CN111245553A - 形成光子辅助光学串并转换系统及采用其的光通信设备 - Google Patents

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Abstract

一种光子辅助光学串并转换系统，包括非归零码高速串行电信号加载模块、光域串并转换模块和码型转换模块，其中：非归零码高速串行电信号加载模块，用于输入非归零码高速串行电信号并进行色散延时，输出时域上依次延迟一个比特位的非归零码高速串行光信号；光域串并转换模块，用于对所述时域上依次延迟至少一个比特位的非归零码高速串行光信号进行开关切换，并输出归零码低速并行电信号；码型转换模块，用于将所述归零码低速并行电信号进行码型转换和信号再生后转换为非归零码电信号。本发明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。

Description

形成光子辅助光学串并转换系统及采用其的光通信设备
技术领域
本发明涉及光信号处理领域，具体涉及一种形成光子辅助光学串并转换系统及采用其的光通信设备。
背景技术
光分组交换具有大容量和可配置等特性，是未来高速光网络中的核心技术。但就目前的光信号或电信号处理技术而言，还无法直接对高速率的信号进行复杂的计算和缓存，这样就使得光通信的大容量的优势荡然无存。采用全光串并转换技术将高速串行光信号转换成并行的低速信号，再利用目前较为成熟的COMS工艺电路处理技术对信号进行处理，以实现光分组交换。在此类方案中，核心的非线性器件主要由高非线性光纤和半导体光放大器，这些器件有良好的非线性，可以实现多波长变换、全光组合逻辑和码型变换等功能。目前，国际上报道的全光串并转换的方案主要包括利用时间到波长的映射技术以及利用时间到空间的映射技术来实现串并转换。但这些方案存在一些固有的缺陷，例如对信号偏振态不敏感，系统结构复杂且需要较多的光源，系统扩展能力差等，这都限制了全光串并转换技术的进一步应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种形成光子辅助光学串并转换系统，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，本发明提供了一种形成光子辅助光学串并转换系统，包括非归零码高速串行电信号加载模块、光域串并转换模块和码型转换模块，其中：
非归零码高速串行电信号加载模块，用于输入非归零码高速串行电信号并进行色散延时，输出时域上依次延迟一个比特位的非归零码高速串行光信号；
光域串并转换模块，用于对所述时域上依次延迟至少一个比特位的非归零码高速串行光信号进行开关切换，并输出归零码低速并行电信号；
码型转换模块，用于将所述归零码低速并行电信号进行码型转换和信号再生后转换为非归零码电信号。
其中，所述非归零码高速串行电信号加载模块具体包括：
多波长激光器，用于同时发射m束多波长光载波，其中，m≥1且m为整数；
波分复用单元，用于对所述m束多波长光载波进行合路，从一个通端口输出；
外调制器，用于对所述m束多波长光载波调制非归零码高速串行电信号，得到m束多波长非归零码高速串行光信号；
色散延时单元，用于对所述m束多波长非归零码高速串行光信号在时域上进行时间延迟，得到延迟至少一个比特位的m束多波长非归零码高速串行光信号。
其中，所述多波长激光器的光载波的波长均为独立调节，保偏输出，且设置相邻波长间隔为250～500GHz。
其中，所述波分复用单元包括光合束器；
所述光合束器为保偏光合束器。
其中，所述外调制器为强度调制器或光电调制器。
其中，所述非归零码高速串行电信号加载模块还包括伪随机信号产生器；
其中，所述色散延时单元包括色散延时线，所述色散延时线的色散系数为12.5ps/nm～25ps/nm；
所述光子辅助光学串并转换系统中色散延时线用于实现相邻波长光信号之间实现1个比特位的延时。
其中，所述光域串并转换模块具体包括：
高速光开关切换单元，用于将时域上依次延迟至少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，获得非归零码低速并行光信号；
波分解复用器，用于对非归零码低速并行光信号进行波分解复用，根据波长选择不同的通道输出，每个通道只能输出一个波长；
光电探测器阵列，用于对所述的非归零码低速并行光信号分别转换成归零码低速并行电信号；
延时同步单元，用于对归零码低速并行电信号在时域上依次进行时间延迟，获得同步归零码低速并行电信号。
其中，所述高速光开关切换单元包括高速光开关，所述高速光开关对输入的非归零码高速串行多波长光信号进行信号选择，当高电平加载到高速光开关上时，允许光信号通过，当低电平加载到高速光开关上时，不允许光信号通过；
所述高速光开关为强度调制器；
所述波分解复用器的波长选择与多波长激光器的通道匹配。
一种采用如上所述的光子辅助光学串并转换系统的光通信设备。
基于上述技术方案可知，本发明的形成光子辅助光学串并转换系统相对于现有技术至少具有如下有益效果之一或其中的一部分：
1、本发明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；
2、本发明能够实现无缓存的全光串并转换，利用色散时域色散延时特性，实现多波长高速非归零码光信号的时域延时，并通过高速光开关切换单元进行光子辅助光学串并转换，经过码型转换单元，获得低速并行非归零码电信号。
附图说明
图1是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，其中，(a)为高速非归零码电信号的示意图，(b)为串并转换后4路并行的归零码电信号的示意图，(c)为码型转换后的4路并行的非归零码电信号的示意图。
具体实施方式
本发明形成一种光子辅助光学串并转换系统。通过控制色散延时和高速光开关的通断，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。
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。
