CN104144017A - 一种多波长通道的光分组信号产生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多波长通道的光分组信号产生方法，通过多波长激光器产生连续光，经1×2光分支器后分别输入到WDM DPSK净荷产生模块和WDMASK标签产生模块，再通过一个马赫曾德干涉滤波器MZIF将WDM DPSK净荷产生模块生成的DPSK净荷信号转换成DCSRZ格式的净荷信号并同时与WDM ASK标签产生模块产生的ASK标签信号进行叠加，从而得到多波长通道的光分组信号，这样实现了所有波长通道的信号共享MZIF器件，从而极大的简化了系统规模，具有结构简单和低成本的特点。

Description

一种多波长通道的光分组信号产生方法
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种多波长通道的光分组信号产生方法。
背景技术
随着网络技术的深入应用，网络的规模与速度都在飞速发展，千兆以太网已经被广泛应用，即将到来的TD-LTE技术将会应用在国内数亿智能终端，物联网、网络视频、云计算等技术的相继出现将对网络带宽提出更大的要求。
目前骨干网已经正在从40G WDM传输系统向100G WDM传输系统升级。因为电子处理速率瓶颈的原因，交换机的交换速度一直作为网络“信息高速公路”的瓶颈，此问题也变得愈加突出，迫切需要研究和发展新型大容量的节点处理技术。为了克服交换瓶颈的问题，光分组交换以其合适的交换粒度以及较低的电子处理速度被提出，并视为未来光网络最理想的交换技术。光分组是由净荷与标签两部分组成，净荷携带所要传输的信息，而标签携带路由信息。在每个节点我们都要对标签进行分离并更新，即从分组中提取标签，通过查找标签转发表获得输出端口后再把携带新地址信息的标签插入到分组中。由于标签采用低比特速率调制，同时高比特速率调制的净荷保持在光域，因此极大的降低了交换节点对电子处理速度的要求。
为了便于在光分组交换中实现标签和净荷的分离，已经提出了多种光分组格式包括：比特序列标签，光码标签，光正交调制标签，副载波标签等。其中，由双二进制载波抑制归零码DCSRZ净荷和非归零码NRZ标签组成的光分组格式，具有易于在频域分离，标签产生简单，抗光纤色散和非线性特性等优点，具有较好的应用前景。但目前该分组格式的产生是先产生DCSRZ净荷部分和NRZ标签部分，再通过光耦合器实现净荷和标签的耦合，形成完整的光分组；对于WDM系统，各波长通道具有各自独立的光分组产生单元，器件无法共享，导致系统器件数量多，规模大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多波长通道的光分组信号产生方法，使所有波长通道的光信号共享MZIF器件，从而极大的简化了系统规模，具有结构简单和低成本的特点。
为实现上述发明目的，本发明一种多波长通道的光分组信号产生方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、选择并输入系统参数；
选择系统参数净荷传输速率Rpayload或者波长通道间隔Δf，如果选择输入的系统参数为净荷传输速率Rpayload，则确定波长通道频率间隔Δf：Δf＝2Rpayload；如果选择输入的系统参数为波长通道间隔Δf，则可以确定净荷传输速率Rpayload：Rpayload＝Δf/2；
(2)、计算各波长通道的中心频率fc：fc＝mΔf±nΔf，其中n＝0,1,2,…,(N-1)/2，mΔf表示系统工作波段的中心频率，m为整数，N为波长通道总数；
(3)、根据计算得到的参数值确定组成系统的器件；
(3.1)、根据Δf选择MZIF，MZIF两直波导的延时差Δt＝2/Δf；
(3.2)、根据净荷速率Rpayload和设计端口数N，选择N个速率相同的DPSK调制器，以及选择N个标签速率小于Rpayload/10的ASK调制器；
(3.3)、根据设计端口数N，选择N×1光耦合器；
