CN1156114C - 波长－时间多波长光标记编码法及基于此编码法的收发机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波长-时间多波长光标记编码法及基于此编码法的收发机，编码使用时间与波长两个自由度空间，在同一个时间片内可有一个或多个不同波长的脉冲出现，不同的时间片内可以出现相同波长的脉冲组合，W个波长、K个脉冲可以编码生成(2^W-1)^K种不同的光标记。基于这种光标记编码方案设计的发射机使用了对应不同波长的带通滤波器及相应的控制逻辑器，使得能形成的标记组合大大增加，有效提高了编码效率，接收机使用了可调谐的带通滤波器，从而使得编码器可以动态配置标记波长，不需更换整个滤波器，既增加了接收机的灵活性又可以节省成本，可利用有限的资源完成更多工作。本发明能利用较少的波长实现网络地址的升级，能以较少的成本实现网络的扩容。

Description

波长-时间多波长光标记编码法及基于此编码法的收发机

技术领域：

本发明涉及一种波长-时间多波长光标记编码方法，以及基于波长-时间编码法的多波长光标记收发机，属于光通信技术领域。

背景技术

近年来，随着数据业务的高速增长，对网络带宽的要求提出了挑战，密集波分复用(DWDM)技术的出现在一定程度上解决了这一难题，但是，由于受到现有网络节点的光/电(电/光)处理能力的局限，充分利用带宽的目的也受到了限制，也就是说，节点的数据处理能力已经成为进一步扩大带宽的“颈瓶”，为了解决这一问题，人们已经提出了许多克服的方法，光分组交换就是其中一种，它将光交换技术与分组交换技术融为一体，彻底消除光/电这一瓶颈，因而，在全光网中占有重要地位，同时也是实现宽带信息网络的一项高新技术。在光分组交换中，来自上层的数据在适配层被打成一个个的“分组”(数据包)，这种分组数据包主要由一个包头(Header)和一个负载(Payload)构成，包头占整个分组的一小部分，主要包含一些地址信息，负载占分组数据包的绝大部分，主要有被传送的数据，来自适配层的分组通过光传输层送到交换节点，在交换节点处，节点结构只对分组的包头进行处理，根据包头的内容来判断目的地，选择路由，到达目的节点(边缘节点)的数据包将在适配层重新还原成原来的数据格式，整个过程就完成了数据的“透明”交换。根据包头的设计，可以分为负载波标记法、多波长标记法等。多波长光标记法是利用几个不同波长的光脉冲的组合来表示光标记，以此来达到标记不同地址的目的，这种方法又可以分为两种，一种是让负载数据和标记头信息分别使用不同波长信道的不同波长来编码，另一种是让负载数据和标记头信息分别使用不同的波长信道传输的方法。后者与者相比，占用了更多的波长资源，前者由于是在同一波长通道内，可以有效的节约宝贵的波长资源。

Naoya Wada等人在ECOC 2000的Photonic Packet Routing Based onMulti-Wavelength Label Switching Using Fiber Bragg Gratings一文中提供了一种基于同一波长通道的多波长标记编码收发机，以使用W个不同波长，K个光脉冲编码的情况为例，该收发机的编码器的编码基本原理是：K个光脉冲的任意一个光脉冲可选用W个不同波长中的任意一个，但光脉冲相互间使用的光波长不同，这种编码方法可生成W！/(W-K)！个不同的光标记。

针对上述编码，Photonic Packet Routing Based on Multi-Wavelength LabelSwitching Using Fiber Bragg Gratings一文设计的的发射机主要由SC光源、1×2分路器、带通滤波器、强度调制器、光纤布拉格光栅、和光纤延迟线组成。接受机有1×2分路器、低通滤波器、光纤布拉格光栅、光探测器、扩展器、门限器、增益钳位RF驱动器和光纤延迟线组成。发射机的工作过程：来自光源的光信号通过光纤送入1×2分路器，1×2分路器将光信号分为2路，一路经过强度调制器调制后，送入光纤布拉格光栅，光纤布拉格光栅将使输出光信号变成多个波长的串联标记光脉冲，同时，来自光源的另一路光信号通过带通滤波器滤出的特定波长光信号，送入强度调制器，强度调制后的负载光信号经延迟线后与来自光纤布拉格光栅的标记光脉冲在分路器合成为完整的光分组信号。接收机的工作过程：来自光纤的光分组信号被分路器分成两路，一路通过带通滤波器，滤出负载光信号，另一路再送入一个分路器分成三路，每一路分别经过光纤布拉格光栅，不同参数的光纤布拉格光栅的输出不同的光信号，这些光信号被光探测器检测后，经过低通滤波器滤波与域值保持器送入RF(射频)驱动器，由各个RF驱动器驱动光开关矩阵。

