空間多重化

マルチコアファイバーは、複数のコアで構成されたファイバーです。マルチコアファイバーには様々な種類がありますが、最も一般的なのは「非結合型マルチコアファイバー」で、各コアが独立した光路として扱われます。これらのシステムの主な制約は、コア間のクロストークです。近年、様々な融着接続技術や結合方法が提案・実証されており、多くの構成要素技術がまだ開発段階にあるにもかかわらず、マルチコアファイバーシステムは既に大容量伝送を実現する能力を備えています。

近年、マルチコア光ファイバー向けのいくつかの開発済みコンポーネント技術が実証されている。例えば、異なるマルチコアファイバー間の3次元Yスプリッタ^{[ 1 ]} 、同じファイバーコア間のユニバーサル相互接続^{[ 2 ]}、マルチコア光ファイバーのコア間で波長分割多重データを高速に交換するためのデバイス^{[ 3 ]などである。}

マルチモードファイバーは、コア径が大きく、複数の円筒形横モード（直線偏光モードとも呼ばれる）の伝搬を可能にする。一方、シングルモードファイバー（SMF）は基本モードのみをサポートする。各横モードは空間的に直交しており、直交する2つの偏光方向での伝搬を可能にする。

一般的なマルチモードファイバー（MMF）は、モード数が多いためモード結合と分散が制御不能なレベルに達し、現状では空間分布変調（SDM）には適していません。そのため、空間モード数を少なく抑えるように特別に設計されたコアサイズを持つMMFである、少数モードファイバーの利用が現在検討されています。

物理的な不完全性により、モードはファイバー内を伝搬する際にパワーを交換し、異なる実効屈折率を経験します。^{[ 4 ]}パワー交換はモード結合を引き起こし、モードが不均等な利得または減衰を経験する場合、この効果はファイバーの達成可能な容量を減少させることが知られています。 ^{[ 5 ]}したがって、補償されない場合、容量の増加はモード数に比例しません。実効屈折率の差は、遅延拡散によるシンボル間干渉を引き起こします。^{[ 6 ]}

モードマルチプレクサは、フォトニックランタン、マルチプレーン光変換などから構成される。

束ねられた繊維も、SDMの一種とみなされます。

オープンループMIMOシステムでは${\displaystyle N_{t}}$送信アンテナと${\displaystyle N_{r}}$受信アンテナの場合、入出力関係は次のように記述できます。

${\displaystyle \mathbf {y} =\mathbf {Hx} +\mathbf {n} }$

どこ${\displaystyle \mathbf {x} =[x_{1},x_{2},\ldots ,x_{N_{t}}]^{T}}$は${\displaystyle N_{t}\times 1}$送信シンボルのベクトル、${\displaystyle \mathbf {y,n} }$ は${\displaystyle N_{r}\times 1}$ それぞれ受信シンボルとノイズのベクトルと${\displaystyle \mathbf {H} }$は ${\displaystyle N_{r}\times N_{t}}$ チャネル係数の行列。オープンループ空間多重化でよく遭遇する問題は、複数のストリーム間でチャネル相関が高く、電力の不均衡が大きい場合を防ぐことです。DVB -NGHシステム向けに検討されている拡張機能の1つが、拡張空間多重化（eSM）方式 です。

閉ループMIMOシステムは、送信機でチャネル状態情報（CSI）を利用します。ほとんどの場合、フィードバックチャネルの制限により、送信機では部分的なCSIしか利用できません。閉ループMIMOシステムにおける閉ループ方式での入出力関係は、次のように記述できます。

${\displaystyle \mathbf {y} =\mathbf {HWs} +\mathbf {n} }$

どこ${\displaystyle \mathbf {s} =[s_{1},s_{2},\ldots ,s_{N_{s}}]^{T}}$は${\displaystyle N_{s}\times 1}$送信シンボルのベクトル、${\displaystyle \mathbf {y,n} }$は${\displaystyle N_{r}\times 1}$それぞれ受信シンボルとノイズのベクトル、${\displaystyle \mathbf {H} }$は ${\displaystyle N_{r}\times N_{t}}$ チャネル係数の行列と${\displaystyle \mathbf {W} }$は ${\displaystyle N_{t}\times N_{s}}$線形プリコーディング行列。

プリコーディング行列${\displaystyle \mathbf {W} }$パフォーマンスを向上させるために、ベクトル内のシンボルを事前にコード化するために使用されます。列の次元${\displaystyle N_{s}}$の${\displaystyle \mathbf {W} }$より小さく選択できます${\displaystyle N_{t}}$これは、システムが要求する場合に役立ちます${\displaystyle N_{s}(\neq N_{t})}$いくつかの理由により、ストリームが停止します。理由の例としては、MIMOチャネルのランクまたは受信アンテナの数が送信アンテナの数よりも少ない場合などが挙げられます。