 섬유의 각각의 코어의 반경, 멀티-코어 섬유의 각각의 코어 (core-n)(n=1,…,N_c) 의 타입 T_n 을 포함할 수도 있다.

단계 (1003) 에서, 멀티-코어 섬유의 2 이상의 코어들과 연관된 코어 파라미터들 중 하나 이상에 의존하여 스크램블링 함수 π 가 결정될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 각각의 코어 (core-n) 와 연관된 코어 파라미터는 코어 타입 T_n 및 코어 손실 값 λ_n 을 포함하는 그룹에서 선정된다.

일부 실시형태들에서, 스크램블링 함수 π 는 멀티-코어 섬유의 코어들과 연관된 코어 손실 값들에 의존하여 결정될 수도 있다.

이러한 실시형태들에 있어서, 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 오정렬 손실 계수들 및 크로스토크 계수들에 의존하여 결정될 수도 있다.

멀티-모드 섬유의 코어들의 각각과 연관된 코어 손실 값들이 주어지면, 스크램블링 함수 π 는 높은 코어 손실 값과 연관된 코어를 작은 코어 손실 값과 연관된 코어와 순열하기 위해 결정될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, i∈{1,…,N_c } 에 대한 코어들 (core-i) 은 넘버링된 리스트 C 에서 각각의 코어 core_i 가 코어들을 순서화하도록 고려된 주어진 순서에 의존하여 코어 core_i ₊₁ 와 연관된 코어 손실 값 λ_i ₊ ₁ 보다 크거나 작은 코어 손실 값 λ_i 과 연관되도록 넘버링된 리스트

에서 순서화될 수도 있다. 코어 손실 값들의 결정된 순서가 주어지면, 스크램블링 함수 π 는 2 이상의 코어들과 연관된 코어 손실 값들의 순서에 의존하여 결정될 수도 있다.

순서화된 코어들의 넘버링된 리스트를 고려하는 실시형태에서, 스크램블링 함수 π 는 i 번째 최저 코어 손실 값과 연관된 코어

와 i 번째 최고 코어 손실 값과 연관된 코어

를 순열하기 위해 결정될 수도 있으며, 홀수 개의 코어들 N_c 에 대해

이고 짝수 개의 코어들 N_c 에 대해

이다.

멀티-코어 섬유의 코어들과 연관된 코어 손실 값들에 의존하는 스크램블링 함수의 결정은 동종 또는 이종 멀티-코어 섬유를 고려하는 실시형태들에서 수행될 수도 있다.

멀티-코어 섬유가 이종인 일부 실시형태들에서, 스크램블링 함수는 멀티-코어 섬유에서 코어들과 연관된 n=1,…,N_c 에 대한 코어 타입들 T_n 에 의존하여 결정될 수도 있다. 이러한 실시형태들에서, 스크램블링 함수는 적어도 제 1 코어 core_n 의 제 2 코어 core_m (n≠m) 와의 순열에 따라서 코어들의 2-바이-2 순열에 대해 결정될 수도 있고, 제 1 코어 core_n 및 제 2 코어 core_m 는 상이한 코어 타입들 T_n≠T_m 과 연관된다.

일부 실시형태들에서, 스크램블링 함수는 스네일, 회전 또는 스네이크 스크램블링 기법들 중 하나를 사용하여 코어 타입들에 따라 결정될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 스크램블링 함수는 N_c 코어들과 연관된 n=1,…,N_c 에 대한 코어 손실 값들 λ_n 및 n=1,…,N_c 에 대한 코어 타입들 T_n 에 의존하여 결정될 수도 있으며, 스크램블링 함수는 이러한 실시형태들에서 적어도 제 1 코어 core_n 의 제 2 코어 core_m (n≠m) 와의 순열에 따라서 N_c 코어들의 2-바이-2 순열에 대응하고, 제 1 코어 core_n 및 제 2 코어 core_m 는 상이한 코어 타입들 T_n≠T_m 및 상이한 코어 손실 값들과 연관된다.

