專利名稱：曼徹斯特編碼信號的光譯碼的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在傳送分組格式信號的網(wǎng)絡中的光學處理，特別涉及用于這種網(wǎng)絡的全光代碼識別裝置。
光纖通信提供了許多優(yōu)于普通有線系統(tǒng)的優(yōu)點，這些優(yōu)點是低損耗、增加的帶寬、無電磁干擾(EMI)以及高安全性。因此，將光纖技術應用于局域網(wǎng)(LAN)越來越引起人們的興趣。但是，在過去人們一直認為如果提供新的寬帶業(yè)務補償光技術設備需花費附加費用，則光網(wǎng)絡將只進入小范圍的商業(yè)和住宅區(qū)?？商峁┑哪承拵I(yè)務是字母-數(shù)字顯示文本(例如“英國郵政總局數(shù)據(jù)檢索系統(tǒng)”)、攝影顯示文本、高清晰度電視、交互式點播電視(視頻庫)、可視電話、交互式圖形和高速數(shù)據(jù)業(yè)務。
雖然已經(jīng)認識到提供這種業(yè)務的重要性，但電信運營公司難于預測其市場潛力，因此就難于進行正確的重點投資。所需的是一種進入策略，使電話和低速數(shù)據(jù)業(yè)務能夠經(jīng)濟地利用光學技術，同時保留以較低成本擴展到將來的寬帶業(yè)務的潛能。
在已知的光網(wǎng)絡中，信息的選擇路由是在每一結(jié)點處利用電子裝置來實現(xiàn)的，即通過檢測接收的光信號來產(chǎn)生電信號(加上檢測器噪聲)。在以光方式再發(fā)送信號之前，該電信號在被進行處理和交換來消除噪聲之后必須被再生。再生與位速率有關，所以限制了可傳送的信息類型，這樣就阻礙了寬帶業(yè)務的傳輸。再生需要可以通過在每一結(jié)點處耦合部分的接收光信號、將耦合的信號變換為被以電方式處理的電信號以及利用電子處理器改換其余未耦合的光信號的路由來消除。不幸的是，電處理時間嚴格限制了光鏈路可允許的容量，所以寬帶業(yè)務的提供還是不現(xiàn)實的。因此，雖然電子處理器能夠(以納秒的數(shù)量級)迅速切換，但它需要相對較長的(微秒數(shù)量級的)時間進行處理和確定必需的信號路由。在這一方案中，未耦合的光信號在處理時間內(nèi)被較長長度的光纖進行延遲，而這顯然增大了每一交換結(jié)點的體積。
通過縮短處理時間，則在這種光網(wǎng)絡的各結(jié)點處信息的光發(fā)送將增大網(wǎng)絡容量。這不僅增大了網(wǎng)絡的容量，而且減小了所需的較長的光纖延遲長度。光信號處理是眾所周知的，但在給定網(wǎng)絡中光發(fā)送的特定方法將依賴于該網(wǎng)絡的特性。特別好的一種光網(wǎng)絡是近來開發(fā)的無源光網(wǎng)絡內(nèi)的電話(telephony over passiveoptical network)(TPON)。這種網(wǎng)絡無路由機制，即全部終端接收交換機發(fā)送的所有信息。TPON提供的主要優(yōu)點之一是在用戶之間進行傳輸?shù)哪芰?。這是因為TPON使用的總位速率是20兆位/秒(這一位速率的選取主要是為了能夠用廉價的CMOS電路來設計信號處理芯片)的緣故，這一總位速率被分成8Kbits/s的基本單元，即8Kbits/s是能夠從用戶傳送至用戶(或可被求和來提供n×8Kbits/s容量的信道)的基本傳輸單位。這一能力暗示TPON將特別適用于小范圍的商業(yè)區(qū)。TPON還顯示了將光纖經(jīng)濟地提供給電話用戶并具有以后擴展至寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(ISDN)的較大潛能的極大希望。
