CN101420636A

CN101420636A - 一种单dfb激光器同时有效承载标记与净荷的装置和方法

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Publication number: CN101420636A
Application number: CNA2007101763753A
Authority: CN
Inventors: 忻向军; 张琦; 曹永盛; 曹向磊; 余重秀; 王葵如; 桑新柱
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2009-04-29

Abstract

本发明公开一种信息处理设备，主要用于IP－over－DWDM光网络的信息产生、传输及接收，其中所述信息处理设备包括边缘路由器、传输模块及信号接收部分。所述边缘路由器主要通过单分布式反馈激光器及马赫－曾德尔调制器实现有效承载标记与载荷。本发明公开了相应的信息传输方法。由于标记信号和净负荷信号采用了FSK/ASK正交联合调制方式，克服现有光交换网络只能承载载荷信号，而包含路由信息的标记信号只能在电交换网络中传播的缺点；及采用了高斯滤波的方法对调制的正交信号进了谱均衡，明显提高了信息的传输质量。

Description

一种单DFB激光器同时有效承载标记与净荷的装置和方法

技术领域

光交换技术，本发明涉及光通信领域，针对一种基于FSK/ASK正交调制的光标记交换，进行谱均衡优化的方法和装置。

背景技术

当美国最大的电话运营商AT&T宣称只有将光缆接到主要街道，然后用已存在的铜缆接入用户家才是风险较低的宽带发展方式时，2007年一季度，Verizon报告其新增864000 FiOS用户，增长超过16％，市场已经突破一百万。该公司已经开始提供50Mbit/s的因特网连接，并正在尝试将其提高到100Mbit/s；与此同时，在应用领域，以Youtube为代表的VOD视频点播类服务已经在全球范围内开始风靡。毋庸质疑，宽带的接入网加之高速的应用服务必将推动通信网络中的IP数据传输量新一轮的爆发增长。

现有传输网的波分复用技术(WDM，Wavelength Division Multiplexing)能有效解决人们对带宽的需求，但是单纯利用WDM技术没有从根本上克服网络节点的电子速率“瓶颈”，因为在网络节点仍需要光/电、电/光的转换和进行电信号处理，交换速率受核心路由器背板速率和数量的制约，且结构复杂。从整个网络结构上看，关键的症结在于高速的传输速率与低速的交换速率不能匹配，所以克服电子“瓶颈”的办法是避免在异步传输模式(ATM，Asynchronous TransferMode)和同步数字序列(SDH，Synchronous Digital Hierarchy)层而是直接在密集波分复用(DWDM，Dense WDM)上进行IP数据的传输，即建设全光以太网(IP over DWDM)。

在此背景下，作为建设全光以太网的基础，光标记交换技术是近几年国外光交换技术研究的热点，光标记交换的关键技术主要集中在光标记的产生、提取和识别等方面。本文着眼于以通用多标记交换(GMPLS，General Multi-ProtocolLabeled Switching)为基础的光标记交换，研究一种结合频移键控/幅移键控(FSK/ASK，Frequency Shift Keying/Amplitude Shift Keying)的正交调制的光标记技术。以这种光标记技术构建底层的光以太网，将为建设新型城域网提供一个行之有效的方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有光交换网络只能承载载荷信号，而包含路由信息的标记信号只能在电交换网络中传播的缺点。提供了一种单分布反馈式(DFB，Distributed Feed-back)激光器同时承载标记和载荷信号的光标记交换的方法。重点是针对此技术方案中，标记信号直接强度调DFB制激光器会出现光谱不均衡问题，提出了一种利用高斯滤波器进行谱均衡处理的方法，从而显著减小了接收载荷信号的误码率。

本发明采用的光标记交换技术方案为：

首先IP数据包信息在边缘路由器，形成FSK/ASK正交联合调制信号：

低速IP数据包的头信息对DFB激光器进行直接强度调制，产生FSK光标记信号，进行谱均衡处理，继而进入马赫-曾德尔调制器(MZM，Mach-ZehnderModulator)。

