CN102065045A - 一种基于d8psk/irz正交调制的光标记交换的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于差分八相移键控/反转归零正交调制的光标记交换的方法和系统。通过将光分组数据中的净负荷进行串并转换形成三路信号，并将所述三路信号进行差分预编码后，分别加载至三个相位调制器进行相位调制，生成差分八相移键控信号；将光分组数据中的头信息通过反转归零调制方式加载至所述差分八相移键控信号的振幅上，生成差分八相移键控/反转归零正交调制信号；发送所述差分八相移键控/反转归零正交调制信号。在没有增加任何额外资源消耗的情况下，增大了光分组数据信号的传输速率，提高了网络带宽资源利用率与正交信号的调制消光比，从而提高了网络传输容量与性能。

Description

一种基于D8PSK/IRZ正交调制的光标记交换的方法和系统 

技术领域

本发明涉及光通信领域，特别涉及一种基于差分八相移键控/反转归零(D8PSK/IRZ)正交调制的光标记交换的方法和系统。 

背景技术

面向未来基于IP协议的分组业务日益增长，利用波分复用系统承载IP业务的IP over WDM光网络已成为光传输网适应IP数据业务迅猛发展形势的必然选择，因此如何在光网络层次上实现分组交换成为迫切需要解决的问题。 

光分组交换网(OPS，Optical Packet Switching)正是在此背景下提出的，光标记交换(OLS，Optical Label Switching)技术作为光分组交换网络的一种具体实现方式，综合了电信息处理的灵活性和光信号交换的大粒度特点，具有很大的发展前景。 

随着OLS技术的发展，衍生出了正交光标记交换技术，该技术利用光信号的不同分量分别承载载荷和标记信息，具有较高的频谱利用率和接收机灵敏度，比较容易实现标记(即光分组数据中的头信息)和载荷(即光分组数据中的净负荷)的分离，且不需要严格的时间同步，可提供不同等级的服务，而成为未来光通信交换网络的一种理想方案。 

现有正交光标记交换技术的实现方案主要是利用幅移键控(ASK：Amplitude Shift Keying)、频移键控(FSK：Frequency-shift keying)、相移键控(PSK：phase shift keying)三种二进制调制格式的两两组合来调制标记与载荷信息，与多进制传输系统相比较，光分组数据信号的传输容量相对较小，无法适应未来传输网络大容量、高速率的传输需求。此外，现有正交调制方案的信号调制消光比很低，只能达到2dB左右，从而使得正交信号受光纤的非线 性效应影响较大，对于信号的检测及恢复都带来了一定的难度。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有正交光标记交换系统设计和操作复杂，带宽利用率不高，低调制消光比对系统性能影响较大，实现难度高的不足，提供了一种新型的正交光标记交换的方法和系统，使其结构简单，具有高带宽资源利用率和信号调制消光比，从而提高网络传输容量与性能。 

本发明实施例提供了一种基于差分八相移键控/反转归零正交调制的光标记交换的方法，该方法包括： 

A、将光分组数据中的净负荷通过差分八相移键控调制方式加载到光载波的相位上，生成差分八相移键控信号； 

B、将光分组数据中的头信息通过反转归零调制方式加载到所述差分八相移键控信号的振幅上，生成差分八相移键控/反转归零正交调制信号； 

C、利用由单模光纤、色散补偿光纤、掺铒光纤放大器所组成的传输链路来传送所述差分八相移键控/反转归零正交调制信号； 

D、通过耦合器将接收到的所述差分八相移键控/反转归零正交调制信号分为功率相等的两路，分别送入差分八相移键控信号解调器与反转归零信号解调器，解调出所述原光分组数据中的净负荷与头信息。 

上述方法中，步骤A所述将光分组数据中的净负荷通过差分八相移键控调制方式加载到光载波相位上的方法包括： 

A1、通过现场可编程门阵列(FPGA)芯片对所述光分组数据中的净负荷进行串并转换，将一路速率为τ的串行信号转换为三路速率为τ/3的并行信号，τ为光分组数据的比特速率； 

A2、通过FPGA芯片将所述三路并行信号按照差分八相移键控的差分编码规则进行差分预编码； 

A3、将差分编码后的三路信号分别送入到三个相位调制器的电信号输入端口，使所述三路信号加载到光载波的相位上，生成差分八相移键控信号。 

上述方法中，步骤B所述将光分组数据中的头信息通过反转归零调制方式加载到所述差分八相移键控信号的振幅上的方法包括： 

B1、通过FPGA芯片对所述光分组数据中的头信息和时钟信号做逻辑与运算，从而生成归零信号，通过改变时钟信号的周期来调整归零信号的占空比； 

B2、将所述归零信号送入马赫则德尔调制器的两臂，将步骤A中产生的差分八相移键控信号送入马赫则德尔调制器的光输入端口，通过设置马赫则德尔调制器的参数将归零信号的极性反转，从而将所述光分组数据中的头信息通过反转归零调制方式加载到差分八相移键控信号的振幅上，产生差分八相移键控/反转归零正交调制信号。 