本发明提供了一种光子辅助光学串并转换系统，多波长激光器输出的m束光载波经过m×1的光合路器合并成1个通道输出，进入电光调制器将高速串并非归零码电信号加载到光载波上，经过一段色散介质后，对m束光载波分别进行色散延时，相邻两个波长延时差为1个比特位，经过高速光开关对多波长高速串行非归零码光信号进行信号选择，当控制信号为高电平时，高速串行非归零码光信号对应的比特位被选择，当控制信号的低电平通过时，高速串行非归零码光信号无法通过。因此高速串行非归零码光信号转换为低速并行归零码光信号。经过波分解复用和光电探测器阵列后，输出低速并行归零码电信号，经过延时同步，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，输出低速并行非归零码电信号。
图1为本发明实施例的结构示意图，如图1所示，所述形成光子辅助光学串并转换系统，包括：非归零码高速串行电信号加载模块、光域串并转换模块和码型转换模块。
非归零码高速串行电信号加载模块，m束多波长激光器经过外调制方式加载高速串行非归零码电信号，并对m束多波长高速串行非归零码电信号进行时域上的色散延时，输出相邻波长在时域上延时一个比特位的高速串行非归零码光信号；
光域串并转换模块，用于对所述时域上依次延迟的多波长光信号进行开关切换。在控制信号高电平的作用下，光开关开启，加载高速串行信号的光信号通过，在时域上并行输出；在控制信号低电平的作用下，光开关关闭，加载串行信号的光信号不能通过。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，高速串行非归零码电信号转换成m路低速并行归零码电信号；
码型转换模块，用于对所述的时域上并行电信号非归零码到归零码的转换。m路低速并行归零码电信号经过延时同步，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，转换成m路低速并行非归零码电信号。
在本发明实施例中，所述非归零码高速串行电信号加载模块包括多波长激光阵列1-1、1-2、1-3、1-4，光合束器2-1，外调制器3-1，伪随机信号产生器4-1和色散延时线5，其中：
多波长激光器，输出m束光载波，其中m≥2；根据本发明的一种具体实施方式，采用4通道的多波长激光器1-1、1-2、1-3、1-4，且每个光载波的波长都可以独立调节，保偏输出，设置相邻波长间隔保持400GHz；
光合束器2-1，用于对m束光载波合路从1个光纤通道输出。根据本发明的一种具体实施方式，采用的光合束器为4×1的保偏光合束器，带宽为C波段；
外调制器3-1，用于对高速串行非归零码电信号通过电光转换方式调制到m束光载波上。根据本发明的一种具体实施方式，采用的外调制器的带宽大于20GHz，半波电压为4.3V，外调制器可以为强度调制器或其他类型的电光调制器；
伪随机信号产生器4-1，输出高速伪随机非归零码电信号；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；
色散延时线5，对高速非归零码多波长光信号进行色散延时；根据本发明的一种具体实施方式，色散延时线的色散系数31.25ps/nm。
所述光域串并转换模块包括高速光开关3-2，控制信号发生器4-2，波分解复用器2-2，光电探测器阵列6-1、6-2、6-3、6-4和延时同步7-1、7-2、7-3、7-4，其中：
高速光开关3-2，对输入的高速非归零码多波长光信号进行信号选择，当高电平加载到高速光开关上时，允许光信号通过，当低电平加载到高速光开关上时，不允许光信号通过；根据本发明的一种具体实施方式，高速光开关的带宽20GHz。经过高速光开关，4通道10Gbps高速非归零码多波长光信号转换为4通道2.5Gbps低速归零码多波长光信号，占空比为1:3。可选择的，高速光开关可以为强度调制器；
控制信号发生器4-2，用于输出控制电信号；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；
波分解复用器2-2，用于对输入的光信号进行波长解复用，根据波长再次分到m个通道。根据本发明的一种具体实施方式，其波长选择性与多波长激光器的通道匹配；
光电探测器阵列，用于对输入的光信号光电转换，输出并行的归零码电信号。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低速归零码多波长光信号分别从4个通道输出2.5Gbps低速归零码电信号，占空比为1:3。4只光电探测器6-1、6-2、6-3、6-4的带宽均为20GHz，工作波段为C波段；
延时同步单元，对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8-1、8-2、8-3、8-4分别对通道1、2、3、4进行4个比特、3个比特、2个比特和1个比特的延时，实现4个通道的同步。
所述码型转换单元8，用于对归零码电信号进行缓存、码型变换和信号再生处理，转换为非归零码电信号。根据本发明的一种具体实施方式，4路并行的归零码电信号的速率为2.5Gbps经过码型转换单元9变为4路并行的非归零码电信号，速率为2.5Gps。
图2为本发明实施例的全光串并转换原理图。其中图2(a)为本发明实施例的高速非归零码电信号的示意图，如图2(a)所示，高速非归零码电信号经过电光转换调制到4通道多波长直调激光器上，产生4路并行的高速非归零码光信号，其中高速非归零码电信号的码流为“1100100101110010”，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2(b)为本发明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“1100”，通道2的数据码流为“1010”，通道3的数据码流为“0011”，通道4的数据码流为“0110”。图2(c)为本发明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“1100”，通道2的数据码流为“1010”，通道3的数据码流为“0011”，通道4的数据码流为“0110”。
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，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 (10)

