CN105684328A - 用于通过数据偏置进行导频音调制的系统和方法 - Google Patents

用于通过数据偏置进行导频音调制的系统和方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种通过将偏置位引入被承载在光信号上的数据帧而向该光信号施加导频音调制的实施方式。由于调制是通过修改数据来进行的，所以调制深度是准确的，并且不需要校准或反馈控制，这可以提高功率监测准确度并且简化实现。在实施方式中，发送器确定用于跟踪或识别光通道的导频音调制的周期。发送器根据所确定的周期将偏置位的序列周期性地插入包括原始数据位的多个帧中。以比导频音调制更高的频率对承载帧的光信号的幅度进行调制。然后，传输包括帧内的偏置位的光信号。

Description

用于通过数据偏置进行导频音调制的系统和方法
技术领域
本发明涉及光通信领域，并且在具体实施方式中涉及用于通过数据偏置进行导频音调制的系统和方法。
背景技术
在光学系统例如密集波分复用(densewavelengthdivisionmultiplexing，DWDM)系统中，可以将具有导频音调制形式的低频调制施加至通道以承载该通道的波长和其他标识信息，这改善了光纤链路管理并且利于功率监测。低调制通常是经由数据驱动器通过对数据驱动器的驱动幅度进行调制而内部地添加，或者经由可变光衰减器(variableopticalattenuator，VOA)外部地添加。通过数据驱动器添加的调制需要额外的硬件因此需要额外的成本。驱动器还需要反馈控制和校准，从而增加了系统复杂性。通过外部VOA添加的调制也增加了成本，并导致难以实现较高频调制。需要一种克服这样的问题的高效的导频音调制方案。
发明内容
根据本公开内容的实施方式，通过发送器进行低频光调制的方法包括：确定用于跟踪光通道的导频音调制的周期。然后，根据所确定的周期将偏置位的序列周期性地插入包括原始数据位的多个帧中。然后，以比导频音调制更高的频率对承载帧的光信号的幅度进行调制。该方法还包括：在光纤中传输包括帧内的偏置位的光信号。
根据本公开内容的另一实施方式，通过接收器接收包括用于导频音调制的偏置位的帧的方法包括：接收被承载在光纤中的光信号上的多个帧。光信号中的每个光信号具有根据导频音调制的相应的低频。帧包括提供导频音调制的偏置位。该方法还包括：从帧中去除偏置位，以及在去除偏置位之后检测帧中的原始数据位。
根据本公开内容的另一实施方式，用于低频光调制的发送器包括：至少一个处理器；以及存储由至少一个处理器执行的程序的非暂态计算机可读存储介质。程序包括用于确定用于跟踪光通道的导频音调制的周期的指令。程序还包括用于根据所确定的周期将偏置位的序列周期性地插入包括原始数据位的多个帧中的指令。程序还将发送器配置成：以比导频音调制更高的频率对承载帧的光信号的幅度进行调制，然后，在光纤中传输包括帧内的偏置位的光信号。
根据本公开内容的又一实施方式，用于接收包括用于导频音调制的偏置位的帧的接收器包括：至少一个处理器；以及存储由至少一个处理器执行的程序的非暂态计算机可读存储介质。程序包括用于接收被承载在光纤中的光信号上的多个帧的指令，其中，光信号中的每个光信号具有根据导频音调制的相应的低频。帧还包括提供导频音调制的偏置位。程序还将接收器配置成：从帧中去除偏置位；以及在去除偏置位之后检测帧中的原始数据位。
上述内容相当广泛地概述了本发明的实施方式的特征，以便可以更好地理解下文对本发明的详细描述。下文将描述本发明的实施方式的其他特征和优点，这些特征和优点构成本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应理解，所公开的构思和特定实施方式可以容易地用作改进或设计用于执行与本发明相同目的的其他结构或过程的基础。本领域技术人员还应意识到这种等效结构不脱离所附权利要求书所述的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，在附图中：
图1示出了波分复用(wavelengthdivisionmultiplexing，WDM)光通信系统的示例；
图2示出了用于通过数据偏置进行导频音调制的图案设计的实施方式；
图3示出了用于通过数据偏置进行导频音调制的系统的实施方式；
