專利名稱：用于加光標(biāo)簽的分組傳輸?shù)南到y(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及加光標(biāo)簽的分組傳輸，更具體地，涉及用于傳輸加光標(biāo)簽的分組以便考慮到光標(biāo)簽分組交換的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
光分組交換是有吸引力的技術(shù)，它通過(guò)提供子波長(zhǎng)粒度而使得能夠更有效和靈活地利用WDM光網(wǎng)絡(luò)的能力。光標(biāo)簽交換，作為一種有前途的分組交換方案，提供對(duì)于將來(lái)的數(shù)據(jù)加強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)重要的幾個(gè)關(guān)鍵的特性。這些特性包括在全光的數(shù)據(jù)面上與協(xié)議和格式無(wú)關(guān)的透明性，在控制面上的簡(jiǎn)單性，以及包括GMPLS的傳統(tǒng)的和新興的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的交互性。這樣的交換方案在D.J.Blumenthal等人的“All-Optical Label Swapping Networks and Technologies(全光的標(biāo)簽交換網(wǎng)絡(luò)和技術(shù))”，Journal of Lightwave Technologies，Vol.18，No.12,pp.2058-2075(2000)中討論，該文章在此引入，以供參考。
其中使用移幅鍵控(ASK)調(diào)制載送分組凈負(fù)荷和通過(guò)使用差分移相鍵控(DPSK)調(diào)制載送分組標(biāo)簽的光標(biāo)簽分組傳輸方案早已被提出。這樣的光的標(biāo)簽生成方案在N.Chi等人，“Transmission andTransparent Wavelength Conversion of an Optically Labeled SignalUsing ASK/DPSK Orthogonal Modulation(使用ASK/DPSK正交調(diào)制的加光標(biāo)簽信號(hào)的傳輸和透明的波長(zhǎng)變換)”，IEEE PhotonicsTechnology Letters，Vol.15，pp.760-762(2003)中討論，該文章在此引入，以供參考。對(duì)于10Gb/s凈負(fù)荷和2.5Gb/s DPSK標(biāo)簽分別得到約-26dBm和約-30dBm的光的前置放大器的接收機(jī)靈敏度(處于BER＝10-9)。
使用DPSK調(diào)制來(lái)載送低速度標(biāo)簽信息和使用ASK調(diào)制來(lái)載送高速度凈負(fù)荷信息的現(xiàn)有技術(shù)方案，諸如由N.Chi等人建議的方案，具有多個(gè)缺點(diǎn)。第一，由于DPSK調(diào)制被使用來(lái)載送低速度標(biāo)簽信息，在DPSK解調(diào)時(shí)需要的延時(shí)干涉計(jì)在延時(shí)干涉計(jì)的兩臂之間具有長(zhǎng)的延時(shí)差，因此它是非常溫度敏感和極化敏感的。第二，標(biāo)簽的數(shù)據(jù)速率的任何改變都需要改變延時(shí)干涉計(jì)(以得到匹配的延時(shí))。第三，分組標(biāo)簽的去除和插入是困難的，因?yàn)樵摌?biāo)簽被相位調(diào)制。為了去除標(biāo)簽，Chi等人建議使用互增益調(diào)制，這將改變信號(hào)波長(zhǎng)。這對(duì)于需要保持信號(hào)波長(zhǎng)的情形是不希望的。為了加上標(biāo)簽，需要昂貴的相位敏感的調(diào)制。最后，低速度DPSK需要高度相干(低帶寬)源(CW)激光器，以及對(duì)于非線性效應(yīng)，諸如互相位調(diào)制(XPM)，具有較小的容忍度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供使用DPSK/ASK調(diào)制傳輸加光標(biāo)簽的分組的系統(tǒng)和方法。在優(yōu)選實(shí)施例中，提供一種包括發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)，該發(fā)射機(jī)包括至少兩個(gè)調(diào)制器，適于提供加光標(biāo)簽的分組的凈負(fù)荷部分的DPSK調(diào)制和加光標(biāo)簽的分組的標(biāo)簽部分的ASK調(diào)制。系統(tǒng)還可包括接收機(jī)，接收機(jī)包含平衡檢測(cè)器，用于檢測(cè)加光標(biāo)簽的分組的凈負(fù)荷部分。
