CN110351000B - 基于波分复用技术的全光串并转换系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于波分复用技术的全光串并转换系统，利用波分复用技术对多波长的光进行合路和分路，并通过控制高速光开关的通断，实现高速串并信号到低速并行信号的转换，并基于码型转换技术获得低速并行的非归零码电信号，实现皮秒量级的全光串并转换。通过控制光开关的控制信号特性和开关速度，实现码型透明的全光串并转换，实现无缓存的全光串并转换，利用色散时域色散延时特性，实现波分复用光信号的时域延时，并通过高速光开关切换单元进行串并转换，经过码型转换单元，获得非归零码电信号。

Description

基于波分复用技术的全光串并转换系统

技术领域

本发明属于光信号处理领域，具体涉及一种基于波分复用技术的全光串并转换系统。

背景技术

随着传输技术的快速发展，单纤传输容量将显著提高。然而，高质量数据业务的传输与交换在多层网络结构方案不仅开销巨大，而且必须在中转节点经过电光转换，无法充分利用底层的宽带资源和强大的波长路由能力。采用高速率的光交换技术，在光域直接对信号进行处理。与传统基于光电光的电信号处理技术相比，光信号处理技术的优势主要包括：可以同时处理多波长信号，功耗较低，对数据信号完全透明，转换速率高，无需光电光转换不受电子瓶颈限制等。

目前光信号处理的研究已成为光通信领域的研究热点，很多研究机构正在承担关于全光信号处理的关键技术及器件的研究项目。例如，基于周期性计划铌酸锂晶体的全光信号处理项目，利用二阶非线性完成多泵浦、多波长输入的波长转换以及实现全光逻辑、相位信号处理、高速时分复用以及可调光延时等关键技术；东京大学的研究人员研究并设计了一种新型的、具有偏振不敏感的圆双折射光纤，并利用它完成全光数据整形。脉冲压缩以及160Gb/s偏振无关的波长变换。NTT光子实验室设计了一种基于薄刀行光可变延时线和光门的AOSP器件，并用它完成了光标签交换实验。

全光串并转换技术是在光域内实现m路信号的解复用，用于光子分组交换网络。光分组交换通过分组级的光信号处理，实现光分组数据的路由和交换，最大利用网络资源并减少数据流量对网络带宽的需求，具有大容量、灵活、可配置、带宽利用率高等特点。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种基于波分复用技术的全光串并转换系统，以解决上述的至少一项技术问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种基于波分复用技术的全光串并转换系统，包括：

非归零码高速串行电信号加载单元，用于对多波长直调激光阵列加载非归零码高速串行电信号，以及在时域上对所述多波长直调激光进行时域上延迟，得到并输出依次在时域上延迟一个比特位的非归零码高速串行光信号。

优选地，所述的非归零码高速串行电信号加载单元可以包括：

多波长直调激光阵列，用于同时发射m束波长为λ的原始多波长激光，(其中m≥1)，并调制非归零码高速串行电信号，得到多波长高速串行光信号；

波分复用单元，用于对所述的多波长高速串行光信号进行合路，从一个通道输出。

色散延时单元，用于对多波长高速串行光信号在时域上进行时间延迟，得到延迟一个比特位的高速串行光信号。

光域串并转换单元，用于对所述时域上依次延迟一个比特位的的非归零码高速串行光信号进行开关切换。当控制信号处于高电平位时，光开关开启，加载非归零码高速串行光信号的信号通过，在时域上并行输出；当控制信号处于低电平位时，光开关关闭，加载非归零码高速串行光信号的信号不能通过。通过m路光延时单元分别对光信号进行延时同步，经过波分解复用及光电转换，非归零码高速串行电信号转换成m路归零码低速并行电信号。

优选地，所述的光域串并转换单元可以包括：

高速光开关切换单元，用于将时域上依次延迟一个比特位的非归零码高速串行光信号进行光域串并转换，获得m路归零码低速并行光信号；

波分解复用和光电转换单元，通过多路光电探测器阵列，用于对所述的m路同步归零码低速串行光信号在m个通道分别转换成归零码低速并行电信号。

延时同步单元，用于对m路低速并行电信号在时域上依次进行时间延迟，获得m路同步归零码低速并行电信号；

码型转换单元，用于对所述的时域上并行电信号由非归零码到归零码的转换。m路归零码低速并行电信号通过归零码到非归零码转换单元进行缓存、码型转换和信号再生，转换成m路非归零码低速并行电信号。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明利用上述技术，可以实现皮秒量级的码型透明的全光串并转换，可以同时处理多波长信号，功耗较低，转换速率高，不受电子瓶颈限制，最大利用网络资源并减少数据流量对网络带宽的需求，具有大容量、灵活、可配置、带宽利用率高等特点。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的全光串并转换原理图。

