CN101848053B - 一种基于多重光正交码光标签信号的全光识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多重光正交码光标签的全光识别方法，方案中的光标签全光识别模块的结构主要是由布拉格光纤光栅(FBG)解码器、非线性半导体光放大器(SOA)和滤波器构成的。用FBG解码器对经二维编码的光正交码(OOC)进行解码，得到自相关脉冲，再利用非线性SOA的四波混频(FWM)原理和滤波器提取出不同新波长的脉冲，从而来识别不同的OOC。把提取出的每个OOC的识别脉冲耦合到一起，再提取出由非线性SOA的四波混频得到的某一特有新波长脉冲，就作为光标签的识别信号。此方法能够在光域对光标签做出快速高效的识别。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体来说，涉及光码分多址(OCDMA)通信技术和基于光正交码光标签处理的光分组交换(OPS)网络技术。
背景技术
由于电子瓶颈的存在，光分组交换网络中，往往需要采用全光信号处理技术。特别是在单信道速率超高40Gb/s的系统中，全光信号处理更是不可避免。通常光分组由标签和净荷两部分组成，当光分组到达交换节点处时，分组处理模块首先将标签与净荷分离，其中标签被送到标签处理模块，而净荷则被送到交换模块。标签处理模块进行标签识别，提取其中的路由信息，再由路由器进行路由计算，指出光分组应该到达的下一节点，进而控制交换矩阵完成相应的交叉连接配置。与此同时，还要为光分组生成新的标签，并且判断输出端口是否会产生分组冲突，决定光分组是否需要缓存。
对标签信号的处理过程可以采用全光或者光电光两种方式实现，由于光电光的操作方式过程复杂，难以实现40Gb/s以上速率的信号处理，未来的趋势是实现信号处理的全光化，要实现这一过程，标签信号的全光识别就必不可少。目前对标签信号的全光识别方案很少，主要有两种方案：一是利用非线性媒介的四波混频(FWM)原理来对标签信号进行识别[J.B.Rosas-Fernández，UltrafastForwarding Architecture Using a Single Optical Processor for Multiple SAC-LabelRecognition Based on FWM.IEEE J.Select.Top.Quantum Electron.，2008，14(3)：868～878]；二是利用SOA的非线性光学环路镜来识别标签信号[H.J.Dorren，M.T.Hill，Y.Liu，Optical packet switching and buffering by using all-optical signalprocessing methods.J.Lightwave Technol.，2003，21(1)：2-12]。对于采用第一种方案识别的标签都是一维(波长域)编码的光标签，这种编码的标签就是通过两个波长的不同组合来区分不同的标签，不仅占用的波长数目多，而且得到的标签数目少。而采用第二种方案识别的标签也都是一维(时域)编码的光标签，这种编码的标签就是通过两个脉冲之间的时间间隔不同来区分不同的标签。以上两种方案都只是对一维编码的标签的处理识别，并没有对二维编码的标签的识别方案。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种快速高效的全光识别多重二维(时域和波长域)光正交码光标签的方案。
为了方便的描述本发明的内容，对一些专业术语进行描述：
FBG(Fiber Bragg grating)：光纤布拉格光纤光栅；
SOA(Semiconductor Optical Amplifier)：半导体光放大器；
OOC(Optical Orthogonal Codes)：光正交码；
WDM(Wave Division Multiplexing)：波分复用。
