CN104243047A

CN104243047A - 一种pdm-dqpsk/sac光标记交换的方法和系统

Info

Publication number: CN104243047A
Application number: CN201410483316.0A
Authority: CN
Inventors: 曹永盛; 王进; 陈福深; 田静
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2034-09-19
Also published as: CN104243047B

Abstract

本发明一种PDM-DQPSK/SAC光标记交换的方法，发送端将承载了IP数据包的净荷信息的PDM-DQPSK光信号与承载了IP数据包的头信息的SAC标记信号进行耦合得到一路PDM-DQPSK/SAC光信号进行发送；接收端将PDM-DQPSK光信号与SAC标记信号分别解调得到IP数据包的头信息与净荷信息；由于PDM-DQPSK信号本身的特点，可以使得系统传输速率提高，且频谱利用率高、抗噪性好。将IP数据包的净荷信息与头信息用不同的调制方式进行传输能减少两者间的串扰。

Description

一种PDM-DQPSK/SAC光标记交换的方法和系统

技术领域

本发明涉及光通信技术，特别涉及光标记交换技术。

背景技术

以光纤为载体的骨干网，承载着远距离传输与交换的任务，其发展方向是高带宽、大容量的全光网(AON，All-Optical Network)。然而光通信中继仍然摆脱不了光电光转换与电域处理，这使得光交换节点成为了限制全光网发展的瓶颈，严重制约了光通信的传输速度。为了解决这一问题，采用光电混合结构的光标记交换OLS(Optical Label Switching)技术，成为了下一代光传输交换网络的研究发展方向。

光码OC(Optical Code)标记技术是近几年来一项新兴的标记技术。光码标记基于光码分复用OCDM(Optical Code Division Multiplexing)原理，利用光编码器在时域、频域与相位等多方面进行多维度的光域编码，并在交换节点处通过全光相关器对标记进行全光解码。光码标记与其他标记系统最大不同之处在于，使用光标记编码器进行编码，并利用光相关器进行解码。光码标记在理论上能实现标记的全光解码，摆脱光电转换和电域处理，具有很大发展潜力。

光谱幅度码SAC(Spectral Amplitude Code)是一种频域编码光标记技术，其工作原理简单，复杂度低，正在被广泛应用于光码分多址系统与光码标记交换系统中。由于光谱幅度码的原理与实现简单，理论上能实现标记的全光处理与解码，已受到国内外学者的广泛关注与研究。

2007年，加拿大McGill大学与Laval大学的研究者首次将SAC应用于OC标记交换系统，并通过相关探测法对SAC标记进行识别。目前，国内外对SAC标记交换系统的研究尚不成熟，还存在着标记交换系统调制方式单一、速率低等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种速率更高的SAC标记交换的装置和方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种PDM-DQPSK/SAC光标记交换的方法，包括以下步骤：

IP数据包发送步骤：

1)将IP数据包的净荷信息调制为2路相同的四相相对相移键控DQPSK格式的电信号，再将2路DQPSK电信号通过光强度调制生成2路DQPSK光信号，分别对2路DQPSK光信号进行偏振控制后再复用为一路正交复用的PDM-DQPSK光信号；

2)利用IP数据包的头信息对光源进行光谱幅度调制得到光谱幅度码SAC标记信号；

3)将承载了IP数据包的净荷信息的PDM-DQPSK光信号与承载了IP数据包的头信息的SAC标记信号进行耦合得到一路PDM-DQPSK/SAC光信号进行发送；

IP数据包接收步骤：

1)将接收到的光信号按功率比例分为SAC标记信号、净荷信号2部分；

2)对于SAC标记信号通过光谱幅度解调得到IP数据包的头信息；

3)对于净荷信号通过偏振恢复与偏振分束得到偏振复用前的2路DQPSK光信号，2路DQPSK光信号分别通过光电转化后，再通过DQPSK解调得到IP数据包的净荷信息。

同时，本发明还提供了实现上述方法的系统，一种PDM-DQPSK/SAC光标记交换系统，包括：PDM-DQPSK光信号生成模块、SAC标记信号生成模块、发送端耦合器、接收端耦合器、净荷信号接收模块、SAC标记信号接收模块；

PDM-DQPSK光信号生成模块用于，将IP数据包的净荷信息调制为2路相同的四相相对相移键控DQPSK格式的电信号，再将2路DQPSK电信号通过光强度调制生成2路DQPSK光信号，分别对2路DQPSK光信号进行偏振控制后再复用为一路正交复用的PDM-DQPSK光信号；

SAC标记信号生成模块用于，利用IP数据包的头信息对光源进行光谱幅度调制得到光谱幅度码SAC标记信号；

发送端耦合器用于，将承载了IP数据包的净荷信息的PDM-DQPSK光信号与承载了IP数据包的头信息的SAC标记信号进行耦合得到一路PDM-DQPSK/SAC光信号进行发送；