上述方法中，步骤D所述将功率相等的两路信号分别送入差分八相移键控信号解调器与反转归零信号解调器，解调出所述原光分组数据中的净负荷与头信息的方法包括： 

D1、将步骤D中所述功率相等的两路信号中的一路信号送入差分八相移键控信号解调器并解调出所述原光分组数据中的净负荷，其具体步骤包括： 

D11、通过一个耦合器将所述功率相等的两路信号中的一路再次分为功率相等的两路信号； 

D12、使步骤D11中所产生的两路信号依次通过耦合器、马赫则德尔干涉仪，将光载波所携带的相位差信息转化为振幅信息； 

D13、通过光电检测器将步骤D12中所产生的八路光信号转化为电信号； 

D14、对经过同一个马赫则德尔干涉仪，并转化为电信号的两路信号做减法判决，上支路判决得到的两路信号即为步骤A1所述三路信号中的其中两路，下支路判决得到的两路信号再经过逻辑异或运算便可得到步骤A1所述三路信号中的另外一路； 

D15、通过FPGA芯片对步骤D14所产生的三路信号做并串转换，将三路速率为τ/3的并行信号转换为一路速率为τ的串行信号，此串行信号即为所述光分组数据中的净负荷； 

D2、将步骤D中所述功率相等的两路信号中的令一路信号送入反转归零信号解调器并解调出所述原光分组数据中的头信息，其具体步骤包括： 

D21、所述功率相等的两路信号中的令一路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； 

D22、再经过光电检测器将差分八相移键控/反转归零正交光信号中的反转归零信号转化为电信号，并通过前置放大器将小信号放大； 

D23、通过低通滤波器对步骤D22中所产生的电信号进行滤波整形； 

D24、通过FPGA芯片对经过滤波整形的电信号做逻辑非运算，从而将归零信号的极性反转，解调出所述光分组数据中的头信息。 

本发明实施例还提供了一种基于差分八相移键控/反转归零正交调制的光标记交换的系统，所述系统包括发送装置、链路装置和接收装置； 

所述发送装置包括差分八相移键控信号生成模块和差分八相移键控/反转归零正交调制信号生成模块；所述差分八相移键控信号生成模块，用于将光分组数据中的净负荷通过差分八相移键控调制方式加载到光载波的相位上，生成差分八相移键控信号；所述差分八相移键控/反转归零正交调制信号生成模块，用于将光分组数据中的头信息通过反转归零调制方式加载到所述差分八相移键控 信号的振幅上，生成差分八相移键控/反转归零正交调制信号； 

所述链路装置包括单模光纤、色散补偿光纤和掺铒光纤放大器，用于传输所述差分八相移键控/反转归零正交调制信号，并补偿在传输过程中引起的功率损耗及色散； 

所述接收装置包括差分八相移键控信号解调模块和反转归零信号解调模块；所述差分八相移键控信号解调模块用于将所述正交调制信号中的差分八相移键控信号解调出来并还原为原光分组数据中的净负荷；所述反转归零信号解调模块用于将所述正交调制信号中的反转归零信号解调出来并还原为原光分组数据中的头信息。 

上述发送装置中，所述差分八相移键控信号生成模块包括： 

激光器，产生稳定的光载波，并通过光纤送至相移为π的相位调制器的光信号输入端口； 

FPGA高速电信号处理器，通过FPGA对所述光分组数据中的净负荷进行串并转换，将一路速率为τ的串行信号转换为三路速率为τ/3的并行信号，并按照差分八相移键控的差分编码规则对这三路信号做差分预编码； 

三个相位调制器，其相移依次为π、π/2、π/4，将所述经过差分预编码后的三路信号分别送入三个相位调制器，加载至光载波的相位上，生成差分八相移键控信号。 

上述发送装置中，所述差分八相移键控/反转归零正交调制信号生成模块包括： 

时钟信号生成器，用于生成周期一定的时钟信号，该时钟信号的周期根据对反转归零信号的占空比的需求来调节； 

FPGA高速电信号处理器，对所述光分组数据中的头信息与时钟信号做逻辑 与运算，从而生成归零信号； 

双臂马赫则德尔调制器，将所述归零信号加载至双臂马赫则德尔调制器的两臂，将所述差分八相移键控信号送入双臂马赫则德尔调制器的光输入端口，通过反转归零调制方式将归零信号所携带的信息加载至差分八相移键控信号的振幅上，生成差分八相移键控/反转归零正交调制信号。 

上述接收装置中，所述差分八相移键控信号解调模块包括： 

三个耦合器，用于将正交调制信号按功率平均分为两路； 

四个马赫则德尔干涉仪，其相移依次为3π/8、-π/8、π/8、-3π/8，其时移均为3/τ，τ为光分组数据的比特速率，马赫则德尔干涉仪用于将差分八相移键控信号所携带的相位信息转换为振幅信息； 

四个光电检测器，用于将光信号转换为电信号； 

四个减法判决器，用于比较两路电信号的振幅大小，如果上支路电信号的振幅大于下支路，则判决器输出‘1’，否则输出‘0’，通过FPGA高速电信号处理器来实现此减法判决器功能； 

