CN101359961B - 一种基于超结构光纤布拉格光栅的光码转换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于Gold双极码的封闭性的光纤布拉格光栅时间相位编码光码转换器，该光码转换器包括：第一光环行器，用于接收输入的光编码信号，并输出第一超结构光纤布拉格相位光栅的编码信号；第一超结构光纤布拉格相位光栅，用于对第一光环行器输入的光编码信号进行一次编码；第二光环行器，用于接收经过第一超结构光纤布拉格相位光栅编码后的光编码信号，它的输出即为该光码转换器的输出信号；第二超结构光纤布拉格相位光栅，用于对第二光环行器输入的光编码信号进行再次编码。本发明的光码转换器，基于Gold码的封闭性，能实现固定和可重构双极光相位码转换，大大提高网络选路的连通性和信息传输的安全性，增加网络的灵活性。

Description

一种基于超结构光纤布拉格光栅的光码转换器

技术领域：

本发明属于下一代信息网络技术领域和光纤通信技术领域，尤其涉及到时间相位编码光码转换器的新结构。

背景技术：

光码分多址通信技术通过全光信号处理，实现数据的高速传输、路由和交换；同时，它还具有用户异步随机多址、动态分配带宽、组网方式灵活等优点，适用于可变比特率和突发业务，支持分级服务质量、高速率对等应用和一定程度的信息传输安全性，便于网络的升级和可扩展性。因此，在光接入网和城域网中具有广阔的应用前景。

光编/解码的理论和技术是光码分多址通信系统和网络得以实现的基础。按照光信号迭加形式的不同，光码分多址编码分为非相干编码和相干编码，非相干编码是基于光信号的强度(能量)的迭加，而相干编码是基于光场幅度的迭加，是通过对光信号相位的调制和检测来实现的。经多年的研究，目前普遍认为最有希望的非相干编码光码分多址系统有：二维跳波长/扩时系统和一维互补谱编码/差分检测系统，相干编码系统有：谱相位编码系统和时间相位编码系统。非相干编码的实现技术相对于相干编码简单、系统的稳定性高，但占用的带宽资源大。在与相干系统占用带宽资源相近的前提下，适合于中、高速光通信系统和网络。相干编码光码分多址系统的带宽利用率高，适用于高速和超高速光通信系统，但实现技术相对复杂，系统的小型化和稳定性有待于提高。在相干编码的光码分多址系统中，采用超结构光纤布拉格光栅的时间相位编码系统，以小型化、实现简单和成本低，而具有很强的竞争优势。

在一个光码分多址通信网络中，光码转换器对于下列情况，都是一种必需的重要部件：

(1)光网络中信号的选路和交换，特别是当信号交换存在资源冲突时，为了增加网络的连通性，降低网络的阻塞率；

(2)光网络中信号的上/下路；

(3)由于码字空间有限，码字资源需要重用，使不同的用户之间共享码字；

(4)增加光通信系统中信息传输的安全和保密性。

此外，任一用户的光发射机在不同的时间里要与不同用户的接收机进行通信，则要对发给不同接收机的数据进行不同的光编码；任一个用户的接收机要接收来自不同用户的发射机发送来的信息，光解码器要可调，从而侦听和接收信道上传来的数据信息，以便实现点到点、点到多点、组播和广播方式的通信。所以，需要可调光编/解码器，它们也可以通过固定光编/解码器和光码转换器的级联来实现。

对于光码转换器，美国Telcordia Technologies公司的Ronald C.Menendez等人提出了采用Walsh-Hadamard码的谱相位编码光码转换器，但由于Walsh-Hadamard码是一种同步码，采用同步方式的光码分多址通信系统需要传输同步信号，实现成本高、技术复杂，同时也失去了光码分多址异步随机接入的巨大优势。另外，美国普度大学(Purdue University)的D.S.Seo和Z.Jiang等人也提出了基于m序列和渐近最优四相位序列的采用液晶空间相位调制器的谱相位可调光码转换器。但通过我们的研究发现，m序列不具有封闭性，同时采用空间谱相位编码，器件的体积大、稳定性差和器件的封装困难。而且谱相位编码需要宽带超短脉冲光源。随着光纤光栅技术的发展和成熟，采用超结构光纤布拉格光栅的时间相位编码具有实现简单、成本低、器件体积小、输入和输出光信号的耦合容易、不需要宽带光源等巨大优势，因此，具有很好的应用前景。基于超结构光纤布拉格光栅和Gold码的封闭性的时间相位编码光码转换器，尚未见有研究结果报道。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于Gold双极码的封闭性的光纤布拉格光栅时间相位编码光码转换器，实现简单、成本低，适用于高速和超高速异步光码分多址通信系统和网络。