단계 (1005) 에서,멀티-코어 섬유의 코어의 순열은 스크램블링 함수 π 를 적용하는 것에 의해 수행될 수도 있다. 특히, 스크램블링 함수의 적용은 식 (15) 에 주어진 스크램블링 함수의 행렬 표현을 사용하여 수행될 수도 있다.

단계 (1007) 에서, 멀티-코어 섬유의 코어들을 따라 전파하는 광 신호들은 코어들의 순열에 따라서 (적어도 한번) 재분배될 수도 있다.

제안된 결정론적 스크램블링 기법들의 성능은 코어 의존 손실 및 비트 에러 레이트들의 측면에서 평가되었으며 기존 랜덤 스크램블링 기법들의 성능과 비교되었다.

도 14, 도 15 및 도 16 은 7-코어 이종 멀티-코어 섬유 (도 11 에 예시됨), 12-코어 이종 멀티-코어 섬유 (도 12 에 예시됨), 및 32-코어 이종 멀티-코어 섬유 (도 13 에 예시됨) 에 스네일, 회전, 및 스네이크 스크램블링 기법들을 각각 적용함으로써 각각 획득된 필요한 스크램블러들의 수의 함수로서 코어 의존 손실의 평가를 나타내는 다이어그램들을 도시한다. 도시된 시뮬레이션 결과들은 발명에 따라 제안된 결정론적 스크램블링 기법들을 사용하는 것이 코어 의존 손실을 감소시키면서 광 섬유 송신 시스템에서 스크램블러들/ 스크램블링 디바이스들의 수를 감소시키는 것을 가능하게 하는 것을 보여준다. 특히, 25 개의 랜덤 스크램블러들를 설치하는 대신 7 코어 이종 멀티-코어 섬유에 5 개의 스네일 스크램블러들만을 설치함으로써 2.4dB 의 CDL 감소가 획득될 수 있다. 35 개의 랜덤 스크램블러들을 설치하는 것에 의해 1.5dB 의 더 낮은 CDL 값에 도달하는 것을 허용하면서, 회전 스크램블링 기법을 구현하는 5 개의 결정론적 회전 스크램블러들만을 설치하는 것에 의해 1.3dB 와 동일한 최소 값으로 12 코어 멀티-코어 섬유에서 CDL 이 감소될 수 있다. 그리고 32 코어 이종 멀티-코어 섬유에서, 스크램블링의 수는 35 개의 랜덤 스크램블러들에서 5 개의 결정론적 스네이크 스크램블러들로 감소될 수 있어서, 양자 모두 1.8dB 의 CDL 값을 달성한다.

도 17, 도 18 및 도 19 는 7-코어 이종 멀티-코어 섬유 (도 11 에 예시됨) 에 스네일 스크램블링 기법을 적용하고, 12-코어 이종 멀티-코어 섬유 (도 12 에 예시됨) 에 회전 스크램블링 기법을 적용하고, 및 32-코어 이종 멀티-코어 섬유 (도 13 에 예시됨) 에 스네이크 스크램블링 기법을 적용함으로써 각각 획득된 신호-대-노이즈 비 (SNR) 의 함수로서 비트 에러 레이트 성능의 평가를 나타내는 다이어그램들을 도시한다. 16-QAM 변조는 광 송신기에서 변조 스킴으로서 사용되고 최대-가능도 디코딩은 광 수신기에서 사용된다. 이러한 시뮬레이션 결과들은 발명의 다양한 실시형태들에 따라 제안된 결정론적 스크램블링 기법들이 기존의 랜덤 스크램블링 기법들 및 비-스크램블링 구성들보다 우수한 BER 성능을 달성하고, CDL 프리 송신 채널 ('가우시안 채널'로서 지칭됨) 의 성능에 접근하는 것을 보여준다. 보다 구체적으로, 7-코어 섬유에 결정론적 스네일 스크램블링 기법을 구현하는 5 개의 스네일 스크램블러들 설치하면, 랜덤 스크램버들을 적용하는 것에 의해 BER =10^-3 에서 1dB 대신 0.5dB 로 CDL 프리 채널에 비해 SNR 페널티를 감소시키는 것을 가능하게 한다. 12-코어 섬유의 예에서, 회전 스크램블링 기법을 구현하는 5 개의 결정론적 회전 스크램블러들을 설치하면, 코어 의존 손실을 완전히 완화시키는 것을 가능하게 하는 한편, 랜덤 스크램블러들이 CDL 프리 채널에 비해 1.5dB 의 SNR 패널티를 갖는다. 도 19 에 예시된 바와 같이, 스네이크 스크램블링 기법을 사용하는 32 코어 멀티-코어 섬유에 대해서도 성능 이득들이 또한 획득된다. 스크램블링이 없는 송신 시스템은 BER = 10^-4 에서 2.5dB 와 동일한 SNR 패널티를 갖는다. 랜덤 스크램블러들을 설치하면 이 패널티가 0.4dB 로 감소되는 한편, 5 개의 결정론적 스네이크 스크램블러들을 설치하는 것에 의해 스네이크 스크램블링 기법을 적용하면 SNR 패널티를 0.1dB 로 감소시키는 것을 가능하게 한다.