逻辑异或器，用于将下支路经减法判决器输出的两路信号做逻辑异或运算； 

FPGA高速电信号处理器，用于将经减法判决器输出的上支路两路信号与下支路一路信号做并串转换，将三路速率为τ/3的并行信号转换为一路速率为τ的串行信号，完成差分八相移键控信号的解调并还原出原光分组数据中的净负荷。 

上述接收装置中，所述反转归零信号解调模块包括： 

窄带光滤波器，滤除正交调制信号在信道中引入的噪声； 

光电检测器，将正交调制光信号中的反转归零信号转化为电信号； 

电信号放大器，用于将小信号放大；低通滤波器，对电信号进行滤波整形； 

FPGA高速电信号处理器，用于对经过滤波整形的电信号做逻辑非运算，从 而将归零信号的极性反转，解调出所述光分组数据中的头信息。 

由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例中，通过将光分组数据中的净负荷进行串并转换形成三路信号，并将所述三路信号进行差分预编码后，分别加载至三个相位调制器进行相位调制，生成差分八相移键控信号，与现有的二进制传输系统相比较，其系统容量二进制传输系统的三倍；将光分组数据中的头信息通过反转归零调制方式加载至所述差分八相移键控信号的振幅上，生成差分八相移键控/反转归零正交调制信号，反转归零信号可以有效地提高正交信号的调制消光比，提高系统性能；发送所述差分八相移键控/反转归零正交调制信号。在没有增加任何额外资源消耗的情况下，增大了光分组数据信号的传输速率，提高了网络带宽资源利用率与正交信号的调制消光比，从而提高了网络传输容量与性能。 

附图说明

图1为本发明实施例提供的所述方法具体实现示意图一； 

图2为本发明实施例提供的所述方法具体实现示意图二； 

图3为本发明实施例提供的所述方法具体实现示意图三； 

图4为本发明实施例提供的所述系统结构示意图一； 

图5为本发明实施例提供的所述系统结构示意图二； 

图6为本发明实施例提供的所述系统结构示意图三。 

具体实施方式

图1为本发明基于差分八相移键控/反转归零正交调制的光标记交换方法的 流程图。现结合图1，对本发明基于差分八相移键控/反转归零正交调制的光标记交换方法进行说明，具体如下： 

步骤11：将光分组数据中的净负荷(Payload)通过差分八相移键控调制方式加载到光载波的相位上，生成差分八相移键控信号(D8PSK：Differential8-Level Phase-Shift Keying)。 

该步骤中，利用差分八相移键控调制方式将净负荷加载到光载波相位上的方法包括： 

步骤111，通过现场可编程门阵列(FPGA：Field-Programmable GateArray)芯片对所述光分组数据中的净负荷进行串并转换，将一路速率为τ的串行信号转换为三路速率为τ/3的并行信号，τ为光分组数据的比特速率； 

步骤112，通过FPGA芯片将所述三路并行信号按照差分八相移键控的差分编码规则进行差分预编码； 

步骤113，将差分编码后的三路信号分别送入到三个相位调制器(PM：Phase Modulation)的电信号输入端口，使所述三路信号加载到光载波的相位上，生成差分八相移键控信号。 

步骤12：将光分组数据中的头信息(Label)通过反转归零调制方式加载到所述差分八相移键控信号的振幅上，生成差分八相移键控/反转归零正交调制信号。 

该步骤中，将光分组数据中的头信息通过反转归零调制(IRZ：InverseReturn Zero)方式加载到所述差分八相移键控信号的振幅上的方法包括： 

步骤121，通过FPGA芯片对所述光分组数据中的头信息和时钟信号做逻辑与运算，从而生成归零信号(RZ：Return Zero)，通过改变时钟信号的周期来调整归零信号的占空比； 

步骤122，将归零信号送入马赫则德尔调制器(MZM：Mach-ZehnderModulator)的两臂，将差分八相移键控信号送入马赫则德尔调制器的光输入端口，通过设置马赫则德尔调制器的参数将归零信号的极性反转，从而将头信息通过反转归零调制方式加载到差分八相移键控信号的振幅上，产生差分八相移键控/反转归零正交调制信号(D8PSK/IRZ)。 

步骤13：利用由单模光纤(SMF：Single Mode Fiber)、色散补偿光纤(DCF：Dispersion Compensation Fiber)、掺铒光纤放大器(EDFA：Erbium DopedFiber Amplifiers)所组成的传输链路来传送所述D8PSK/IRZ正交调制信号。 

将正交调制信号复用到光纤链路上的方法、及通过单模光纤、色散补偿光纤、掺铒光纤放大器对正交调制信号做色散补偿与功率补偿的方法都属于现有技术的内容，在此不再赘述。 

步骤14：通过耦合器将接收到的所述D8PSK/IRZ正交调制信号分为功率相等的两路，分别送入差分八相移键控信号解调器与反转归零信号解调器，解调出所述原光分组数据中的净负荷与头信息。 