图4示出了确定与所需导频音调制对应的偏置位的序列的实施方式；
图5示出了用于通过数据偏置进行导频音调制的方法的实施方式；
图6示出了用于接收包括用于导频音调制的偏置位的帧的方法的实施方式；
图7示出了用于导频音检测的方法的另一实施方式；以及
图8是可用于实现各个实施方式的处理系统的图。
除非另外指明，否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制附图是为了清楚地示出实施方式的相关方面，并且附图未必是按比例绘制的。
具体实施方式
下文将详细论述当前优选实施方式的实施和使用。然而，应了解，本发明提供可在各种具体上下文中体现的许多适用的发明构思。所论述的具体实施方式仅仅说明用于实施和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。
本文提供了经由数据偏置将导频音调制施加至光信号如高波特率信号的实施方式。导频音调制可以承载光信号的通道标识信息，并且还可以在信号沿光纤链路向下传播时收集通道信息。本文中的导频音调制方案相比于其他技术具有相对较低的成本。本文中的导频音调制方案可能需要新的芯片设计作为一次性投入。由于调制是通过修改数据来进行的，所以调制深度是准确的，并且不需要校准/反馈控制，这可以提高功率监测准确度并且简化实现。
图1示出了WDM或密集WDM(denseWDM，DWDM)光通信系统100的示例。系统100包括经由光纤链路101彼此连接的可重构光分插复用器(reconfigurableopticaladd-dropmultiplexer，ROADM)110。ROADM110(例如，经由光纤)耦接至光信号的发送器102(Tx)和接收器104(Rx)。ROADM110在波长层切换WDM流量。具体而言，ROADM110包括执行波长选择切换的光分插复用器。这使得承载数据通道的个别或多个波长能够从传送光纤被添加和/或丢弃，而无需将所有WDM通道上的信号转换为电信号，然后再转换回光信号。
此外，导频音(pilottone，PT)检测器120可以在任何地方接进光纤链路101，例如，在ROADM110之间或在Tx102和对应的Rx104之间接进光纤链路101。PT检测器120使用导频音调制来执行对通过光纤链路101的光信号的功率测量和/或波长识别。在实施方式中，PT检测器120可以被放置在光纤链路的各个点处(例如，ROADM110之间)，以对经由数据偏置而设置在光信号中的导频音调制进行检测和处理。可以在通过发送器102的光学调制器对光信号进行调制之前由成帧器(未示出)添加数据偏置。下面将描述关于施加和检测该导频音调制的细节。
图2示出了用于通过数据偏置进行导频音调制的位图案设计200的实施方式，位图案设计200可以用于系统100中。示出了在经由数据偏置来施加导频音调制之前和之后(由发送器102)传输的数据流。在导频音调制之前，数据流包括净荷220以及可选地包括在净荷220之前的头部(标记的OH)210。根据WDM或DWDM系统要求，(由发送器102的光学调制器)在相对高的调制速率或波特率下调制包括净荷220和OH210的数据流。该数据流可以是任何连续的数据流，例如包括光传送网(OpticalTransportNetwork，OTN)/光通道传送单元(OpticalchannelTransportUnit，OTU)帧。为了在流中添加导频音调制，以用于确定导频音调制的所需周期性间隔(例如，通过Tx成帧器)将偏置位(例如，1/0位序列)插入该流中。调制频率由所插入的偏置1/0位的位置来确定。调制深度由所插入的1/0与(在净荷220/头部210中的)原始数据的比率来确定。由于所添加的用于导频音调制的1/0使实际数据速率(净荷速率)下降，所以超频可以用于维持数据速率。
图3示出了用于通过数据偏置进行导频音调制的系统300的实施方式。系统300包括在发送器处例如在Tx102处的功能块或模块，以及在接收器处例如在Rx104处的对应的功能块/模块。所述功能块/模块可以使用软件、硬件、或者软件和硬件两者来实现。在发送器处的功能块/模块包括OTN帧功能310、PTOH封包功能320以及光学调制器330。OTN帧功能310配置并生成包括净荷和头部的流中的OTN帧。PTOH封包功能320将上述用于导频音调制的偏置位(例如，1/0)插入流。在发送OTN帧(净荷和头部)前，使用偏置位来封包OTN帧(净荷和头部)，以驱动光学调制器330调制和发送光纤链路中的光信号。偏置位表示插入到来自OTN帧功能310的(OTN帧内或OTN帧之间的)OTN帧流内的固定位置的PT开销。例如，在每48个OTN位之后插入一个PT位，导致大约2％的PT开销。然后，光学调制器330对数据的光幅度进行调制以用于传输。