為了提高電信網(wǎng)絡中心部分的管理及靈活性，計劃用同步數(shù)字分層結(jié)構(SDH)管理的傳輸網(wǎng)絡代替當前的異步干線和中繼網(wǎng)。SDH網(wǎng)絡具有4個不同的層，無源光網(wǎng)絡(PON)為最低(“存取”)層，大容量路由網(wǎng)絡為較高(“內(nèi)核”或“長途”)層。由于“內(nèi)核”層需要最大的容量，所以它將主要得益于光控路由。但是，“存取”層所需容量的增大(由于額外業(yè)務的增加)將得益于光路由的使用。在“存取”層，預計對每一結(jié)點將有64個訪問點。因此能夠利用一系列代碼序列來尋址每一個結(jié)點，每一代碼序列允許高達64種排列。
實現(xiàn)SDH網(wǎng)絡的一種方法—該方法靈活并支持未來業(yè)務的擴展需要—是以當前用于要求無誤差通信的數(shù)據(jù)網(wǎng)中的分組交換為基礎的。這種系統(tǒng)所需的協(xié)議包含了復雜的校正、再發(fā)送分組或改換分組路由的方法，因此需要會造成長的延遲的大量處理。為了適應延遲關鍵但容錯的業(yè)務、例如話音，可以用非常簡單的協(xié)議來縮短所需的處理時間。這一技術的一個實例、它被稱為異步轉(zhuǎn)移模式(ATM)被用于快速分組交換或異步時分(ATD)。
ATM是使用短的固定長度信息分組或信元的標號多路復用技術。ATM信元較短，以便減小分組延遲，具有固定的長度，以便容易地限制轉(zhuǎn)換開關和多路復用器產(chǎn)生的延遲。它們具有使信元能利用每一開關處的硬件路由表進行高速傳送的短標號(或前綴)。對于大的傳輸帶寬(1千兆位/秒或以上)，這一路由選擇可以利用光碼識別(OCR)以光方式最有效地實現(xiàn)。
必須在要進行前綴的OCR的結(jié)點處分離分組前綴和信息字段。這可以通過使信息字段的位速率遠大于前綴的位速率和光碼識別裝置(OCRU)的響應時間來實現(xiàn)，因此太慢而無法“看到”信息字段位速率的OCRU將在前綴之后只“看到”恒定的光強。或者前綴和信息字段最好具有不同的波長，因此它們可容易地被分離，利用依賴于波長的耦合器或利用波分多路復用技術。
在開發(fā)用于TPON的光路由的光碼識別系統(tǒng)時，以下的要求必須得到滿足，即(a)需要64個具有最小冗余的代碼。這是因為SDH網(wǎng)絡在網(wǎng)絡的每一層上需要多達64個代碼來正確地尋址每一訪問終端的緣故；(b)OCRU應當是自定時的，即不應需要時鐘信號來同步OCRU；(c)應當用最少的元件來實現(xiàn)OCRU，由此降低成本和復雜程度；(d)必需迅速作出OCRU的匹配/失配判定，即OCRU的處理時間必須比電子系統(tǒng)的短；以及(e)由于多電平邏輯容易被總是在實際系統(tǒng)中存在的噪聲所惡化，所以OCRU輸出的邏輯電平應當保持最少。
國際專利申請GB 93/00090的說明書描述了用于識別預定n位光學代碼的OCRU。該OCRU包括具有一個輸入端和n個并行輸出端的n路分離器、與該分離器輸出端相關的多個組合器、以及被每個組合器的輸出控制的相應門電路。每一分離器的輸出被延遲從0至(n-1)比特的不同時間，每一組合器從至少一個分離器的輸出端接收輸入。如果預定的光學代碼加到分離器的輸入端，則該OCRU中的全部門電路被接通。每一組合器被設計成按2電平邏輯進行工作，設計成這樣，當預定的光代碼輸入到n路分離器時，每一個組合器接收具有一個或多個“0”或者具有一個或多個“1”的輸入，接收“1”輸入的每一組合器接收最多兩個這種輸入。
對于這一裝置，接收一個或多個“1”的每一門電路執(zhí)行“與”邏輯操作，接收一個或多個“0”的每一門電路執(zhí)行“反相”邏輯操作。這一裝置的不足是雖然“與”邏輯操作可以利用若干技術相當容易地實現(xiàn)，例如利用基于半導體的器件、基于光纖的器件(例如環(huán)形鏡)或聚合物器件，但“反相”邏輯操作較難實現(xiàn)。這一公知的分離一組合技術的另一不足是必須用兩個比特(最先和最后)來辨別輸入碼序列的開始和結(jié)束，因此該技術的編碼效率減少了25％。
