WO2015161534A1 - 一种光交换芯片性能的获取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光交换芯片性能的获取方法，通过用户的光交换连接请求所确定的所有路由方式，确定出不同路由方式下组成光交换芯片中光开关的配置状态，再根据行列交替路由的方式获取到不同光开关配置状态下的光交换芯片的性能。这样的方法适合任意拓扑结构的光交换芯片，且获取方法简单，同时具有可扩展、效率低以及简单易行的优点。
Description
一种光交换芯片性能的获取方法 技术领域 本发明属于光通信技术领域， 更为具体地讲， 涉及一种光交换芯片性能的 获取方法。 背景技术 光纤通信网络已成为电信网、 机算机网、 有线电视网乃至目前倍受关注的 物联网的重要支撑， 其技术成果已渗透到诸多领域， 不断影响着人们的生活方 式。 光纤通信网络的发展离不开光传输和光交换 （处理） 两大核心技术。 然而， 目前普遍采用的 "光一电一光"交换 /处理方式难以与高速光纤传输相匹配， 成 为制约光纤信息网络进一步发展的瓶颈。 光子信息处理技术被认为是解决这种 "电子瓶颈" 的有效手段， 成为当今世界范围内的前沿研究领域。
新一代的信息通信网络逐渐向全光交换网络演进， 光交换结构作为全光交 换网络的核心技术， 决定了网络的光交换容量、 功能和性能。 采用光子集成技 术实现大规模光交换芯片已成为光信息处理领域的研究热点， 光开关结构是组 成光交换芯片的基本单元， 目前报道的端口数最多的是基于硅隔离体一马赫曾 德干涉仪 （SOI-MZI) 的 8x8光交换芯片。 当前， 国际上正在采用 CMOS标准 工艺技术， 设计、 制备基于 SOI-MRR光开关单元的大规模可拓展光交换芯片， 可实现 16 X 16端口的任意交换。其中，光交换芯片性能与光交换芯片拓扑结构、 交换芯片工艺设计、 以及交换芯片驱动电路等密切相关， 对光纤通信网络的发 展应用也起到了至关重要的作用。 一个完整的光子交换集成芯片的设计、 制备、 模块化封装和测试需要很长的时间， 而且需要耗费大量的人力、 物力和财力， 采用计算或仿真光交换芯片性能的方法， 可以大大缩短光子集成芯片的设计周 期。
现有的光交换芯片性能的获取方法是根据具体的光开关拓扑结构， 按照信 号传输的路径， 采用传输矩阵的方法， 一级一级地进行计算， 因此该方法并不 通用、 可扩展性差， 且其计算规模将随着开关规模的扩大而极速地增大， 当开 关规模变得非常大的时候， 其计算过程将变得非常复杂， 面对快速增长的光通
信技术， 光开关的拓扑结构和规模将时刻处于变动之中， 采用传统的获取方法 并不能很好地对光交换芯片的性能进行测试。 发明内容 本发明的目的在于克服现有技术的不足， 提供一种光交换芯片性能的获取 方法， 通过行列交替路由的方式计算各个输入端口对应的组播光功率， 从而获 取到给定光开关配置状态下的光交换芯片性能， 具有可扩展、 效率低以及简单 易行的特点。
为实现上述发明目的， 本发明一种光交换芯片性能的获取方法， 其特征在 于， 包括以下步骤：
( 1 ) 、 确定光开关的配置方式；
根据用户的光交换连接请求所确定的所有路由方式， 确定出不同路由方式 下组成光交换芯片中光开关的配置状态；
(2) 、 构建光交换芯片的拓扑信息表；
根据第一种路由方式下的光开关配置状态获取光交换芯片各组成单元的光 场传输矩阵信息， 再结合光交换芯片内各组成单元的连接信息构建光交换芯片 的拓扑信息表， 其中光交换芯片组成单元包括光开关单元， 交叉波导， 以及实 现光开关单元和交叉波导间连接的直连波导；
(3 ) 、 计算各输入端口对应的组播光功率；
根据光交换芯片的拓扑信息表， 计算出光交换芯片中各输入端口对应的输 出功率， 即为各输入端口对应的组播光功率；
(4) 、 获取光交换芯片的性能；
根据各个输入端口对应的组播光功率信息， 计算出各个输入端口与对应输 出端口间的插入损耗和串扰， 从而获取到该配置状态下的光交换芯片性能； 在第一种路由方式下的光交换芯片性能获取完成后， 继续获取下一种路由 方式的光交换芯片性能， 并依次执行第一种路由方式的相同处理， 直到最后一 种路由方式， 从而获取到各种路由方式下的光交换芯片性能。
其中所述的光交换芯片的性能包括： 每个输入输出端口之间的插入损耗和 输出光信噪比 （OSNR), 以及串扰等， 其中， OSNR包括同频输入和异频输入。
进一步地， 所述的插入损耗和串扰的获取方法为： 将通常的传输矩阵计算
方式转化为行列交替路由的计算方式， 从而计算出光交换芯片中输入端口与对 应输出端口间的插入损耗和串扰。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明光交换芯片性能的获取方法， 通过用户的光交换连接请求所确定的 所有路由方式， 确定出不同路由方式下组成光交换芯片中光开关的配置状态， 再根据行列交替路由的方式获取到不同光开关配置状态下的光交换芯片的性 能。 这样的方法适合任意拓扑结构的光交换芯片， 且获取方法简单， 同时具有 可扩展、 效率低以及简单易行的优点。
