CN106533564B - 一种基于波长编码的多波长数字光通信系统 - Google Patents

Abstract

一种基于波长编码的多波长数字光通信系统，是一种基于波长编码技术实现数据承载的新型多波长数字光通信系统，其特点是利用一个含有多个独立中心波长的数字光脉冲信号组合成的组合光信号承载一路二进制数字信号，是一种通过波长编码技术承载信息的新型光通信传输系统。波长编码技术，是指利用一个组合光信信号承载一路二进制数字信号，该组合光信号由多个独立中心波长的数字光脉冲信号组合而成，不同数字光脉冲信号的组合，唯一表示一个与该组合光信号中所含独立波长数长度相同的二进制字符串。

Description

一种基于波长编码的多波长数字光通信系统

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，涉及一种基于波长编码的多波长数字光通信系统。

背景技术

目前，光通信技术是将数字信号通过电光转换，调制至特定的波长，通过发送端将光信号经过有线或无线传输通道，发送至接收端，由接收端完成将光信号转化成电信号等相反的过程，从而完成数字信号的通信。

目前,数字光通信技术分作单波长光通信系统和波分复用光通信系统。单波长数字光通信系统，在一根光纤中传输的是二进制单波长光脉冲“0”码和“1”码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。波分复用数字光通信系统，是一根光纤中同时传输多个波长的光信号，每个波长的光信号各自独立的承载一路二进制数字信号。

本发明提出的一种基于波长编码的多波长数字光通信系统，是一种基于波长编码技术实现数据承载的新型多波长数字光通信系统，其特点是利用由一个由多个独立波长的数字光脉冲信号组合而成的组合光信号承载一路二进制数字信号。是一种利用波长编码作为信息承载手段的新型的光通信方法。波长编码技术，是指利用一个组合光信信号承载一路二进制数字信号，该组合光信号由多个独立中心波长的数字光脉冲信号组合而成，不同数字光脉冲信号的组合，唯一表示一个与该组合光信号中所含独立波长数长度相同的二进制字符串。

发明内容

本发明提出的一种基于波长编码的多波长数字光通信系统，是一种基于波长编码技术实现数据承载的新型多波长数字光通信方法，其特点是利用一个由多个独立中心波长的数字光脉冲信号组合而成的组合光信号承载一路二进制数字信号。具体如下：

①在发送端，将二进制数字信号S_SD ¹S_SD ² S_SD ³……S_SD ^p(p=1,2,……+∞；S_SD ^p=0,1)转换成一个长度为N（N≥2；N为自然数）的二进制数字帧S_ND ¹S_ND ²……S_ND ^q (q=1,2,……,+∞)，其中S_ND ^q=S_SD ^(q-1)N+1S_SD ^(q-1)N+2……S_SD ^(q-1)N+N-1，S_ND的集合为{S_ND ⁱ （i=1,2,……,2^N）}。

②在发送端，将S_ND ^q映射成S_ML ^q，S_ML ^q=S_MLP ^(j-1)M+1 S_MLP ^(j-1)M+2 ……S_MLP ^(j-1)M+M（S_MLP ^{(j -1)M+i}=1,0;i=1,2,……, M）；S_ML的集合为{ S_L ^j=S_LP ¹ S_LP ² ……S_LP ^M;(S_LP ⁱ=0,1；i=1,2,……M;j=1，2，……，2^M；M≥N）}（M为自然数），其中集合S_ND中的每一个元素唯一对应集合S_ML中的一个元素，该映射记做F。

③在发送端，S_ML ^q中的每一位S_LP ^p (p=1,2, ……,M),调制成一个中心波长为λ_p的数字光脉冲信号f_MP ^q(λ_p;S_LP ^p)，经叠加后形成组合光信号。

④在发送端，将f_M ^q通过光传输通道发送至接收端。

⑤在接收端，通过分析f_M ^q所含的具有独立中心波长的数字光脉冲信号组合，解调得到数字信号S_RL ^q=S_RLP ^(j-1)M+1 S_RLP ^(j-1)M+2 ……S_RLP ^(j-1)M+M, S_RL的集合与S_ML相同。

⑥在接收端，S_RL ^q映射成S_NRD ^q；S_NRD的集合为{S_NRD ⁱ}（i=1,2,……,2^N），S_NRD ^q=S_RSD ^{(q -1)N+1}S_RSD ^(q-1)N+2……S_RSD ^(q-1)N+N（S_RSD ^(q-1)N+j =0,1;j=1, 2,……, N), 集合S_NRD与S_ND相同；集合S_NRD中的每一个元素唯一对应S_NRD中的一个S_NRD，该映射记做G；映射G和F可以不相等。

