Single-mode fiber (SMF) has been th

Single-mode fiber (SMF) has been the de facto medium for high-capacity data transmission for over three decades. However, the exponential growth of internet traffic at about 2 dB per annum could exhaust the available capacity of SMF in the near future [1]. Consequently, there has been an intense research effort in space-division multiplexing (SDM) based on multi-core fiber (MCF) [2–4] or multi-mode fiber (MMF) [5–7] to overcome the barrier from capacity limit of SMF. Compared with the standard MMF that supports over a hundred modes making it extremely difficult to receive and process the optical signal, few-mode fiber (FMF) (supporting a small number of modes) has the potential to significantly reduce the system complexity to a manageable level [8]. Namely, using FMF has the advantage of better mode selectivity and easier management of the mode impairments. By utilizing mode-division multiplexing (MDM) and multiple-input multiple-output (MIMO) digital signal processing (DSP) techniques, it is expected that N spatial modes in a FMF can support N times the capacity of a SMF. The feasibility of using MDM and MIMO in FMF transmission has recently been demonstrated by several groups [5–7, 9–13]. In these experiments, MDM is achieved in two-mode fiber (TMF, the simplest of FMFs) with different combinations of supported modes, e.g., LP01 and LP11 modes [5, 6, 9], two degenerate LP11 modes (LP11a + LP11b) [10], and even all three modes (LP01 + LP11a + LP11b) [7, 11–13]. We also note that there has been exciting progress on SDM in MCF transmission [2–4], and free-space optical communications using orbital angular momentum multiplexing [14]. In this report, we here focus on the SDM systems using FMF. In particular, we will elucidate the overall system architecture, critical components and sub-system modules for MDM transmission.
II. SDM System Architecture
The architecture of N × N SDM transmission system is illustrated in Fig. 1. The signals are first generated by N transmitters. Mode multiplexing of the N signals is achieved using the spatial-mode multiplexer (S-MUX). The signals carried by different spatial modes are then launched into the FMF. During the transmission, all the modes on the same wavelengths are to be processed as an entity as an SDM superchannel, namely, they are amplified, dropped and added at the same time without individual mode processing. After transmission over FMF, the received signals are then mode demultiplexed by a spatial-mode demultiplexer (S-DMUX). The demultiplexed signals are then detected by N coherent receivers. The signals are then converted from optical-to-electrical domain, electrically sampled with high speed ADCs, and finally processed using a DSP module. MIMO algorithm is used for compensating the mode coupling and/or crosstalk in the channel that may be introduced at S-MUX/DEMUX or inside the FMF. It is expected that if the MUX/DEDUX has a unitary transfer function with a rank of N equal to the number of modes supported in a SDM fiber, the channel capacity can be increased by a factor of N times that of single mode system [15].