1.一种光子辅助光学串并转换系统，其特征在于，包括非归零码高速串行电信号加载模块、光域串并转换模块和码型转换模块，其中：
非归零码高速串行电信号加载模块，用于输入非归零码高速串行电信号并进行色散延时，输出时域上依次延迟一个比特位的非归零码高速串行光信号；
光域串并转换模块，用于对所述时域上依次延迟至少一个比特位的非归零码高速串行光信号进行开关切换，并输出归零码低速并行电信号；
码型转换模块，用于将所述归零码低速并行电信号进行码型转换和信号再生后转换为非归零码电信号。
2.根据权利要求1所述的光子辅助光学串并转换系统，其特征在于，所述非归零码高速串行电信号加载模块具体包括：
多波长激光器，用于同时发射m束多波长光载波，其中，m≥1且m为整数；
波分复用单元，用于对所述m束多波长光载波进行合路，从一个通端口输出；
外调制器，用于对所述m束多波长光载波调制非归零码高速串行电信号，得到m束多波长非归零码高速串行光信号；
色散延时单元，用于对所述m束多波长非归零码高速串行光信号在时域上进行时间延迟，得到延迟至少一个比特位的m束多波长非归零码高速串行光信号。
3.根据权利要求2所述的光子辅助光学串并转换系统，其特征在于，所述多波长激光器的光载波的波长均为独立调节，保偏输出，且设置相邻波长间隔为250～500GHz。
4.根据权利要求2所述的光子辅助光学串并转换系统，其特征在于，所述波分复用单元包括光合束器；
作为优选，所述光合束器为保偏光合束器。
5.根据权利要求2所述的光子辅助光学串并转换系统，其特征在于，所述外调制器为强度调制器或光电调制器。
6.根据权利要求2所述的光子辅助光学串并转换系统，其特征在于，所述非归零码高速串行电信号加载模块还包括伪随机信号产生器。
7.根据权利要求2所述的光子辅助光学串并转换系统，其特征在于，所述色散延时单元包括色散延时线，所述色散延时线的色散系数为12.5ps/nm～25ps/nm；
作为优选，所述光子辅助光学串并转换系统中色散延时线用于实现相邻波长光信号之间实现1个比特位的延时。
8.根据权利要求1所述的光子辅助光学串并转换系统，其特征在于，所述光域串并转换模块具体包括：
高速光开关切换单元，用于将时域上依次延迟至少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，获得非归零码低速并行光信号；
波分解复用器，用于对非归零码低速并行光信号进行波分解复用，根据波长选择不同的通道输出，每个通道只能输出一个波长；
光电探测器阵列，用于对所述的非归零码低速并行光信号分别转换成归零码低速并行电信号；
延时同步单元，用于对归零码低速并行电信号在时域上依次进行时间延迟，获得同步归零码低速并行电信号。
9.根据权利要求8所述的光子辅助光学串并转换系统，其特征在于，所述高速光开关切换单元包括高速光开关，所述高速光开关对输入的非归零码高速串行多波长光信号进行信号选择，当高电平加载到高速光开关上时，允许光信号通过，当低电平加载到高速光开关上时，不允许光信号通过；
作为优选，所述高速光开关为强度调制器；
作为优选，所述波分解复用器的波长选择与多波长激光器的通道匹配。
10.一种采用如权利要求1～9任一项所述的光子辅助光学串并转换系统的光通信设备。
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