⑦将接收到的S_RSD ^q，按照发送顺序组合成一个二进制字符串S_NRD=（S_NRD ¹S_NRD ²……S_NRD ^q）(q=1,2,3,……,+∞),再将S_NRD转化成二进制数字信号S_SR（S_SR ¹S_SR ²S_SR ³……S_SR ^p）(p=1,2,3，……,+∞；S_SR ^p=0,1)。完成整个通信过程。

⑧该方法，与传统的波分复用数字光通信系统不同，其特点是，利用一个由多个独立中心波长的数字光脉冲信号组合而成的组合光信号承载一路二进制数字信号；而波分复用数字光通信系统的特点是，在一根光纤中同时传输多个波长的光信号，每个波长的光信号各自独立的承载一路二进制数字信号。

本发明产生的有益效果：本发明所提出的基于波长编码的多波长数字光通信方法(波长数不小于2)，在相同的传输速率条件下，与传统的单波长数字光通信系统相比，降低了对发送端脉冲宽度、接收端电光转换单元响应速度的要求，降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1

组合光信号承载一路二进制数字信号。

本发明提出的一种基于波长编码的多波长数字光通信方法中，组合光信号中所含的独立波长数M不小于2，可以是大于2的任何自然数。下面结合附图，介绍两种基于波长编码的四波长数字光通信系统。

1．实施方案一：传输速率为10Mbit/s的基于波长编码的四波长数字光通信系统。

该系统使用4个波长，记做λ₀,λ₁,λ₂,λ₃。如：λ₀=1550nm,

λ₁=1550.4nm,λ₂=1550.8nm,λ₃=1551.2nm。

（1）模块1是一个速率为10Mbit/s的二进制数字信号新源，则每个二进制数字信号所占用的时隙记做T，T=10^-7s；模块1每T将一个二进制数字信号发送给模块2，TS₁TS₂TS₃……（TS_p=0,1;p=1,2,……+∞），为了方便描述，TS_p同时代表着模块1发送所对应的二进制数字信号的时隙。如：0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111……。

（2）模块2将收到的二进制数字信号转换成帧长度N=4的二进制数字帧，帧速率为1/4T，即2.5Mbit/s；模块2将该二进制数字帧发送给模块3，NTS₁NTS₂NTS₃NTS₄……（NTS_n=TS_(n-1)×4+1TS _(n-1)×4+2TS _(n-1)×4+3TS_(n-1)×4+4;n=1,2,……+∞）。为方便描述NTS_n同时代表着模块2发送所对应的4位二进制数字帧的时隙。如：0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001、1010、1011、1100、1101、1110、1111……。

（3）模块3将所收到的每一个4位二进制数字帧，转换成一个帧长度M=4的波长编码帧，MTS₁MTS₂MTS₃……，帧速率为1/NT= 1/4T;MST_i=MSTS_(i-1)+1MSTS_(i-1)+2MSTS_(i-1)+3MSTS_(i-1)+4(MSTS_i+j=0,1;j=1,2,3,4) （i=1,2,……+∞）。为方便描述，MTS_i同时代表着模块3发送波长编码帧时所对应的时隙。模块3将该波长编码帧发送给模块4，帧速率为1/4T，即2.5Mbit/s。其中MST_i可以与NTS_i完全相同，也可以不同，但是必须确保所收到的每一个NTS_i唯一对应一个MTS_i。

在此，以MST_i=NTS_i为例说明，即MSTS_(i-1)+j=TS_(i-1)×4+j(j=1,2,3，4)。MST_i中的每一位，代表着模块4所发送的组合光信号中是否有特定中心波长的数字光脉冲信号。如：MSTS_(i-1)+j 对应波长λ_(j-1) (j=1,2,3,4)。

（4）模块4收到MST_i后，将该波长编码帧调制成一个的含有4个独立中心波长的数字光脉冲信号的组合光信号，并在MST_i内发送给模块5，发送速率为1/4T，即2.5Mbit/s。如MST_i=0000，则代表在MST_i时隙内，不向模块5发送任何信号；MST_i=1111，则代表在时隙MST_i内，向模块5发送一个由四个中心波长分别为λ₀、λ₁、λ₂、λ₃的数字光脉冲信号组成的组合光脉冲信号；MST_i=1010，则代表在时隙MST_i内，向模块5发送一个由2个中心波长分别为λ₀、λ₂的独立光脉冲信号组成的组合光脉冲信号；以此类推。