这种收发机的编码器在使用W个波长，K个光脉冲的情况下，能产生W！/(W-K)！个不同的光标记，基于这种编码器的收发器，有以下不足之处：编码效率低；灵活性差；成本贵。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种新的多波长光标记编码方法及基于新编码法的多波长光标记收发机，使这种光标记光收发机充分利用时间和波长两种自由度，能够大大提高编码效率，满足不同场合的要求，降低成本，达到利用有限的资源完成更多工作的目的。

为实现这样的目的，本发明设计了一种新型的波长-时间多波长光标记编码法，以及基于光标记编码法设计了多波长光标记光收发机。多波长光标记编码法的特征在于充分使用了波长与时间两个自由度空间，以使用W个不同波长，K个光脉冲编码的情况为例，在进行编码时遵循以下规律：1)同一个时间片内可以有不同波长的脉冲出现，可以是一个波长也可以是多个波长；2)不同的时间片内可以出现相同波长的脉冲组合。这种编码法生成的不同光标记为(2^W-1)^K，远大于W！/(W-K)！。

基于这种新编码法的发射机主要由Supercontinum(SC)光源、1×N分路器、隔离器、可调带通滤波器、强度调制器、波分复用器、负载电路以及逻辑控制电路组成。来自光源的光信号通过光纤送入1×N分路器，1×N分路器将光信号分为N路光信号，通过各自的隔离器后分别送入可调带通滤波器，可调带通滤波器将滤出的特定波长光信号用光纤送入强度调制器，强度调制器连接着逻辑控制电路，逻辑控制电路产生的电信号分别输出到强度调制器，来自可调带通滤波器的光信号被强度调制器分别调制，各自输出特定波长与脉冲的光信号，强度调制器连接着负载带电路，来自可调带通滤波器的光信号被负载带电路的信号调制，输出特定波长的负载光信号，最后均进入波分复用器合成光分组数据包。设计的接收机主要包括：1×N分路器、可调带通滤波器、光/电转换器、串/并转换器、同步电路、判决控制电路及光开关矩阵。来自光纤的光信号进入1×N分路器被分为N路光信号，通过各自的隔离器后分别送入可调带通滤波器及同步器，可调带通滤波器将滤出的特定波长标记光信号用光纤送入光/电转换器转变为电信号，电信号分别送入后面的串/并器，串/并器将串联的电脉冲转换为并联的电脉冲送入判决控制电路，判决控制电路根据电脉冲的组合判断路由信息，然后生成光开关矩阵的控制信号，由此光开关矩阵将来自同步器的负载光信号送到相应的端口。

本发明的光标记编码能利用较少的波长实现网络地址的升级，在实际应用中能以较少的成本实现网络的扩容。基于这种光标记编码方案设计的发射机中使用了对应不同波长的带通滤波器及相应的控制逻辑器，从而使得编码器可以实现在同一个时间片内有一个或多个不同的波长出现的条件，使得能形成的标记组合大大增加，有效提高编码效率。本发明在接收机中使用了可调谐的带通滤波器，从而使得编码器可以动态配置标记波长，不需更换整个滤波器，既增加了接收机的灵活性又可以节省成本，达到利用有限的资源完成更多工作的目的。

附图说明：

图1为本发明提出的多波长标记编码原理示意图。

图2为本发明实现多波长标记编码的发射机结构图。

图2中，1为SC光源，2为1×2分路器，3为光隔离器，4、5、6为可调带通滤波器，7、8、9为强度调制器、10为负载电路，11为可调光纤延迟线TFDL，12为逻辑控制电路，13为波分复用器。

图3是图2中逻辑控制电路12的原理说明图。

图4为实现多波长标记解码的接收机结构图。

图4中，14为1×2分路器，15为光隔离器，16、17、18为可调谐带通滤波器，19、20为光/电转换器，21、22为串/并转换器，23为同步器，24为判决控制电路，25为光开关矩阵。