该步骤中，将功率相等的两路信号分别送入差分八相移键控信号解调器与反转归零信号解调器，解调出所述原光分组数据中的净负荷与头信息的方法包括： 

步骤141，将步骤14中所述功率相等的两路信号中的一路信号送入差分八相移键控信号解调器并解调出所述原光分组数据中的净负荷，其具体步骤包括： 

步骤1411，通过一个耦合器将所述功率相等的两路信号中的一路再次分为功率相等的两路信号； 

步骤1412，使步骤1411中所产生的两路信号依次通过耦合器、马赫则德尔干涉仪(M-Z干涉仪)，将光载波所携带的相位差信息转化为振幅信息； 

步骤1413，通过光电检测器将步骤1412中所产生的八路光信号转化为电信号； 

步骤1414，对经过同一个M-Z干涉仪，并转化为电信号的两路信号做减法判决，上支路判决得到的两路信号即为步骤111中所述三路信号中的其中两路，下支路判决得到的两路信号再经过逻辑异或运算便可得到步骤111中所述三路信号中的另外一路； 

步骤1415，通过FPGA芯片对步骤1414所产生的三路信号做并串转换，将三路速率为τ/3的并行信号转换为一路速率为τ的串行信号，此串行信号即为所述光分组数据中的净负荷； 

步骤142，将步骤14中所述功率相等的两路信号中的令一路信号送入反转归零信号解调器并解调出所述原光分组数据中的头信息，其具体步骤包括： 

步骤1421，所述功率相等的两路信号中的令一路信号首先经过窄带光滤波器(OBPF，Optical Bandpass Filter)，滤除正交信号在信道中引入的噪声； 

步骤1422，再经过光电检测器将差分八相移键控/反转归零正交光信号中的反转归零信号转化为电信号，并通过前置放大器将小信号放大； 

步骤1423，通过低通滤波器(LPF，Low Pass Filter)对步骤1422中所产生的电信号进行滤波整形； 

步骤1424，通过FPGA芯片对经过滤波整形的电信号做逻辑非运算，从而将归零信号的极性反转，解调出所述光分组数据中的头信息。 

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面以一个具体实施例的具体实现过程为例，并参照附图2、3，对本发明实施例提供的一种基于D8PSK/IRZ正交调制光标记交换的方法作进一步的详细描述。 

首先，将来自接入网的光分组数据中的净负荷，本发明实施例中以100Gb/s 为例，通过串并转换变为33.3Gb/s的a、b、c三路信号。 

本发明实施例中，还可以对三路信号进行差分预编码，差分预编码的逻辑表达式具体可如下所示： 

$I_k=(c+D_{k-1})(a\⊕b)(I_{k-1}\⊕a)+(\stackrel{\‾}{c}+D_{k-1}){(I_{k-1}\⊕a)Q}_{k-1}+\stackrel{\‾}{Q_{k-1}}\stackrel{\‾}{(I_{k-1}\⊕a)}(\stackrel{\‾}{{\mathrm{cD}}_{k-1}}+\stackrel{\‾}{I_{k-1}\⊕b})+\mathrm{bc}\stackrel{\‾}{I_{k-1}{D}_{k-1}}$

$Q_k=\stackrel{\‾}{D_{k-1}}\left(\stackrel{\‾}{c+Q_{k-1}}\right)+D_{k-1}(Q_{k-1}\⊕a\⊕b)$

$D_k=a\⊕b\⊕c\⊕D_{k-1}$

其中，a、b、c表示输入的信号序列，I_k、Q_k、D_k表示此刻输出的信号序列，I_k-1、Q_k-1、D_k-1表示前一时刻的输出信号序列。 

在本发明一个较佳实施例中，本发明实施例可以通过FPGA来实现D8PSK信号的串并转换以及差分预编码操作。 

本发明实施例中，可以将I路信号加载到三个相位调制器(PM)中的第一个，即PM1上，PM1的相位变化为(0，π)，当I路信号为‘1’时，信号相位为π，当I路信号为‘0’时，信号相位为0；将Q路信号加载到第二个相位调制器PM2上，PM2的相位变化为(0，π/2)，当Q路信号为‘1’时，信号相位为π/2，当Q路信号为‘0’时，信号相位为0；将D路信号加载到第三个相位调制器PM3上，PM3的相位变化为(0，π/4)，当D路信号为‘1’时，信号相位为π/4，当D路信号为‘0’时，信号相位为0。 

在完成上述操作后，即完成了对光分组数据中净负荷的D8PSK调制，将调制后的D8PSK信号输入到马赫-曾德尔调制器(MZM)的光输入端口。 

然后，将光分组数据中的头信息，本发明实施例以10Gb/s为例，与时钟信号进行逻辑与运算生成归零信号(RZ)，时钟信号的周期根据对反转归零信号占空比的需求来调节，本发明实施例以头信息信号周期的一半为例，通过FPGA实现信号的逻辑与运算。 

将生成的归零信号加载到马赫-曾德尔调制器(MZM)的两臂上，通过IRZ调制方式加载至D8PSK光信号的振幅上，本发明实施例通过改变马赫-曾德尔调制器的参数来反转RZ信号的极性完成信号的IRZ调制，从而实现信号的D8PSK/IRZ正交联合调制，产生D8PSK/IRZ正交调制信号。 