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

เส้นใยโหมดเดี่ยว (SMF) แล้วสื่อเดิมสำหรับส่งข้อมูลความจุสูงกว่าสามทศวรรษที่ผ่านมา อย่างไรก็ตาม เนนเจริญเติบโตของอินเทอร์เน็ตที่เกี่ยวกับ 2 dB ต่อปีอาจไอมีกำลังการผลิตของ SMF ในอนาคต [1] ดังนั้น มีความพยายามวิจัยรุนแรงในพื้นที่เพล็กซ์ (SDM) ตามหลักหลายใย (MCF) [2-4] หรือโหมดมัลติไฟเบอร์ (MMF) [5-7] จะเอาชนะอุปสรรคจากข้อจำกัดกำลังการผลิตของ SMF เมื่อเทียบกับ MMF มาตรฐานที่สนับสนุนผ่านโหมดร้อยทำเรื่องยากมากที่จะได้รับ และประมวลผลสัญญาณออปติคอล ไฟเบอร์บางโหมด (FMF) (สนับสนุนจำนวนเล็ก ๆ ของโหมด) มีศักยภาพในการลดความซับซ้อนของระบบไปยังระดับที่สามารถจัดการได้ [8] คือ ใช้ FMF ได้ข้อดีของโหมดดีใวและไหวสามารถโหมดจัดการง่ายขึ้น โดยใช้โหมดมัลติเพล็กซ์ (MDM) และป้อนข้อมูลหลายหลายผลลัพธ์ (MIMO) สัญญาณดิจิทัล (DSP) เทคนิคการประมวลผล คาดว่า โหมดปริภูมิ N ใน FMF สามารถสนับสนุน N เวลากำลังการผลิตของ SMF ล่าสุดได้ถูกสาธิตความเป็นไปได้ของการใช้ MDM และ MIMO ใน FMF ส่ง โดยหลายกลุ่ม [5-7, 9-13] ในการทดลองเหล่านี้ ทำ MDM ในสองโหมดไฟเบอร์ (TMF ง่ายที่สุดของ FMFs) กับชุดสนับสนุนโหมด เช่น LP01 และ LP11 โหมด [5, 6, 9], สองเสื่อมโทรมโหมด LP11 (LP11a + LP11b) [10], และทุกโหมดที่สาม (LP01 + LP11a + LP11b) [7, 11-13] เรายังทราบว่า มีความคืบหน้าตื่นเต้นใน SDM MCF ส่ง [2-4], และพื้นที่ฟรีสื่อสารออปติคอลที่ใช้โมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจรที่มัลติเพล็กซ์แบบ [14] ในรายงานนี้ เราที่นี่เน้นระบบ SDM ใช้ FMF โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เราจะ elucidate โดยรวมระบบสถาปัตยกรรม ส่วนประกอบที่สำคัญ และโมดูลระบบย่อยสำหรับการส่ง MDMสถาปัตยกรรมระบบ II SDM สถาปัตยกรรมของระบบส่ง N × N SDM มีแสดงใน Fig. 1 สัญญาณแรกสร้างขึ้น โดยเครื่องส่งสัญญาณ N โหมดมัลติเพล็กซ์แบบสัญญาณ N จะได้ใช้พื้นที่โหมด multiplexer (S MUX) สัญญาณที่ดำเนินการ โดยวิธีปริภูมิต่าง ๆ โดยทั่วไปแล้วเปิดเป็น FMF ในระหว่างการส่งผ่าน โหมดบนความยาวคลื่นเดียวกันจะถูกประมวลผลเป็นเอนทิตีเป็นการ SDM superchannel ได้แก่ มีขยาย ลดลง และเพิ่มในเวลาเดียวกันโดยแต่ละโหมดการประมวลผลทาง หลังจากส่ง FMF สัญญาณรับได้แล้วโหมด demultiplexed โดย demultiplexer ปริภูมิโหมด (S-DMUX) จากนั้นตรวจพบสัญญาณ demultiplexed โดยผู้รับ coherent N สัญญาณจะถูกแปลงจากโดเมนแสงไปไฟฟ้า นวดตัวอย่าง ด้วยความเร็วสูง ADCs และดำเนินการโดยใช้โมดูล DSP ในที่สุด แล้ว อัลกอริทึม MIMO ใช้สำหรับชดเชยคลัปโหมดหรือการแทรกสัญญาณข้ามในช่องทางที่อาจนำมาใช้ ใน S-MUX/DEMUX หรือภาย ใน FMF คาดว่า ถ้า MUX/DEDUX มีฟังก์ชันถ่ายโอน unitary กับยศของ N เท่ากับจำนวนของโหมดที่ได้รับการสนับสนุนในใย SDM ช่องกำลังการผลิตสามารถเพิ่มได้ โดยตัวของ N เท่าของโหมดเดียวระบบ [15]