组合光脉冲信号的产生，可以有多种方式。如：利用MSTS_i+j，分别独立调制一个发射速率为1/4T、中心波长为λ_(j-1)的光脉冲激光器，并将调制后的4路独立的数字光脉冲信号经过一个4×1波长阵列波导光栅（AWG：Arrayed Waveguide Gratings），合成一个组合光脉冲信号。其中，该AWG的4路输入的中心工作波长为λ₀、λ₁、λ₂、λ₃，工作带宽满足对应的数字光脉冲信号通过需求。

（5）模块5在MST_i时隙内，将收到的4波长组合光信号通过光纤传输通道6发送给模块7，发送速率为1/4T，即2.5Mbit/s。

（6）模块7在MST_i时隙内，将接收到的光信号，发送给模块8。

（7）模块8在MST_i时隙内接收来自模块7的组合光信号，通过分析该组合光信号中所含的独立波长数字光脉冲信号的数量和波长组合，解调成一个波长编码帧RMST_i；模块8将该波长编码帧发送给模块9，发送速率为1/4T，即2.5Mbit/s。

如在MST_i时隙内：没有接收到组合光信号，则RMST_i=0000；接收到的组合光信号是一个由2个中心波长分别为λ₀、λ₂的数字光脉冲信号，则RMST_i=1010；接收到的组合光信号是一个由4个中心波长分别为λ₀、λ₁、λ₂、λ₃的独立光脉冲信号组成的组合光脉冲信号，则MST_i=1111；以此类推。

有关组合光信号解调过程，其核心是判断所收到的组合光信号是由哪几个独立中心波长的数字光脉冲信号组合而成的，其实现方法可以有多种方式。如现将收到的组合光信号，经过一个1×4波长阵列波导光栅（AWG：Arrayed Waveguide Gratings），其4路输出的中心波长为λ₀、λ₁、λ₂、λ₃，每路的工作带宽大于各波长独立光信号频域带宽，AWG每一路输出光信号由一个独立的光电探测器完成光电转换，将对应波长的数字光脉冲信号转化成一路二进制数字信号；在MST_i时隙内，将4路二进制数字信号组合成一个四位二进制数字帧，得到RMST_i。

（8）模块9将收到的波长编码帧RMST_i，转换成一个帧长度为N=4的二进制数字帧RNST_i；其过程与模块3相反，在此RNST_i=RMST_i；模块9将RNST_i发送给模块10，并在MST_i内发送给模块5，发送速率为1/4T，即2.5Mbit/s。如：0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001、1010、1011、1100、1101、1110、1111……。

（9）模块10将收到的RNST_i，经过并串变换，转化成二进制数字信号，发送给模块11，发送速率为1/T，即10Mbit/s。如：0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111……。

（10）模块11在TS_p时隙内接收来自模块10的二进制数字信号，接收速率为1/T，即10Mbit/s，完成整个通信过程。

2.实施方案二：传输速率为10Mbit/s的基于波长编码的五波长数字光通信系统。

该系统使用5个波长，记做λ₀,λ₁,λ₂,λ₃λ₄。如：λ₀ =1550nm, λ₁=1550.4nm,λ₂=1550.8nm,λ₃=1551.2nm，λ₄=1551.6nm。

（1）模块1是一个速率为10Mbit/s的二进制数字信号新源，则每个二进制数字信号所占用的时隙记做T，T=10^-7s；模块1每T将一个二进制数字信号发送给模块2，TS₁TS₂TS₃……（TS_p=0,1;p=1,2,……+∞），为了方便描述，TS_p同时代表着模块1发送所对应的二进制数字信号的时隙。如：0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111……。

（2）模块2将收到的二进制数字信号转换成帧长度N=4的二进制数字帧，帧速率为1/4T，即2.5Mbit/s；模块2将该二进制数字帧发送给模块3，NTS₁NTS₂NTS₃NTS₄……（NTS_n=TS_(n-1)×4+1TS _(n-1)×4+2TS _(n-1)×4+3TS_(n-1)×4+4;n=1,2,……+∞）。为方便描述NTS_n同时代表着模块2发送所对应的4位二进制数字帧的时隙。如：0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001、1010、1011、1100、1101、1110、1111……。

