《Journal of Lightwave Technology》：Partial- and Joint-MIMO Processing Schemes for Space Division Multiplexed Transmission Over Different Multi-Mode Fibers
编辑推荐：
研究人员实验研究了简化的多输入多输出（MIMO）处理方案，以支持在不同模式数的多模光纤（MMFs）上进行高容量空分复用传输。研究人员利用多模光纤（MMFs）和器件的模式选择性来实现基于模式群（MG）的传输和MIMO处理。研究人员评估了涉及15模MMF和6模MM
研究人员实验研究了简化的多输入多输出（MIMO）处理方案，以支持在不同模式数的多模光纤（MMFs）上进行高容量空分复用传输。研究人员利用多模光纤（MMFs）和器件的模式选择性来实现基于模式群（MG）的传输和MIMO处理。研究人员评估了涉及15模MMF和6模MMF的各种传输场景，使用了相邻和非相邻MG的不同组合。对于信号检测和恢复，研究人员采用简化的MIMO处理方法以降低数字信号处理（DSP）的复杂度。与近期工作相比，研究展示了增强的灵活性，即使在相邻MG传播和高未补偿MG间串扰的传输场景中也能实现数据恢复。研究人员通过跨C波段传输偏振复用16-QAM信号，实现了70 Tb/s至165 Tb/s的吞吐量。研究表明，由未补偿的MG间串扰引起的传输代价限制在1.1 bit/symbol。研究人员还表明，在所有考虑的场景中，DSP显著简化，与传统的全MIMO处理相比，总MIMO抽头减少了52%至66%。研究结果表明，简化的MIMO方案能够支持在SDM网络中异构MMF上的高容量传输。
**简化MIMO处理方案支持异构多模光纤空分复用传输的解读与总结**
随着全球数据流量持续指数增长，空分复用（SDM）技术成为突破光通信容量瓶颈的关键方向。在多模光纤（MMF）中，多个空间模式可并行传输，从而显著提升单纤容量。然而，模式间强耦合带来的高串扰（XT）要求接收端采用完整的全多输入多输出（full-MIMO）数字信号处理（DSP），其均衡器数量随模式数平方增长，导致DSP复杂度急剧上升，同时限制了传输灵活性。为缓解此问题，研究人员曾提出基于模式群（MG）的部分MIMO处理方案，将强耦合的模式划分为组，仅对组内模式进行联合均衡，以降低复杂性和实现灵活路由。但部分MIMO对模式群间串扰（IGXT）高度敏感，在相邻MG传播或模式选择性不足的场景下，数据恢复可能失效。为此，本文提出一种新的联合MIMO（joint-MIMO）处理方案，与部分MIMO相结合，在异构MMF环境中实现高容量、低复杂度的传输。
研究人员在实验中对50 km的15模MMF和10 km的6模MMF组成的系统进行了评估，通过光开关灵活配置五种传输场景（α至ε），使用不同邻近和非邻近MG组合，并应用部分MIMO或联合MIMO进行信号恢复。系统发射端采用49-GBaud偏振复用16-QAM信号，等效88通道WDM信号覆盖C波段（1529.6 nm至1564.3 nm），并使用多平面光转换（MPLC）器件和熔融光纤（FF）耦合器分别作为两种MMF的模式复用/解复用器。接收端利用实时示波器采集数据，离线DSP中包含时域MIMO均衡、载波相位恢复，并采用LDPC前向纠错解码估算吞吐量。
实验结果显示，在五种场景中，联合MIMO与部分MIMO联合应用实现了70 Tb/s至165 Tb/s的吞吐量，GMI损失不超过1.1 bit/symbol。具体而言，场景α中，MG A和C经两段MMF联合MIMO处理获得约3.0 bit/symbol的GMI，对应吞吐量约100 Tb/s，MG E经部分MIMO处理获得约120 Tb/s；场景β中，MG A和E联合MIMO处理得到约140 Tb/s，而单一MG C部分MIMO为约70 Tb/s；场景γ和δ分别验证了正反方向传输，联合MIMO处理MG A、B、C均得到约165 Tb/s和167 Tb/s，部分MIMO处理MG E约112 Tb/s和114 Tb/s；场景ε中，MG A和B经15模MMF后注入6模MMF的MG C，部分MIMO处理MG C得到约100 Tb/s，MG E部分MIMO约160 Tb/s，且GMI损失低于0.3 bit/symbol。这些结果表明，系统性能主要取决于所激发的MG组合，而非传输路径或方向。
在DSP复杂度方面，联合MIMO和部分MIMO显著减少了均衡器数量与总抽头数。例如，场景γ和δ中若使用全MIMO需484个均衡器，而采用联合MIMO（3个MG共6模式）仅需144个，部分MIMO（MG E的5模式）需100个。整体上，相比全MIMO，总MIMO抽头数减少了52%至66%，其中场景ε减幅最大（66%），场景β减幅最小（53%）。联合MIMO的抽头数通常由跨MG的脉冲响应扩展决定，例如场景γ中观测到因基模（MG A）引起的额外峰值，从而需要更多抽头。然而总体复杂性仍大幅下降。
讨论部分指出，联合MIMO提供了介于全MIMO和部分MIMO之间的折衷：既能有效补偿相邻MG间的IGXT，又保留了大量DSP简化与MG级路由灵活性。因此，该方案在模式选择性低、距离较长或相邻MG同时传输的场景下具有明显优势，扩展了传统部分MIMO的适用边界。
研究结论可总结为：本文通过实验验证了部分MIMO与联合MIMO组合方案在不同模式数多模光纤异构系统中的有效性。在50 km 15模MMF和10 km 6模MMF构成的传输环境中，五种场景均实现了>70 Tb/s（最高165 Tb/s）的吞吐量，且未补偿IGXT引起的GMI损失不超过1.1 bit/symbol。与全MIMO相比，总MIMO抽头减少达52%至66%，证明了简化MIMO方案在保持高容量的同时显著降低接收端DSP复杂度，为未来城域规模SDM网络中异构MMF灵活高效部署提供了可扩展的解决方案。