在按照本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施例中，提供了加光標(biāo)簽的分組的傳輸?shù)耐ㄐ欧椒?，該方法包括使用DPSK調(diào)制來(lái)調(diào)制來(lái)自激光器源的光，以載送凈負(fù)荷信息，和使用ASK調(diào)制來(lái)載送標(biāo)簽信息。


圖1是顯示按照本發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的圖；圖2是顯示DPSK凈負(fù)荷和ASK標(biāo)簽碼元的星座圖的圖；圖3a-b是對(duì)于按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的加光標(biāo)簽的分組傳輸?shù)慕邮盏碾姷腄PSK和ASK眼圖；圖4是顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)的測(cè)量的BER性能的圖；
圖5a-b是在標(biāo)簽接收機(jī)后和凈負(fù)荷接收機(jī)處測(cè)量的周期交換信號(hào)的范圍軌跡；圖6是顯示按照本發(fā)明的實(shí)施例的標(biāo)簽去除和插入的示意圖；圖7是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例通過(guò)對(duì)于加光的標(biāo)簽分組傳輸飽和SOA來(lái)進(jìn)行標(biāo)簽去除的接收的電的DPSK眼圖；以及圖8是顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有DPSK/ASK調(diào)制的加光標(biāo)簽的分組的凈負(fù)荷/標(biāo)簽保留波長(zhǎng)變換的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，提供了使用DPSK/ASK調(diào)制格式來(lái)載送凈負(fù)荷/標(biāo)簽信息、使用用于DPSK/ASK信號(hào)的DPSK凈負(fù)荷部分的平衡檢測(cè)的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明提供比起現(xiàn)有技術(shù)方案的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一，DPSK被使用來(lái)載送高速凈負(fù)荷，這樣延時(shí)線干涉計(jì)(在DPSK解調(diào)中使用的)的溫度穩(wěn)定性得到很大的改進(jìn)，以及由于在干涉計(jì)的兩個(gè)臂之間的減小的相對(duì)延時(shí)，它的極化靈敏度被很大地減小。第二，標(biāo)簽的數(shù)據(jù)速率可被調(diào)節(jié)(例如，從2.5Gb/s到155Mb/s)而不用改變干涉計(jì)。第三，平衡接收機(jī)的使用不僅改進(jìn)DPSK接收機(jī)對(duì)于分組功率起伏的容忍度，而且也大大地提高DPSK接收機(jī)的靈敏度(例如，約3dB)以及ASK接收機(jī)的靈敏度(通過(guò)對(duì)于ASK調(diào)制允許較高的消光比)。第四，標(biāo)簽的去除和插入容易得多，因?yàn)樗菑?qiáng)度調(diào)制的(與相位調(diào)制相反)。
