Page 26 - 网络电信2020年5月刊下

基于PL的无多进多出MDM带宽可调的双向光

纤传输系统

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陈成 ，诸明琛 ， 诸波 ，胡芳仁 ，江梦月 1
1.南京邮电大学 光电工程学院；2.路易斯安那大学 电气与计算机工程系

摘要：为实现低成本、长距离以及大容量的数据传输场景，设计了一种无多进多出（MIMO）模分复用
（MDM）带宽可调的光纤双向传输系统，利用6模式选择光子灯笼（PL）分别作为模式复用器与解复用器，选取
LP21模式和LP 01模式2个非简并模式作为正向传输信道，LP02模式和LP01模式作为反向传输信道，同时通过光
开关控制选择LP11的2个简并模式作为正反向传输信道，从而实现12.5km的双向带宽可调传输。该系统为低成
本、长距离以及大容量的数据传输场景提供了解决方案。
关键词：光通信；模分复用；光子灯笼；多模光纤；光开关

引言 96km传输，并在接收端通过MIMO算法对接收信号进行了数字信
近年来，随着人们对互联网产品及其应用的需求日益增 号处理 [10] 。同年，R.Ryf等人提出光子灯笼（PL）型模分复用
长，光纤通信网络规模不断扩大，尤其是数据量的直线性增 器，并基于PL型模分复用器演示了40Gb/s QPSK信号的130km传
长，未来光通信网络技术的突破将朝着更高速率、更大容量 输，获得了3.8Tb/s的传输容量 [11] 。2014年，Leon-Saval等人
和更长距离光传输机理放心发展 [1，2] 。目前，一些以单模光纤 制作出了基于PL的模式复用/解复用器（MUX/DEMUX），通过将
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（SMF）为传输媒介的扩容技术（如时分复用（TDM）技术 、 纤芯尺寸相同的SMF阵列放于一个具有较低折射率的毛细玻璃
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波分复用（WDM）技术 、偏振复用（PDM）技术 和码分复用 管中，进行处理后使细玻璃管管道半径渐进收缩，通过渐进收
技术 [6] 等）已经得到广泛应用，但是由于受SMF非线性效应等 缩形成的少模光纤能有效避免模式间相互串扰所带来的损耗，
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的影响，其通信容量逐渐趋近于理论极限 。从空间维度上来 并利用不同纤芯尺寸的SMF作出来的PL可以获得不同的高阶模
[8]
看，基于少模光纤的模分复用（MDM）技术 对进一步提高光纤 式，这样的模式复用/解复用器具有更好的实用性和灵活性 [12，
通信系统的传输容量有很大的作用。光纤中各个模式间相互正 13] 。2017年，陈嘉轲等人采用弱模式耦合少模光纤和模式选择
交，MDM技术利用这种正交性，将每个模式作为独立的信道加载 性PL型MUD/DEMUX建立了3×3的MDM通信系统，以LP01、LP11a、
信号，从而有效地提高通信容量和频谱效率。 LP11b 3个模式信号通道作为独立信道，采用强度调制-直接检
2011年，Sebastian等人研究了33km多模光纤的MDM，结果 测方式（IM-DD）实现了非归零编码信号在少模光纤（FMF）中
表明在一种新型少模光纤支持的6种空间和偏振模上传输不相 的传输 [14] 。2018年，陈键等人利用模间串扰较低的模式选择性
关的28-GBaud正交相移键控（QPSK）信号的系统中，6×6多进 PL分别作为模式复用与解复用器，选用LP01模式与LP11b模式作
多出（MIMO）处理几乎可以完全补偿模耦合引起地串扰和符号 为发送信道，利用正交频分复用调制方式在50m长的OM4多模光
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间干扰 。2012年，贝尔实验室提出了基于自由空间光学的MDM 纤上实现了7.2Gb/s的传输 [15] 。2019年，陈保峰等人采用IM-DD
实验系统，实现了6个空间模式和偏振模式40Gb/sQPSK信号的 系统，通过使用PL在50m少模光纤上实现了2×20Gb/s4脉冲幅度

网络电信 二零二零年五月 41