(3.4)、根据设计端口数N和波长通道的中心频率fc，选择对应的N×1阵列波导光栅AWG，AWG各波长通道带宽要求大于标签信号带宽；
(4)、连接选取的器件，组建并运行系统，产生多波长通道的光分组信号；
多波长激光器产生N束的多波长连续光λ1,λ2,…,λN，每束连续光经一个1×2光分支器后分别对应输入到WDM DPSK净荷产生模块的1,2,…,N个DPSK调制器和WDM ASK标签产生模块的1,2,…,N个ASK调制器；
DPSK调制器将N路净荷信号源产生的NRZ净荷电信号调制到输入的连续光上，输出DPSK格式的dpsk净荷信号，再将dpsk净荷信号分别输入到N×1光耦合器的输入端，N×1光耦合器将N路的dpsk净荷信号耦合后得到DPSK格式的DPSK净荷信号，DPSK净荷信号经光放大器的放大后输入到WDM DCSRZ分组产生模块的输入端1；
ASK调制器将N路标签信号源产生的NRZ标签电信号调制到输入的连续光上，输出NRZ码型的ask标签信号，再将ask标签信号分别输入到N×1AWG的输入端，N×1AWG将N路的ask标签信号耦合后得到NRZ码型的ASK标签信号，最后将ASK标签信号输入到WDM DCSRZ分组产生模块的输入端2；
WDM DCSRZ分组产生模块将输入的DPSK净荷信号转换成DCSRZ格式的净荷信号，并将DCSRZ格式的净荷信号与ASK标签信号进行叠加，在输出端得到多波长通道的光分组信号。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明多波长通道的光分组信号产生方法，通过多波长激光器产生连续光，经1×2光分支器后分别输入到WDM DPSK净荷产生模块和WDM ASK标签产生模块，再通过一个马赫曾德干涉滤波器MZIF将WDM DPSK净荷产生模块生成的DPSK净荷信号转换成DCSRZ格式的净荷信号并同时与WDM ASK标签产生模块产生的ASK标签信号进行叠加，从而得到多波长通道的光分组信号，这样实现了所有波长通道的信号共享MZIF器件，从而极大的简化了系统规模，具有结构简单和低成本的特点。
同时，本发明多波长通道的光分组信号产生方法还具有以下有益效果：
本发明克服了WDM系统中，各个波长通道的光信号具有各自独立的光分组产生单元，器件无法共享的缺点，通过采用马赫曾德干涉滤波器MZIF，使所有波长通道的光信号共享MZIF器件，得到光分组信号，从而极大的简化了系统规模，具有结构简单和低成本的特点。
附图说明
图1是本发明产生多波长通道的光分组信号方法的流程图；
图2是本发明产生多波长通道的光分组信号方法的一种具体实施方式结构图；
图3是图2所示DPSK调制器的结构框图；
图4是图2所示MZIF器件的结构图；
图5是图2所示MZIF器件产生光分组信号的频谱示意图；
图6是4通道的DPSK净荷信号经过MZIF后的频谱图；
图7是4通道的ASK标签信号经过MZIF后的频谱图；
图8是4通道的DPSK净荷信号和ASK标签信号同时经过MZIF后的频谱图；
图9是光分组信号的质量探测原理图；
图10是光分组信号分离得到的第一、二通道的净荷信号眼图；
图11是光分组信号分离得到的第一、二通道的标签信号眼图；
表1是4波长通道的中心频率表。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
为了方便描述，先对具体实施方式中出现的相关专业术语进行说明：
WDM(Wavelength Division Multiplexing)；波分复用技术；
DPSK(Differential Phase Shift Keying)；差分相移键控；
ASK(Amplitude Shift Keying)；幅移键控；
DCSRZ(Duobinary Carrier Suppressed Return to Zero)；双二进制载波抑制的归零码；
MZIF(Mach-Zehnder Interferometer Filter)；马赫曾德尔干涉仪；
