專利名稱：一種掃頻相干探測識別光譜幅度碼標(biāo)記的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，特別涉及一種基于相干探測技術(shù)識別光譜幅度碼標(biāo)記的實現(xiàn)方法和裝置。
背景技術(shù)：
進入21世紀(jì)以來，隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，IP數(shù)據(jù)量與業(yè)務(wù)量的爆炸式增長對通信網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。雖然目前光通信主干網(wǎng)的傳輸容量已達到Tb/s量級，但作為光通信網(wǎng)中不可缺少的一個部分——交換節(jié)點，仍需對數(shù)據(jù)包進行光/電/光轉(zhuǎn)換與電域處理。由于電子交換和電信息處理速度已達到極限，這大大制約了現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度，造成了數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)摹半娮悠款i”。這導(dǎo)致光波長通道鏈路承載的速率信號在交換節(jié)點處需要進行速率匹配，進而造成交換節(jié)點成為整個通信網(wǎng)的瓶頸，兩個子網(wǎng)之間大量光/電接口適配和速率匹配操作降低了網(wǎng)絡(luò)資源利用率，降低了網(wǎng)絡(luò)性能與效率，增加了網(wǎng)絡(luò)成本。為解決這一問題，人們提出了光標(biāo)記交換(OLS，Optical Label Switching) 技術(shù)，以期在網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點處擺脫對電處理的依賴，實現(xiàn)能對信息進行全光交換和全光處理的全光網(wǎng)(AON，All-Optical Network)。在全光網(wǎng)中，信息從發(fā)送節(jié)點傳輸至接收節(jié)點的過程中，始終以光信號的形式存在，無需光電轉(zhuǎn)換，從而大幅提升網(wǎng)絡(luò)性能。本世紀(jì)初，隨著對光碼分復(fù)用(OCDM，OpticalCode Division Multiplexing)技術(shù)研究的深入，光碼(0C:0ptiCal Code)的概念被逐步擴展至光標(biāo)記交換領(lǐng)域中。作為一項最新的光標(biāo)記交換技術(shù)，OC標(biāo)記技術(shù)的最大優(yōu)勢在于基于OCDM技術(shù)中的編/解碼原理，在光標(biāo)記交換系統(tǒng)的核心節(jié)點處，利用全光相關(guān)器對OC標(biāo)記進行識別，并使用光閾值判決器與光控光開關(guān)完成對凈荷的轉(zhuǎn)發(fā)，從而可徹底擺脫光標(biāo)記交換系統(tǒng)核心節(jié)點處的光 /電/光轉(zhuǎn)換過程，在理論上實現(xiàn)真正的全光交換。目前，在OCDM技術(shù)與OC標(biāo)記交換系統(tǒng)中，已有多種編碼方式可供選擇。光譜幅度碼(SAC，Spectral Amplitude Code)則作為一種一維頻域編碼方式，憑借其工作原理簡單，系統(tǒng)復(fù)雜度低，標(biāo)記生成及識別容易實現(xiàn)等優(yōu)點，已引起了眾多研究者的關(guān)注，多種基于SAC編碼方式的新碼型也被陸續(xù)提出，并正在被廣泛應(yīng)用于OC標(biāo)記交換系統(tǒng)中2007年，加拿大McGill大學(xué)與Laval大學(xué)的研究者首次將SAC碼應(yīng)用于OC標(biāo)記交換系統(tǒng)，并通過相關(guān)探測法對SAC標(biāo)記進行識別。目前，對SAC標(biāo)記交換系統(tǒng)的研究仍處于起步階段，理論尚不成熟，還存在標(biāo)記識別單元結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜、實現(xiàn)成本過高、分光損耗過大、系統(tǒng)承載凈荷速率過低、凈荷調(diào)制方式單一等缺點，尚需進行更深入的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有SAC標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)中，標(biāo)記識別單元設(shè)計操作復(fù)雜，分光損耗過大，成本過高，實現(xiàn)難度較大等不足，提供了一種利用相干探測技術(shù)識別SAC光標(biāo)記交換的新方法，使標(biāo)記識別單元可免除分光損耗，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、實現(xiàn)成本低。
