专利名称：经由多模式群集的通信的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信系统。
背景技术：
本章节介绍可能有助于更好地理解本发明的方面。因此，应从这个角度阅读本章节的陈述且不应将其理解为承认特定内容是否属于现有技术。当前的一些通信系统提出使用脉冲位置调制(PPM)以在接收器处实现高灵敏度。在PPM中，在每一符号周期内的M个时隙中的单一时隙期间发射信号。在每一符号周期中，接收器检查M个时隙中的每一者以识别发射信号的时隙。不幸地，增加每符号间隔的时隙数量致使PPM脉冲在时间上变窄且具有相应地较大的带宽。由于此原因，PPM不能提供高频谱效率。
发明内容
装置的实施例包含能够在物理通信信道中连续地激发不同组的一个或多个传播模式的数字数据发射器。每一组的一个或多个模式在物理通信信道中产生不同的发射能量空间分布。所述数字数据发射器经配置以连续地改变经选择组的一个或多个经激发传播模式以发射不同的数据值到所述通信信道。在所述装置的一些实施例中，所述数字数据发射器是具有天线阵列的无线发射器，且所述发射器能够以不同方式为天线供电以连续地激发所述传播模式中的不同者。在所述装置的一些实施例中，所述数字数据发射器是具有光学调制器的光学发射 器，所述光学调制器能够在多模式光学波导中连续地激发不同的光学传播模式。在所述装置的一些实施例中，每一组是经选择的传播模式，及所述组中的不同组的经选择传播模式为实质上正交的。在所述装置的一些实施例中，所述数字数据发射器经配置以激发所述传播模式中的不同者以发射不同的数字数据值。 在一些实施例中，所述装置进一步包含数字数据接收器，所述数字数据接收器经连接以接收由所述数字数据发射器所发射的信号且经配置以识别在对应的时间符号间隙中由所述数字数据发射器所激发的所述组的一个或一个以上传播模式。所述数字数据接收器可为具有天线阵列的无线接收器，及所述接收器可经配置以测量由所述天线中的不同者接收的强度及经配置以使用所述经测量的强度来识别在对应的时间符号间隙中激发的所述组的一个或一个以上传播模式。或者，所述数字数据接收器可为能够识别在对应的时间符号间隙序列中由所述发射器激发的所述组的一个或一个以上传播模式的光学接收器。
在另一实施例中，装置包含经配置以测量在一序列的每一时间符号周期中接收的电磁信号的空间能量分布的数字数据接收器。所述接收器经配置以从对于所述对应的时间符号周期测量得的所述空间能量分布中识别出在物理通信信道中由发射器所激发的一组一个或一个以上传播模式。在所述装置的一些实施例中，所述数字数据接收器包含天线阵列。所述天线经配置以测量所述空间能量分布。在所述装置的一些实施例中，所述数字数据接收器包含能够确定光学信号的传播模式的光学检测器。所述光学检测器可经配置以测量从自由空间接收的光学信号的空间强度。在其它这种实施例中，所述光学检测器可经配置以测量从多模式光学波导(例如，光纤)接收的光学信号的横向空间强度。在另一实施例中，提供一种用于数字数据的点对点发射的方法。所述方法包含在数字数据发射器中接收数字数据序列。对于所述序列的每一所接收的数字数据，所述方法包含在所述数字数据发射器中选择对应组的一个或一个以上传播模式，使得为所述数字数据的不同值选择所述组中的不同者。使用所述数字数据发射器，所述方法包含在对应的时间符号周期期间在物理通信信道中连续地激发每一经选择组的一个或一个以上传播模式。所述组中的每一者在数字数据接收器的检测器处产生不同的空间能量场型。在所述方法的一些实施例中，每一组是一个或一个以上光学发射模式的不同组。在所述方法的一些实施例中，每一组包含与剩余的一个或一个以上组的传播模式正交的传播模式。在所述方法的一些实施例中，所述选择涉及从固定大小的群集中选择信号点，每一组为群集的信号点中的一者。在另一实施例中，提供一种用于数据的点对点接收的方法。所述方法包含在数据的序列的每一时间符号间隙中测量在数字数据接收器处自物理通信信道接收的电磁信号的空间能量分布。所述方法包含从每一经测量的空间能量分布中选择可能在对应的时间符号间隙中激发所接收的空间能量分布的一组一个或一个以上传播模式。在所述方法的一些实施例中，每一测量动作包含测量从自由空间通信信道中接收的空间能量的强度分布。在所述方法的一些实施例中，每一测量动作包含测量从多模式光学波导(例如，光纤)中接收的横向空间能量强度分布。