高速IP数据包的净负荷经过相关的编码技术转换成适合光纤传输的信号，继而输入到M-Z调制器。

边缘路由器部分的M-Z调制器，用于将IP净负荷调制到FSK光标记信号上，实现FSK/ASK的正交联合调制，产生FSK/ASK信号。

然后，FSK/ASK正交信号经过系统传输部分，并产生信号色散及引入各类噪声：

掺铒光纤放大器，用于提高FSK/ASK信号发射功率，或者放大在光纤传输中减弱的信号。

单模色散光纤和色散补偿光纤，在给信号提供长距离传输路径的同时，补偿由于单模色散光纤产生的光色散。

最后，通过传输和交换的信号进入系统的IP头信息与IP净负荷的接收部分，解调出信号：

首先，耦合器将传送过来的信号按功率的比例分成两部分，使其分别进入FSK信号接收机和ASK信号接收机。

其次，在FSK信号接收机部分，来自耦合器的信号首先经过窄带光滤波器，通过选取恰当的滤波器带宽，滤除FSK信号中的一个峰值点，留下另一单频率信号信息；再经过光电检测器，将单频率的光信号转化为电信号，并通过前置放大器将小信号放大；最后通过低通滤波器的滤波整形作用，将IP头信息解调出来。

同理，在ASK信号接收机部分，来自耦合器的信号信号首先经过窄带光滤波器，滤除正交信号在信道中引入的噪声；再经过光电检测器将FSK/ASK正交光信号中的ASK信号转化为电信号，并通过前置放大器将小信号放大；最后通过低通滤波器的滤波整形作用，将IP净负荷解调出来。

针对该技术方案提出的谱均衡问题的解决：

前面提到低速IP数据包的头信息对DFB激光器进行直接强度调制，产生FSK光标记信号，在进入M-Z调制器之前会进行谱均衡处理。

首先，IP包头信息作为标记信号，驱动一个小的偏置电流直接调制激光器，利用激光的啁啾来完成FSK标记信息的生成。

其次，由于啁啾不可控的特点，其产生的两个偏移的码频，其光谱强度是不均衡的。将此不均衡的标记信号通过一个特定的高斯滤波器，使其两个码频的光谱强度趋于相等。

最后将此经过高斯滤波器处理的谱均衡信号输入到M-Z调制器。

本发明的有益效果是，显著优化了单DFB激光器同时有效承载标记与载荷的技术的性能，其传输载荷信号的误码率得到了显著的减小，并且具有实际可操作性。

附图说明

图1为本发明边缘路由器的结构图；

由信号发生器、DFB可调激光器、M-Z调制器(MZM)、高斯滤波器(Gaussian Filter)构成。

图2为本发明基于FSK/ASK正交调制的新型光标记系统模型原理图；

其中传输部分由掺铒光纤放大器(EDFA，Erbium Doped FiberAmplifiers)、单模光纤(SMF，Single Mode Fiber)、色散补偿光纤(DCF，Dispersion Compensation Fiber)构成。

接收机部分由耦合器(Coupler)、光带通滤波器(OBPF，Optical Band-passFilter)、光电探测器、放大器、低通滤波器(LPF，Low Pass Filter)构成

图3为本发明中经DFB激光器调制的FSK光标记信号频谱图；

图4为本发明中用到的高斯滤波器的示意图

图5为本发明中经高斯滤波后的FSK光标记信号频谱图；

图6为本发明中Label与Payload信号经FSK/ASK正交调制后信号频谱图；

图7为经过谱均衡处理的信号经ASK接收机的误码分析图。

具体实施方式

下面根据附图和实例对本发明作进一步详细说明：

如图1所示的边缘路由器，首先将来自接入网的IP数据包进行汇集、缓冲及前向纠错(FEC，Forward Error Correction)，之后将IP数据包的头信息(Label)和净负荷(Payload)进行分离。

低速IP数据包的头信息Label，本发明以155Mb/s为例，对DFB激光器进行直接强度调制，并根据网络中波长资源的使用情况确定一个波长λ₀作为激光器的工作波长，本发明以中心频率点f₀为193.1THz为例，利用该激光器啁啾效应产生频率调制，即产生FSK光标记信号FSK Label。此过程需选取恰当的频差Δf，本发明以频差Δf为20GHz为例。图3为其调制频谱图。可以注意到此时的频谱由于啁啾的特点，两个频谱的强度是不平衡的，其中193.09THz光谱的频谱强度明显高于193.11THz的，这样会直接导致在接收机侧，ASK信号的误码率会增加。

因此，需要首先将不均衡的信号进行处理，信号输入一个确定的高斯滤波器，本发明以中心频率为193.11THz，带宽20GHz为例，图4为高斯滤波器的示意图，利用高斯滤波器对频谱强度大的193.09THz的光谱进行一定的抑制，从而得到频谱均衡的信号。图5为经过谱均衡处理的频谱图，从该图可得知，通过适当调制高斯滤波器的参数，FSK光标记信号的频谱得到了显著的均衡。调制后的FSK Label继而进入M-Z调制器光信号输入端。

而高速IP数据包的净负荷Payload，本发明以10Gb/s为例。首先经过相关的编码技术转换成适合光纤传输的信号格式，然后输入到M-Z调制器的臂，即M-Z调制器的电信号控制端。