为了降低由于光纤介质的非线性效应而引起信号的色散及引入各类噪声，本发明实施例可以在发送过程中，对生成的D8PSK/IRZ正交调制信号进行功率和色散补偿。具体的，可以设置两个EDFA，其一设置于边缘路由器后，用于提高D8PSK/IRZ正交调制信号的发射功率，使D8PSK/IRZ正交调制信号在光纤中传输距离足够长；其二设置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。另外，还可以应用SMF，用于给输入的D8PSK/IRZ正交调制信号提供长距离传输路径，同时产生信号正色散；以及应用DCF，用于给D8PSK/IRZ正交调制信号提供长距离传输路径，恰当补偿信号路经SMF而产生的正色散。其中DCF可置于SMF前、后或与SMF混合连接。 

本发明实施例还可以涉及对D8PSK/IRZ正交调制信号的接收以及解调过程，从而还原光分组数据。 

具体的，在本发明实施例中，可以将接收到的D8PSK/IRZ正交调制信号经过耦合器，由耦合器按功率平均分配成两部分，其中一部分D8PSK/IRZ正交调制信号进入IRZ信号解调过程，另一部分D8PSK/IRZ正交调制信号进入D8PSK信号解调过程。 

在IRZ信号解调过程中，从来自耦合器的D8PSK/IRZ正交调制信号中分离出IRZ信号，并对IRZ信号进行检测、放大、滤波和判决，从而解调出光分组数据的头信息，即光标记信息。 

IRZ信号解调经过具体可以包括以下处理： 

由OBPF选取恰当的滤波器带宽，用于滤除D8PSK/IRZ正交调制信号在信道中引入的噪声。 

由光电检测器及前置电放大器接收OBPF的输出信号，并直接探测正交调制信号的信号强度，即将IRZ信号从正交调制信号中分离出来转化为电信号，并将此微弱的电信号放大。 

通过LPF对所产生的电信号进行滤波整形，通过FPGA芯片对经过滤波整形的电信号做逻辑非运算，从而将归零信号的极性反转，解调出所述光分组数据中的头信息。 

在D8PSK信号解调过程中，从来自耦合器的D8PSK/IRZ正交调制信号中分离出D8PSK信号，对D8PSK信号进行检测、放大、滤波和判决，解调出光分组数据中的净负荷信息。 

D8PSK信号解调过程具体可以包括以下处理过程： 

将D8PSK/IRZ正交调制信号经由第一级耦合器，分为功率相同的两部分信号，并送入第二级耦合器，由两路功率相同的信号变为四路功率相同的信号。为了便于理解，本发明实施例中可以根据附图4，将四路功率相同的信号，位于上方的两路信号称之为上支两路信号，位于下方的两路信号称之为下支两路信号。 

将四路功率相同的信号分别进入四个马赫-曾德尔干涉仪，将四路信号的差分相位信息转换为幅度信息。 

在本发明实施例的一个具体实施例中，所涉及的马赫-曾德尔干涉仪由耦合器、时延器、相移器构成，四个干涉仪的时延器均设置为3bit延时，相移器的相移依次为3π/8、-π/8、π/8、-3π/8。 

光电检测器接收马赫-曾德尔干涉仪的输出信号，并将其转换为电信号。 

减法判决器对同一干涉仪输出并转换为电信号的两路信号进行逻辑判决，若上路信号减去下路信号大于判决电平，则输出高电平，否则输出低电平。 

在本发明实施例中，可将上支两路信号经减法判决处理后解调出来两路信号视为光分组数据中净负荷信息的a、b支路，即第一原始信号和第二原始信号；另外，本发明实施例中，将下支两路信号经判决后解调出来的两路信号再进行逻辑异或运算即可得到光分组数据中净负荷信息的c支路，即第三原始信号；将a、b、c三路原始信号通过FPGA进行并串转换即可得到完整的光分组数据中的净负荷信息。 

然后可以根据IRZ解调出的光分组数据中的头信息，以及根据D8PSK解调出的光分组数据的净负荷，还原出光分组数据。 

上述描绘可以看出，本发明实施例由于采用基于D8PSK/IRZ正交调制方式标记光信息，使得D8PSK及IRZ信号属于同一个光波长信号，节省了大量网络频率资源，同时采用D8PSK作为净负荷的调制方式，提高了信号的频谱效率与传输速率，采用IRZ作为头信息的调制方式，提高了正交信号的调制消光比，使得信号接收机灵敏度增大，系统误码率降低。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。 

综上所述，本发明实施例提供的基于差分八相移键控/反转归零正交调制的光标记交换的方法，通过将光分组数据中的净负荷进行串并转换形成三路信号，并将所述三路信号进行差分预编码后，分别加载至三个相位调制器进行相位调制，生成差分八相移键控信号，与现有的二进制传输系统相比较，其系统容量二进制传输系统的三倍；将光分组数据中的头信息通过反转归零调制方式加载至所述差分八相移键控信号的振幅上，生成差分八相移键控/反转归零正交调制信号，反转归零信号可以有效地提高正交信号的调制消光比，提高系统性能； 发送所述差分八相移键控/反转归零正交调制信号。在没有增加任何额外资源消耗的情况下，增大了光分组数据信号的传输速率，提高了网络带宽资源利用率与正交信号的调制消光比，从而提高了网络传输容量与性能。 