图I说明点对点无线通信系统的实施例；图2说明点对点光学通信系统的实施例；图3A到3C示意性地说明在接收器(例如，图I或2的接收器)的空间检测阵列处的不同发射传播模式的波的能量分布；图4是说明(例如)使用图I及2中的无线或光学发射器发射数据的点对点方法的流程图 '及 图5是说明(例如)使用图I及2中的无线或光学接收器接收数据的点对点方法的流程图。
在图及正文中，相同的参考符号指示具有类似或相同功能和/或结构的元件。在图中，一些特征的相对尺寸可被夸大以更清楚地说明特征和/或它们与其中的其它元件的关系。本文中，通过图及具体实施方式
更详尽地描述各种实施例。然而，本发明可以各种形式体现且不限于图及具体实施方式
中所描述的实施例。
具体实施例方式已经提出不同的传播模式作为并发地发射不同数据流的载波。相对照地，在本文中所描述的实施例中，通过在每一时间符号间隔内同时激发一个或一个以上传播模式的组而形成数字调制符号。经发射的传播模式的组的标识固定了正在对应的时间符号间隔中发射的符号的值。图I说明点对点无线通信系统10，其包含数字数据的无线发射器12、无线通信信 道14及数字数据的无线接收器16。无线发射器12控制发射天线20的空间阵列18或能够在无线通信信道14中个别地激发不同组的一个或一个以上空间传播模式(未显不)的另一个空间分布结构。空间阵列18可包含(例如)常规的一维(ID)或常规的二维(2D)发射天线20。空间阵列18可经控制以连续地发射不同的数据信号或将不同的数据信号转换为一个或一个以上传播模式的所述组中的不同组。此处，每一此种组在其中具有不同的空间能量分布，例如，每一此种组可为实质上正交或正交的传播模式集合中的不同模式。即，发射器12致使发射天线20以互为相干的方式发射以激发具有不同的空间能量场型(例如，在无线电或光学频率下)的传出电磁束。无线发射器12可在不同的时间符号间隙中激发具有不同的空间强度分布的一个或一个以上传出传播模式的组序列。无线通信信道14包含无线发射器12与无线接收器14之间的自由空间区域。所述自由空间区域可接近地球的表面6和/或可包含地球的上部大气层的部分，所述部分可散射或反射无线通信。所述自由空间区域可接近散射体和/或反射体8，散射体和/或反射体8修改由无线发射器12激发的电磁传播模式的能量分布。所述自由空间区域还可包含在大气层外(即，在太空中)的部分。无线接收器16具有接收器天线24的空间阵列22或经配置以用于识别及辨别由无线接收器16所激发的不同组的一个或一个以上空间传播模式的另一个空间分布结构。空间阵列22还可为(举例来说)常规的一维或常规的二维接收天线24。空间阵列22经配置以检测由无线发射器12所激发的无线传播电磁信号及经配置以将空间信号累加到所述经检测的信号的经接收的空间强度场型上。无线接收器16能够使用所述数据识别在不同的时间符号间隙中由无线发射器12所激发的个别组的一个或一个以上空间传播模式。SP，接收器16使用在个别接收器天线24处接收的电磁波强度的空间分布的数据来识别在对应的符号间隙中由无线发射器12所激发的特定组的一个或一个以上传播模式。图3A、3B及3C示意性地说明高强度区域(即用交叉的平行线画出阴影的区域)的可能空间场型，相应的三个不同的传播模式A、B及C可在无线接收器16的接收器天线
24的一个空间阵列20处产生所述空间场型。基于图3A到3C，如果每一接收器天线24在符号间隙中检测到高信号强度，那么无线接收器16可将由无线发射器12激发的电磁传播模式识别为传播模式A。而且，如果左上角及右下角接收器天线24在符号间隙中检测到高信号强度，且其它接收器天线24在相同的符号间隙中并未检测到高信号强度，那么无线接收器16可将经激发的电磁传播模式识别为传播模式B。最后，如果右上角及左下角接收器天线24在符号间隙中检测到高信号强度，且其它接收器天线24在相同的符号间隙中并未检测到高信号强度，那么无线接收器16可将经激发的电磁传播模式识别为传播模式C。当然，其它实施例可在无线接收器16处对于空间阵列22使用具有不同的强度分布及不同形式的电磁传播模式或电磁传播模式组。在各种实施例中，强度和/或偏振的空间分布在由无线发射器12激发以发射数据的一个或一个以上传播模式的不同组之间实质上不同。