接收端耦合器用于，将接收到的光信号按功率比例分为SAC标记信号、净荷信号2部分，将SAC标记信号发送至SAC标记信号接收模块，将净荷信号发送至净荷信号接收模块；

净荷信号接收模块用于，对接收到的净荷信号通过偏振恢复与偏振分束得到偏振复用前的2路DQPSK光信号，2路DQPSK光信号分别通过光电转化后，再通过DQPSK解调得到IP数据包的净荷信息；

SAC标记信号接收模块用于，对接收到的SAC标记信号通过光谱幅度解调得到IP数据包的头信息。

由于PDM-DQPSK信号本身的特点，可以使得系统传输速率提高，且频谱利用率高、抗噪性好。本发明将IP数据包的净荷信息与头信息用不同的调制方式进行传输能减少两者间的串扰。由于，将PDM-DQPSK光信号与SAC标记信号耦合作为一个光包传输，会使得接收方较难对PDM-DQPSK光信号进行解调，本发明提供了以一种新的PDM-DQPSK光信号的解调方法与装置。

本发明的有益效果是，能提高系统传输速率和传输性能，增强SAC标记交换系统在光通信领域的实用性。

附图说明

图1为本发明系统结构。

图2为本发明中DQPSK净荷产生原理图。

图3为本发明中SAC标记编码器原理图。

图4为实施例中SAC标记频域图。

图5为实施例中解偏振复用后的邦加球。

图6为实施例中DQPSK净荷解调的眼图。

图7为实施例中SAC标记解调的波形图，4位均为“1”码。

图8为基于可控光开关的SAC标记编码器。

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：

本发明光标记交换系统如图1所示：

将IP数据包信息形成偏振复用(PDM，Polarization Division Multiplexed)-DQPSK/SAC光标记信号：

PDM-DQPSK光信号生成模块中，2路DQPSK编码器分别对应连接偏振控制器，2路偏振控制器的输出端与偏振合束器相连。高速IP数据包净荷信息进入DQPSK编码器，形成DQPSK调制格式的电信号。通过用于光强度调制的马赫-曾德M-Z调制器，将高速电信号信息调制到分布反馈式DFB(Distributed Feed-back)激光器所产生的光源上，形成一路DQPSK光净荷信号。由另一组DQPSK编码器、M-Z调制器、DFB激光器形成另一路相同的DQPSK光净荷信号。

如图2所示为通过光强度调制生成DQPSK光信号的光强度调制器，包括M-Z调制器、DFB激光器、π/2相位延时器；上下两路M-Z调制器将IP数据包净荷电信号调制到DFB激光器所产生的光源上，以激光器频率193.1THz，电信号速率25Gb/s为例，其中一路调制后的信号经过π/2相位延时，可产生50Gb/s DQPSK调制格式的光信号。

PDM-DQPSK信号产生模块中，两路50Gb/s DQPSK信号，分别经过0度和90度的偏振控制器PC(Polarization Controller)，再通过偏振合束器PBC(Polarization beam combiner)合为一路，完成偏振复用过程，形成偏振态在0度和90度两个正交方向上的复用光信号，得到100Gb/s PDM-DQPSK净荷信号。

SAC标记信号生成模块中，N个激光器对应连接一个标记编码器，每个标记编码器的输出端与复用器的N个输入端相连。低速IP数据包的头信息控制光开关的开关状态，从而对DFB光源进行编码控制，通过控制光功率的有无，形成SAC标记信号。SAC标记生成现已有公开的方法。SAC标记信号生成模块中以产生4位156Mb/s SAC标记为例，DFB激光器产生的光源送入到SAC标记编码器中。SAC标记编码器如图3所示，156Mb/s IP数据包头信息的电信号控制光开关的开关状态，通过光功率的有无，进行频域“0”“1”编码。4组不同频率的光源，以193.07THz，193.065THz，193.06THz，193.055THz为例，进行波分复用后，得到4位156Mb/s SAC标记。图4所示为4位SAC标记编码为“1010”时的频域图。

将净荷与标记信号通过耦合器耦合为一路高速PDM-DQPSK/SAC光信号。

然后，PDM-DQPSK/SAC光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(EDFA，Erbium Doped Fiber Amplifiers)，用于提高PDM-DQPSK/SAC信号发射功率，或者放大在光纤传输中减弱的信号。

单模光纤(SMF，Single Mode Fiber)和色散补偿光纤(DCF，Dispersion CompensationFiber)，在给信号提供长距离传输路径的同时，分别产生正负信号色散。

最后，通过传输和交换的信号进入系统的IP头信息(由SAC标记携带)与IP净荷(由PDM-DQPSK净荷携带)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，使其分别进入净荷信号接收模块和标记信号接收机。