本發(fā)明采用的掃頻相干探測識別SAC光標(biāo)記技術(shù)方案為首先IP數(shù)據(jù)包路由信息進入SAC標(biāo)記生成器，形成SAC光標(biāo)記信號IP數(shù)據(jù)包的低速路由信息對SAC標(biāo)記編碼器進行控制，并由分布反饋式(DFB， Distributed Feedback)多波長激光器陣列與合波器生成SAC光標(biāo)記信號，繼而標(biāo)記信號進入3dB耦合器。其次，與IP數(shù)據(jù)包路由信息速率相同的鋸齒波函數(shù)通過光頻率調(diào)制器，對DFB激光器進行頻率調(diào)制(FM，F(xiàn)requency Modulation)，生成發(fā)射功率恒定，工作頻率隨時間線性變化的掃頻本振光源(L0，Local Oscillator)，繼而進入3dB耦合器。最后，SAC光標(biāo)記信號與本振光源的混合信號進入由平衡檢測接收機構(gòu)成的標(biāo)記接收部分，完成對標(biāo)記信號的識別首先，3dB耦合器將混頻信號等功率分為兩部分，并將其分別送入平衡檢測接收機的上路與下路；其次，混頻信號進入平衡檢測接收機的上路與下路，首先經(jīng)過光電探測器(PD， Photodiode)進行光電轉(zhuǎn)換，再通過低通濾波器(LPF，Low Pass Filter)對解調(diào)信號進行濾波整形；最后，兩路信號經(jīng)減法器消除直流分量與噪聲分量后，將SAC光標(biāo)記信號解調(diào)出來。本發(fā)明的有益效果是，SAC光標(biāo)記信號的識別過程只需通過一個本振光源與一個平衡檢測接收機完成，這大大降低了原有相關(guān)識別方案的系統(tǒng)復(fù)雜度與實現(xiàn)成本，并可免除過大的分光損耗，具有很強的實際可操作性。


圖1為本發(fā)明中掃頻相干探測SAC標(biāo)記識別單元原理圖；圖2為本發(fā)明中相干探測光譜幅度碼標(biāo)記識別單元的總體系統(tǒng)模型圖。其中標(biāo)記生成器由信號發(fā)生器、分布反饋式(DFB)多波長激光器陣列、標(biāo)記編碼器與合波器構(gòu)成；掃頻本振光源由鋸齒波函數(shù)發(fā)生器、DFB激光器與光頻率調(diào)制器構(gòu)成；標(biāo)記識別平衡檢測接收機由3dB耦合器，上下路光電探測器(PD)、低通濾波器(LPF)及減法器構(gòu)成；圖3為本發(fā)明中標(biāo)記生成器結(jié)構(gòu)圖。由信號發(fā)生器、DFB多波長激光器陣列、標(biāo)記編碼器與合波器構(gòu)成；圖4為本發(fā)明中掃頻本振光源結(jié)構(gòu)圖。由鋸齒波函數(shù)發(fā)生器、DFB激光器與光頻率調(diào)制器構(gòu)成；圖5為本發(fā)明中標(biāo)記識別平衡檢測接收機結(jié)構(gòu)圖。由3dB耦合器，上下路光電探測器(PD)、低通濾波器(LPF)及減法器構(gòu)成；圖6為本發(fā)明中由標(biāo)記生成器產(chǎn)生的SAC光標(biāo)記頻譜圖；圖7為本發(fā)明中由本振光源單元產(chǎn)生的發(fā)射功率恒定，工作頻率隨時間線性變化的掃頻本振光的頻率變化曲線；圖8為本發(fā)明中標(biāo)記信號經(jīng)解調(diào)后的波形；圖9為本發(fā)明中標(biāo)記信號的解調(diào)眼圖。
具體實施例方式下面根據(jù)附圖和實例對本發(fā)明作進一步詳細說明如圖1所示的掃頻相干探測SAC標(biāo)記識別單元原理圖。SAC光標(biāo)記與掃頻本振光源經(jīng)混頻后，利用相干探測技術(shù)與平衡檢測接收機，實現(xiàn)對SAC標(biāo)記的識別。基于頻域編碼的SAC光標(biāo)記，本發(fā)明以4碼字(f” f2、f3、f4) “ 1010” SAC光標(biāo)記為例(如圖1 (a)所示)。線性掃頻本振光源為工作頻率覆蓋SAC標(biāo)記所有可用頻率(f\ f4)，且傳輸函數(shù)為fL。(tn) =fn(其中n = l、2、3、4)(如圖1(b)所示)的光源信號。