图2说明点对点光学通信系统30，其包含数字数据的光学发射器32、多模式光学发射波导34 (例如，多模式发射光纤)以及数字数据的光学接收器36。光学发射器34包含 能够在多模式光学发射波导34中(即，在对应的时间符号间隙的序列中)连续地激发不同组的一个或一个以上光学传播模式的光学调制器38。换句话说，光学发射器34包含能够在多模式发射光纤34中激发具有不同的横向空间强度剖面的光学传播模式(例如，实质上正交的传播模式)的光学调制器。光学接收器36包含经配置以对于每一经接收组的一个或一个以上光学传播模式进行强度、相位和/或偏振分布的空间测量的光学检测器40。根据光学检测器40的每一此种空间测量，光学接收器36能够辨别及识别在对应的时间符号间隙中可能由光学发射器32激发以发射数字数据的特定空间传播模式或传播模式的组。在由雷内吉恩·伊塞姆瑞(Rene-Jean Essiambre)及彼得J ·温泽(PeterJ. Winzer)在2009年6月26日申请的第12/492，399号美国专利申请案及由雷内吉恩 伊塞姆瑞、罗兰.Ryvf(Rc)Iand Ryf)及彼得J 温泽在2009年6月26日申请的第12/492，391号美国专利申请案的一者或两者中，可能描述了能够在多模式发射光纤中激发及识别具有不同的横向空间强度剖面和/或偏振的光学传播模式或其组的实例光学调制器及光学检测器。这两个美国专利申请案全部以引用的方式并入本文中。图I及2的无线及光学通信系统10、30在时间上多路复用一个或一个以上传播模式的组以经由物理通信信道传递数字数据流。举例来说，这些通信系统10、30可在每一时间符号间隙中发射能量到实质上单一的传播模式并在依次的时间符号间隙中改变所述传播模式以经由物理通信信道发射改变的数据符号流。图4是说明(例如)使用图I及2的无线或光学发射器12、32发射数据的点对点 方法50的流程图。方法50包含在数字数据发射器中接收数字数据序列(步骤52)。响应于接收所述序列的每一数字数据，方法50包含在发射器中为所述数字数据选择对应组的一个或一个以上传播模式(步骤54)。为所接收的数字数据的不同值选择一个或一个以上传播模式的所述组中的不同组。换句话说，序列中的数字信息由发射器转换为所述组的对应序列，其中每一组在其中具有一个或一个以上传播模式。一个或一个以上传播模式的所述组中的每一组当被激发时将经由物理通信信道从数字数据发射器传播能量到数字数据接收器。一个或一个以上传播模式的不同组例如在数字数据接收器处造成不同的空间能量分布。举例来说，每一组可仅包含与其它组的传播模式正交或实质上正交的单一传播模式。典型地，在数字数据发射器处激发一个或一个以上传播模式的组中的一个组将至多致使激发一个或一个以上传播模式的其它组，所述其它组的一个或一个以上传播模式具有足够小的强度以使数字数据接收器能够从在接收器处接收的空间能量分布的测量中识别出特定的经激发组的一个或一个以上传播模式。—个或一个以上传播模式的特定组的选择涉及从固定大小的信号群集中选择点。特定来说，所述信号群集的每一点是可经由物理通信信道将能量从数字数据发射器发射到数字数据接收器的一个或一个以上传播模式的组中的不同组。举例来说，每一点可为不同的正交传播模式，使得数字数据的每一值按对应的传播模式的标识来编码。因此，在一个实施例中，为了经由选择步骤54编码N位的数据，所述数据发射器使用具有2N或更多个不同传播模式的信号群集，例如，具有不同空间能量分布的2N个正交传播模式。在另一实施例
中，所述发射器对于每一信息符号使用K个传播模式，从而每一信息符号编码log2 位。
KkJ方法50包含使用所述数字数据发射器在所述物理通信信道中连续地激发每一经 选择组的一个或一个以上传播模式(步骤56)。所述一个或一个以上传播模式的组中的每一依次选择的组是在针对正被发射的数字数据的对应时间符号间隙中被激发。因此，经选择的组被依次地激发以产生指向所述数字数据接收器的一个或一个以上传播模式的组的时间流。图5是说明(例如)使用图I及2的无线或光学接收器16、36接收数据的点对点方法60的流程图。在数据序列的每一时间符号间隙处，方法60包含测量所接收的电磁信号(例如，在数字数据接收器处从物理通信信道接收的无线电或光学信号)的空间能量分布(步骤62)。方法60包含从空间能量分布的测量的每一者中选择可能由数字数据发射器在所述物理通信信道中激发了以在对应的时间符号间隙中产生经测量的空间能量分布的一组一个或一个以上传播模式(步骤64)。