本发明实施例提供了一种基于差分八相移键控/反转归零正交调制的光标记交换的系统，如附图4所示，该系统包括发送装置41、链路装置42和接收装置43。 

本发明实施例提供的发送装置41具体可以包括： 

差分八相移键控信号生成模块411，用于将光分组数据中的净负荷进行串并转换形成三路信号，并将所述三路信号进行差分预编码后，分别加载至三个相位调制器，对输入至相位调制器光输入端口的光载波进行相位调制，生成差分八相移键控(D8PSK：Differential 8-Level Phase-Shift Keying)信号。 

具体的，本发明实施例中，可以首先将来自接入网的光分组数据中的净负荷(Payload)，通过串并转换变为三路信号。进一步还可以对三路信号进行差分预编码，差分预编码的逻辑表达式具体可如下所示： 

$I_k=(c+D_{k-1})(a\⊕b)(I_{k-1}\⊕a)+(\stackrel{\‾}{c}+D_{k-1}){(I_{k-1}\⊕a)Q}_{k-1}+\stackrel{\‾}{Q_{k-1}}\stackrel{\‾}{(I_{k-1}\⊕a)}(\stackrel{\‾}{{\mathrm{cD}}_{k-1}}+\stackrel{\‾}{I_{k-1}\⊕b})+\mathrm{bc}\stackrel{\‾}{I_{k-1}{D}_{k-1}}$

$Q_k=\stackrel{\‾}{D_{k-1}}\left(\stackrel{\‾}{c+Q_{k-1}}\right)+D_{k-1}(Q_{k-1}\⊕a\⊕b)$

$D_k=a\⊕b\⊕c\⊕D_{k-1}$

其中，a、b、c表示输入的信号序列，I_k、Q_k、D_k表示此刻输出的信号序列，I_k-1、Q_k-1、D_k-1表示前一时刻的输出信号序列。 

然后，将三路信号分别加载到三个相位调制器，对光载波进行相位调制，从而生成D8PSK信号。 

差分八相移键控/反转归零正交调制信号生成模块412，用于将光分组数据中的头信息通过反转归零(IRZ：Inverse Return Zero)调制方式加载至差分 八相移键控信号生成模块411生成的D8PSK信号的振幅上，从而生成差分八相移键控/反转归零(D8PSK/IRZ)正交调制信号。 

具体的，本发明实施例可以将光分组数据中的头信息(Label)与时钟信号做逻辑与运算生成归零信号，将生成的归零信号加载到马赫则德尔调制器的双臂，通过IRZ调制方式加载至D8PSK信号的振幅上，从而实现信号的D8PSK/IRZ正交联合调制，产生D8PSK/IRZ正交调制信号。 

发送模块413，用于发送D8PSK/IRZ正交调制信号。 

本发明实施例提供的链路装置42具体可以包括： 

为了降低由于光纤介质的非线性效应而引起信号的色散及引入各类噪声，本发明实施例提供的链路装置42，还可以对生成的D8PSK/IRZ正交调制信号进行功率和色散补偿。比如，可以用掺铒光纤放大器(EDFA，Erbium Doped FiberAmplifiers)来提高D8PSK/IRZ正交调制信号的发射功率，或者放大在光纤传输中功率衰减的信号；再比如，可以利用单模光纤(SMF，Single Mode Fiber)和色散补偿光纤(DCF，Dispersion Compensation Fiber)，在给D8PSK/IRZ正交调制信号提供长距离传输路径的同时，分别产生正的和负的信号色散。 

本发明实施例提供的接收装置43具体可以包括： 

接收模块431，用于接收D8PSK/IRZ正交调制信号。 

信号解调模块432，用于将接收模块431接收的D8PSK/IRZ正交调制信号，按功率平均分配后，分别进行D8PSK信号解调，以及IRZ信号解调。 

具体的，本发明实施例提供的信号解调模块432，具体可以如附图5所示，包括信号分配单元51，D8PSK信号解调单元52，以及IRZ信号解调单元53。其中： 

信号分配单元51，用于将接收的D8PSK/IRZ正交调制信号，按功率平均分 配后，分别分配至D8PSK信号解调单元52，以及IRZ信号解调单元53。 

D8PSK信号解调单元52，用于从D8PSK/IRZ正交调制信号中解调出光分组数据中的净负荷信息。 

具体的，D8PSK信号解调单元52具体可如附图6所示，包括： 

信号分离单元521，用于将D8PSK/IRZ正交调制信号经过两级耦合分离后，形成功率相同的四路信号，所述四路信号包括上支两路信号和下支两路信号； 

信号处理单元522，用于对信号分离单元521所分离出的所述四路信号分别进行相位信息/幅度信息转换，光/电信号转换，以及减法判决处理； 

逻辑异或处理单元523，用于对经过减法判决处理后所述下支两路信号进行逻辑异或处理，生成第三原始信号； 

净负荷解调单元524，用于将经过减法判决处理后的所述上支两路信号分别作为第一原始信号和第二原始信号，与所述逻辑异或处理单元523生成的第三原始信号进行并串转换，解调出光分组数据的净负荷。 