本發(fā)明提供了用于識別利用曼徹斯特編碼格式編碼的預定n位光碼序列的OCRU，該OCRU包括具有一個輸入端和n個并行輸出端的n路分離器、以及與該分離器的輸出端相關的多個“與”門，分離器各輸出端對通過相應的光組合器與這些“與”門中的每一個連接，任一剩余的單個分離器輸出端直接與其“與”門連接，其中每一分離器輸出經(jīng)m個半位時間的不同延遲，其中m＝0至2(n-1)，這樣選擇m的值，即如果將預定光碼序列加到分離器的輸入端，則在預定時刻，分離器各輸出端對的輸出中的“1”被輸入到相關的“與”門，任一剩余的單個分離器輸出中的“1”被輸入到其“與”門，使全部“與”門都導通。
最好是將門電路串聯(lián)地設置在輸入裝置和輸出裝置之間，由此，如果預定代碼輸入到n路分離器，則輸入裝置輸入的信號將到達輸出裝置。除最接近輸入裝置的與門外，每一“與”門的輸入最好經(jīng)受預定的延遲，由此輸入裝置輸入的信號將與所述各輸入基本同時地到達各“與”門。各個“與”門可以是SLA。
本發(fā)明還提供了對在包括前端分組信號發(fā)射機和多個用戶接收機的網(wǎng)絡中的分組格式信號進行處理的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括與每一用戶接收機相關的相應裝置，每一設備包括分離分組內(nèi)的前綴字段信息和數(shù)據(jù)字段信息的分離器裝置、傳送前綴字段信息給與各個用戶接收機相關的轉(zhuǎn)換開關的第一傳輸裝置，以及傳送數(shù)據(jù)字段信息給所述轉(zhuǎn)換開關的第二傳輸裝置，其中每一個第一傳輸裝置包括以上描述的OCRU，每一個裝置是如此工作的，即各個OCRU啟動相關的轉(zhuǎn)換開關來傳送給定信息分組的數(shù)據(jù)字段信息的唯一條件是，在該分組的前綴字段信息中包含的光學代碼是該OCRU的預定光學代碼。
每一個所述轉(zhuǎn)換開關最好是由SLA構成的雙穩(wěn)態(tài)開關。
最好是相應的依賴于波長的耦合器構成每一裝置的分離器裝置。
每一裝置的第二傳輸裝置最好包括具有如此長度的光延遲光纖，即使得給定信息分組的前綴字段信息基本上在轉(zhuǎn)換開關被OCRU啟動時到達該轉(zhuǎn)換開關。
網(wǎng)絡最好是分組交換網(wǎng)絡，前端分組信號發(fā)送機最好是前端分組發(fā)送機，分組最好是由前綴和數(shù)據(jù)組成的信元。
現(xiàn)在參看附圖舉例詳述采用了按照本發(fā)明設計的光碼識別裝置的光路由裝置。


圖1是路由裝置的示意圖；圖2是構成圖1裝置的一部分的光碼識別裝置的示意圖；圖3a和3b表示本發(fā)明所使用的曼徹斯特碼格式。
參看附圖，圖1是在傳送分組格式化信號(它的一個信元用標號1來表示)的TPON系統(tǒng)中使用的用戶端光路由裝置的示意圖。每一信元1具有數(shù)據(jù)字段1a和前綴字段1b，這兩個字段用不同的波長來發(fā)送。用戶端路由裝置包括使前綴字段信息與數(shù)據(jù)字段信息分離的依賴于波長的耦合器2。前綴字段信息通過OCRU5傳送給雙穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換開關(然后再傳送給用戶接收機4)。數(shù)據(jù)字段信息通過延遲光纖6傳送給雙穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換開關3。該雙穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換開關3由最大上升時間小于200皮秒的分離-接觸式激光放大器構成。