按照本發(fā)明的系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例顯示于圖1。系統(tǒng)100優(yōu)選地包括DPSK/ASK發(fā)射機(jī)110，和DPSK/ASK接收機(jī)150。運(yùn)行時(shí)，來(lái)自激光器112的光是通過(guò)使用凈負(fù)荷數(shù)據(jù)信號(hào)113驅(qū)動(dòng)相位調(diào)制器114而被DPSK調(diào)制。優(yōu)選地，凈負(fù)荷數(shù)據(jù)信號(hào)113是具有大于約2.5Gb/s的數(shù)據(jù)速率的高速信號(hào)。
相位調(diào)制器114可以是單波導(dǎo)相位調(diào)制器，Mach-Zehnder調(diào)制器(MZM)等等。MZM可以由各種電-光材料，例如LiNbO3，制成，以及優(yōu)選地，MZM以它的零點(diǎn)為偏置點(diǎn)和以約2Vπ進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使得光信號(hào)的相位在0與π之間切換。最好采用不帶有線性調(diào)頻的MZM來(lái)產(chǎn)生具有幾乎理想的相位值(0與π)的DPSK信號(hào)。
強(qiáng)度調(diào)制器120被耦合到相位調(diào)制器114，以提供來(lái)自激光器112的光的ASK調(diào)制。強(qiáng)度調(diào)制器120優(yōu)選地被ASK標(biāo)簽數(shù)據(jù)信號(hào)125驅(qū)動(dòng)。ASK標(biāo)簽數(shù)據(jù)信號(hào)優(yōu)選地是低速信號(hào)，其數(shù)據(jù)速率小于凈負(fù)荷數(shù)據(jù)速率的約1/4。優(yōu)選地，強(qiáng)度調(diào)制器120被驅(qū)動(dòng)成產(chǎn)生約2dB與約8dB之間的低的消光比(ER)。強(qiáng)度調(diào)制器120可以是MZM，電吸收調(diào)制器(EAM)等等。對(duì)于MZM，通過(guò)欠驅(qū)動(dòng)MZM和把偏置點(diǎn)移到遠(yuǎn)離90°相位點(diǎn)而達(dá)到低的ER。對(duì)于用EAM進(jìn)行的調(diào)制，通過(guò)移位偏置點(diǎn)而達(dá)到低的ER。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以看到，激光器的光的DPSK凈負(fù)荷調(diào)制和ASK調(diào)制的次序可以顛倒，而仍舊提供按照本發(fā)明的加光標(biāo)簽的分組。
接收機(jī)150優(yōu)選地包括摻鉺光纖放大器160(EDFA)作為光的前置放大器。優(yōu)選地，在放大器160后提供光纖放大器161，以便減小來(lái)自放大的自身發(fā)射(ASE)噪聲的惡化。放大的信號(hào)然后優(yōu)選地被分離到兩條路徑165，166。一條路徑165把接收信號(hào)傳輸?shù)紻PSK接收機(jī)190。DPSK接收機(jī)190優(yōu)選地包括1比特延時(shí)干涉計(jì)192，平衡檢測(cè)器194，以及差分RF放大器196，用于檢測(cè)DPSK凈負(fù)荷(即，加光標(biāo)簽的分組的DPSK調(diào)制部分或分量)。另一條路徑166把接收信號(hào)發(fā)送到ASK檢測(cè)器198，用于檢測(cè)分組標(biāo)簽(即，加光標(biāo)簽的分組的ASK調(diào)制部分或分量)。
DPSK接收機(jī)190的光延時(shí)干涉計(jì)192把路徑165上的光分成兩個(gè)臂，以及把一個(gè)臂延時(shí)約1比特時(shí)間間隔。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以看到，由延時(shí)干涉計(jì)192提供的延時(shí)可以從精確的1比特時(shí)間間隔變化，而仍舊提供足夠的延時(shí)，允許接收所接收的分組的凈負(fù)荷部分。優(yōu)選地，由延時(shí)干涉計(jì)192提供的延時(shí)是在約0.8和約1.2倍比特周期之間。