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

เส้นใยโหมดเดี่ยว (SMF) ได้รับสื่อพฤตินัยสำหรับการส่งข้อมูลความจุสูงมานานกว่าสามทศวรรษที่ผ่านมา อย่างไรก็ตามการเจริญเติบโตของการจราจรทางอินเทอร์เน็ตที่ประมาณ 2 เดซิเบลต่อปีจะหมดกำลังการผลิตที่มีอยู่ของ SMF ในอนาคตอันใกล้ [1] ดังนั้นได้มีความพยายามในการวิจัยอย่างเข้มข้นมัลติพื้นที่ส่วน (SDM) ตามเส้นใยแบบ multi-core (MCF) [2-4] หรือเส้นใยโหมดมัลติ (MMF) [5-7] ที่จะเอาชนะอุปสรรคจากความสามารถในการ ขีด จำกัด ของ SMF เมื่อเทียบกับ MMF มาตรฐานที่สนับสนุนกว่าร้อยรูปแบบทำให้เป็นเรื่องยากมากที่จะได้รับและประมวลผลสัญญาณแสงไฟเบอร์ไม่กี่โหมด (FMF) (สนับสนุนจำนวนเล็ก ๆ ของโหมด) มีศักยภาพที่จะลดความซับซ้อนของระบบที่จะจัดการได้ ระดับ [8] กล่าวคือใช้ FMF มีความได้เปรียบของการเลือกโหมดการจัดการที่ดีขึ้นและง่ายขึ้นของความบกพร่องในโหมด โดยใช้มัลติโหมดส่วน (MDM) และหลายอินพุตหลายเอาท์พุท (MIMO) ประมวลผลสัญญาณดิจิตอล (DSP) เทคนิคเป็นที่คาดว่ายังไม่มีรูปแบบเชิงพื้นที่ใน FMF สามารถรองรับ N ครั้งความจุของยินดีต้อนรับ ความเป็นไปได้ของการใช้ MDM และ MIMO ในการส่ง FMF ที่ได้รับเมื่อเร็ว ๆ นี้แสดงให้เห็นโดยหลายกลุ่ม [5-7, 9-13] ในการทดลองเหล่านี้ MDM จะประสบความสำเร็จเส้นใยสองโหมด (TMF, ที่ง่ายที่สุดของ FMFs) กับชุดที่แตกต่างกันของโหมดการสนับสนุนเช่น LP01 และโหมด LP11 [5, 6, 9], สองโหมด LP11 เลว (LP11a + LP11b) [10] และแม้ทั้งสามโหมด (LP01 + + LP11a LP11b) [7 วันที่ 11-13] นอกจากนี้เรายังทราบว่ามีความคืบหน้าในการที่น่าตื่นเต้นในการส่ง SDM MCF [2-4] และพื้นที่ฟรีโดยใช้การสื่อสารทางแสงมัลติโมเมนตัมเชิงมุมโคจร [14] ในรายงานนี้เราที่นี่มุ่งเน้นไปที่การใช้ระบบ SDM FMF โดยเฉพาะอย่างยิ่งเราจะอธิบายสถาปัตยกรรมระบบโดยรวมองค์ประกอบที่สำคัญและโมดูลระบบย่อยสำหรับการส่ง MDM.
ครั้งที่สอง SDM
ระบบสถาปัตยกรรมสถาปัตยกรรมของN × SDM ยังไม่มีระบบส่งกำลังจะแสดงในรูปที่ 1. สัญญาณจะถูกสร้างขึ้นครั้งแรกโดยไม่มีเครื่องส่งสัญญาณ มัลติโหมดของการไม่มีสัญญาณจะประสบความสำเร็จโดยใช้มัลติเพล็อวกาศโหมด (S-MUX) สัญญาณที่ดำเนินการโดยโหมดเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกันจะเปิดตัวแล้วเข้าไปใน FMF ในระหว่างการส่งผ่านโหมดทั้งหมดที่อยู่ในช่วงความยาวคลื่นเดียวกันจะต้องดำเนินการเป็นนิติบุคคลเป็น Superchannel SDM เป็นนักกล่าวคือพวกเขาจะขยายตัวลดลงและเพิ่มขึ้นในเวลาเดียวกันโดยไม่ต้องประมวลผลแต่ละโหมด หลังจากที่ส่งผ่าน FMF ที่จะรับสัญญาณโหมดแล้ว demultiplexed โดยอุปกรณ์แยกส่งสัญญาณเชิงพื้นที่โหมด (S-DMUX) สัญญาณ demultiplexed มีการตรวจพบแล้วโดยไม่มีการรับการเชื่อมโยงกัน สัญญาณจะถูกแปลงแล้วจากโดเมนแสงการไฟฟ้าตัวอย่างไฟฟ้าที่มี ADCs ความเร็วสูงและการประมวลผลในที่สุดก็ใช้โมดูลประมวลผลสัญญาณดิจิตอล อัลกอริทึม MIMO จะใช้สำหรับการชดเชยการมีเพศสัมพันธ์โหมดและ / หรือ crosstalk ในช่องที่อาจได้รับการแนะนำที่ S-MUX / demux หรือภายใน FMF มันเป็นที่คาดว่าถ้า MUX / การ DEDUX มีฟังก์ชั่นการถ่ายโอนรวมกันด้วยยศยังไม่มีเท่ากับจำนวนของรูปแบบที่ได้รับการสนับสนุนในเส้นใย SDM ที่ความจุของช่องจะเพิ่มขึ้นโดยปัจจัยที่ N ครั้งที่ระบบโหมดเดียว [15 ]