在接收器处的功能块/模块包括帧对准功能340、PTOH解包功能350以及OTN帧处理功能360。帧对准功能340将输入帧适当对准。这包括对流中的每个帧进行识别和分离。具有包括偏置位的PTOH的帧首先被对准。然后，PTOH解包功能350从帧中去除PT开销(偏置位)。该PT开销的位置和数量可以根据实现方式而改变。剩余的净荷/头部被传递至用于处理实际数据的OTN帧处理功能360。在接收器中需要PTOH解包功能350，以使接收器正常工作(去除偏置位)。然而，由位于光纤链路上任何适当位置的PT检测器(例如，PT检测器120)进行对用于确定导频音调制的偏置位的检测。
图4示出了用于确定与所需导频音调制对应的偏置位的序列的方案400的实施方式。偏置位的序列包括总共k个偏置位，其中，k是整数。此外，序列内的位由为n位的间隔分隔开，其中，n是整数。该序列在帧中周期性地重复(如所示的)，其中，周期等于k×n。为了保持流中的数据速率与在插入偏置位之前相同，将波特率从原始的波特率R增加至R×(n+1)/n。调制频率为fk＝R/(2kn)。例如，给定R＝10.709GHz，n＝48，以及fk＝111.55/kMHz，则波特率增加1/48或2.08％，并且调制深度为1/48或2.08％。对于范围为100至200的k而言，fk的范围为从1.1155MHz至0.55776MHz。根据方案400，偏置位用于向给定的通道提供导频音调制。类似地，可以使用一个或更多个附加的偏置位序列，以向一个或更多个附加的通道分别提供一个或更多个附加的导频音调制。
图5示出了用于通过数据偏置进行导频音调制的方法500的实施方式。方法500在发送器端实施。在步骤510处，针对WDM/DWDM(或其他)光通信信号来确定导频音调制的频率/周期。在步骤520处，根据所确定的导频音调制的频率周期，将一个或更多个位图案周期性地插入OTN/OTU帧的流中。在步骤530处，对包括用于导频音调制的位图案的OTN/OTU帧的流进行调制和传输。
图6示出了用于接收包括用于导频音调制的偏置位的帧的方法600的实施方式。该方法在接收器端实现。在步骤610处，接收器对承载在光纤中的光信号上的多个帧进行接收和对准。光信号中的每个光信号具有使用导频音调制的相应的低频。具体而言，该帧包括提供导频音调制的偏置位。在步骤620处，从帧中去除偏置位。在步骤630处，在去除偏置位之后检测帧中的原始数据。
图7示出了用于检测导频音的方法700的另一实施方式。方法700由例如网络中的任何位置的PT检测器等来实施，以检测使用方法500在通道中引入的导频音。在步骤710处，PT检测器(例如，包括光电二极管、电子放大器电路、模数转换器以及数据处理器)对与一个或更多个WDM/DWDM信号或通道对应的光信号的光功率进行接收和检测。每个通道具有呈导频音的形式的唯一低频调制。在步骤720处，将傅里叶变换施加至所检测的信号的光功率，以获得信号的频谱。特定频率及其频谱功率的存在指示WDM通道及其光功率的存在。在所接收的信号内可以识别出一个或更多个频率。PT检测不检查数据帧。
图8是可用于实现各个实施方式的示例性处理系统800的框图。处理系统是通信系统的一部分，例如处在中心局或者网络部件或节点(例如，路由器)处。处理系统800可以包括配备有一个或更多个输入/输出设备例如扬声器、麦克风、鼠标、触摸屏、小键盘、键盘、打印机、显示器等的处理单元801。处理单元801可以包括中央处理单元(centralprocessingunit，CPU)810、存储器820、大容量存储设备830、视频适配器840以及连接至总线的输入/输出(Input/Output，I/O)接口890。总线可以为任意类型的多个总线架构包括存储总线或存储控制器、外设总线、视频总线等中的一个或更多个。