【符号说明】

1-1 伪随机信号产生器

1-2 控制信号发生器

2 电功分器

3-1/2/3/4 bias-Tee

4 多波长直调激光阵列

4-1/2/3/4 多波长直调激光器

4-5 波分复用器

5 色散延时单元

6 高速光开关

7 光电探测器阵列

7-1 波分解复用器

7-2/3/4/5 光电探测器

8-1/2/3 延时同步单元

9 码型转换单元

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。

本发明基于波分复用技术和高速光开关技术实现一种全光串并转换系统。利用波分复用技术对多波长的光进行合路和分路，并通过控制高速光开关的通断，实现高速串行信号到低速并行信号的转换，并基于码型转换技术获得非归零码低速并行电信号。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供了一种基于波分复用技术的全光串并转换系统，多波长直调激光阵列输出多个光载波分别进行调制，非归零码高速串行电信号加载于光载波上，通过波分复用将m路光信号复用成一路光信号输出，经过一段色散介质，对多个光载波进行色散延时，经过强度调制器对多波长非归零码高速串行光信号进行开关选择，当控制信号处于高电平位时，非归零码高速串行光信号对应的比特位被选择，当控制信号处于低电平位时，非归零码高速串行光信号无法通过，由此，非归零码高速串行光信号转换为归零码低速并行光信号。经过波分解复用和光电探测器阵列后，输出归零码低速并行电信号，经过延时同步单元，进入码型变化单元，对电信号进行归零码转非归零码以及信号再生等处理，输出非归零码低速并行电信号。

如图1所示，所述基于波分复用技术的全光串并转换系统，包括：

非归零码高速串行电信号加载单元，用于对多波长直调激光阵列加载非归零码高速串行电信号，以及在时域上对所述多波长激光进行时域上延迟，得到并输出依次在时域上延迟一个比特位的非归零码高速串行光信号；

光域串并转换单元，用于对所述时域上依次延迟的多波长非归零码高速串行光信号进行开关切换。在控制信号处于高电平位时，光开关开启，加载多波长非归零码高速串行光信号的信号通过，在时域上并行输出；在控制信号处于低电平位时，光开关关闭，加载多波长非归零码高速串行光信号的信号不能通过。通过m路光延时单元分别对光信号进行延时同步，经过波分解复用及光电转换，非归零码高速串行光信号转换成m路归零码低速并行电信号；

码型转换单元，用于对所述的时域上并行电信号从非归零码到归零码的转换。N路归零码低速并行电信号经过延时同步单元，输入归零码到非归零码转换单元进行缓存、码型转换和信号再生处理，转换为N路非归零码低速并行电信号。

在一实施例中，所述非归零码高速串行电信号加载单元包括伪随机信号产生器1-1，电功分器2，bias-Tee3，多波长直调激光阵列4和色散延时单元5，其中：

伪随机信号产生器1-1，输出伪随机非归零码高速电信号；根据本发明的一种具体实施方式，伪随机电信号的码率为10Gbps，码型为非归零码。

控制信号发生器1-2，用于向高速光开关发出控制信号，控制信号为电信号，采用高电平或低电平加载控制方式。

电功分器2，对输入的伪随机非归零码高速电信号进行等功率分配；根据本发明的一种具体实施方式，功分器为1×4的电功分器，带宽为20GHz。

bias-Tee 3-1/2/3/4，分别将自电功分器2输入的4路伪随机非归零码高速电信号与直流驱动信号合路；根据本发明的一种具体实施方式，bias-Tee3的带宽为与电功分器2相同，为20GHz。

多波长直调激光阵列4，将自bias-Tee3输入的伪随机非归零码高速电信号进行电光转换以及波分复用，输出m束多波长非归零码高速光信号并复用到一个通道输出，其中m≥2；根据本发明的一种具体实施方式，4通道的多波长直调激光器4-1、4-2、4-3、4-4和波分复用器4-5单片集成。4通道的多波长直调激光器4-1、4-2、4-3、4-4的每个光载波的波长都可以独立调节，设置相邻波长间隔保持400GHz；波分复用器4-5为阵列波导光栅，其波长选择性与多波长激光器的通道匹配。

色散延时单元5，将自多波长直调激光阵列4输入的多波长非归零码高速串行光信号进行色散延时；根据本发明的一种具体实施方式，色散延时单元的色散系数31.25ps/nm。

所述光域串并转换单元包括控制信号发生器1-2，高速光开关6，光电探测器阵列7和延时同步单元8，其中：

控制信号发生器1-2，输出控制信号；根据本发明的一种具体实施方式，控制信号的码率为10Gbps，占空比为1∶3。

高速光开关6，对输入的多波长非归零码高速光信号进行信号选择，当自控制信号发生器1-2产生的高电平加载到高速光开关上时，允许多波长非归零码高速串行光信号通过，当自控制信号发生器1-2产生的低电平加载到高速光开关上时，不允许多波长非归零码高速串行光信号通过；根据本发明的一种具体实施方式，高速光开关的带宽为20GHz。经过高速光开关，4通道10Gbps多波长非归零码高速串行光信号转换为4通道2.5Gbps多波长归零码低速串行光信号，占空比为1∶3。可选择的，高速光开关可以为强度调制器。