上述兩路光信號經(jīng)一個3dB耦合器混頻后，混合信號再經(jīng)平衡檢測接收機濾除高頻分量、直流分量與信道噪聲，最終得到相應(yīng)的時域標(biāo)記信號(如圖1(c)所示)。圖1中光電探測器可將混頻信號由光域解調(diào)至電域，完成光電轉(zhuǎn)換過程；低通濾波器可濾除信號中的高頻干擾信號及部分噪聲；減法器可消除信號中的直流分量與噪聲分量，并可增大接收信號的對比度。圖2所示即為本發(fā)明中相干探測光譜幅度碼標(biāo)記識別單元的總體系統(tǒng)模型。由標(biāo)記生成器、掃頻本振光源、及標(biāo)記識別平衡檢測接收機三部分構(gòu)成。上述三個單元結(jié)構(gòu)分別通過圖3、圖4與圖5進行描述。圖3所示為SAC標(biāo)記生成器。光源部分本發(fā)明以4波長為例，其工作頻率分別以 193. 065THz、193. 06THz、193. 055THz與193. 05THz為例。標(biāo)記編碼器由IP數(shù)據(jù)包路由信息進行控制(本發(fā)明以156Mb/s為例)，并對4波長光源進行調(diào)制。編碼器的輸出信號經(jīng)合波器合波后，生成4碼字SAC標(biāo)記，本發(fā)明以標(biāo)記“ 1010”為例。圖6所示即為SAC標(biāo)記 “1010”的頻譜圖，圖8所示為經(jīng)解調(diào)后的SAC標(biāo)記，圖9所示為標(biāo)記信號眼圖。圖4所示為掃頻本振光源模塊。包括根據(jù)SAC標(biāo)記速率，鋸齒波函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生39MHz (156Mb/s/4碼字)鋸齒波函數(shù)信號；DFB激光器用于產(chǎn)生本振光源信號，根據(jù)本發(fā)明選擇的SAC標(biāo)記信號頻率范圍，其工作頻率在此處設(shè)定為193. 049THz ；鋸齒波函數(shù)信號與光源信號經(jīng)光頻率調(diào)制器調(diào)制后，即可生成發(fā)生功率恒定，工作頻率隨時間線性變化的掃頻本振光源。為覆蓋所有標(biāo)記可用頻率，該本振光源掃頻范圍為193. 049THz 193. 066THz，頻率變化17GHz。圖7所示即為該本振光源信號工作頻率隨時間的變化曲線。經(jīng)混頻后的本振光源與SAC光標(biāo)記進入圖5所示的平衡檢測接收機模塊3dB耦合器，用于將傳送來的混頻信號等功率分成兩部分，分別輸入平衡檢測接收機的上路與下路；光電探測器，接收混頻信號，并直接探測信號強度，即將混頻信號轉(zhuǎn)化為電信號， 從而將IP路由信息解調(diào)出來；低通濾波器，接收光電檢測器的輸出，對IP數(shù)據(jù)包路由信息信號進行整形，濾除高頻分量及部分噪聲，提高標(biāo)記信號接收質(zhì)量；減法器，對上下兩路輸出的標(biāo)記電信號做相減運算，濾除信號中的直流分量與部分噪聲，提高接收信號的對比度與接收質(zhì)量。綜上，本發(fā)明采用掃頻相干探測技術(shù)對SAC光標(biāo)記進行識別，這大大降低了現(xiàn)有 SAC標(biāo)記相關(guān)識別單元的系統(tǒng)復(fù)雜度與實現(xiàn)成本，并免除了較大的分光損耗，同時該發(fā)明簡單、易行，使SAC標(biāo)記的識別單元更具有實際可操作性。 總之，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非僅用于限定本發(fā)明的保護范圍，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在本發(fā)明公開的內(nèi)容上，還可以做出若干等同變形和替換，這些等同變形和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種信息處理設(shè)備，用于光標(biāo)記交換系統(tǒng)中，光譜幅度碼標(biāo)記的產(chǎn)生、識別與檢測， 其特征在于，包括標(biāo)記生成器，用于將來自接入網(wǎng)的IP數(shù)據(jù)包路由信息作為標(biāo)記信號，并通過標(biāo)記編碼器對標(biāo)記信號進行編碼，產(chǎn)生光譜幅度碼標(biāo)記；掃頻本振光源，產(chǎn)生功率恒定，工作頻率隨時間線性變化的掃頻光源，并利用相干探測技術(shù)實現(xiàn)對光譜幅度碼標(biāo)記識別與檢測；標(biāo)記信號平衡檢測接收機，用于接收本振光源與光譜幅度碼標(biāo)記混合后所產(chǎn)生的混頻信號，并對標(biāo)記信號進行檢測與解調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息處理設(shè)備，其特征在于，所述標(biāo)記生成器包括 