根據(jù)有關用戶特有的特定光代碼來設計OCRU5，該光代碼相應于全部或部分的前綴字段1b。因此，只有當OCRU5識別了與用戶相稱的特定光學代碼時，它才提供輸出信號。該輸出信號用來控制雙穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換開關3，以便將數(shù)據(jù)字段信息傳送給接收機4。選擇延遲光纖6來保證與被OCRU5識別的前綴字段1b在同一信元1內(nèi)的數(shù)據(jù)字段1a被傳送給接收機4。因此，預定給其它用戶的信號(分組)將不會被傳送給該特定用戶的接收機4。
圖2表示OCRU5，這一OCRU被設計成識別光代碼1110010。OCRU5包括具有7根并行輸出光纖7a的無源七路分光器7、三個光組合器8a、8b和8c以及四個SLA門電路9a、9b、9c和9d。每根光纖7a有不同的延遲，所以分離器7將串行輸入碼變換為并行輸出碼，碼的一個位在每一根輸出線7a上。
OCRU5被設計成對利用曼徹斯特代碼格式編碼的輸入碼序列進行處理。在這一格式中(參看圖3a和3b)，雖然也知道可以將“1”和“0”分別表示為10和01，但在輸入的前綴碼序列中分別將“1”和“0”表示為01和10。在光域中，前綴碼序列的發(fā)送電平相應于光的“有”或“無”，分別表示值“1”和“0”。特別要指出的是每一位周期T具有在前半個位周期(表示“0”)或在后半個位周期(表示“1”)的T/2持續(xù)時間的信號。還應當指出曼徹斯特碼格式不使輸入碼序列中的位數(shù)加倍，而是使調(diào)制帶寬加倍。
OCRU5的結(jié)構(見圖2)使輸入碼序列1110010被分離和被進行不同的延遲。這是這樣來實現(xiàn)的即除與輸入前端最后的位(即最高有效位)相關的輸出線7a外，在每根輸出線7a中包含有一定長度的延遲光纖7b。預選定每一延遲光纖7b的長度，使得在輸出線7a上的輸出同時地到達門電路9a至9d。因為輸入碼為曼徹斯特碼格式，所以對于輸入代碼的各個位，要求在光纖上的延遲分別是5.5T、5T、3.5T、2.5T、2T、T和0，輸入前綴最后一位的延遲是零。
在圖2所示的特定的OCRU5中，第一對輸出線7a(它們傳送兩個最高有效位)輸入到光組合器8a，第二對輸入線7a(它們傳送其次兩個最高有效位)輸入到光組合器8b，第三對輸出線7a(它們傳送其次兩個最高有效位)輸入到光組合器8c，最后的輸出線7a(它傳送最低有效位)直接輸入到門電路9d。
現(xiàn)在考察當OCRU5被滿加載時的輸出，即當輸入前綴的碼序列的最高有效位進入分離器7并且與來自具有延遲T的輸出線的次最高有效位一起形成到光組合器8a的輸入時的輸出。因為這兩個輸入比特都是“1”，并且與該次最高有效位相關的輸出線7a的延遲是一個整比特周期，所以光組合器8a的輸出具有值2。同樣地，光組合器8b具有來自延遲為2T和2.5T的輸出線7a的為“1”的兩輸入，所以其輸出也具有值2。此外，光組合器8c具有來自與其相關的輸出線7a的都為“1”的輸入(這兩輸出線的延遲是3.5T和5T)，所以光組合器8C的輸出也具有值2。分別接收光組合器8a、8b和8c的輸出的“與”門9a、9b和9c被設計成相對于雙電平輸入而接通，接收分離器7剩余輸出線7a的輸出的“與”門9d被設計成相對于單電平輸入而接通。因此，如果OCRU5確實接收了“正確的”碼1110010，則四個“與”門9a至9d都將導通，來自連續(xù)波(CW)激光器(未示出)的輸入信號10將被傳送給雙穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換開關3。為了確保每一個“與”門9c、9b和9a與從其上游的最近一個“與”門傳送過來的CW輸入信號同時地從相關的光組合器8c、8b和8a接收自己的輸入，在每一對裝置9c和8c、9b和8b以及9a和8a之間設置了相應的恰當長的延遲光纖10c、10b和10a。轉(zhuǎn)換開關3然后將被導通，所以其前綴字段1b包含了該代碼的那個信元的數(shù)據(jù)字段1a所攜帶的信息被傳送給相關的接收機4。