为实现上述目的，本发明的标签的全光识别方案中的主要结构是由FBG解码器和非线性SOA的组合构成的，其中采用FBG解码器是对标签在时域解码，而用非线性SOA的四波混频原理对光标签在波长域进行处理识别。本方案中包括多个FBG解码器、非线性SOA和滤波器。
本发明中的光标签的识别原理：当标签信号进入到光标签识别单元后，首先经过匹配的FBG解码器进行解码处理，得到功率较大的自相关峰。由FBG解码器输出的自相关峰经过非线性SOA时会发生四波混频效应，产生多个新的频率，之后再由滤波器滤出其中某一新频率脉冲，此脉冲就为这路OOC的识别信号。再把每个OOC处理后得到的识别脉冲耦合到一块，经过一定的放大处理之后，再次输入到非线性SOA中发生四波混频，产生多个新的频率，最后由滤波器滤出只有这个光标签才会产生的新波长脉冲，此新波长脉冲就作为光标签的识别信号。
本发明中的光标签的识别方法，其特征一在于，能够识别由多重OOC组合而成的光标签信号。其特征二在于，光标签的识别完全是在光域完成的，而不需要再把光信号转化为电信号来处理。因此，本发明中的光标签的识别方法比传统的光电光处理方式速率更快，效率更高。
本发明中的光标签及其识别方法具有以下几个优点：
1.本发明中采用的光标签格式为多重光正交码光标签，即由多个二维光正交码组合而成的光标签。与传统的一维光码相比，在相同码长和码重的情况下，二维光正交码码字容量得到了大大提高。发明中的光标签又是由多个光正交码组合而成的，因而在占用相同波长数量的情况下，光标签的数目也得到大大增加。
2.本发明中提出的光标签的识别方案能够对光标签实现全光识别。与传统的光电光方案相比，本发明中提出的方法速率更快，效率更高。
3.本发明提出的光标签的识别方案有效降低了标签识别过程中对光正交码自/互相关限制的要求，从而在较短码长和码重条件下可构造更多的光码标签，同时提高了标签识别的可靠性。
附图说明
图1是经FBG编码器编码后得到的光标签的结构示意图；
图2是光分组交换中的光标签处理结构示意图；
图3是识别光标签信号的结构单元示意图；
图4是光标签信号经过FBG解码器和滤波器之后的示意图；
图5是对光标签信号进行编码的FBG编码器的结构图；
图6是对光标签信号进行解码的FBG解码器的结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明标签信号的全光处理识别方案作进一步详细的说明。
图1是本发明中采用的多重光正交码光标签的结构示意图。这种光标签得到过程如下所述：编码脉冲由分支器分成几路脉冲，每路脉冲都输入到各自的FBG编码器中进行编码处理，由FBG编码器输出的多个不同波长的脉冲的组合就为一个OOC。再把每路得到的OOC经过不同的延时耦合到一块，就得到了所需的多重光正交码光标签。
图2是本发明标签信号的全光处理识别方案应用于光分组交换网络中的示意图。该光分组交换网络结构主要对光分组中的标签信号进行处理识别，从而来控制净荷的交换和标签的更新。光分组经过光学滤波器1分离出标签与净荷信号，再将标签信号输入到标签识别单元对标签进行处理识别，处理之后再将脉冲分别输入到交换矩阵12中来控制净荷的交换和光标签更新单元13中进行标签的更新。
图3是对标签信号识别单元的结构示意图。标签的识别方案主要由两部分构成：一是对OOC的处理单元；二是对由多重OOC构成的光标签的识别单元。第一部分是由一个FBG解码器5、一个非线性SOA 6和一个滤波器7的组合而构成的；第二部分是由一个非线性SOA 10和一个滤波器11组成的。标签信号首先进入相应的FBG解码器5进行解码得到功率较大的自相关峰，再由此自相关峰在非线性SOA 6中发生四波混频，产生新的频率，之后再经过滤波器7滤出某一新波长脉冲，再把每路滤出的脉冲经过延时线8进行一定的延时处理，再由耦合器9耦合到一起成一个脉冲，经过一定的放大处理，再次输入到SOA10中发生四波混频，产生多个新的频率，最后由滤波器11滤出只有这个光标签才会产生的新波长脉冲，此新波长脉冲就作为光标签的识别信号。