本发明的技术方案如下：

一种基于超结构光纤布拉格相位光栅的光码转换器，用于将输入的Gold码的光编码信号进行转换，所述光码转换器包括：

第一光环行器，用于接收输入的光编码信号，并输出第一超结构光纤布拉格相位光栅的编码信号；

第一超结构光纤布拉格相位光栅，用于对第一光环行器输入的光编码信号进行一次编码；

第二光环行器，用于接收经过第一超结构光纤布拉格相位光栅编码后的光编码信号，它的输出即为该光码转换器的输出信号；

第二超结构光纤布拉格相位光栅，用于对第二光环行器输出的光编码信号进行再次编码。

进一步，上述的光码转换器可以是固定光码转换器，即：所述第一超结构光纤布拉格相位光栅和第二超结构光纤布拉格相位光栅均为写入相位码的固定超结构光纤布拉格相位光栅；或者，所述第一超结构光纤布拉格相位光栅和第二超结构光纤布拉格相位光栅均为可调谐超结构光纤布拉格相位光栅；或者，其中一个为固定超结构光纤布拉格相位光栅，另一个为可调谐超结构光纤布拉格相位光栅。

本发明的原理如下：

时间相位光码的转换基于Gold码的封闭性。所谓码的封闭性是指一种码的任意两个码字的对应元素在某种运算下得到的另外一个码字，仍然属于该码中的一个码字。研究发现Gold码的对应元素相乘，得到的新码字为该Gold码中的另外一个码字或另外一个码字的循环移位。因此，可以说Gold具有循环移位封闭性。

假定一个长度为n＝2^m-1的Gold码是由一对m序列的优选对x＝(x₀，x₁，…，x_i，…，x_n-2，x_n-1)和y＝(y₀，y₁，…，y_j，…，y_n-2，y_n-1)得到的，即n+2个Gold码的码字分别为：

C₁＝x＝(x₀，x₁，…，x_i，…，x_n-2，x_n-1)

C₂＝y＝(y₀，y₁，…，y_j，…，y_n-2，y_n-1)

$C_3=x\⊕y=(x_0\⊕y_0,x_1\⊕y_1,\·\·\·,x_i\⊕y_i,\·\·\·,x_{n-1}\⊕y_{n-1})$

$C_4=x\⊕y^{-1}=(x_0\⊕y_1,x_1\⊕y_2,\·\·\·,x_i\⊕y_{i+1},\·\·\·,x_{n-2}\⊕y_{n-1},x_{n-1}\⊕y_0)$

其中x_i，y_i∈{0，1}；⊙表示模n加；

表示模2加，即异或。因为模2加有

$0\⊕0=0,$ $0\⊕1=1,$ $1\⊕0=1,$ $1\⊕1=0.$

如果令0表示双极码的+1，1表示双极码的-1，则有

1×1＝1，1×(-1)＝-1，(-1)×1＝-1，(-1)×(-1)＝1。

所以，模2加对应双极码中的元素相乘。

由于采用超结构光纤布拉格相位光栅对一个编码信号进行再编码，正好是对应的码元相乘，因此可以写成输入码字每个码元与编码器的对应相元的异或。

Gold码中的任意两个码字对应元素的异或有如下关系：

$C_i\⊕C_k=C_2,$ $C_2\⊕C_l=C_j$

所以， $C_i\⊕C_k\⊕C_l=C_j,$ 因此，要将码字C_i转换为C_j，只需将C_i通过两个编码器E_k和E_l进行两次编码，即可将C_i转换为C_j。当E_k和E_l为两个固定光相位编码器时，可以实现固定光码转换。如果E_k和E_l为两个可调相位光编码器时，可以实现任意码字之间的光码转换。

例如，长度为7的Gold码的全部码字如表1所示。输入码字经超结构光纤布拉格相位光栅后，输出的码字如表2所示。可以看出任意一个码字经过两个时间相位光编码器均可以转换为另外一个码字。譬如码字C₄要转换为C₈，只需要让C₄经E₆和E₇两次编码，即可实现。即 $C_4\⊕E_6\⊕E_7=C_8.$

表1长度为7的Gold码的全部码字

表2长度为7的Gold码的码字转换表

本发明的优点与积极效果如下：

随着网络业务的类型和业务量的增加，特别是IP业务的爆炸性剧增，要求网络能实现灵活的带宽管理，支持不同业务和不同用户对网络的功能需求。光码分多址具有灵活的带宽管理、软容量、用户/节点异步随机接入、支持多种业务、差分服务质量等优点，在数据骨干网、光城域网和接入网上有着广阔的应用前景。

本发明的光码转换器，基于Gold码的封闭性，具有模块化结构，操作灵活方便，小型化，实现简单、成本低。本发明能实现固定和可重构双极光相位码转换，可用于数据光骨干网实现光码标记交换，也可以用于下一代光城域网和接入网实现光码分多址组网，既可单独组网，也可以与波分复用、光时分复用技术结合组网，适用于高速和超高速异步光码分多址通信系统和网络。本发明的光码转换器会大大提高网络选路的连通性和信息传输的安全性，增加网络的灵活性，更加有效地利用光网络资源，为不同的业务和不同的用户提供更多、更好的服务，因此，具有较大的市场前景，能产生大的经济效益和社会效益。