最好是代碼匹配的識別與該代碼最后(最高有效)位的輸入幾乎同時，以便OCRU5的處理時間幾乎為零。由于“與”門9a、9b和9c被設計成按照兩電平邏輯進行工作，所以整個OCRU5按照兩電平邏輯進行工作。避免了多電平邏輯的優(yōu)點在于多電平邏輯容易被總是在實際系統(tǒng)中存在的噪聲所惡化。但是，更重要的是全部門電路9a、9b、9c和9d都是“與”門，因此這些裝置可以利用若干種技術、尤其是利用基于半導體或光纖的技術來容易地實現(xiàn)。簡單的無源部件能被用于分離，時延和組合；并且OCRU5的分離，延時和組合部分能容易地用二氧化硅-on-硅集成技術構造。此外，不需要用最先和最后的比特來區(qū)分輸入碼序列的開始和結(jié)束，所以這一光碼識別裝置的編碼效率約為100％，在此場合有大量唯一的碼。
顯然，每一用戶所需的OCRU的特定形態(tài)將依賴于分配該用戶的代碼。但是，在每一種情形中，OCRU將按照2電平邏輯進行操作，SLA門電路的最大數(shù)目對于7位碼而言將是4。
上述OCRU的一個缺陷是雙穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換開關3只輸出被識別信元的數(shù)據(jù)字段1a。因此，必須提供諸如光發(fā)送器這樣的附加裝置來重新輸入未被識別的每一信元的前綴字段1b。為了取消對這一附加裝置的需要，可以通過用90/10分離器代替耦合器2來改進該OCRU，在這種情況下，信號的90％直接傳送給雙穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換開關3，信號的10％直接傳送給OCRU。在這種情況下，前綴字段1b在OCRU中利用其調(diào)制速度與數(shù)據(jù)字段1a區(qū)別開來(數(shù)據(jù)字段的調(diào)制速度對于門電路的響應時間而言太快了)。一旦前綴字段1b被OCRU識別，雙穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換開關3就被觸發(fā)來傳送信號的90％的部分，因此前綴信息與數(shù)據(jù)一道被傳送。
在另一改進的光碼識別裝置中，數(shù)據(jù)和前綴字段1a和1b利用不同的波長傳送，耦合器2是90/10耦合器。在耦合器2和OCRU5之間設置濾波器，來阻止數(shù)據(jù)信號到達該OCRU。這一裝置也不需要附加的激光器來重新輸入前綴字段1b。此外，數(shù)據(jù)和前綴字段1a和1b不必以不同的速度/位速率來傳送。
再一種可選擇的方案是可以用依賴于時間的開關來分離前綴字段1b和數(shù)據(jù)字段1a。這一開關將由從主輸入信號提取的時鐘信號來觸發(fā)。
本發(fā)明的路由裝置能夠處理任何形式的分組格式化信號，在這里分組(或信元)被分成前綴字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)，例如ATM格式。。雖然按照目前認可的140兆位/秒的最大速率，光發(fā)送不大可能是有利的，但較高速率的標準協(xié)議能夠改變這一狀況。
顯然可以對上述路由裝置進行改進。例如，雙穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換開關3可以用任何類型的光控或電控2×2開關來代替。如果該開關是電控的，將需要給提供光-電連接器。還可以用采用其它技術的“與”門、例如基于光纖的器件來代替SLA“與”門。
權利要求
