CN202455487U - 一种基于ofdm子载波的光分组交换节点装置及网络 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于OFDM子载波的光分组交换节点装置及网络。该节点装置包括：光滤波器，光分路器，光OFDM接收机，控制处理模块，第一、第二光纤延时线，第一、第二耦合器，光开关矩阵，光OFDM发送机；光滤波器的第一输出端口与光分路器的输入端口连接，第二输出端口经过第二光纤延时线与光开关矩阵的一端连接；光分路器的第一输出端口与第一耦合器的一个输入端连接，第二输出端口经过光OFDM接收机与控制处理模块相连接；控制处理模块与光开关矩阵的控制端电连接，光OFDM发送机的输出端经第一光纤延时线与第一耦合器的另一个输入端连接，第一耦合器的输出端和光开关矩阵的另一端分别与第二耦合器的两个输入端相连接。本实用新型具有效率高、结构简单的优点。

Description

一种基于OFDM子载波的光分组交换节点装置及网络

技术领域

本实用新型涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种基于OFDM子载波的光分组交换节点装置及网络。 

背景技术

近年来随着通信数据业务的巨大增长，光分组交换网络（OPS）受到越来越多的关注。为了满足未来高速通信的带宽要求和高利用效率，OPS可以提供基于多波长，小交换颗粒度的光分组传输。光标签交换技术（OLS）是光分组交换中的一项重要技术，也是基于目前技术水平，对全光分组交换技术的一个过渡。将携带路由信息的光标签信号与携带业务数据的载荷信号分开进行传输，这样在节点进行交换处理时，只需要对光标签信号进行处理，而不需要对整个光分组信号进行处理，降低了节点的处理压力。 

光标签交换主要包括光标签提取，处理，擦除和重写。目前提出的光标签处理技术方案主要包括串行编码，副载波复用，波长复用和正交调制等几种。串行编码技术方案需要严格的时间点检测技术，并且占用了载荷通道，降低了带宽利用率。副载波复用技术方案不占据载荷信道，但是会限制载荷速率的提高，并在节点增加了射频混频器件。波长复用技术方案易于受到色散影响，使光标签和光净荷不同步。这些技术方案在进行光标签交换时，都需要进行光标签的擦除和光标签的重写步骤，增加了系统的复杂度。 

正交频分复用技术（OFDM）是一种高频谱效率的调制技术，在第四代移动通信系统中得到了广泛的应用。近年来，由于OFDM调制技术的高频谱效率和良好的抗色散能力，逐渐在光通信系统中得到了广泛的研究。目前的研究主要集中在长距离，大容量和高频谱效率的光OFDM系统传输。此外，可通过使用OFDM技术调制光标签信号，从而产生基于OFDM的光标签信号。但这只是增加了光标签信道的频谱利用率，并且在节点进行光标签交换时，仍然需要复杂的光标签擦除和重写过程。有研究者提出使用不同射频频率，将多个OFDM光标签信号加载在光分组信号上，其实相当于多个OFDM光标签信号的副载波复用，虽然可以避免光标签擦除和重写过程，但是每个节点需要增加大量的不同射频频率的器件，并且总的光标签信号占用了大量的频带资源，限制了载荷速率的增加，并没有充分利用OFDM正交子载波的技术优势。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于OFDM子载波的光分组交换节点装置及网络，进行光分组交换时不需要进行光标签的擦除和光标签重写，并可提高光标签信道的频谱利用效率以及光净荷信道的传输效率，简化了光分组交换网络节点的结构。 

本实用新型具体采用以下技术方案： 

一种基于OFDM子载波的光标签处理方法，分组数据所经过的各节点分别利用OFDM调制方式将路由信息调制在与净荷光载波具有不同波长的标签光载波的OFDM频带其中一个子载波上，各节点所使用的子载波各不相同；然后与前一节点的光标签信号同步耦合，生成本节点的光标签信号。