NRZ(Not Return to Zero)；非归零码；
AWG(Arrayed Waveguide Grating)；阵列波导光栅；
图1是本发明产生多波长通道的光分组信号方法的流程图。
在本实施例中，如图1所示，本发明多波长通道的光分组信号产生方法，包括以下步骤：
S1)、选择并输入系统参数
选择系统参数：净荷传输速率Rpayload或者波长通道间隔Δf，本实施例中，采用4波长通道40Gbps DCSRZ光分组产生方案，则选择系统参数：净荷传输速率Rpayload＝40Gbps，波长通道频率间隔Δf＝2Rpayload＝80Gbps；
S2)、计算各波长通道的中心频率fc
本实施例中，根据公式fc＝mΔf±nΔf计算出4个波长通道的中心频率如表1所示；
通道 频率(THz) 波长nm mΔf±nΔf
1 193.04 1554.1 2413Δf
2 193.12 1553.4 2414Δf
3 193.20 1552.8 2415Δf
4 193.28 1552.2 2416Δf
表1
S3)、根据计算得到的参数值确定组成系统的器件
S3.1)、根据波长通道频率间隔Δf＝80Gbps,选择MZIF型号，MZIF两直波导的延时差Δt＝2/Δf＝25ps；
S3.2)、选择4个净荷传输速率为40Gbps的DPSK调制器以及4个标签速率为2.5Gbps的ASK调制器；
S3.3)、根据设计端口数4，选择4×1光耦合器；
S3.4)、选择波长通道中心频率fc为193.04THz、193.12THz、193.20THz、193.28THz的4×1AWG；AWG各波长通道带宽要求大于标签信号带宽，同时考虑到波长通道带宽的可行性，本实例中采用每个波长通道的滤波带宽取为30GHz；
S4)、连接选取的器件，组建并运行系统，产生多波长通道的光分组信号
如图2所示，多波长激光器产生4束多波长连续光λ1,λ2,λ3,λ4，每束连续光经过一个1×2光分支器后分别输入到WDM DPSK净荷产生模块的1～4DPSK调制器和WDM ASK标签产生模块的1～4ASK调制器；
其中，WDM DPSK净荷产生模块由4个DPSK调制器、1个4×1光耦合器、1个4路净荷信号源以及1个光放大器组成；DPSK调制器将4路净荷信号源产生的NRZ净荷电信号调制到输入的连续光上，输出DPSK格式的dpsk净荷信号，再将dpsk净荷信号分别输入到4×1光耦合器的输入端，4×1光耦合器将4路的dpsk净荷信号耦合后得到DPSK格式的DPSK净荷信号，再将DPSK净荷信号经光放大器的放大后输入到WDM DCSRZ分组产生模块的输入端1；
WDM ASK标签产生模块由4个ASK调制器、1个4路标签信号源和1个4×1阵列波导光栅AWG组成；ASK调制器将4路标签信号源产生的NRZ标签电信号调制到输入的连续光上，输出NRZ码型的ask标签信号，再将ask标签信号分别输入到4×1AWG的输入端，4×1AWG将4路的ask标签信号耦合后得到NRZ码型的ASK标签信号，最后将的ASK标签信号输入到WDM DCSRZ分组产生模块的输入端2；
WDM DCSRZ分组产生模块将输入的DPSK净荷信号转换成DCSRZ格式的净荷信号，同时将DCSRZ格式的净荷信号与ASK标签信号进行叠加，在输出端得到多波长通道的光分组信号。
图3是图2所示DPSK调制器的结构框图。
本实施例中，如图3所示，DPSK调制器由电域差分编码模块和相位调制器PM组成；
来自多波长激光器的连续光连接到PM的输入端，NRZ净荷电信号连接差分编码模块的输入端，差分编码模块的输出端连接PM的调制驱动端，这样就可以通过差分编码模块将净荷信号源产生的NRZ净荷电信号调制到连续光上，最后由PM的输出端输出DPSK净荷信号；其中，差分编码模块主要由异或运算和1bit延时单元组成，NRZ净荷电信号与1bit延时单元的输出端分别连接异或运算的两输入端，异或运算的输出端连接1bit延时单元的输入端和差分编码模块的输出端。
图4是图2所示MZIF器件的结构图。