CPU810可以包括任意类型的电子数据处理器。存储器820可以包括任意类型的系统存储器，例如静态随机存取存储器(staticrandomaccessmemory，SRAM)、动态随机存取存储器(dynamicrandomaccessmemory，DRAM)、同步动态随机存取存储器(synchronousDRAM，SDRAM)、只读存储器(read-onlymemory，ROM)及其组合等。在实施方式中，存储器820可以包括在开机时使用的ROM以及在执行程序时使用的存储程序和数据的DRAM。大容量存储设备830可以包括被配置成存储数据、程序和其他信息并使这些数据、程序和其他信息可以经由总线访问的任意类型的存储设备。大容量存储设备830可以包括例如固态驱动器、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器等中的一个或更多个。
视频适配器840和I/O接口890提供接口以将外部输入和输出设备耦接至处理单元。如所示出的，输入和输出设备的示例包括耦接至视频适配器840的显示器860以及耦接至I/O接口890的鼠标/键盘/打印机870的任意组合。其他设备可以耦接至处理单元801，并且可以使用额外或更少的接口卡。例如，可使用串行接口卡(未示出)以将串行接口提供给打印机。
处理单元801还包括一个或更多个网络接口850，网络接口850可以包括有线链路如以太网电缆等以及/或者至接入节点或一个或更多个网络880的无线链路。网络接口850使得处理单元801能够经由网络880与远程单元进行通信。例如，网络接口850可以通过一个或更多个发送器/发送天线以及一个或更多个接收器/接收天线来提供无线通信。在实施方式中，处理单元801耦接至局域网或广域网用于数据处理，以及与远程设备例如其他处理单元、因特网、远程存储设施等进行通信。
虽然本公开内容中已经提供了多个实施方式，但应理解，在不偏离本公开内容的精神或范围的情况下，所公开的系统和方法可以以许多其他特定形式来实施。当前的示例应被视为说明性而非限制性的，且本发明不限于本文所给出的细节。例如，各种元件或部件可以组合或合并在另一系统中，或者某些特征可以省略或不实施。
此外，在不偏离本公开内容的范围的情况下，各种实施方式中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其他系统、模块、技术或方法进行组合或合并。示出或论述为彼此耦接或直接耦接或通信的其他项也可以采用电方式、机械方式或其他方式通过某一接口、设备或中间部件间接地耦接或通信。本领域技术人员可以确定变化、替代和改变的其他示例，以及可以在不偏离本文所公开的精神和范围的情况下实施变化、替代和改变的其他示例。

Claims (21)

1.一种通过发送器进行低频光调制的方法，所述方法包括：
确定用于跟踪光通道的导频音调制的周期；
根据所确定的周期将偏置位的序列周期性地插入包括原始数据位的多个帧中；
以比所述导频音调制更高的频率对承载所述帧的光信号的幅度进行调制；以及
在光纤中传输包括所述帧内的所述偏置位的所述光信号。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：以比用于传输所述原始数据位的所需波特率更高的速率来超频传输所述帧。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述更高的速率补偿了由于在所述帧中插入所述偏置位引起的原始数据位的传输速率的降低。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述更高的速率等于所述波特率和与所述偏置位的序列的周期有关的因子的乘积。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述偏置位由等于整数个位的位间间隔分隔开，并且其中，所述偏置位的序列的周期等于所述序列中的偏置位的总数与所述位间间隔。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述导频音调制的频率等于所述波特率除以所述序列中的偏置位的总数的两倍与所述位间间隔的乘积。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述偏置位的总数与所述原始数据位的总数的比率确定所述导频音调制的调制深度。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所插入的偏置位指示所述光通道的波长和其他通道信息。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