一种基于OFDM子载波的光分组交换方法，包括以下步骤： 

步骤1、当分组数据进入光分组交换网络时，将分组数据中的路由信息调制在OFDM的第一个子载波上，并将该OFDM信号调制到光载波 

上形成光标签信号；分组数据中的载荷数据调制到另一个波长的光载波

上形成光净荷信号；光净荷信号与光标签信号组成光分组信号，并在光分组交换网络中传输；

步骤2、当光分组信号通过第i个网络节点时，i=2,3,4，…，N，N表示光分组要经过的中间节点数量，首先通过光滤波器将光标签信号提取出来；提取出的光标签信号经过分光器分为两部分，分别进入光标签处理单元和控制处理单元；光净荷信号经过一定延时后进入光开关矩阵；

在光标签处理单元中，第i个网络节点将路由信息调制在OFDM频带的第i个子载波上，并将电OFDM信号调制到光载波上形成第i个网络节点的光路由信号，将第i个网络节点的光路由信号经过延时控制与从光分组中滤波得到的原光标签信号同步后，耦合形成本节点新的光标签信号；

在控制处理单元中，经过光电转换和OFDM解调，提取出OFDM信号中第i-1个子载波上的路由信息，根据光标签信号中第i-1个子载波上的的路由信息，控制光开关矩阵状态，将光净荷信号发送至正确的输出端口；

步骤3、在输出端口，本节点新的光标签信号与光净荷信号组成新的光分组信号，继续在网络中传输。

一种基于OFDM子载波的光分组交换节点装置，该节点装置包括：具有输入端口和第一、第二输出端口的光滤波器，具有输入端口和第一、第二输出端口的光分路器，光OFDM接收机，控制处理模块，第一、第二光纤延时线，第一、第二耦合器，光开关矩阵，光OFDM发送机；光滤波器的第一输出端口与光分路器的输入端口连接，光滤波器的第二输出端口经过第二光纤延时线与光开关矩阵的一端连接，光分路器的第一输出端口与第一耦合器的一个输入端连接，光分路器的第二输出端口经过光OFDM接收机与控制处理模块相连接，控制处理模块与光开关矩阵的控制端电连接并对其进行控制，光OFDM发送机的输出端通过第一光纤延时线与第一耦合器的另一个输入端连接，第一耦合器的输出端和光开关矩阵的另一端分别与第二耦合器的两个输入端相连接。 

一种光分组交换网络，包括通过光纤连接的多个网络节点，所述网络节点为上述节点装置。 

相比现有技术，本实用新型具有以下有益效果： 

1、当光分组信号经过网络节点时，不需要进行光标签的擦除和光标签重写，只需将该节点的光标签信号与接收光分组中的原光标签信号同步并耦合形成新的光标签信号，简化了网络节点的系统结构。 

2、光标签信号使用OFDM调制方式，每个网络节点的路由信息只占据OFDM信号中的一个子载波，提高了光标签信道的频谱利用效率。 

3、光标签信号与光净荷信号处在不同的波长上，这使得光标签和光净荷的分离很简单，只需要一个滤波器即可，并且提高了光净荷信道的传输效率。 

4、OFDM信号在长距离传输时有良好的色散补偿和非线性效应抑制效果，并且色散补偿是通过接收端的信道估计和均衡完成，因此不需要额外增加光色散补偿器件对光标签信道进行补偿，降低了网络的设计复杂度。 

附图说明

图1 为本实用新型节点装置的结构原理图； 

图2为第i个网络节点的光标签处理流程图；

图3为第i个网络节点输出端光分组信号的频谱示意图；

图4 (a)为实施例中第二个网络节点的光路由信号图，图4(b)为实施例中第四个网络节点的光路由信号图；

图5(a)为实施例中光分组的光标签信号x _m ，图5(b)为实施例中接收端的光标签信号Y _k 。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明： 

本实用新型的思路为：对于光分组交换网络，每个网络节点只将该节点的路由信息调制在OFDM的一个子载波上，而不是占据OFDM的全部子载波，从而有效提高光标签信道的频谱利用效率。光分组中的光标签信号与载荷信号在不同的光波长上，光标签信号不影响载荷信号的传输，并且能够通过滤波器方便的提取光标签信号。