多波長激光器陣列，作為光譜幅度碼標(biāo)記的光源部分，用于產(chǎn)生初始多波長光信號； 標(biāo)記編碼器，用于對輸入的多波長光信號進行編碼，通過IP數(shù)據(jù)包路由信息對該編碼器進行控制，生成相應(yīng)的光譜幅度碼標(biāo)記信號；合波器，用于對來自與標(biāo)記編碼器的多波長標(biāo)記信號進行合波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息處理設(shè)備，其特征在于，所述掃頻本振光源，包括鋸齒波函數(shù)發(fā)生器，用于產(chǎn)生周期性變化的鋸齒波函數(shù)電信號，且該周期即為掃頻本振光源的掃頻周期；光頻率調(diào)制器，用于對本振光源中的激光光源進行頻率調(diào)制，使光源的工作頻率產(chǎn)生線性變化；分布式反饋激光器，用于產(chǎn)生光源信號，該光源與鋸齒波函數(shù)信號經(jīng)頻率調(diào)制后，生成功率恒定、工作頻率隨時間線性變化的掃頻本振光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信息處理方法，其特征在于，掃頻本振光源的掃頻范圍由頻率調(diào)制器的調(diào)頻范圍控制，掃頻速度與鋸齒波函數(shù)信號的速度一致，該掃頻范圍能覆蓋多波長光譜幅度碼的全部可用頻率，且掃頻速度與IP數(shù)據(jù)包路由信息的傳輸速度一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息處理設(shè)備，其特征在于，所述標(biāo)記信號平衡檢測接收機包括3dB耦合器，用于將編碼后形成的光譜幅度碼標(biāo)記與掃頻本振光源進行耦合，形成混頻信號后，再將該混頻信號按功率等比例分成兩部分，兩路信號分別輸入標(biāo)記信號平衡檢測接收機的上路與下路；標(biāo)記信號平衡檢測接收機，用于接收來自3dB耦合器的混頻信號，并經(jīng)檢測、濾波、減法運算與判決，解調(diào)出標(biāo)記信號，即IP數(shù)據(jù)包的路由信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的信息處理設(shè)備，其特征在于，所述標(biāo)記信號平衡檢測接收機包括a上路光電探測器，用于將由耦合器傳送來的混頻信號轉(zhuǎn)化為正向電信號，解調(diào)出IP數(shù)據(jù)包的路由信息；低通濾波器，接收光電探測器的輸出，對IP數(shù)據(jù)包路由信息信號進行整形，降低標(biāo)記信號誤碼率，提高信號接收質(zhì)量； b下路光電探測器，用于將由耦合器傳送來的混頻信號轉(zhuǎn)化為負向電信號，解調(diào)出與上路信號完全反向的路由信號；低通濾波器，接收光電探測器的輸出，對IP數(shù)據(jù)包路由信息信號進行整形，降低路由信息信號誤碼率，提高信號接收質(zhì)量；減法器，用于對正向IP數(shù)據(jù)包路由信息與反向IP數(shù)據(jù)包路由信息進行相減運算，消除接收信號中的噪聲與直流分量，改善接收信號信噪比，提高信號接收質(zhì)量。
全文摘要
本發(fā)明公開一種信息處理設(shè)備，主要用于光標(biāo)記交換系統(tǒng)中，光標(biāo)記信息的產(chǎn)生、解調(diào)及接收，其中所述信息處理設(shè)備包括標(biāo)記生成器、掃頻本振光源及標(biāo)記檢測接收部分。所述掃頻本振光源主要通過經(jīng)鋸齒波函數(shù)進行頻率調(diào)制的分布式反饋激光器實現(xiàn)對光譜幅度碼標(biāo)記的相干探測識別，并通過平衡檢測法對標(biāo)記進行接收。采用該方法識別光譜幅度碼標(biāo)記，可大大簡化現(xiàn)有光譜幅度碼標(biāo)記的識別單元結(jié)構(gòu)，提高標(biāo)記信號接收質(zhì)量，并可有效降低系統(tǒng)分光損耗，提高系統(tǒng)實際可操作性。
文檔編號H04Q11/00GK102231646SQ20111012308
公開日2011年11月2日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者孫豹, 曹永盛, 胡哲峰, 陳開鑫, 陳福深 申請人:電子科技大學(xué)