다양한 실시형태들은 단일 편광, 단일 파장 및 단일-캐리어 변조가 사용되는 단일-코어 멀티-모드 섬유들과 관련하여 설명되었지만, 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, 각각의 코어는 하나 이상의 코어 파라미터들과 연관되며,
상기 광 송신 시스템 (100) 은,
- 상기 2 이상의 코어들과 연관된 상기 코어 파라미터들 중 하나 이상에 의존하여 스크램블링 함수를 결정하도록 구성된 스크램블링 구성 디바이스 (17), 및
- 상기 2 이상의 코어들을 스크램블링하기 위해 상기 광 섬유 송신 채널에 배열된 적어도 하나의 스크램블링 디바이스 (133) 를 포함하고,
상기 적어도 하나의 스크램블링 디바이스 (133) 의 각각은 상기 스크램블링 함수를 상기 2 이상의 코어들에 적용함으로써 순열된 코어들을 결정하고 상기 순열된 코어들에 따라서 상기 광 신호들을 재분배하도록 구성되는, 광 송신 시스템 (100).
제 1 항에 있어서,
각각의 코어와 연관된 코어 파라미터는 코어 타입 및 코어 손실 값을 포함하는 그룹에서 선정되는, 광 송신 시스템 (100).
제 2 항에 있어서,
상기 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 적어도 하나의 크로스토크 계수 및 적어도 하나의 오정렬 손실 값에 의존하여 각각의 코어와 연관된 상기 코어 손실 값을 결정하도록 구성되고, 크로스토크 계수는 상기 각각의 코어와 상기 각각의 코어에 대한 이웃 코어 사이의 크로스토크를 나타내고, 오정렬 손실 값은 상기 멀티-코어 섬유의 오정렬을 나타내는, 광 송신 시스템 (100).
제 2 항에 있어서,
상기 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 상기 2 이상의 코어들과 연관된 상기 코어 손실 값들의 주어진 순서에 따라서 상기 2 이상의 코어들을 순서화하도록 구성되고, 상기 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 상기 2 이상의 코어들과 연관된 상기 코어 손실 값들의 순서에 의존하여 상기 스크램블링 함수를 결정하도록 구성되는, 광 송신 시스템 (100).
제 4 항에 있어서,
상기 멀티-코어 섬유에서 상기 2 이상의 코어들의 수는 짝수 개이고, 상기 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 i 번째 최고 코어 손실 값과 연관된 코어의 i 번째 최저 코어 손실 값과 연관된 코어와의 순열에 따라서 2-바이-2 로 상기 2 이상의 코어들을 순열하기 위해 상기 스크램블링 함수를 결정하도록 구성되고, i 는 상기 멀티-코어 섬유에서 상기 코어들의 수의 절반과 1 사이에 포함되는, 광 송신 시스템 (100).
제 4 항에 있어서,
상기 멀티-코어 섬유에서 상기 2 이상의 코어들의 수는 홀수 개이고, 상기 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 i 번째 최고 코어 손실 값과 연관된 코어의 i 번째 최저 코어 손실 값과 연관된 코어와의 순열에 따라서 2-바이-2 로 상기 2 이상의 코어들을 순열하기 위해 상기 스크램블링 함수를 결정하도록 구성되고, i 는 상기 멀티-코어 섬유에서 상기 코어들의 수의 절반의 하한 부분과 1 사이에 포함되는, 광 송신 시스템 (100).