为了实施该方法，设计了如图1所示的节点装置，如图所示，该节点装置包括带有A端口、B端口及C端口的光滤波器1，带有a端口、b端口及c端口的光分路器2，光OFDM接收机3，控制处理模块4，光纤延时线5.1，光纤延时线5.2，耦合器6.1，耦合器6.2，光开关矩阵7，光OFDM发送机8，光滤波器1的B端口与光分路器2的a端口连接，光滤波器1的C端口经过光纤延时线5.2与光开关矩阵7的一端连接，光分路器2的b端口与耦合器6.1的一个输入端连接，光分路器2的c端口经过光OFDM接收机3与控制处理模块4相连接，控制处理模块4与光开关矩阵7电连接并对光开关矩阵7进行控制，光OFDM发送机8的输出端通过光纤延时线5.1与耦合器6.1的另一个输入端连接，耦合器6.1的输出端及光开关矩阵7的另一端分别与耦合器6.2的两个输入端相连接。 

分组数据从光滤波器1的A端口进入，经过滤波后，光标签信号从光滤波器1的B端口输出。而光净荷信号从光滤波器1的C端口输出后，经过光纤延时线5.2进入光开关矩阵7。光标签信号由光分路器2的a端口进入，部分光标签信号从b端口输出，并与光OFDM发送机8产生的第i个网络节点的光路由信号，通过耦合器6.2耦合形成本节点新的光标签信号，其中第i个网络节点的光路由信号通过光纤延时线5.1的适当延时控制，与b端口输出的原光标签信号保持严格同步。部分光标签信号从c端口输出，进入光OFDM接收机3进行光电转换和OFDM解调处理，并在控制处理模块4中提取第i-1个子载波上的的路由信息，并产生控制信号对光开关矩阵7的状态进行控制，从而将光净荷信号发送至正确的输出端口，由耦合器6.1输出的本节点光标签信号与光净荷信号通过耦合器6.2组成新的光分组数据在网络中继续传输。 

多个上述的节点装置通过光纤连接，构成光分组交换网络。该网络中，光分组交换具体按照以下方法： 

步骤1、当分组数据进入光分组交换网络时，将分组数据中的路由信息调制在OFDM的第一个子载波上，并将该OFDM信号调制到光载波

上形成光标签信号；分组数据中的载荷数据调制到另一个波长的光载波

上形成光净荷信号；光净荷信号与光标签信号组成光分组信号，并在光分组交换网络中传输；

步骤2、当光分组信号通过第i个网络节点时，i=2,3,4，…，N，N表示光分组要经过的中间节点数量，首先通过光滤波器将光标签信号提取出来；提取出的光标签信号经过分光器分为两部分，分别进入光标签处理单元和控制处理单元；光净荷信号经过一定延时后进入光开关矩阵；

在光标签处理单元中，第i个网络节点将路由信息调制在OFDM频带的第i个子载波上，并将电OFDM信号调制到光载波上形成第i个网络节点的光路由信号，将第i个网络节点的光路由信号经过延时控制与从光分组中滤波得到的原光标签信号同步后，耦合形成本节点新的光标签信号；

在控制处理单元中，经过光电转换和OFDM解调，提取出OFDM信号中第i-1个子载波上的路由信息，根据光标签信号中第i-1个子载波上的的路由信息，控制光开关矩阵状态，将光净荷信号发送至正确的输出端口；

步骤3、在输出端口，本节点新的光标签信号与光净荷信号组成新的光分组信号，继续在网络中传输。

在第i个网络节点输出端口，光分组信号中的新光标签信号，是由第1个网络节点的光路由信号，第2个网络节点的光路由信号，…，第i个网络节点的光路由信号共同组成。组成光标签信号的各个网络节点的光路由信号均保持严格的同步。 

图3为第i个网络节点输出端口光分组信号的频谱示意图。光标签信号在波长

处，光净荷信号在波长

处，两者组成光分组信号在光分组交换网络中传输。第1个网络节点的路由信息，第2个网络节点的路由信息，…，第i个网络节点的路由信息分别处在OFDM频带的第1个，第2个，…，第i个子载波上。 

传统的多载波调制是基于非重叠的有限带宽信号，通过在发射端和接收端使用大量的振荡器和滤波器来实现。为了保证滤波器和振荡器设计的有效性，我们必须使信道间隔远大于符号传输带宽，这就使得多载波调制需要占用过多的频率带宽，降低了频带利用率。为了解决这个问题，正交频分复用即OFDM技术被提出，该技术使用频谱重叠却又相互正交的信号组，如果任意两个子载波满足条件 