（3）模块3将所收到的每一个4位二进制数字帧，转换成一个帧长度M=5的波长编码帧，MTS₁MTS₂MTS₃MTS₄……，帧速率为1/NT= 1/4T。为方便描述MTS_i同时代表着模块3发送所对应的4位二进制数字帧的时隙。模块3将该波长编码帧发送给模块4，帧速率为1/4T，即2.5Mbit/s。当M>N时，MST_i（i=1,2,……+∞）与NTS_i不同，但是每一个NTS_i唯一对应一个MTS_i。记MST_i=MSTS_(i-1)+1MSTS_(i-1)+2 MSTS_(i-1)+3MSTS_(i-1)+4MSTS_(i-1)+5(MSTS_i+j=0,1;j=1,2,3,4,5)； ；MSTS_(i-1)+2=TS_(i-1)×4+1；MSTS_(i-1)+3=TS_(i-1)×4+2；MSTS_(i-1)+4=TS_(i-1)×4+3;MSTS_(i-1)+5=TS_(i-1)×4+4。MST_i中的每一位，代表着模块4所发送的组合光信号中是否有特定波长的数字光脉冲信号，即MSTS_i+j(j=1,2,3,4,5)对应波长λ_j-1。如：10000、00001、00010、00011、00100、00101、00110、010111、011000、011001、011010、01011、01100、01101、01110、01111……。

（4）模块4收到MST_i后，将该波长编码帧调制成一个的含有5个独立波长的数字光脉冲信号的组合光信号，并在MST_i内发送给模块5，发送速率为1/4T，即2.5Mbit/s。如MST_i=10000，则代表在MST_i时隙内，向模块5发送一个仅含有中心波长分别为λ₀的独立光脉冲信号组成的组合光脉冲信号；MST_i=01111，则代表在时隙MST_i内，向模块5发送一个由四个中心波长分别为λ₁、λ₂、λ₃、λ₃的独立光脉冲信号组成的组合光脉冲信号；MST_i=01010，则代表在时隙MST_i内，向模块5发送一个由2个中心波长分别为λ₁、λ₃的独立光脉冲信号组成的组合光脉冲信号；以此类推。

组合光脉冲信号的产生，可以有多种方式。如利用MST_i的每一位，对分别独立调制一个发射速率为1/4T、特定中心波长的光脉冲激光器，并将调制后的5路独立的光脉冲信号经过一个5×1波长阵列波导光栅（AWG：Arrayed Waveguide Gratings），其5路输入的中心波长为λ₀、λ₁、λ₂、λ₃、λ₄，每路的工作带宽大于各波长独立光信号频域带宽，合成一个组合光信号。

（5）模块5在MST_i时隙内，将收到的5波长组合光信号通过光纤传输通道6发送给模块7，发送速率为1/4T，即2.5Mbit/s。

（6）模块7在MST_i时隙内，将接收到的光信号，发送给模块8。

（7）模块8在MST_i时隙内接收来自模块7的组合光信号，通过分析该组合光信号中所含的独立波长数字光脉冲信号的数量和波长组合，解调成一个波长编码帧RMST_i；模块8将该波长编码帧发送给模块9，发送速率为1/4T，即2.5Mbit/s。

如：在MST_i时隙内接收到的组合光信号是一个仅含有λ₀的独立光脉冲信号组成的组合光脉冲信号，则RMST_i=10000；在MST_i时隙内接收到的组合光信号是一个由2个中心波长分别为λ₁、λ₃的独立光脉冲信号组成的组合光脉冲信号，则RMST_i=01010；在MST_i时隙内接收到的组合光信号是一个由4个中心波长分别为λ₁、λ₂、λ₃、λ₄的独立光脉冲信号组成的组合光脉冲信号，则MST_i=01111。

有关组合光信号解调过程，其核心是判断所收到的组合光信号，包含有那些中心波长的独立光脉冲信号，可以有多种方式。如现将收到的组合光信号，经过一个1×5波长阵列波导光栅（AWG：Arrayed Waveguide Gratings），其5路输出的中心波长为λ₀、λ₁、λ₂、λ₃、λ₄，每路的工作带宽大于各波长独立光信号频域带宽，AWG每一路输出光信号由一个独立的光电探测器完成光电转换，将对应的波长光脉冲信号转化成一路二进制数字信号；在MST_i时隙内，将5路二进制数字信号组合成一个四位二进制数字帧，得到RMST_i，RMST_i=RMSTS_{(i-1)+ 1}RMSTS_(i-1)+2RMSTS_(i-1)+3RMSTS_(i-1)+4RMSTS_(i-1)+5 (RMSTS9_(i-1)+j=0,1;j=1,2,3,4,5)。

（8）模块9将收到的波长编码帧RMST_i，转换成一个帧长度为N=4的二进制数字帧RNST_i；其过程与模块3相反；即：。模块9将RNST_i发送给模块10，并在MST_i内发送给模块5，发送速率为1/4T，即2.5Mbit/s。如：0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001、1010、1011、1100、1101、1110、1111……。

（9）模块10将收到的RNST_i，经过并串变换，转化成二进制数字信号，发送给模块11，发送速率为1/T，即10Mbit/s。如：0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111……。

