[发明专利]一种基于多偏振态的多输入多输出MIMO光传输方案

说明书

技术领域

本发明涉及高速光传输领域，尤其是一种基于多偏振态的多输入多输出(MIMO)光传输方案。

背景技术

随着超高速光通信网络的发展，大容量、高频谱效率的光纤传输技术一直是人们关注的热点。由于相位调制(PSK)、正交频分复用(OFDM)和正交振幅键控(QAM)等先进的调制格式以及相干解调技术的发展，使光纤通信的频谱效率达到了6bit/s/Hz以上。但是，对于更大通信容量、更高频谱效率的传输方案的探索并不会停止，为了实现下一代T比特乃至P比特级的大容量传输，许多研究人员致力于更高效的传输方案。一般来讲，可以通过以下六种方式进一步提高通信容量和频谱效率：(1)利用更高阶的调制格式，如256-QAM和512-QAM等；(2)基于偏振复用(PDM)技术；(3)基于频分复用(FDM)技术，如OFDM；(4)基于空分复用(SDM)技术；(5)基于波分复用(WDM)技术，以及(6)基于角动量(OAM)技术等。在这些技术中，先进的高阶调制格式结合偏振复用技术，往往被认为是最有潜力，而且是在不远的未来更具实用化的方案。因此偏振复用系统中传输问题的研究一直是近几年的热点。

具体来说，目前已经有很多基于偏振复用技术结合正交振幅键控调制格式(PDM-QAM)来实现更高的频谱效率的报道。例如F.Grassi等人利用16-QAM和64-QAM结合偏振复用(PDM)系统的方案，在光纤中分别实现了240km和160km的传输，使频谱效率达到了6.4bit/s/Hz和9.0bit/s/Hz；AT&T实验室的X.Zhou教授，同时利用偏振复用技术和波分复用技术，成功地实现了640×8-QAM信号在光纤中的320千米传输，同时将频谱效率提高到了8bit/s/Hz；2010年日本的S.Okamoto小组将更高阶的调制格式(512-QAM)应用于PDM系统中，并结合光锁相环技术，成功地在光纤中将信号传输了150km，实现了高达10bit/s/Hz的频谱效率。

到目前为止，偏振复用技术为频谱效率和传输容量的提高做出了较大的贡献。然而光的偏振态资源是无限的，在理论上，信息是可以加载到无限个偏振态上，以实现超大容量的光传输方案。但是由于解调方法的复杂性和串扰管理的难度等问题，在上述的偏振复用方案中，信息仅仅局限在两个正交的偏振态上，国际上尚没有提出多于两个偏振态实现光纤传输的方案，存在着资源的严重浪费，同时也制约了更高速光传输系统的发展。

发明内容

鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是提供一种基于多偏振态的多输入多输出(MIMO)光传输方案，该方案所占带宽资源较少，频谱效率较高。本方案通过光域处理，并结合数字信号处理的方法，利用直接检测或者相干检测等方案，可实现多偏振态上幅度和相位信息的解复用。

本发明的目的是基于如下分析和方案提出和实现的：

一种基于多偏振态的多输入多输出MIMO光传输方案，在由多路输入光信号(1～N)、偏振控制器(101₁～101_N)、多路耦合器102、光处理单元103、光电转换器104以及数字信号处理单元105组成的传输系统中；由偏振控制器分别控制各路信号偏振态的角度，使进入多路耦合器对应的端口(102₁～102_N)前，相邻信号的夹角为180°/N，N为输入光信号的个数，N≧4且被2整除；在由光处理单元103、光电转换器104以及数字信号处理单元105组成的接收端106，通过相应的光域处理并结合数字信号处理实现对多偏振态上不同调制格式信号的解调输出。

采用本发明的方法，包括以下几项特征：1)物理上使用一个波长为载体，逻辑上实现了N个偏振态(N≥4)上光信息的传输；2)接收端使用光电结合的方式，通过不同的数字信号处理算法可实现直接解调、相干解调等三种偏振复用信号的解调方式。由于偏振态是光固有特性，理论上一束光存在着无限个偏振态资源，因此本发明适用于解决信号传输系统中带宽资源紧缺问题。所述方案既可以与其它复用技术相结合，如波分复用(WDM)，正交频分复用(OFDM)，也可以与先进的调制格式相结合，如相位调制(PSK)，正交振幅键控调制(QAM)等，从而进一步提高频谱效率，实现超高速信息传输网络的构建。