在按照本發(fā)明的系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，提供了標(biāo)簽處理裝置(未示出)，用來(lái)提供標(biāo)簽讀出，標(biāo)簽插入和或標(biāo)簽去除。圖6顯示按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的標(biāo)簽去除和插入。
在提供標(biāo)簽去除的裝置中，優(yōu)選地使用具有類似于(或快于)標(biāo)簽數(shù)據(jù)速率的速度的、不帶有線性調(diào)頻的飽和放大器610。這樣的放大器可以是相對(duì)較簡(jiǎn)單的和緊湊的半導(dǎo)體光放大器(SOA)，光纖拉曼(Raman)放大器等等。圖7顯示使用飽和SOA去除的ASK標(biāo)簽的DPSK眼圖。
對(duì)于標(biāo)簽插入，可以使用低速?gòu)?qiáng)度調(diào)制器620(例如，MZM或EAM)。強(qiáng)度調(diào)制器優(yōu)選地是與極化無(wú)關(guān)的，因?yàn)樾盘?hào)的極化是隨時(shí)間和位置而變化的。與其中分組標(biāo)簽數(shù)據(jù)被相位調(diào)制的現(xiàn)有技術(shù)ASK/DPSK方案相比較，按照本發(fā)明的標(biāo)簽去除和插入被大大地簡(jiǎn)化。
對(duì)于波長(zhǎng)變換，正如在核心路由器中典型地需要的，按照本發(fā)明可以采用相位保持4波混頻(FWM)過(guò)程。FWM過(guò)程可以例如在高度非線性光纖或快速SOA中實(shí)現(xiàn)。圖8顯示按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的DPSK/ASK分組的波長(zhǎng)變換。光的分組的幅度和相位優(yōu)選地被保留。如圖8所示，波長(zhǎng)λ1的加光的標(biāo)簽的DPAK/ASK分組連同波長(zhǎng)λ0的泵浦光一起傳送通過(guò)FWM媒體。具有λ2∽2λ0-λ1的波長(zhǎng)λ2的新的分組被生成(通過(guò)FWM過(guò)程)，以及載送相同的凈負(fù)荷和標(biāo)簽信息作為原先的分組。
圖2是顯示在復(fù)矢量圖上凈負(fù)荷和標(biāo)簽碼元的星座圖的圖。在圖上，x軸代表光場(chǎng)的實(shí)部，以及y軸代表光場(chǎng)的虛部。DPSK凈負(fù)荷數(shù)據(jù)113是通過(guò)在y軸設(shè)置判決閾值，以比較相鄰的比特的正負(fù)號(hào)(或相位)而被恢復(fù)的。DPSK凈負(fù)荷的這樣的恢復(fù)可以通過(guò)使用如上所述的延時(shí)干涉計(jì)192和平衡檢測(cè)器194以及設(shè)置判決閾值為0而實(shí)現(xiàn)的。例如，如果兩個(gè)相鄰的比特具有相同的(或相反的)正負(fù)號(hào)，則確定是“1”(或“-1”)。ASK標(biāo)簽數(shù)據(jù)可以通過(guò)在具有半徑為碼元的較大的和較小的幅度的平均值的圓周210上設(shè)置判決閾值而被恢復(fù)。
本發(fā)明的實(shí)施例已由10Gb/s凈負(fù)荷信號(hào)和2.5Gb/s標(biāo)簽信號(hào)實(shí)驗(yàn)地說(shuō)明。所使用的激光器是在1550nm運(yùn)行的可調(diào)諧的激光器。10Gb/s凈負(fù)荷數(shù)據(jù)是通過(guò)調(diào)制MZM而被加到激光器的光上，該MZM以零點(diǎn)為偏置點(diǎn)和以2Vπ進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以達(dá)到相位調(diào)制。強(qiáng)度調(diào)制器被使用來(lái)通過(guò)具有6dB ER的ASK調(diào)制，把2.SGb/s標(biāo)簽信息插入到來(lái)自MZM的DPSK信號(hào)上。強(qiáng)度調(diào)制的ER被設(shè)置為允許對(duì)于標(biāo)簽數(shù)據(jù)速率為凈負(fù)荷數(shù)據(jù)速率的1/4的凈負(fù)荷和標(biāo)簽的大約相等的接收機(jī)靈敏度。低的ER是通過(guò)在約0.8Vπ欠驅(qū)動(dòng)MZM和把偏置點(diǎn)移到遠(yuǎn)離90°相位點(diǎn)約0.1Vπ而達(dá)到的。