本实施例中，WDM DCSRZ分组产生模块为一个MZIF器件，如图4所示，由两个3dB耦合器和一个非平衡1bit延时单元组成；DPSK净荷信号与ASK标签信号经过MZIF传输后输出多波长通道的光分组信号，其具体流程如图5所示；
图5(a)中①②标记了DPSK净荷信号与ASK标签信号在MZIF中的传输路径，图5(b)中标记的①②③过程与图5(a)中的①②③标记对应，描述了两路信号经过MZIF的频谱变化过程，其中，纵坐标表示信号的功率，横坐标表示是频率，Δf表示波长通道间隔；
DPSK净荷信号的传输路径如图5(a)的虚线所示，DPSK净荷信号经过第1个3dB耦合器后，将DPSK净荷信号分成上、下两路信号，且下路信号相对于上路信号出现π/3相移，再将上、下两路信号经过非平衡1bit延时单元的两条传输波导的传输后输入到第2个3dB耦合器，而此时输入到第2个3dB耦合器的下路信号相对于上路信号存在1bit的延时，在第2个3dB耦合器中，下路信号输入到上输出端口时相对于上路信号又出现π/2相移，DPSK净荷信号经过MZIF时的传递函数为一个中心频率为fc的带阻滤波器，对应光分组信号的输出光强I、光频率f和MZIF器件延时Δt的关系为：I＝|E0|2sin2πfΔt，其中E0为输入的光电场，DPSK净荷信号经过该带阻滤波器后得到DCSRZ格式的净荷信号；
ASK标签信号的传输路径如图5(a)的直线所示，ASK标签信号在MZIF中的传输模式与DPSK净荷信号相同，在此不再赘述，ASK标签信号经过MZIF时的传递函数为一个中心频率为fc带通滤波器，对应光分组信号的输出光强I、光频率f和MZIF器件延时Δt的关系为：I＝|E0|2cos2πfΔt，由于ASK标签信号的速率远远小于DPSK净荷信号的速率，因此ASK标签信号经过该带通滤波器后几乎不受影响的输出ASK标签信号；
图5(a)中③标记表示DCSRZ格式的净荷信号与ASK标签信号进行叠加，输出多波长通道的光分组信号，对应光谱如图5(b)中的③过程所示。
在本实施例中，通过VPI TransmissionMaker仿真软件进行系统仿真，得到实验结果如下：
a)、在没有输入ASK标签信号的情况下，4个波长通道的DPSK净荷信号经过MZIF后在3端口得到的4×40Gbps DCSRZ频谱，如图6所示；
b)、在只输入ASK标签信号时在MZIF3端口输出的4×2.5Gbps ASK标签频谱，如图7所示；
c)、同时输入DPSK净荷信号和ASK标签信号到MZIF后，系统产生的4×40Gbps光分组信号的频谱，如图8所示。
由于DPSK净荷信号和ASK标签信号的功率值对信号的质量产生较大影响，因此，为了减少标签对净荷信号质量的影响，这里我设置DPSK净荷峰值功率为ASK标签峰值功率的4倍，本实例中净荷峰值光功率与标签峰值光功率分别为4mv和1mv。
为了观察图8所示的光分组信号中净荷与标签的信号质量，本实施例中，利用图9所示的系统检测4个波长通道的标签与净荷信号的质量，如图9所示，4×1AWG的波长通道中心频率分别为193.04、193.12、193.20和193.28THz，各波长通道的带宽均为40GHz；1～4波长通道的高斯带通、带阻滤波器的中心频率分别193.04、193.12、193.20和193.28THz，且滤波带宽均为10GHz；PIN为光电探测器，电滤波器采用3dB带宽为2.5GHz的Bessel滤波器。
选取第一、二波长通道的净荷信号和标签信号进行质量分析，通过示波器将分析结果显示，分别如图10、11所示，无论是净荷信号还是标签信号，其眼图都非常清晰，说明信号的质量很好。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种多波长通道的光分组信号产生方法，其特征在于，包括以下步骤： 
(1)、选择并输入系统参数； 
选择系统参数净荷传输速率Rpayload或者波长通道间隔Δf，如果选择输入的系统参数为净荷传输速率Rpayload，则确定波长通道频率间隔Δf：Δf＝2Rpayload；如果选择输入的系统参数为波长通道间隔Δf，则可以确定净荷传输速率Rpayload：Rpayload＝Δf/2； 