同时， 本发明光交换芯片性能的获取方法还具有以下有益效果：
( 1 )、 本发明中将传统的传输矩阵计算方式改为行列交替路由的方式， 这 样不仅通用于各种网络拓扑， 还具有可扩展、 效率低以及简单易行的性能；
(2)、 本发明用于光交换芯片的性能计算中， 可为光交换芯片的光学或电 学特性设计提供一种评估手段。
附图说明
图 1是本发明光交换芯片性能的获取方法的流程图；
图 2是一种无阻塞式 4X4光交换芯片的拓扑结构图；
图 3是图 2所示光开关模块的马赫增德尔干涉仪形式的结构图；
表 1是光交换芯片的拓扑信息表。 具体实施方式 下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述， 以便本领域的技术人员更 好地理解本发明。 需要特别提醒注意的是， 在以下的描述中， 当已知功能和设 计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时， 这些描述在这里将被忽略。 实施例 图 1是本发明光交换芯片性能的获取方法的流程图。
图 2是一种无阻塞式 4X4光交换芯片的拓扑结构图。
表 1是光交换芯片的拓扑信息表。
本发明一种计算光交换芯片性能的方法， 如图 1所示， 包括以下步骤： ( 1 ) 、 确定光开关的配置方式；
根据用户的光交换连接请求所确定的所有路由方式， 确定出不同路由方式 下组成光交换芯片中光开关的配置状态；
本实施例中， 如图 2所示， 给出了一种无阻塞式 4X4光交换芯片的拓扑结 构， 包括信号发送单元， 光交换芯片单元和信号接收单元， 其中， 光交换芯片 单元包括 6个 2x2光开关模块、 两个交叉波导模块， 以及一些直连波导；
假如用户发出的光交换连接请求是： 实现发送端 1到接收端 1， 发送端 2到 接收端 2，发送端 3到接收端 3， 发送端 4到接收端 4的交换。则根据路由算法， 可能的路由方式有 4种， 即有 4种不同的光开关配置状态均满足上述光交换连 接请求， 它们分别是：
路由 1 : 6个 2x2光开关模块均处于阻断状态；
路由 2: 2x2光开关模块 1和 5处于交叉状态， 其余光开关模块均处于阻断 状态；
路由 3 : 2x2光开关模块 2和 6处于交叉状态， 其余光开关模块均处于阻断 状态；
路由 4: 2x2光开关模块 3和 4处于阻断状态， 其余光开关模块均处于交叉 状态；
( 2 ) 、 构建光交换芯片的拓扑信息表；
根据第一种路由方式下的光开关配置状态获取光交换芯片各组成单元的光 场传输矩阵信息， 再结合光交换芯片内各组成单元的连接信息构建光交换芯片 的拓扑信息表， 其中光交换芯片组成单元包括光开关单元， 交叉波导， 以及实 现光开关单元和交叉波导间连接的直连波导；
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
本实施例中， 以路由 4为例， 确定出路由 4方式下光开关的配置状态： 2x2 光开关模块 1, 2, 5和 6处于交叉状态， 2x2光开关模块 3和 4处于阻断状态； 光开关模块的状态确定之后其传输矩阵的信息也确定， 直连波导和交叉波 导的传输矩阵信息不随路由方式的改变而改变， 因此， 综合光交换芯片的拓扑 结构信息和其中各组成单元的传输矩阵信息， 构建的路由 4情况下的光交换芯 片的拓扑信息表如表 1所示， （1 ) 行 （1 ) 列对应的是 2x2光开关模块 1的传 输矩阵， （2) 行 （2) 列对应的是 2x2光开关模块 2的传输矩阵， （3 ) 行 （3 ) 列对应的是交叉波导模块 1的传输矩阵， （4 ) 行 （4) 列对应的是 2x2光开关 模块 3的传输矩阵， （5 ) 行 （5 ) 列对应的是 2x2光开关模块 4的传输矩阵，
(6) 行 （6) 列对应的是交叉波导模块 2 的传输矩阵， （7) 行 （7) 列对应的 是 2x2光开关模块 5的传输矩阵， （8) 行 （8) 列对应的是 2x2光开关模块 6 的传输矩阵； （3) 行 （1) 列中的 a13对应的是 2x2光开关模块 1的 2输出端口 与交叉波导模块 1的 1输入端口间的直连波导， 其它 aij(l≤i≤8，l≤j≤8)类似； 同 样在路由方式 1、 2和 3的情况下， 也可按照相同的方法得到光交换芯片的拓扑 信息表；
(3) 、 计算各输入端口对应的组播光功率；
根据光交换芯片的拓扑信息表， 计算出光交换芯片中各输入端口对应的输 出功率， 即为各输入端口对应的组播光功率；