图5是图4中判决控制电路24的原理说明图。

具体实施方式：

为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图对实施方式作进一步描述。

图1为本发明提出的多波长标记编码原理示意图。

图1中横轴N表示标记的组合数，纵轴t表示不同的时间，小方格代表不同的时间片，不同颜色的圆代表不同波长的脉冲，虚线内的两个组合是现有的编码结果。

为了简单说明起见，图1以2个波长，2个脉冲的编码为例。图中，横轴表示能组合的标记数，纵轴表示时间，以不同的颜色表示不同的波长，不同的方格表示不同的时间片，由于有波长和时间两个自由度，在进行编码时只要遵循以下规律：1)同一个时间片内可以有不同波长的脉冲出现，可以是一个波长也可以是两个波长；2)不同的时间片内可以出现相同波长的脉冲组合。这样，就得到了图1所示的9种标记，本编码方案比现有的编码方式多出了7种标记。

推广到W个波长，K脉冲的情况，可以得到(2^W-1)^K种，如果取W-K＝6，就可以形成63523502209个不同的光标记，而Ipv4的地址才4294967296，已超出了一个数量级，如果用旧的编码法使用12个波长，12个脉冲才得到479001600个光标记，要满足Ipv4的地址需求则必须用至少13个波长。由此可见，采用了本发明的编码法可以有效地节约宝贵的波长资源。

为了能实现上述的多波长编码方案，对发射机的设计就提出了新的要求，为此，下面设计了适于本多波长编码方案的光发射机。以两个波长，两个脉冲为例简单说明。

图2为本发明实现多波长标记编码的发射机结构图。

发射机主要由Supercontinum(SC)光源1、光隔离器3、1×2分路器2、三个可调带通滤波器4、5、6、三个强度调制器7、8、9、波分复用器13、负载电路10、可调光纤延迟线TFDL 11以及逻辑控制电路12组成。光源1通过1×2分路器2连接三个光隔离器3，三个光隔离器3并行连接三个可调带通滤波器4、5、6，三个可调带通滤波器4、5、6又分别对应连接着三个强度调制器7、8、9，第一强度调制器7和第二强度调制器8直接连接到波分复用器13上，第三强度调制器9与负载电路10连接，同时通过可调光纤延迟线TFDL 11再连接到波分复用器13，逻辑控制电路12分别连接第一强度调制器7和第二强度调制器8。

Supercontinum(SC)光源是一种带宽达200nm的光源，来自SC光源的光信号被1×3分路器2分成3个光信号，3个光信号分别被第一可调带通滤波器4和第二可调带通滤波器5提取出2个波长λ_i(i＝1，2)，这些λ_i(i＝1，2)用于作为不同的光标记波长，第三可调带通滤波器6提取出负载信号用的波长带，这些标记波长系列及用于负载信号的波长带都在国际电信联盟规定的同一个WDM通信信道内。由逻辑控制电路12按波长—时间多波长光标记编码方法生成控制信号，第一强度调制器7和第二强度调制器8根据这些控制信号生成需要的光脉冲，同时，由负载电路10输出的负载信号被送入第三强度调制器9，调制出负载光信号，经过可调光纤延迟线11的调节，与第一强度调制器7及第二强度调制器8输出的信号一起被波分复用器13合成一个完整的光分组信号。

图3是图2中逻辑控制电路12的原理说明图。

如图所示，横轴t表示时间，纵轴S₇表示加在调制器7上的信号，纵轴S₈表示加在调制器8上的信号。如要生成图1标记组合中的第5、第6、第9种标记，逻辑控制电路12应分别产生(a)、(b)、(c)3种不同的逻辑控制信号。

图4为实现多波长标记解码的接收机结构图。

接收机主要由1×2分路器14、三个可调谐带通滤波器16、17、18、两个光/电转换器19、20、两个串/并转换器21，22、同步器23、判决控制电路24及光开关矩阵25等组成。1×2分路器14通过三个光隔离器15并行连接三个可调带通滤波器16、17、18，第四可调带通滤波器16连接第一光/电转换器19，第一光/电转换器19通过第一串/并转换器21连接到判决控制电路24，第五可调带通滤波器17连接第二光/电转换器20，第二光/电转换器20通过第二串/并转换器22连接到判决控制电路24。第六可调带通滤波器18连接同步器23，光开关矩阵25同时与同步器23和判决控制电路24连接。