，

其中f ₁ 和 f ₂ 为子载波的频率，T _s 指的是符号周期，M为正整数。那么这两个子载波就相互正交，这就意味着，如果频率间隔是符号周期倒数的整数倍的正交子载波组，则可以通过匹配滤波器进行恢复。尽管信号频谱重叠严重，缺没有引入载波间的干扰。1971年，Weinstein首先提出了利用离散傅里叶反变换（IDFT）/离散傅里叶变换（DFT）实现OFDM调制/解调的方法。使用IDFT实现OFDM调制的具体形式如下：

其中N _sc 表示子载波数目，X _k 表示第k个子载波上的数据信息，x _m 表示所有子载波调制并叠加后总信号的第m个采样，采样时间间隔为T _s /N _sc 。OFDM解调的形式则相应的为：

在本实用新型中，假设第i个网络节点的路由信息数据为X(i) _k ，k表示第k个子载波。因为第i个网络节点的路由信息只加载在第i个子载波上，其他子载波上的数据均为0。所以当且仅当k=i时，X(i) _k ≠0。经过OFDM调制后，第i个网络节点的光路由信号x(i) _m 为： 

其中N为子载波数目。所有节点均采用相同的子载波数和IDFT/DFT运算长度。在第i个网络节点的输出端口，光标签信号是由x(1) _m ，x(2) _m ，…，x(i) _m 共同组成的，当各个节点光标签信号保持同步时，可得：

经过OFDM解调后的信号 Y _k 为：

从结果可知，OFDM解调后得到的信号Y _k 为X(1) _k +X(2) _k +…+X(i) _k 。即接收信号的第k个子载波上的数据是所有网络节点路由信息中第k个子载波上的数据的和。由子载波调制方式可知，当k=1时，只有X(1) _k 有数据信息，其他X(2) _k ，X(3) _k ，…，X(i) _k 均为0，即Y _k =X(1) _k 。类似当k=i时，Y _k =X(i) _k 。所以从接收信号Y _k 的不同子载波上可以获得相应网络节点的路由信息，实现本实用新型所提出的基于OFDM子载波的光标签处理方法。

假设光标签信号的OFDM频带中的子载波数量为16，DFT运算长度为16，采用BPSK调制，第二个网络节点的路由信息为X(2) _k  =(0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0)，即只在第二个子载波上数据为1，其他子载波上均为0。类似，第四个网络节点的X(4) _k  =(0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0)。经过OFDM调制后，第二个网络节点产生的光标签信号为x(2) _m ，第四个网络节点产生的光标签信号为x(4) _m ，如图4(a)和图4(b)所示。本实施例中光分组的光标签信号x _m 由x(2) _m 和x(4) _m 叠加组成并传输，在接收端进行OFDM解调，得到接收信号Y _k =(0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0) ，如图5(a)和图5(b)所示。可以发现，从接收信号的第二个和第四个子载波上可以得到相应的第二个和第四个网络节点的路由信息。 

Claims (2)

1.一种基于OFDM子载波的光分组交换节点装置，其特征在于，该节点装置包括：具有输入端口和第一、第二输出端口的光滤波器，具有输入端口和第一、第二输出端口的光分路器，光OFDM接收机，控制处理模块，第一、第二光纤延时线，第一、第二耦合器，光开关矩阵，光OFDM发送机；光滤波器的第一输出端口与光分路器的输入端口连接，光滤波器的第二输出端口经过第二光纤延时线与光开关矩阵的一端连接，光分路器的第一输出端口与第一耦合器的一个输入端连接，光分路器的第二输出端口经过光OFDM接收机与控制处理模块相连接，控制处理模块与光开关矩阵的控制端电连接并对其进行控制，光OFDM发送机的输出端通过第一光纤延时线与第一耦合器的另一个输入端连接，第一耦合器的输出端和光开关矩阵的另一端分别与第二耦合器的两个输入端相连接。

2.一种光分组交换网络，包括通过光纤连接的多个网络节点，其特征在于，所述网络节点为权利要求1所述节点装置。

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