為了簡(jiǎn)化DPSK/ASK發(fā)射機(jī)，使用了具有10 GHz帶寬和5.5dB總的插入損耗的2級(jí)X切割(不帶有線性調(diào)頻)調(diào)制器。在接收機(jī)處。具有約4.5dB NF的EDFA被用作為光前置放大器。光的前置放大器后面的濾色鏡具有約100 GHz的3dB帶寬。放大的信號(hào)被分離到兩條路徑，一條路徑進(jìn)入包括100ps延時(shí)干涉計(jì)、平衡檢測(cè)器、和差分RF放大器196的DPSK接收機(jī)，用于凈負(fù)荷檢測(cè)，以及另一條路徑進(jìn)入ASK檢測(cè)器，用于標(biāo)簽檢測(cè)。
圖3a-b顯示對(duì)于連續(xù)的DPSK/ASK數(shù)據(jù)流在DPSK接收機(jī)和ASK接收機(jī)(具有1.5GHz貝塞爾濾波器)處檢測(cè)的眼圖。對(duì)于用平衡檢測(cè)器檢測(cè)接收信號(hào)的DPSK凈負(fù)荷部分，最佳判決電平約為0。對(duì)于ASK標(biāo)簽檢測(cè)，“0”電平約為“1”電平的1/4，因?yàn)锳SK調(diào)制器的ER約為6dB。對(duì)于改進(jìn)的接收機(jī)靈敏度，1.5GHz貝塞爾濾波器被使用來(lái)減小DPSK數(shù)據(jù)中相位過(guò)渡處的強(qiáng)度起伏，以及限制電噪聲。
圖4a-b是從實(shí)驗(yàn)演示得到的圖，它表明BER對(duì)于接收的光的功率(在前置放大器之前)的依賴性。在實(shí)驗(yàn)演示中使用的圖案是對(duì)于DPSK凈負(fù)荷數(shù)據(jù)的27-1 PRBS和對(duì)于ASK標(biāo)簽數(shù)據(jù)的29-1 PRBS。對(duì)于凈負(fù)荷和標(biāo)簽得到優(yōu)于-32dBm的接收機(jī)靈敏度。可以確定，由于平衡檢測(cè)時(shí)對(duì)于DPSK的固定的判決電平，當(dāng)功率減小時(shí)，DPSK性能惡化比起ASK性能惡化慢得多?？梢钥吹?，標(biāo)簽比特速率可以降低(例如，到約155Mb/s)，如果想要的話，以及總的接收機(jī)靈敏度可以進(jìn)一步提高。
還進(jìn)行了模擬具有切換的加標(biāo)簽信號(hào)的系統(tǒng)的另外的實(shí)驗(yàn)。分組包絡(luò)生成器130和EAM 131被使用來(lái)接通和關(guān)斷來(lái)自發(fā)射機(jī)100的DPSK/ASK信號(hào)，以形成光分組。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到，不一定必須用分組包絡(luò)生成器130和EAM 131來(lái)生成按照本發(fā)明的加光標(biāo)簽的分組。發(fā)射機(jī)110可以適配于通過(guò) 而在發(fā)射機(jī)110處生成分組。圖5a-b顯示在ASK接收機(jī)和DPSK接收機(jī)后測(cè)量的發(fā)送的分組的范圍軌跡。
為了評(píng)估色散容忍度，把25km SSMF(D＝17ps/km/nm)插入在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間，以及發(fā)現(xiàn)對(duì)于10Gb/s凈負(fù)荷的小于約1dB的功率懲罰和對(duì)于2.5Gb/s標(biāo)簽無(wú)懲罰。實(shí)驗(yàn)演示結(jié)果在由X.Liu等提交給ECOC’03的、題目為“Optical-Label Switching Based onDPSK/ASK Modulation Format With Balanced Detection for DPSKPayload(通過(guò)DPSK凈負(fù)荷的平衡檢測(cè)的、基于DPSK/ASK調(diào)制格式的光標(biāo)簽交換)”的文章中詳細(xì)地描述，該文章在此引入，以供參考。