在此形成的FSK/ASK正交调制的光分组标记信号，其频谱如图6所示。继而进入如图2中的传输模块，其中包括：

掺铒光纤放大器(EDFA)，其一位于边缘路由器后，用于提高FSK/ASK信号发射功率，使其在光纤中传输距离足够长；其二位于传输路径中或信号接收机前，用于增强信号在光纤传输中衰减的能量。

单模色散光纤(SMF)，用于给输入的信号提供长距离传输路径，同时产生信号正色散。

色散补偿光纤(DCF)，用于给信号提供长距离传输路径，恰当补偿信号路经SMF而产生的光色散。其中DCF可置于SMF前、后或与SMF混合连接。

经过传输和交换的FSK/ASK正交信号进入如图2的IP头信息与IP净负荷的接收模块：

耦合器，用于将传送过来的FSK/ASK正交信号按功率的比例分成两部分，其中一部分进入FSK信号接收机，另一部分进入ASK信号接收机。

FSK信号接收机，用于接收来自耦合器的信号，并分离出正交信号中的光标记信号部分，对FSK信号进行检测、放大、滤波和判决，解调出标记信号，即IP数据包的头信息。进入FSK信号接收机的信号分别经过：

窄带光滤波器(OBPF)，选取恰当的滤波器带宽，用于滤除FSK信号中的一个峰值点f₁，留下单频f₂信号信息。

光电检测器(PIN)及前置电放大器，接收窄带光滤波器的输出，并直接探测正交光信号的信号强度，即将FSK信号转化为电信号，从而将IP头信息解调出来，继而将此微弱的电信号放大。

低通滤波器，接收光电检测及前置电放大器的输出，对IP数据包头信息信号进行整形，减少头信息信号的误码率。

ASK信号接收机，用于接收来自耦合器的信号，并分离出正交信号中的光净荷信息部分，对ASK信号进行检测、放大、滤波和判决，解调出净荷信息，。进入ASK信号接收机的信号分别经过：

窄带光滤波器(OBPF)，选取恰当的滤波器带宽，用于滤除正交信号在信道中引入的噪声。

光电检测器(PIN)及前置电放大器，接收窄带光滤波器的输出，并直接探测正交光信号的信号强度，即将ASK信号转化为电信号，从而将IP净负荷解调出来，继而将此微弱的电信号放大。

低通滤波器，接收光电检测及前置电放大器的输出，对IP数据净荷信息信号进行整形，减少净荷信息的误码率。

综上，本发明由于采用高斯滤波器对标记光信息进行了谱均衡处理，使得ASK载荷信号在接收机端接收的误码率成倍的减小了，如图7，优化了单DFB激光器同时有效承载标记与载荷的技术，如图7误码分析图所示，使用高斯滤波器进行谱均衡处理后的误码率显著的减小，起到了良好的优化效果；同时对比采用电吸收装置来进行谱均衡的方案，该发明简单、易行，使得光标记交换方案更具有实际可操作性。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非仅用于限定本发明的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在本发明公开的内容上，还可以作出若干等同变形和替换，这些等同变形和替换也应视为为本发明的保护范围。

Claims

1、一种信息处理及传输设备，用于FSK/ASK正交联合调制光信号的产生、传输及解调，其特征在于，包括：

边缘路由器，用于将来自接入网的IP数据包进行汇集、缓冲及前向纠错，并对IP数据包的头信息和净负荷进行分离，IP数据包的头信息作为标记信号，然后对其进行FSK调制，而高速的净负荷通过控制光的强度进行ASK调制，实现与头信息的正交调制；

信号传输线路，用于传输所述的边缘路由器产生的正交光信号；

信号接收机，用于分离所述的边缘路由器产生、信号传输线路传输来的FSK/ASK正交光信号，并分别对FSK信号和ASK信号进行检测、放大和判决，解调出标记信号和净负荷。

2、根据权利要求1所述的信息处理及传输设备，其特征在于，所述边缘路由器包括：

信号发生器，用于将来自接入网的IP数据包进行汇集、缓冲及前向纠错，并对IP数据包的头信息和净负荷进行分离，产生相对低速的标记信息和高速的净负荷；

单分布式反馈激光器，用于对输入的标记信号进行FSK调制。IP包头信息作为标记信号，驱动一个小的偏置电流直接调制单分布式反馈激光器，利用激光的啁啾产生两个光谱强度不均衡偏移的码频，并根据网络中波长资源的使用情况确定某一个波长λ作为激光器的工作波长；