特定来说，每一选择涉及拾取固定群集的信号点，其中所述群集的所述信号点中的每一者对应于所述组中的不同组。方法60还包括识别对应于在步骤62处选择的组的时间序列的数字数据流(步骤66)。换句话说，一个或一个以上传播模式的不同组对应于不同的所发射数字数据值。可能由数字数据发射器传递的数字数据流的经发射数字信息包含在经选择的组的时间序列中。如以上(即，针对方法50)所陈述，在方法60中，当组的模式被(并发)激发时，每一组一个或一个以上传播模式经由物理通信信道将能量从数字数据发射器传播到数字数据接收器。不同组的一个或一个以上传播模式(例如)在数字数据接收器处产生不同的空间能量分布。举例来说，每一组可包含与其它组的传播模式正交或实质上正交的单一传播模式。一个或一个以上传播模式的组中的一者至多致使激发其它组，所述其它组具有足够小的强度以使数字数据接收器仍能够经由经测量的空间能量分布从其它组中辨别及识别特定激发的组。根据揭示内容、图式及权利要求书，本发明的其它实施例对于所属领域的技术人员将是显而易见的。
权利要求
1.一种装置，其包括 数字数据发射器，其能够在物理通信信道中连续地激发不同组的一个或一个以上传播模式，每一组的一个或一个以上传播模式在所述物理通信信道中具有不同的发射能量空间分布；以及 其中所述数字数据发射器经配置以改变所述经激发组的一个或一个以上传播模式以发射不同数据值到所述通信信道。
2.根据权利要求I所述的装置，其中所述数字数据发射器是具有天线阵列的无线发射器且能够以不同方式为所述天线供电以连续地激发所述传播模式中的不同者或 其中所述数字数据发射器是具有光学调制器的光学发射器，所述光学调制器能够在多模式光学波导中连续地激发不同的光学传播模式。
3.根据权利要求I或2所述的装置，其中每一组是经选择的传播模式，且所述组中的不同组的所述经选择的传播模式是实质上正交的。
4.根据权利要求1、2或3所述的装置，其中所述数字数据发射器经配置以激发所述传播模式中的不同者以发射不同的数字数据值。
5.一种装置，其包括 数字数据接收器，其经配置以在序列的每一时间符号周期中测量一个或一个以上经接收的电磁信号的空间能量分布，且经配置以从针对所述对应时间符号周期测得的所述空间能量分布中识别出在物理通信信道中由发射器所激发的一组一个或一个以上传播模式。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述数字数据接收器包含用于测量所述空间能量分布的天线阵列，或包含能够识别光学信号的传播模式的光学检测器。
7.一种用于数字数据的点对点发射的方法，其包括 在数字数据发射器中接收数字数据序列； 对于所述序列的每一经接收数字数据，在所述数字数据发射器中选择对应组的一个或一个以上传播模式，使得针对所述数字数据的不同值选择所述组中的不同者； 使用所述数字数据发射器，在对应的时间符号周期期间在所述物理通信信道中依次地激发每一经选择组的一个或一个以上传播模式；以及 其中每一组在数字数据接收器的检测器处产生不同的空间能量场型。
8.根据权利要求7所述的方法，其中每一组是一个或一个以上光学传播模式的不同组。
9.一种用于数据的点对点接收的方法，其包括 在数据的序列的每一时间符号间隙处，测量在数字数据接收器处从物理通信信道接收的电磁信号的空间能量分布；以及 从每一经测量的空间能量分布中选择可能在所述对应的时间符号间隙中激发了所述经接收的空间能量分布的一组一个或一个以上传播模式。
10.根据权利要求9所述的方法，其中每一测量动作包含测量从自由空间通信信道接收的空间能量强度或包含测量从多模式光学波导接收的横向空间能量强度。
全文摘要
一种装置包含能够在物理通信信道中连续地激发不同组的一个或一个以上传播模式的数字数据发射器。每一组的一个或一个以上传播模式在所述信道中具有不同的发射能量空间分布。所述数字数据发射器经配置以连续地改变经激发组的一个或一个以上传播模式以发射不同的数据值到所述通信信道。
文档编号H04B10/13GK102714548SQ201080058490
公开日2012年10月3日 申请日期2010年12月22日 优先权日2009年12月23日
发明者彼得·J·温泽尔 申请人:阿尔卡特朗讯