本实施例中， 以输入端口 1为例， 计算在路由方式 4方式下对应的组播光 功率。 表 1中行列交替连接线段即为输入端口 1的组播传输路径。 从表 1中可 以看出， 1端口的输入光信号最终将从 4个端口输出， 类似于单输入到多输出的 组播传输形式， 其中只有从输出端口 1 输出的光信号是我们所希望的， 其他均 为串扰。 4个输出端口的输出光功率可按照行列交替路由的方式计算。 以表 1中 的虚线段为例， 按照行列交替路由的方法计算输出端口的光信号， 假如输入端 口 1的输入光信号为 Eml， 则从（1)行（1)列单元中输出的光信号 Ε„=Μ„·Ειη1， 从（4) 行 （1) 列单元中输出的光信号 Ε41=½·Ε„， 从（4) 行 （4) 列单元中输 出的光信号E44=M41·E41， 从 （7) 行 （4) 列单元中输出的光信号 Ε74=¾7·Ε44， 从（7) 行（7) 列单元中输出的光信号 Ε77=Μ71·Ε74， Ε77即为其中一个输出端口 的光信号； 按照相同的方法， 其他输出端口的光信号也能得到。 在得到输入端 口 1的组播光功率后， 即可按照相同的方法计算输入端口 2、 3和 4的组播光功 率。 同样， 在路由方式 1、 2和 3的情况下， 也可按照相同的方法计算各个输入 端口的组播光功率。
(4) 、 获取光交换芯片的性能；
根据各个输入端口对应的组播光功率信息， 计算出各个输入端口与对应输 出端口间的插入损耗和串扰， 从而获取到该配置状态下的光交换芯片性能； 在第一种路由方式下的光交换芯片性能计算完成后， 继续计算下一种路由 方式的光交换芯片性能， 并依次执行第一种路由方式的相同处理， 直到最后一 种路由方式， 从而获取到各种路由方式下的光交换芯片性能。
这样， 路由 4配置状态下光交换芯片的性能参数就获取完成， 采用同样的 方法， 获取到路由 1~3方式下的光交换芯片性能。
图 3是图 2所示光开关模块的马赫增德尔干涉仪形式的结构图。
本实施例中， 如图 3所示， A)和 Λ为输入光信号， ^、 和 ^为马赫增 德尔干涉仪形式的光开关模块交换过程中的光信号， ^和^为输出光信号。 加 电压时， 2x2光开关处于阻断状态， 实现 A)到 ^， Λ到 ^的交换； 不加电压时， 2x2光开关处于交叉状态， 实现 A)到 A， Λ到 ^的交换。 因此通过改变马赫增 德尔干涉仪形式的光开关模块上面一条臂的电压， 即可实现两个输入光信号的 选择性输出。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述， 以便于本技术领域 的技术人员理解本发明， 但应该清楚， 本发明不限于具体实施方式的范围， 对 本技术领域的普通技术人员来讲， 只要各种变化在所附的权利要求限定和确定 的本发明的精神和范围内， 这些变化是显而易见的， 一切利用本发明构思的发 明创造均在保护之列。
Claims
1、 一种光交换芯片性能的获取方法， 其特征在于， 包括以下步骤：
( 1 ) 、 确定光开关的配置方式；
根据用户的光交换连接请求所确定的所有路由方式， 确定出不同路由方式 下组成光交换芯片中光开关的配置状态；
(2) 、 构建光交换芯片的拓扑信息表；
根据第一种路由方式下的光开关配置状态获取光交换芯片各组成单元的光 场传输矩阵信息， 再结合光交换芯片内各组成单元的连接信息构建光交换芯片 的拓扑信息表， 其中光交换芯片组成单元包括光开关单元， 交叉波导， 以及实 现光开关单元和交叉波导间连接的直连波导；
(3 ) 、 计算各输入端口对应的组播光功率；
根据光交换芯片的拓扑表， 计算出光交换芯片中各输入端口对应的输出功 率， 即为各输入端口对应的组播光功率；
(4) 、 获取光交换芯片的性能；
根据各个输入端口对应的组播光功率信息， 计算出各个输入端口与对应输 出端口间的插入损耗和串扰， 从而获取到该配置状态下的光交换芯片性能； 在第一种路由方式下的光交换芯片性能获取完成后， 继续获取下一种路由 方式的光交换芯片性能， 并依次执行第一种路由方式的相同处理， 直到最后一 种路由方式， 从而获取到各种路由方式下的光交换芯片性能。
2、 根据权利要求 1所述的光交换芯片性能的获取方法， 其特征在于， 所述 的光交换芯片的性能包括： 每个输入输出端口之间的插入损耗和输出光信噪比
(OSNR), 以及串扰等， 其中， OSNR包括同频输入和异频输入。
3、 根据权利要求 1或 2所述的光交换芯片性能的获取方法， 其特征在于， 包括： 所述输入端口与对应输出端口间的插入损耗和串扰的获取方法为： 将通 常的传输矩阵计算方式转化为行列交替路由的计算方式， 从而计算出光交换芯 片中输入端口与对应输出端口间的插入损耗和串扰。
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