来自光传输层的光分组数据被1×3分路器14分成3个光信号，其中2个光信号分别被2个可调带通滤波器16、17提取出2个波长λ_i(i＝1，2)，这些波长的光信号被其后的第一光/电转换器19和第二光/电转换器20分别转换为并联的电脉冲信号，送入判决控制电路24，判决控制电路24根据所有电脉冲信号的组合，对照事先储存的波长—时间多波长光标记编码判断路由地址，然后控制光开关矩阵25，与此同时，由1×3分路器14分出的第3个光信号经过第六可调带通滤波器18滤出负载光信号，再经过同步器23的延迟协调送入光开关矩阵24，在光开关矩阵24内部根据判决控制电路提供的路由信号将负载光信号分发到各个端口。

图5是图4中判决控制电路24的原理说明图。

如图所示，判决控制电路24如获得的逻辑信号是(a)、(b)、(c)，则可以判读对应的标记是第5、第6、第9种标记。

Claims (5)

1、一种波长-时间多波长光标记编码方法，其特征在于使用时间与波长两个自由度空间，编码遵循以下规律：1)在同一个时间片内可以有一个或多个不同波长的脉冲出现；2)不同的时间片内可以出现相同波长的脉冲组合；由此在W个波长，K个脉冲的情况下，可以编码生成(2^W-1)^K种不同的光标记。

2、一种基于权利要求1的波长-时间编码法的多波长光标记发射机，其特征在于主要由SC光源(1)、光隔离器(3)、分路器(2)、三个可调带通滤波器(4，5，6)、三个强度调制器(7，8，9)、波分复用器(13)、负载电路(10)、可调光纤延迟线TFDL(11)以及逻辑控制电路(12)组成，光源(1)通过分路器(2)、光隔离器(3)并行连接三个可调带通滤波器(4，5，6)，三个可调带通滤波器(4，5，6)分别对应连接三个强度调制器(7，8，9)，第一强度调制器(7)和第二强度调制器(8)连接到波分复用器(13)，与负载电路(10)连接的第三强度调制器(9)通过可调光纤延迟线TFDL(11)连接到波分复用器(13)，逻辑控制电路(12)分别与第一强度调制器(7)和第二强度调制器(8)连接，第一可调带通滤波器(4)和第二可调带通滤波器(5)从输入光信号中提取出不同的光标记波长，第三可调带通滤波器(6)提取出负载信号用的波长带，由逻辑控制电路(12)按波长-时间多波长光标记编码方法生成控制信号，第一强度调制器(7)和第二强度调制器(8)根据这些控制信号生成需要的光脉冲，负载电路(10)输出的负载信号经第三强度调制器(9)的调制及经过可调光纤延迟线(11)的调节，与第一强度调制器(7)及第二强度调制器(8)输出的信号一起被波分复用器(13)合成一个完整的光分组信号。

3、一种基于权利要求1的波长-时间编码法的多波长光标记接收机，其特征在于由分路器(14)、三个可调谐带通滤波器(16、17、18)、两个光/电转换器(19，20)、两个串/并转换器(21，22)、同步器(23)、判决控制电路(24)及光开关矩阵(25)组成，分路器(14)通过光隔离器(15)并行连接三个可调带通滤波器(16、17、18)，第四可调带通滤波器(16)连接第一光/电转换器(19)，第一光/电转换器(19)通过第一串/并转换器(21)连接到判决控制电路(24)，第五可调带通滤波器(17)连接第二光/电转换器(20)，第二光/电转换器(20)通过第二串/并转换器(22)连接到判决控制电路(24)，第六可调带通滤波器(18)连接同步器(23)，光开关矩阵(25)同时与同步器(23)和判决控制电路(24)连接，第四可调带通滤波器(16)和第五可调带通滤波器(17)从来自光传输层的光信号中提取出不同光标记波长的光信号，被其后的第一光/电转换器(19)和第二光/电转换器(20)分别转换为并联的电脉冲信号，送入判决控制电路(24)，判决控制电路(24)根据所有电脉冲信号的组合，对照事先储存的波长-时间多波长光标记编码判断路由地址，然后控制光开关矩阵(25)，由分路器(14)分出的光信号经过第六可调带通滤波器(18)滤出负载光信号，再经过同步器(23)的延迟协调送入光开关矩阵(25)，在光开关矩阵(25)内部根据判决控制电路(24)提供的路由信号将负载光信号分发到各个端口。

4、如权利要求2的多波长光标记发射机，其特征在于所述的SC光源(1)带宽为200nm。

5、如权利要求2的多波长光标记发射机，其特征在于所述的第一可调带通滤波器(4)和第二可调通滤波器(5)提取出不同的光标记波长及第三可调带通滤波器(6)提取出负载信号用的波长带，都在国际电信联盟规定的同一个波分复用WDM信信道内。

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