图4是标签信号经过FBG解码器解码之后的脉冲信号和最后经过滤波器得到的波形图。图4(a)表示的是标签信号经过匹配的FBG解码器得到的自相关脉冲示意图；图4(b)表示的是光标签信号经过最后的滤波器得到的新波长脉冲。图4(c)表示的是光标签信号经过不匹配的FBG解码器得到的互相关脉冲示意图；图4(d)表示的是光标签信号经过不匹配的FBG解码器，最后经过滤波器就不能得到所需的新波长脉冲。
图5是FBG编码器对单脉冲进行编码的原理图。由于单个FBG具有选频作用，能按设计的反射率反射特定波长的光信号，从而对用户宽带信号进行波长切割。把不同反射波长的FBG按一定的时延排列在一起，中间用一顶长度的光纤延时线加以连接，便可以构成FBG编码器，实现频域与时域的光码分多址的编码。
图6是FBG解码器对经过FBG编码器编码的光正交码进行解码的示意图。解码器和编码器有相同的FBG和时延线，但排列顺序正好相反。解码器与相应的编码器的传输函数的复共轭成线性关系，解码器能够对相应编码器的输出信号进行信号重构，实现解码的功能。
该标签的全光识别方案的具体过程如下：
第一步：光分组进入到光分组交换网络中的核心节点时，首先经过一个光学滤波器分离出光标签与净荷，其中光标签被送到标签处理模块，而净荷则被送到交换模块。光标签是由多重OOC构成的，而每个OOC都是经过FBG编码器编码得到的。
第二步：光标签进入全光识别单元后，经过一个1×N的分路器分成N路光信号，每路光信号都分别经过一个FBG解码器、一个非线性SOA和一个滤波器。若标签信号经过匹配的FBG解码器，则会得到功率较大的自相关峰；否则就会得到功率较小的自/互相关脉冲或噪声。光标签信号经正确解码之后，再输入到非线性SOA中发生四波混频，由于经过相应FBG解码器之后的自相关峰含有FBG编码器中的所有波长成分，则此脉冲在SOA中发生四波混频后产生的新的波长最多，再经过滤波器滤出这些新波长中的某一波长与其他几路滤出的不同新波长的脉冲经过一定的延时耦合成一个脉冲。
第三步：N路脉冲信号耦合到一起后，就得到一个含有N种新波长成分的单脉冲，再把此脉冲输入到SOA中再次发生四波混频产生新的波长，其中有些新波长只有这种光标签才会产生的，最后通过滤波器滤出这种新波长脉冲，此脉冲就作为光标签的识别信号。
本发明的有益效果：
本发明的设计原理简单，结构紧凑，体积小；在设计过程中对该发明的模型进行模拟所需时间较短，优选参数简单快捷；采用本发明进行光标签的全光识别容易实现，可以根据具体码字进行灵活的结构设计；采用本发明可以降低光正交码的互相关要求，从而大大提高光正交码的码字容量，增加光标签的数量。采用本发明可以实现多重光正交码光标签的识别。
Claims (4)
1.一种基于多重光正交码光标签信号的全光识别方法，实现所述方法的光标签信号全光识别模块主要由光纤布拉格光栅(FBG)解码器、非线性半导体光放大器(SOA)和滤波器构成；所述方法为：首先用FBG解码器对经二维时域和频域编码的光正交码(OOC)进行解码；再利用非线性SOA的四波混频和滤波器提取出不同新波长的脉冲，从而来识别不同的OOC；把每路滤出的脉冲经过时延线进行延时处理，再由耦合器耦合到一起；再次输入到非线性SOA中发生四波混频，产生多个新的频率，最后由滤波器滤出只有这个光标签信号才产生的新波长脉冲，此新波长脉冲作为光标签信号的识别信号；其特征一是采用二维时域和频域解码识别OOC；其特征二是识别的光标签信号由多个OOC组合而成；其特征三是光标签信号经过与编码OOC的FBG编码器对应的FBG解码器解码获得功率较大的自相关脉冲。
2.根据权利要求1所述的一种基于多重光正交码光标签信号的全光识别方法，其特征在于，光标签信号中的每个OOC的识别脉冲都分别经过一定的延时处理，使得每个脉冲都耦合到同一时隙。
3.根据权利要求1所述的一种基于多重光正交码光标签信号的全光识别方法，其特征在于，所述的光标签信号中的多个OOC中所占有的波长完全相同。
4.根据权利要求1所述的一种基于多重光正交码光标签信号的全光识别方法，其特征在于，所述的光标签信号中的OOC编码的自/互相关限制可以降低，使得码字容量大大增加。
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