1.識別利用曼徹斯特編碼格式編碼的預定n位光碼序列的OCRU，該OCRU包括具有一個輸入端和n個并行輸出端的n路分離器、以及與該分離器的輸出端相關的多個“與”門，分離器各輸出端對通過相應的光組合器與這些“與”門中的每一個連接，任一剩余的單個分離器輸出端直接與其“與”門連接，其中，每一分離器輸出經(jīng)受m個比特周期的不同延遲，其中，m＝0至2(n-1)，這樣選擇m的值，即如果將預定光碼序列作用于分離器的輸入端，則在預定時刻，分離器各輸出端對的輸出中的“1”被輸入到相關的“與”門，任一剩余的單個分離器輸出中的“1”被輸入到其“與”門，以使全部“與”門都導通。
2.權利要求1的OCRU，其中的各個“與”門被串聯(lián)地設置在輸入裝置和輸出裝置之間，由此，如果預定代碼輸入到n路分離器，則輸入裝置輸入的信號將到達輸出裝置。
3.權利要求2的OCRU，其中，除最接近輸入裝置的“與”門外的每一“與”門的輸入經(jīng)受預定的延遲，由此輸入裝置輸入的信號將與所述各輸入基本同時地到達各“與”門。
4.上述任一權利要求1到3的OCRU，其中的各個“與”由SLA構成。
5.參看此前各附圖所描述的和各附圖所表示的OCRU。
6.對在包括前端分組信號發(fā)送機和多個用戶接收機的網(wǎng)絡中的分組格式化信號進行處理的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括與每一用戶接收機相關的相應設裝置，每一裝置包括分離分組內(nèi)的前綴字段信息和數(shù)據(jù)字段信息的分離裝置，傳送前綴字段信息給與各個用戶接收機相關的轉(zhuǎn)換開關的第一傳輸裝置，以及傳送數(shù)據(jù)字段信息給所述轉(zhuǎn)換開關的第二傳輸裝置，其中第一傳輸裝置包括權利要求1-5中的任一權利要求所述OCRU，并且其中每一個裝置是如此工作的，即各個OCRU啟動相關的轉(zhuǎn)換開關來傳送給定分組的數(shù)據(jù)字段信息，其唯一條件是在該分組的前綴字段信息中包含的光字代碼是該OCRU的預定光代碼。
7.權利要求6的系統(tǒng)，其中所述各個轉(zhuǎn)換開關是雙穩(wěn)態(tài)開關。
8.權利要求7的系統(tǒng)，其中各個雙穩(wěn)態(tài)開關由SLA構成。
9.權利要求6至8中任一權利要求所述的系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，各個依賴于波長的耦合器構成了每一裝置的分離器裝置。
10.權利要求6至9中任一權利要求所述的系統(tǒng)，其中每一裝置的第二傳輸裝置包括具有如此長度的光延遲光纖，即使得給定分組的前綴字段信息基本上在轉(zhuǎn)換開關被OCRU啟動時到達該轉(zhuǎn)換開關。
11.權利要求6至10中任一權利要求所述的系統(tǒng)，其中的網(wǎng)絡是分組交換網(wǎng)絡，前端分組信號發(fā)送機是前端分組發(fā)送機，分組是由前綴和數(shù)據(jù)組成的單元。
12.此前參看各附圖描述的和各附圖所表示的處理系統(tǒng)。
全文摘要
識別利用曼徹斯特編碼格式編碼的預定n位光學序列的光學識別裝置(OCRU)具有一n路分離器(7)，該分離器具有一輸入端和n個并行輸出端(7a)。多個門電路(9a、9b、9c、9d)與分離器的輸出端(7a)相關，分離器的各輸出端對通過相應的光組合器(8a、8b、8c)與門電路(9a、9b、9c)中的一個連接，任一剩余的單個分離器輸出端直接與其門電路(9d)連接。每一分離器輸出(7a)經(jīng)受m個半比特間隔的不同延遲，m＝0至2(n-1)，這樣選擇m的值，即如果將預定光碼序列作用于分離器的輸入端，則在預定時刻，每一分離器輸出端(7a)對的輸出中的“1”到達相關的“與”門(9a、9b、9c)，任一剩余的單個分離器輸出中的“1”到達它的“與”門(9d)使全部門電路導通。
文檔編號G06E1/02GK1130976SQ9419335
公開日1996年9月11日 申請日期1994年9月1日 優(yōu)先權日1993年9月10日
發(fā)明者M·沙比爾 申請人:英國電訊公司