马赫-曾德尔调制器，用于实现标记信号和净负荷的正交联合调制，已调的低速的标记FSK信号进入马赫-曾德尔调制器，而高速的净荷信号进入马赫-曾德尔调制器的电信号控制端，通过对输入FSK信号的强度调制产生ASK信号，实现FSK/ASK信号的正交联合调制。

3、根据权利要求1所述的信息处理及传输设备，其特征在于，所述FSK/ASK正交联合调制光信号传输线路，包括：

掺铒光纤放大器，用于提高FSK/ASK正交光信号发射功率，或者放大在光纤传输中已减弱的信号；

单模色散光纤，用于给信号提供长距离传输路径；

色散补偿光纤，用于给信号提供长距离传输路径，同时补偿由于单模色散光纤产生的光色散。

4、根据权利要求1所述的信息处理及传输设备，其特征在于，所述接收机部分包括：

耦合器，用于将传送过来的信号按功率的比例分成两部分，使其分别进入FSK信号接收机和ASK信号接收机；

FSK信号接收机，用于接收来自耦合器的信号，并分离出正交信号中的光标记信号部分，对FSK信号进行检测、放大、滤波和判决，解调出标记信号，即IP数据包的头信息；

ASK信号接收机，用于直接对正交信号进行强度检测、放大、滤波和判决，解调出净负荷。

5、根据权利要求4所述的信息处理及传输设备，其特征在于，所述FSK信号接收机包括：

窄带光滤波器，用于滤除正交信号频谱中的一个峰值点，留下另一单频率信号信息；

光电检测器及前置电放大器，用于将由窄带光滤波器产生的单频光信号转化为电信号，将IP头信息解调出来，继而将微弱的电信号放大；

低通滤波器，接收光电检测及前置电放大器的输出，对IP数据包头信息信号进行整形，减少头信息信号的误码率；

所述ASK信号接收机包括：

窄带光滤波器，用于滤除正交信号在信道中引入的噪声；

光电检测器及前置电放大器，接收所述窄带光滤波器的输出，并直接探测正交光信号的信号强度，即将ASK信号转化为电信号，从而将IP净负荷解调出来，继而将此微弱的电信号放大；

低通滤波器，接收光电检测及前置电放大器的输出，用于对解调的净负荷信号进行整形，减少净负荷信号的误码率。

6.一种应用于如权利要求1所述的信息处理及传输设备的谱均衡方法，其特征在于，在分布反馈式激光器后接有一个高斯滤波器，用于均衡单分布式反馈激光器产生的两个不均衡码频，使其两个码频的光谱强度趋于相等，并将经过此处理的谱均衡信号输入到M-Z调制器。

7、一种应用于如权利要求1所述信息处理及传输设备的信息处理方法，应用于信息的产生、传输和接收，其特征在于，包括：

FSK/ASK联合正交光信号的产生步骤：

a 接入网传来的IP数据包首先在边缘路由器信号发生器进行汇聚，缓冲及前向纠错，并对其头信息和净负荷进行分离，产生低速的标记信号及高速的净负荷信号；

b 低速的标记信号通过FSK调制器实现FSK调制，之后将信号输入到马赫-曾德尔调制器的光信号输入端；

c 高速的净负荷信号输入到马赫-曾德尔调制器的电信号控制端，通过控制输入标记信号的光强度实现FSK/ASK的联合光调制，并将信号输入到传输线路；

FSK/ASK联合正交光信号的传输步骤：

d FSK/ASK正交联合信号通过光纤放大器的放大，并分别经过正色散光纤和负色散光纤的传输，以及波长转换和路由后到达另一边缘路由器的光接收机部分；

FSK/ASK联合正交光信号的接收及解调步骤：

e FSK/ASK正交信号通过一光分离耦合器件，按功率的比例将光信号分成两部分分别进入FSK信号接收机和ASK信号接收机；

f 正交信号通过光窄带滤波器形成单频信号，通过光电检测器将该单频光信号转化为电信号，并通过滤波整形器解调出FSK信号；

g 同步骤f的解调过程，正交信号通过光窄带滤波器滤除噪声信号并形成单频信号，通过光电检测器和滤波整形器解调出ASK信号。

8、根据权利要求7所述的信息处理方法，其特征在于，步骤b，信号通过一个小的偏置电流直接调制单分布反馈激光器，并通过一高斯滤波器来均衡由此形成的不均衡频谱，从而优化ASK信号。

9、根据权利7、8所述的信息处理方法，其特征在于FSK信号和ASK信号处于同一信号频率，并采用共路的形式，正交信号每到一个路由器，仅通过提取并处理低速的光标记信号即可实现净荷信息的高速路由转发。