雖然本發(fā)明是根據(jù)所顯示的實(shí)施例描述的，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)很容易看到，可以對(duì)于這些實(shí)施例可作出變形，以及這些變形落在所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于生成加光標(biāo)簽的分組的光發(fā)射機(jī)，包括相位調(diào)制器，由凈負(fù)荷信號(hào)驅(qū)動(dòng)，以提供加光標(biāo)簽的分組的凈負(fù)荷部分的DPSK調(diào)制；和被耦合到相位調(diào)制器的強(qiáng)度調(diào)制器，該強(qiáng)度調(diào)制器由標(biāo)簽信號(hào)驅(qū)動(dòng)，以提供加光標(biāo)簽的分組的標(biāo)簽部分的ASK調(diào)制。
2.權(quán)利要求1的發(fā)射機(jī)，其中凈負(fù)荷信號(hào)是高速信號(hào)，具有大于約2.5Gb/s的數(shù)據(jù)速率，以及標(biāo)簽信號(hào)是低速信號(hào)，具有低于凈負(fù)荷信號(hào)數(shù)據(jù)速率的約1/4的數(shù)據(jù)速率。
3.權(quán)利要求1的發(fā)射機(jī)，其中ASK調(diào)制的消光比是在約2dB與約8dB之間。
4.一種系統(tǒng)，包括用于生成加光標(biāo)簽的分組的發(fā)射機(jī)，該發(fā)射機(jī)包括相位調(diào)制器，由凈負(fù)荷信號(hào)驅(qū)動(dòng)，以提供加光標(biāo)簽的分組的凈負(fù)荷部分的DPSK調(diào)制；和被耦合到相位調(diào)制器的強(qiáng)度調(diào)制器，該強(qiáng)度調(diào)制器由標(biāo)簽信號(hào)驅(qū)動(dòng)，以提供加光標(biāo)簽的分組的標(biāo)簽部分的ASK調(diào)制。
5.權(quán)利要求4的系統(tǒng)，還包括波長(zhǎng)變換器，用于通過(guò)使用四波混頻過(guò)程提供加光標(biāo)簽分組的波長(zhǎng)變換，而同時(shí)保持加光標(biāo)簽分組的相位和幅度。
6.權(quán)利要求4的系統(tǒng)，還包括標(biāo)簽處理器，適于提供標(biāo)簽插入、標(biāo)簽去除和/或標(biāo)簽讀出。
7.一種用于傳輸光標(biāo)簽分組的通信方法，該方法包括以下步驟使用DPSK調(diào)制來(lái)載送凈負(fù)荷信息并使用ASK調(diào)制來(lái)載送標(biāo)簽信息，而調(diào)制來(lái)自激光源的光。
8.權(quán)利要求7的方法，其中加光標(biāo)簽分組的凈負(fù)荷包含大于約2.5Gb/s的數(shù)據(jù)速率的高速數(shù)據(jù)，以及標(biāo)簽包含低于凈負(fù)荷數(shù)據(jù)速率的約1/4的數(shù)據(jù)速率的低速數(shù)據(jù)。
9.權(quán)利要求7的方法，還包括提供脈沖生成以允許生成RZDPSK凈負(fù)荷信號(hào)。
10.一種用于傳輸加光標(biāo)簽分組的通信系統(tǒng)，包括用于使用DPSK調(diào)制來(lái)載送凈負(fù)荷信息并使用ASK調(diào)制來(lái)載送標(biāo)簽信息從而調(diào)制來(lái)自激光源的光的裝置。
全文摘要
用于使用DPSK/ASK調(diào)制傳輸加光標(biāo)簽的分組的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)，該發(fā)射機(jī)包括至少兩個(gè)調(diào)制器，適于提供加光標(biāo)簽的分組的凈負(fù)荷部分的DPSK調(diào)制和加光標(biāo)簽的分組的標(biāo)簽部分的ASK調(diào)制。還提供接收機(jī)，該接收機(jī)包括平衡檢測(cè)器，用于檢測(cè)加光標(biāo)簽的分組的凈負(fù)荷部分。
文檔編號(hào)H04B10/152GK1604504SQ20041001174
公開(kāi)日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月29日
發(fā)明者蘭迪·克林頓·吉爾斯, 劉翔, 蘇翼凱, 衛(wèi)星 申請(qǐng)人:朗迅科技公司