제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 멀티-코어 섬유는 동종 멀티-코어 섬유이고, 상기 2 이상의 코어들은 동일한 코어 타입과 연관되는, 광 송신 시스템 (100).
제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 멀티-코어 섬유는 이종 멀티-코어 섬유이고, 상기 2 이상의 코어들 중 적어도 2 개는 상이한 코어 타입들과 연관되는, 광 송신 시스템 (100).
제 2 항에 있어서,
상기 멀티-코어 섬유는 이종 멀티-코어 섬유이고, 상기 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 상기 2 이상의 코어들과 연관된 상기 코어 타입들에 의존하여 상기 스크램블링 함수를 결정하도록 구성되고, 상기 스크램블링 함수는 적어도 제 1 코어의 제 2 코어와의 순열에 따른 상기 2 이상의 코어들의 2-바이-2 순열에 대응하고, 상기 제 1 코어 및 상기 제 2 코어는 상이한 코어 타입들과 연관되는, 광 송신 시스템 (100).
제 2 항에 있어서,
상기 멀티-코어 섬유는 이종 멀티-코어 섬유이고, 상기 스크램블링 구성 디바이스 (17) 는 상기 2 이상의 코어들과 연관된 상기 코어 손실 값들 및 상기 코어 타입들에 의존하여 상기 스크램블링 함수를 결정하도록 구성되고, 상기 스크램블링 함수는 적어도 제 1 코어의 제 2 코어와의 순열에 따른 상기 2 이상의 코어들의 2-바이-2 순열에 대응하고, 상기 제 1 코어 및 상기 제 2 코어는 상이한 코어 타입들 및 상이한 코어 손실 값들과 연관되는, 광 송신 시스템 (100).
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 스크램블링 디바이스 (133) 는 전기장 또는 광학장에서 상기 스크램블링 함수를 적용하도록 구성되고, 상기 광학장에서 상기 스크램블링 함수를 적용하도록 구성된 스크램블링 디바이스 (133) 는 광 변환기들, 광 멀티플렉서들, 광 멀티플렉싱 디바이스들, 및 포토닉 랜턴들을 포함하는 그룹에서 선정되는, 광 송신 시스템 (100).
제 1 항에 있어서,
상기 2 이상의 코어들 중 적어도 하나는 2 이상의 공간 전파 모드들을 포함하는 멀티-모드 코어인, 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).
멀티-코어 섬유로 이루어진 광 섬유 송신 채널을 통해 광 송신 시스템에서 데이터를 송신하기 위한 방법으로서,
상기 데이터를 반송하는 광 신호들은 2 이상의 코어들에 따라서 상기 멀티-코어 섬유를 따라 전파하고, 각각의 코어는 하나 이상의 코어 파라미터들과 연관되며, 상기 방법은 상기 2 이상의 코어들을 스크램블링하는 단계를 포함하고,
상기 스크램블링하는 단계는,
- 상기 2 이상의 코어들과 연관된 상기 코어 파라미터들 중 하나 이상에 의존하여 스크램블링 함수를 결정하는 단계 (1003);
- 상기 스크램블링 함수를 적용하는 것에 의해 상기 2 이상의 코어들의 순열을 결정하는 단계 (1005); 및
- 상기 2 이상의 코어들의 상기 순열에 따라서 상기 광 신호들을 재분배하는 단계 (1007) 를 포함하는, 광 송신 시스템에서 데이터를 송신하기 위한 방법.