光电探测器阵列7，用于对输入的多波长归零码低速串行光信号进行波分解复用和光电转换，输出多波长归零码低速并行电信号。根据本发明的一种具体实施方式，经过光电转换后，4通道2.5Gbps多波长归零码低速并行光信号分别从4个通道输出2.5Gbps归零码低速并行电信号，占空比为1∶3。波分解复用器7-1和4只光电探测器7-2、7-3、7-4、7-5单片集成，其中波分解复用器7-1为阵列波长光栅，解复用波长与波分复用器的波长匹配，4只光电探测器7-2、7-3、7-4、7-5的带宽均为20GHz。

延时同步单元8，对自光电探测器7-2、7-3、7-4、7-5输入的多波长归零码低速并行电信号进行延时同步。根据本发明的一种具体实施方式，延时同步单元8-1、8-2、8-3分别对自光电探测器7-2、7-3、7-4输入的归零码低速电信号进行3个比特、2个比特和1个比特的延时，自光电探测器7-5输入的归零码低速电信号不进行延时同步，以实现4个通道的同步。

所述码型转换单元9，用于对归零码低速并行电信号进行缓存、码型变换和信号再生处理，转换为非归零码低速并行电信号。根据本发明的一种具体实施方式，4路归零码低速并行电信号的速率为2.5Gbps，经过码型转换单元9变为4路非归零码低速并行电信号，速率为2.5Gbps。

图2为本发明实施例的全光串并转换原理图。其中图2a为本发明一种实施例的非归零码高速串行电信号的示意图，如图2a所示，非归零码高速串行电信号经过电光转换调制到4通道多波长直调激光器4-1/2/3/4上，产生4路多波长非归零码高速并行光信号，其中非归零码高速串行电信号的码流为“110101100011”，数据速率为10Gbps，多波长激光器的相邻波长间隔为400GHz，每个波长可以通过直流偏置电流单独控制。图2b为本发明一种实施例的串并转换后4路并行的归零码电信号，数据速率为2.5Gbps，占空比为1∶3，其中通道1的数据码流为“100”，通道2的数据码流为“110”，通道3的数据码流为“011”，通道4的数据码流为“101”。图2c为本发明一种实施例的码型转换后的4路并行的非归零码电信号，数据速率为2.5Gbps，其中通道1的数据码流为“100”，通道2的数据码流为“110”，通道3的数据码流为“011”，通道4的数据码流为“101”。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于波分复用技术的全光串并转换系统，包括：

非归零码高速串行电信号加载单元，用于对多波长直调激光阵列加载非归零码高速串行电信号进行处理，得到并输出依次在时域上延迟一个比特位的非归零码高速串行光信号；

光域串并转换单元，用于对所述依次在时域上延迟一个比特位的非归零码高速串行光信号进行开关切换，得到归零码低速并行电信号；

码型转换单元，用于对所述依次在时域上延迟一个比特位的归零码低速并行电信号由归零码到非归零码的转换，得到非归零码低速并行电信号。

2.根据权利要求1所述的基于波分复用技术的全光串并转换系统，其特征在于，所述非归零码高速串行电信号加载单元包括多波长直调激光阵列，用于同时发射多束波长为λ的原始多波长激光，并调制所述非归零码高速串行电信号加载单元加载的非归零码高速串行电信号，得到多波长非归零码高速串行光信号。

3.根据权利要求2所述的基于波分复用技术的全光串并转换系统，其特征在于，所述非归零码高速串行电信号加载单元还包括波分复用单元，用于对所述多波长非归零码高速串行光信号进行合路，从一个通道输出。

4.根据权利要求3所述的基于波分复用技术的全光串并转换系统，其特征在于，所述非归零码高速串行电信号加载单元还包括色散延时单元，用于对合路的多波长高速串行光信号在时域上进行时间延迟，得到延迟一个比特位的高速串行光信号。

5.根据权利要求1所述的基于波分复用技术的全光串并转换系统，其特征在于，所述光域串并转换单元，当控制信号处于高电平位时，光开关开启，加载高速串行光信号的信号通过，在时域上并行输出；当控制信号处于低电平位时，光开关关闭，加载高速串行光信号的信号不能通过；输出多波长归零码低速串行光信号。

6.根据权利要求5所述的基于波分复用技术的全光串并转换系统，其特征在于，所述光域串并转换单元还包括波分解复用单元，通过多路光电探测器阵列分别对输入的多波长归零码低速串行光信号进行波分解复用及光电转换，多路归零码低速串行光信号转换成多路归零码低速并行电信号。

7.根据权利要求6所述的基于波分复用技术的全光串并转换系统，其特征在于，所述光域串并转换单元还包括延时同步单元，用于对光电探测器输出的多路归零码低速并行电信号在时域上依次进行时间延迟，获得多路同步的归零码低速并行电信号。

8.根据权利要求7所述的基于波分复用技术的全光串并转换系统，其特征在于，所述码型转换单元，可使多路归零码低速并行电信号通过归零码到非归零码转换单元进行缓存、码型转换和信号再生，转换成多路非归零码低速并行电信号。

Images