经过传输和交换的光信号进入到净荷接收器和标记接收器中，解调出IP数据包净荷信息和IP数据包头信息：

净荷信号接收模块包括偏振恢复器、PBS、光带通滤波器、DQPSK解调单元；所述偏振恢复器的输入端与接收端耦合器的输出端相连，偏振恢复器的输出端与PBS的输入端相连，PBS的2个输出端分别连接2个光带通滤波器的输入端，光带通滤波器的输出端与DQPSK解调单元的输入端相连；

由偏振恢复器，PBS，光带通滤波器，DQPSK解调器组成，其作用分别为：

偏振恢复器，其作用为将任意的输入偏振态转换为某一特定方向的线偏振态，即将传输过程中随机变化的偏振态恢复为X、Y方向上正交的线偏振态，实现偏振态的恢复，便于解调偏振复用。偏振恢复后的偏振态在邦加球上的显示如图5所示；

PBS，将偏振复用信号分为X、Y两个方向的两路信号，配合偏振恢复器，实现偏振解复用；

光带通滤波器，选取合适的滤波器带宽，滤除DQPSK光信号中的噪声，提高信号接收质量。实例中滤波器带宽为100GHz；

DQPSK解调器，通过光电探测器将光信号转化为电信号，并对电信号进行解码、采样、判决，得到原始IP数据包净荷信号。解调信号眼图如图6所示。

净荷信号接收模块中，信号首先通过偏振恢复器，将被破坏的偏振态恢复为原有的正交的线偏振态。然后通过偏振分束器PBS(Polarization Beam Splitter)将信号分为偏振复用前的两路信号，分别进行解调。两路信号解调方式类似，信号通过光带通滤波器OBPF(OpticalBand-pass Filter)，滤除噪声信号后，进入到DQPSK接收器中。DQPSK接收器通过光电探测器PD(Photodiode)将光信号转化为电信号，然后再通过DQPSK解调，DQPSK解调过程包括时钟恢复、去差分编码、采样判决等过程得到原始IP数据包净荷信号。

SAC标记信号接收模块解调出SAC标记信号，从而得到原始的IP数据包头信息。SAC标记解调器有多种方法实现，例如扫频相干探测法、四波混频法、相关探测法等。以扫频相干探测法为例，光信号与扫频本振光源混频后，通过平衡检测接收机，解调出SAC标记信号。再通过采样、判决，即可得到原始IP数据包头信息。

SAC标记解调波形图如图7所示，解码为四位“1”信号。

优选的，为了实现对SAC标记灵活、可调节的编码，并实现对SAC标记平均误比特率BER特性的精确测量，提出了一种基于可控光开关结构的SAC标记编码器。

SAC标记编码器使用由PRBS模块控制的光开关阵列对SAC标记进行编码，可产生速率与码字任意可调的SAC标记；此外，利用该编码器，可生成参考数据序列，从而实现对SAC标记BER特性的测量。该编码器结构如图8所示，其结构与工作原理为：编码器由若干PRBS模块与1×2光开关组成，PRBS模块与光开关的数量与SAC标记的可用波长数量一致，此处以4波长标记为例。4个PRBS发生器分别控制4个1×2光开关，光开关的两个输出端口，上路接地，下路接光合波器。当控制信号为“0”时，该路光开关无输出，对应SAC标记的“0”码，当控制信号为“1”时，该路光信号通过光开关下路输出口，输入光合波器，对应SAC标记的“1”码。其中PRBS发生器序列长度为2⁷-1，光开关消光比为30dB，标记速率可通过改变PRBS发生器的比特速率进行调节。

利用图8所示基于可控光开关的SAC标记编码器，可生成由PRBS模块控制的标记速率与码字任意可调的SAC标记，这大大提高了SAC标记交换系统的编码灵活性。另一方面，基于该编码器的工作原理，在对其结构稍加改进后，便可实现对SAC标记BER特性的测量。

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PDM-DQPSK/SAC光标记交换的方法，其特征在于，包括以下步骤：

IP数据包发送步骤：

IP数据包接收步骤：

2)对于SAC标记信号通过光谱幅度解调得到IP数据包的头信息；

2.一种PDM-DQPSK/SAC光标记交换系统，其特征在于，包括：PDM-DQPSK光信号生成模块、SAC标记信号生成模块、发送端耦合器、接收端耦合器、净荷信号接收模块、SAC标记信号接收模块；

3.一种PDM-DQPSK/SAC光标记交换系统，其特征在于，所述净荷信号接收模块包括偏振恢复器、偏振分束器、光带通滤波器、DQPSK解调单元；所述偏振恢复器的输入端与接收端耦合器的输出端相连，偏振恢复器的输出端与偏振分束器的输入端相连，偏振分束器的2个输出端分别连接2个光带通滤波器的输入端，光带通滤波器的输出端与DQPSK解调单元的输入端相连。