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

เส้นใยโหมดเดี่ยว ( SMEs ) ได้รับพฤตินัย ) ความจุสูงการส่งข้อมูลมานานกว่าสามทศวรรษ อย่างไรก็ตาม การเจริญเติบโตที่ชี้แจงของการจราจรทางอินเทอร์เน็ตที่เกี่ยวกับ DB ต่อปีอาจทำให้มีความจุของ SMEs ในใกล้อนาคต [ 1 ] จากนั้นมีความพยายามในการวิจัยที่รุนแรงในส่วนพื้นที่การมัลติเพล็กซ์ ( SDM ) ตามแบบไฟเบอร์ ( MCF ) [ 2 – 4 ] หรือเส้นใยหลายโหมด ( MMF ) [ 5 – 7 ] เพื่อเอาชนะอุปสรรคจากขีดจำกัดความสามารถของ SMEs . เมื่อเทียบกับมาตรฐาน MMF ที่สนับสนุนกว่า 100 รูปแบบ ทำให้ยากมากในการรับและประมวลผลสัญญาณแสงใยโหมดหลาย ( FMF ) ( สนับสนุนจำนวนเล็ก ๆของโหมด ) มีศักยภาพที่จะลดความซับซ้อนของระบบการจัดการในระดับ [ 8 ] คือใช้ FMF มีความได้เปรียบกว่าโหมดการและการจัดการง่ายของโหมดความ . โดยใช้โหมดมัลติเพล็กซ์ ( MDM ) และกองหลายตัวแปร MIMO ) การประมวลผลสัญญาณดิจิตอล ( DSP ) เทคนิคเป็นที่คาดหวังว่าอวกาศโหมดใน FMF สามารถสนับสนุน N ครั้งการผลิตของ SMEs . ความเป็นไปได้ในการใช้อุปกรณ์ในการส่งและคุณนาย FMF ได้เมื่อเร็ว ๆนี้แสดงให้เห็นโดยหลายกลุ่ม [ 5 – 7 , 9 – 13 ] ในการทดลองเหล่านี้ คุณนายได้ในโหมดเส้นใยสอง ( รวมที่ง่ายที่สุดของ fmfs ) กับชุดค่าผสมที่แตกต่างกันของการสนับสนุนโหมด เช่น โหมดและ lp01 lp11 [ 5 , 6 , 9 )สองโหมดการ lp11 ( lp11a lp11b ) [ 10 ] และแม้ทั้งสามโหมด ( lp01 lp11a lp11b ) [ 7 , 11 และ 13 ] นอกจากนี้เรายังทราบว่ามีความก้าวหน้าที่น่าตื่นเต้นใน SDM ใน MCF ส่ง [ 2 – 4 ] และฟรีพื้นที่การสื่อสารทางแสงที่ใช้โคจรโมเมนตัมเชิงมุมเพล็กซ์ [ 14 ] ในรายงานนี้ ที่นี่เรามุ่งเน้นณระบบใช้ FMF . โดยเฉพาะอย่างยิ่งเราจะอธิบายสถาปัตยกรรมของระบบโดยรวม ส่วนประกอบที่สำคัญและระบบโมดูลสำหรับคุณนายส่ง .
2 สถาปัตยกรรมสถาปัตยกรรมระบบ SDM
n × n ระบบส่ง SDM จะแสดงในรูปที่ 1 สัญญาณแรกที่สร้างขึ้นโดย N เครื่องส่งสัญญาณ . โหมดมัลติของสัญญาณได้ใช้ N เพล็กซ์โหมดเชิงพื้นที่ ( s-mux )สัญญาณโดยโหมดเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกันจะได้เปิดตัวแล้วใน FMF . ในการส่งโหมดทั้งหมดในความยาวคลื่นเดียวกันจะถูกประมวลผลเป็นนิติบุคคลเป็น superchannel SDM คือ พวกเขามีการขยายลดลงและเพิ่มในเวลาเดียวกันโดยไม่ต้องโหมดการประมวลผลส่วนบุคคล หลัง FMF ส่งผ่าน ,สัญญาณที่ได้รับ เป็นโหมด demultiplexed โดยดีมัลติเพล็กซ์โหมดเชิงพื้นที่ ( s-dmux ) สัญญาณ demultiplexed จะตรวจพบโดย n รับติดต่อกัน . สัญญาณจะถูกแปลงจากแสงไฟเมน ไฟฟ้าข้อมูล adcs ความเร็วสูงและการประมวลผลสุดท้ายใช้ DSP โมดูลขั้นตอนวิธีใช้ MIMO ชดเชยโหมดการเชื่อมต่อและ / หรืองานเขียนของฮารูกิ มูราคามิ ในช่องที่อาจจะเปิดตัวที่ s-mux / demux หรือภายใน FMF . คาดว่าถ้า mux / dedux ได้โอนรวมฟังก์ชันที่มียศ n เท่ากับจำนวนของการสนับสนุนในโหมด SDM ใย , ความจุช่องสัญญาณสามารถเพิ่มขึ้นโดยปัจจัย n เท่าของระบบโหมดเดียว [ 15 ] .