(2)、计算各波长通道的中心频率fc：fc＝mΔf±nΔf，其中n＝0,1,2,…,(N-1)/2，mΔf表示系统工作波段的中心频率，m为整数，N为波长通道总数； 
(3)、根据计算得到的参数值确定组成系统的器件； 
(3.1)、根据Δf选择MZIF，MZIF两直波导的延时差Δt＝1/Δf； 
(3.2)、根据净荷速率Rpayload和设计端口数N，选择N个速率相同的DPSK发送器，以及选择标签速率小于Rpayload/10的ASK发送器； 
(3.3)、根据设计端口数N，选择N×1光耦合器； 
(3.4)、根据设计端口数N和波长通道的中心频率fc，选择对应的N×1阵列波导光栅AWG，AWG各波长通道带宽要求大于标签信号带宽； 
(4)、连接选取的器件，组建并运行系统，产生多波长通道的光分组信号； 
多波长激光器产生N束的多波长连续光λ1,λ2,…,λN，每束连续光经一个1×2光分支器后分别对应输入到WDM DPSK净荷产生模块的1,2,…,N个DPSK调制器和WDM ASK标签产生模块的1,2,…,N个ASK调制器； 
DPSK调制器将N路净荷信号源产生的NRZ净荷电信号调制到输入的连续光上，输出DPSK格式的dpsk净荷信号，再将dpsk净荷信号分别输入到N×1光耦合器的输入端，N×1光耦合器将N路的dpsk净荷信号耦合后得到DPSK格式的DPSK净荷信号，DPSK净荷信号经光放大器的放大后输入到WDM DCSRZ分组产生模块的输入端； 
ASK调制器将N路标签信号源产生的NRZ标签电信号调制到输入的连续光上，输出NRZ码型的ask标签信号，再将ask标签信号分别输入到N×1AWG的输入端，N×1AWG将N路的ask标签信号耦合后得到NRZ码型的ASK标签 信号，最后将ASK标签信号输入到WDM DCSRZ分组产生模块的输入端2； 
WDM DCSRZ分组产生模块将输入的DPSK净荷信号转换成DCSRZ格式的净荷信号，并将DCSRZ格式的净荷信号与ASK标签信号进行叠加，在输出端得到多波长通道的光分组信号。 
2.根据权利要求1所述的光分组信号产生方法，其特征在于，所述的WDM DPSK净荷产生模块由N个DPSK调制器、1个N×1光耦合器、1个N路净荷信号源以及1个光放大器组成；所述的WDM ASK标签产生模块由N个ASK调制器、1个N路标签信号源和1个N×1阵列波导光栅AWG组成。 
3.根据权利要求1所述的光分组信号产生方法，其特征在于，所述的WDM DCSRZ分组产生模块为一个MZIF器件，由两个3dB耦合器与非平衡1bit延时单元组成； 
DPSK净荷信号和ASK标签信号经过第1个3dB耦合器后，分为上、下两路信号，上、下两路信号均同时包含DPSK净荷信号和ASK标签信号，且下路信号相对于上路信号出现π/2相移，再将上、下两路信号经过非平衡1bit延时单元的两条直波导的传输后输入到第2个3dB耦合器，在第2个3dB耦合器中，下路信号传输到上输出端口时相对于上路信号又出现π/2相移，最后，上、下两路信号在输出端口叠加输出多波长通道的光分组信号。 
4.根据权利要求3所述的光分组信号产生方法，其特征在于，所述的DPSK净荷信号经过MZIF时的传递函数为一个中心频率为fc的带阻滤波器，对应光分组信号的输出光强I、光频率f和MZIF器件延时Δt的关系为：I＝|E0|2sin2πfΔt，其中E0为输入的光电场，DPSK净荷信号经过该带阻滤波器后得到DCSRZ格式的净荷信号； 
而ASK标签信号经过MZIF时的传递函数为一个中心频率为fc带通滤波器，对应光分组信号的输出光强I、光频率f和MZIF器件延时Δt的关系为：I＝|E0|2cos2πfΔt，ASK标签信号经过该带通滤波器后直接输出ASK标签信号。 
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