附图说明：

图1是采用超结构光纤布拉格光栅的固定光码转换器的结构示意图。

图2是采用可调谐超结构光纤布拉格光栅的动态可重构光码转换器的结构示意图。

图3是同时采用固定超结构光纤布拉格光栅和可调谐超结构光纤布拉格光栅的光码转换器的结构示意图。

图4是本发明的光码转换器的具体应用实例示意图。

图中：

1—输入光纤；

2—光环行器；

3—输出光纤；

4—固定超结构光纤布拉格光栅相位编码器；

5—可调谐超结构光纤布拉格光栅相位编码器；

6—信令网的传输线路；

7—电的控制器；

8—电的控制信号传输线路；

9—信令代理；

10—固定/可调光码转换器

11—超结构光纤布拉格光栅固定光编码器

12—超结构光纤布拉格光栅固定光解码器

13—锁模光纤激光器

14—光调制器

15—数据源

16—光电检测器

17—电接收机

18—光网络中光信号的传输链路

具体实施方式：

下面结合具体实施方式，详细说明本发明的光码转换器。

如图1所示，是本发明的一种固定光码转换器，由两个写入相位码的固定超结构光纤布拉格光栅4和两个光环行器2构成。由光码分多址发射机输出的光编码信号C_i，从输入光纤1送入光码转换器，首先经第一个光环行器2送入第一个超结构光纤布拉格光栅时间相位编码器E_k，输出为 $C_i\⊕E_k=C_2,$ 再送入第二个光环行器，然后经第二个超结构光纤布拉格光栅时间相位光编码器E_l，输出为 $C_2\⊕E_l=C_j,$ 从输出光纤3输出，即实现了从光码C_i到C_j的转换。

如图2所示，是本发明的可重构光码转换器，由两个可调谐超结构光纤布拉格相位光栅5、两个光环行器2组成。可调谐超结构光纤布拉格相位光栅5由电的控制器7(控制电路)控制，电的控制器7根据信令网(经由信令网的传输线路6进行传输)的信令控制可调谐超结构光纤布拉格相位光栅5的相位。具体为：电的控制器7与信令代理9相连，信令代理9接收信令网发送来的信令，并根据所接收到的信令给电的控制器7发送指令，电的控制器7根据接受的指令发出控制电信号(经由电的控制信号传输线路8传输)，去控制两个可调谐超结构光纤布拉格相位光栅5，实现每个码切普相位任意可调，从而实现任意光码C_i到C_j的转换。具体是通过控制流过金属丝的电流给每个码元(切普)加热，改变每个码元(切普)的相位来实现。

如图3所示，是本发明的又一种光码转换器，由两个光环行器2、一个固定超结构光纤布拉格相位光栅4和一个可调谐超结构光纤布拉格相位光栅5组成。输入的光编码信号首先经固定超结构光纤布拉格相位光栅4编码变成码字C₂，再根据网络中发送来的信令，在控制电路7的控制下，经过可调谐超结构光纤布拉格相位光栅5实现到任意码的转换。

图4所示为光码转换器在光码分多址网络中的应用实例。锁模光纤激光器13发出的周期性超短光脉冲，经光调制器14被数据源15调制后，再由超结构光纤布拉格光栅固定光编码器11进行编码，经光网络中的光信号的传输链路18(光纤)传输，当在中间的某段线路中存在光码资源冲突或出于信息传输保密的需要，需要进行光码转换，则采用本发明中的固定或可调光码转换器10，转换成另外的光码。最后在接收端由超结构光纤布拉格光栅固定光解码器12进行解码，光电检测器16进行光电转换，电的接收机17将数据恢复。例如光发射机的光编码器为E₁，编码输出为C₁，经中间的光码转换器

转换为C₅，在接收端经光解码器

(C₅的复共轭)解码，最后将数据恢复。

Claims (5)

1.一种基于超结构光纤布拉格相位光栅的光码转换器，用于将输入的Gold码的光编码信号进行转换，其特征在于，所述光码转换器包括：

第一光环行器，用于接收输入的光编码信号，输出第一超结构光纤布拉格相位光栅的光编码信号；

第一超结构光纤布拉格相位光栅，用于对第一光环行器输入的光编码信号进行一次编码；

第二光环行器，用于接收经过第一超结构光纤布拉格相位光栅编码后的信号，输出第二超结构光纤布拉格相位光栅进行再次编码的光码转换信号；

第二超结构光纤布拉格相位光栅，用于对第二光环行器输入的光编码信号进行再次编码。

2.如权利要求1所述的光码转换器，其特征在于，所述第一超结构光纤布拉格相位光栅和第二超结构光纤布拉格相位光栅均为写入相位码的固定超结构光纤布拉格相位光栅。

3.如权利要求1所述的光码转换器，其特征在于，所述第一超结构光纤布拉格相位光栅和第二超结构光纤布拉格相位光栅均为可调谐超结构光纤布拉格相位光栅。

4.如权利要求1所述的光码转换器，其特征在于，所述第一超结构光纤布拉格相位光栅和第二超结构光纤布拉格相位光栅，其中一个为固定超结构光纤布拉格相位光栅，另一个为可调谐超结构光纤布拉格相位光栅。

5.如权利要求3或4所述的光码转换器，其特征在于，所述可调谐超结构光纤布拉格相位光栅由控制电路控制，所述控制电路根据信令网的信令控制可调谐超结构光纤布拉格相位光栅的相位。

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