（10）模块11在TS_p时隙内接收来自模块10的二进制数字信号，接收速率为1/T，即10Mbit/s，完成整个通信过程。

以上所述仅是本发明的两个具体实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于波长编码技术实现数据承载的多波长数字光通信方法，其特点是利用由一组由多个独立中心波长的数字光脉冲信号组合而成的组合光信号承载一路二进制数字信号， 包括以下步骤：

①在发送端，将二进制数字信号S_SD ¹ S_SD ² S_SD ³......S_SD ^p(p＝1，2，......+∞；S_SD ^P＝0，1)转换成一个长度为N的二进制数字帧S_ND ¹ S_ND ²......S_ND ^q(q＝1，2，......，+∞)，其中N≥2、N为自然数、S_ND ^q＝S_SD ^(q-1)N+1 S_SD ^(q-1)N+2......S_SD ^(q-1)N+N-1，S_ND的集合为{S_ND ⁱ(i＝1，2，......，2^N)}；

②在发送端，将S_ND ^q映射成S_ML ^q，S_ML ^q＝S_MLP ^(j-1)M+1 S_MLP ^(j-1)M+2......S_MLP ^(j-1)M+M(S_MLP ^(j-1)M+i＝1，0；i＝1，2，......，M)；S_ML的集合为{S_L ^j＝S_LP ¹ S_LP ²......S_LP ^M；(S_LP ⁱ＝0，1；i＝1，2，......M；j＝1，2，......，2^M；M≥N，M为自然数)}，其中集合S_ND中的每一个元素唯一对应集合S_ML中的一个元素，该映射记做F；

③在发送端，S_ML ^q中的每一位S_LP ^p(p＝1，2，......，M)，调制成一个中心波长为λ_p的数字光脉冲信号f_MP ^q(λ_p；S_LP ^P)，经叠加后形成组合光信号

④在发送端，将f_M ^q通过光传输通道发送至接收端；

⑤在接收端，通过分析f_M ^q所含的具有独立中心波长的数字光脉冲信号组合，解调得到数字信号S_RL ^q＝S_RLP ^(j-1)M+1S_RLP ^(j-1)M+2......S_RLP ^(j-1)M+M，S_RL的集合与S_ML相同；

⑥在接收端，S_RL ^q映射成S_NRD ^q；S_NRD的集合为{S_NRD ⁱ}(i＝1，2，......，2^N)，S_NRD ^q＝S_RSD ^{(q -1)N+1}S_RSD ^(q-1)N+2......S_RSD ^(q-1)N+N(S_RSD ^(q-1)N+j＝0，1；j＝1，2，......，N)，集合S_NRD与S_ND相同；集合S_NRD中的每一个元素唯一对应S_NRD中的一个S_NRD，该映射记做G；映射G和F可以不相等；

⑦将接收到的S_RSD ^q，按照发送顺序组合成一个二进制字符串S_NRD＝(S_NRD ¹S_NRD ²......S_NRD ^q)(q＝1，2，3，......，+∞)，再将S_NRD转化成二进制数字信号S_SR(S_SR ¹S_SR ²S_SR ³......S_SR ^p)(p＝1，2，3，......，+∞；S_SR ^p＝0，1)， 完成整个通信过程。

2.根据权利要求1所述的基于波长编码的多波长数字光通信方法，其特征在于，步骤②，S_ND ^q 映射成S_ML ^q 的过程，该映射记做F，是波长编码的过程。

3.根据权利要求1所述的基于波长编码的多波长数字光通信方法，其特征在于，所述步骤③，是将波长编码帧，对应产生一个与之唯一对应的、由多个独立中心波长的数字光脉冲信号组成的组合光信号。

4.根据权利要求1所述步骤④，是利用光传输通道将步骤③产生的组合光信号发送至接收端的过程，其光传输通道是无线通道或有线通道。

5.根据权利要求1所述的基于波长编码的多波长数字光通信方法，其特征在于，所述步骤⑤，是解调过程，是将接收到的组合光信号，解调成一个波长编码帧。

6.根据权利要求1所述步骤⑥，S_RL ^q映射成S_NRD ^q的过程，是波长解码的过程；该映射记做G。

7.根据权利要求1所述的基于波长编码的多波长数字光通信方法，其特征在于，所述步骤②、③和⑤、⑥，采用了波长编码技术；波长编码技术，是指利用一个组合光信信号承载一路二进制数字信号，该组合光信号由多个独立中心波长的数字光脉冲信号组合而成，不同数字光脉冲信号的组合，唯一表示一个与该组合光信号中所含独立波长数长度相同的二进制字符串。