确定用于跟踪第二光通道的第二导频音调制的第二周期；
根据所述第二周期将第二偏置位的序列周期性地插入包括第二原始数据位的多个第二帧中；
以比所述第二导频音调制更高的频率对承载所述第二帧的第二光信号的幅度进行调制；以及
在光纤中传输包括所述第二帧内的所述第二偏置位的所述第二光信号。
10.一种通过接收器接收包括用于导频音调制的偏置位的帧的方法，所述方法包括：
接收被承载在光纤中的光信号上的多个帧，其中，所述光信号中的每个光信号具有根据导频音调制的相应的低频，并且其中，所述帧包括提供所述导频音调制的偏置位；
从所述帧中去除所述偏置位；以及
在去除所述偏置位之后检测所述帧中的原始数据位。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，以比用于所述原始数据位的波特率更高的速率来接收包括所述偏置位的所述帧，并且其中，所述更高的速率使得能够在去除所述偏置位之后以所述波特率来检测所述原始数据位。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述帧中的所述偏置位由等于整数个位的位间间隔分隔开，并且其中，所述帧中的重复的所述偏置位的序列的周期等于所述序列中的偏置位的总数与所述位间间隔。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述更高的速率超出所述波特率达与所述序列中的所述偏置位的所述位间间隔成比例的因子。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述导频音调制与所述波特率成正比并且与重复的所述偏置位的序列的所述周期成反比。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，在对准所接收到的帧之后去除所述偏置位。
16.一种用于低频光调制的发送器，所述发送器包括：
至少一个处理器；以及
非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储由所述至少一个处理器执行的程序，所述程序包括用于进行下述操作的指令：
确定用于跟踪光通道的导频音调制的周期；
根据所确定的周期将偏置位的序列周期性地插入包括原始数据位的多个帧中；
以比所述导频音调制更高的频率对承载所述帧的光信号的幅度进行调制；以及
在光纤中传输包括所述帧内的所述偏置位的所述光信号。
17.根据权利要求16所述的发送器，其中，所述程序还包括用于以比用于传输所述原始数据位的所需波特率更高的速率来超频传输所述帧的指令，以及其中，所述更高的速率补偿了由于在所述帧中插入所述偏置位引起的原始数据位的传输速率的降低。
18.根据权利要求16所述的发送器，其中，所述偏置位由等于整数个位的位间间隔分隔开，并且其中，所述偏置位的序列的周期等于所述序列中的偏置位的总数与所述位间间隔。
19.根据权利要求16所述的发送器，其中，所述光信号是波分复用(WDM)信号，并且其中，所述帧是光传送网(OTN)帧或光通道传送单元(OTU)帧。
20.一种用于接收包括用于导频音调制的偏置位的帧的接收器，所述接收器包括：
至少一个处理器；以及
非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储由所述至少一个处理器执行的程序，所述程序包括用于进行下述操作的指令：
接收被承载在光纤中的光信号上的多个帧，其中，所述光信号中的每个光信号具有根据导频音调制的相应的低频，并且其中，所述帧包括提供所述导频音调制的偏置位；
从所述帧中去除所述偏置位；以及
在去除所述偏置位之后检测所述帧中的原始数据位。
21.根据权利要求20所述的接收器，其中，所述程序还包括用于以比用于所述原始数据位的波特率更高的速率来接收包括所述偏置位的所述帧的指令，并且其中，所述更高的速率使得能够在去除所述偏置位之后以所述波特率来检测所述原始数据位。
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