IRZ信号解调单元53，用于从D8PSK/IRZ正交调制信号中解调出光分组数据中的头信息。 

信号解调模块432的具体操作过程，请参照所述基于差分八相移键控/反转归零正交调制的光标记交换的方法中，有关于附图2、3的描述。 

还原模块433，用于根据信号解调模块432根据D8PSK信号解调出的光分组数据的净负荷，以及信号解调模块432根据IRZ信号解调出的光分组数据的头信息，还原光分组数据。 

综上所述，本发明实施例提供的基于差分八相移键控/反转归零正交调制的光标记交换的系统，通过将光分组数据中的净负荷进行串并转换形成三路信号， 并将所述三路信号进行差分预编码后，分别加载至三个相位调制器进行相位调制，生成差分八相移键控信号，与现有的二进制传输系统相比较，其系统容量二进制传输系统的三倍；将光分组数据中的头信息通过反转归零调制方式加载至所述差分八相移键控信号的振幅上，生成差分八相移键控/反转归零正交调制信号，反转归零信号可以有效地提高正交信号的调制消光比，提高系统性能；发送所述差分八相移键控/反转归零正交调制信号。在没有增加任何额外资源消耗的情况下，增大了光分组数据信号的传输速率，提高了网络带宽资源利用率与正交信号的调制消光比，从而提高了网络传输容量与性能。 

需要说明的是，本发明实施例提供的基于差分八相移键控/反转归零正交调制的光标记交换的系统中所涉及的发送装置或接收装置，完全可以作为单独存在的一个功能器件(即独立于系统之外)进行保护，这种情况下，发送装置或接收装置所能实现的功能，与这两种装置在系统中所能实现的功能完全相同，具体请参照系统及方法中的相关描述。 

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。 

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。 

Claims (9)

1.一种基于差分八相移键控/反转归零正交调制的光标记交换的方法，其特征在于，该方法包括：

A、将光分组数据中的净负荷通过差分八相移键控调制方式加载到光载波的相位上，生成差分八相移键控信号；

B、将光分组数据中的头信息通过反转归零调制方式加载到所述差分八相移键控信号的振幅上，生成差分八相移键控/反转归零正交调制信号；

C、利用由单模光纤、色散补偿光纤、掺铒光纤放大器所组成的传输链路来传送所述差分八相移键控/反转归零正交调制信号；

D、通过耦合器将接收到的所述差分八相移键控/反转归零正交调制信号分为功率相等的两路，分别送入差分八相移键控信号解调器与反转归零信号解调器，解调出所述原光分组数据中的净负荷与头信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A所述将光分组数据中的净负荷通过差分八相移键控调制方式加载到光载波相位上的方法包括：

A1、通过现场可编程门阵列(FPGA)芯片对所述光分组数据中的净负荷进行串并转换，将一路速率为τ的串行信号转换为三路速率为τ/3的并行信号，τ为光分组数据的比特速率；

A2、通过FPGA芯片将所述三路并行信号按照差分八相移键控的差分编码规则进行差分预编码；

A3、将差分编码后的三路信号分别送入到三个相位调制器的电信号输入端口，使所述三路信号加载到光载波的相位上，生成差分八相移键控信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述将光分组数据中的头信息通过反转归零调制方式加载到所述差分八相移键控信号的振幅上的方法包括：

B1、通过FPGA芯片对所述光分组数据中的头信息和时钟信号做逻辑与运算，从而生成归零信号，通过改变时钟信号的周期来调整归零信号的占空比；

B2、将所述归零信号送入马赫则德尔调制器的两臂，将步骤A中产生的差分八相移键控信号送入马赫则德尔调制器的光输入端口，通过设置马赫则德尔调制器的参数将归零信号的极性反转，从而将所述光分组数据中的头信息通过反转归零调制方式加载到差分八相移键控信号的振幅上，产生差分八相移键控/反转归零正交调制信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤D所述将功率相等的两路信号分别送入差分八相移键控信号解调器与反转归零信号解调器，解调出所述原光分组数据中的净负荷与头信息的方法包括：

D1、将步骤D中所述功率相等的两路信号中的一路信号送入差分八相移键控信号解调器并解调出所述原光分组数据中的净负荷，其具体步骤包括：

D11、通过一个耦合器将所述功率相等的两路信号中的一路再次分为功率相等的两路信号；

D12、使步骤D11中所产生的两路信号依次通过耦合器、马赫则德尔干涉仪，将光载波所携带的相位差信息转化为振幅信息；

D13、通过光电检测器将步骤D12中所产生的八路光信号转化为电信号；

D14、对经过同一个马赫则德尔干涉仪，并转化为电信号的两路信号做减法判决，上支路判决得到的两路信号即为步骤A1所述三路信号中的其中两路，下支路判决得到的两路信号再经过逻辑异或运算便可得到步骤A1所述三路信号中的另外一路；

D15、通过FPGA芯片对步骤D14所产生的三路信号做并串转换，将三路速率为τ/3的并行信号转换为一路速率为τ的串行信号，此串行信号即为所述光分组数据中的净负荷；

D2、将步骤D中所述功率相等的两路信号中的令一路信号送入反转归零信号解调器并解调出所述原光分组数据中的头信息，其具体步骤包括：

D21、所述功率相等的两路信号中的令一路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；

D22、再经过光电检测器将差分八相移键控/反转归零正交光信号中的反转归零信号转化为电信号，并通过前置放大器将小信号放大；

D23、通过低通滤波器对步骤D22中所产生的电信号进行滤波整形；

D24、通过FPGA芯片对经过滤波整形的电信号做逻辑非运算，从而将归零信号的极性反转，解调出所述光分组数据中的头信息。

5.一种基于差分八相移键控/反转归零正交调制的光标记交换的系统，其特征在于，所述系统包括发送装置、链路装置和接收装置；

所述发送装置包括差分八相移键控信号生成模块和差分八相移键控/反转归零正交调制信号生成模块；所述差分八相移键控信号生成模块，用于将光分组数据中的净负荷通过差分八相移键控调制方式加载到光载波的相位上，生成差分八相移键控信号；所述差分八相移键控/反转归零正交调制信号生成模块，用于将光分组数据中的头信息通过反转归零调制方式加载到所述差分八相移键控信号的振幅上，生成差分八相移键控/反转归零正交调制信号；

所述链路装置包括单模光纤、色散补偿光纤和掺铒光纤放大器，用于传输所述差分八相移键控/反转归零正交调制信号，并补偿在传输过程中引起的功率损耗及色散；

所述接收装置包括差分八相移键控信号解调模块和反转归零信号解调模块；所述差分八相移键控信号解调模块用于将所述正交调制信号中的差分八相移键控信号解调出来并还原为原光分组数据中的净负荷；所述反转归零信号解调模块用于将所述正交调制信号中的反转归零信号解调出来并还原为原光分组数据中的头信息。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，上述发送装置中，所述差分八相移键控信号生成模块包括：

激光器，产生稳定的光载波，并通过光纤送至相移为π的相位调制器的光信号输入端口；

FPGA高速电信号处理器，通过FPGA对所述光分组数据中的净负荷进行串并转换，将一路速率为τ的串行信号转换为三路速率为τ/3的并行信号，并按照差分八相移键控的差分编码规则对这三路信号做差分预编码；

三个相位调制器，其相移依次为π、π/2、π/4，将所述经过差分预编码后的三路信号分别送入三个相位调制器，加载至光载波的相位上，生成差分八相移键控信号。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，上述发送装置中，所述差分八相移键控/反转归零正交调制信号生成模块包括：

时钟信号生成器，用于生成周期一定的时钟信号，该时钟信号的周期根据对反转归零信号的占空比的需求来调节；

FPGA高速电信号处理器，对所述光分组数据中的头信息与时钟信号做逻辑与运算，从而生成归零信号；

双臂马赫则德尔调制器，将所述归零信号加载至双臂马赫则德尔调制器的两臂，将所述差分八相移键控信号送入双臂马赫则德尔调制器的光输入端口，通过反转归零调制方式将归零信号所携带的信息加载至差分八相移键控信号的振幅上，生成差分八相移键控/反转归零正交调制信号。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，上述接收装置中，所述差分八相移键控信号解调模块包括：

三个耦合器，用于将正交调制信号按功率平均分为两路；

四个马赫则德尔干涉仪，其相移依次为3π/8、-π/8、π/8、-3π/8，其时移均为3/τ，τ为光分组数据的比特速率，马赫则德尔干涉仪用于将差分八相移键控信号所携带的相位信息转换为振幅信息；

四个光电检测器，用于将光信号转换为电信号；

四个减法判决器，用于比较两路电信号的振幅大小，如果上支路电信号的振幅大于下支路，则判决器输出‘1’，否则输出‘0’，通过FPGA高速电信号处理器来实现此减法判决器功能；

逻辑异或器，用于将下支路经减法判决器输出的两路信号做逻辑异或运算；

FPGA高速电信号处理器，用于将经减法判决器输出的上支路两路信号与下支路一路信号做并串转换，将三路速率为τ/3的并行信号转换为一路速率为τ的串行信号，完成差分八相移键控信号的解调并还原出原光分组数据中的净负荷。

9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，上述接收装置中，所述反转归零信号解调模块包括：

窄带光滤波器，滤除正交调制信号在信道中引入的噪声；

光电检测器，将正交调制光信号中的反转归零信号转化为电信号；

电信号放大器，用于将小信号放大；低通滤波器，对电信号进行滤波整形；FPGA高速电信号处理器，用于对经过滤波整形的电信号做逻辑非运算，从而将归零信号的极性反转，解调出所述光分组数据中的头信息。

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