專利名稱：一種基于soa-mzi光標記插入擦除的裝置與方法
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SOA-MZI的光標記交換中標記 插入和擦除的方法和裝置。
背景技術(shù)：
隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，以突發(fā)性為顯著標志的IP業(yè)務(wù)呈爆炸性增長，對網(wǎng) 絡(luò)帶寬的需求不斷的擴大。傳統(tǒng)的電交換網(wǎng)絡(luò)由于電子器件的物理限制，已幾 乎達到極限，繼續(xù)增加帶寬將非常困難。隨著密集波分復(fù)用(DWDM, Dense Wavelength Division Multiplexing)技術(shù)的高速發(fā)展，充分挖掘光纖的巨大帶寬， 并將交換功能從電域向光域轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)波長路由成為可能。以波長為基本交換 粒度的自動交換光網(wǎng)絡(luò)，其交換方式屬于線路交換的范疇，決定了其靈活性和 帶寬利用率都較差。從理論上講，光分組交換(OPS, Optical Packet Switching) 能對DWDM的巨大帶寬進行更靈活、更有效地分配，比線路交換有著更多的優(yōu) 勢。
光標記交換(OLS， Optical Label Switching)是OPS的一種實現(xiàn)形式，是基 于一種光電混合的光分組交換結(jié)構(gòu)，即將數(shù)據(jù)包的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息與網(wǎng)絡(luò)路由和 控制信息進行分離傳送處理，使高速業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息的傳輸與交換在光域內(nèi)進行，
實現(xiàn)全光的交換。OLS利用各種方法將光包的包頭地址信息打在光包上，在交換 節(jié)點上根據(jù)光標記來實現(xiàn)全光交換，進入OLS網(wǎng)絡(luò)前先要將標記和凈荷壓縮，之 后就只需要對標記進行處理，因此有效利用了全光網(wǎng)絡(luò)資源，改善路由器電子
瓶頸問題，光網(wǎng)絡(luò)資源合理利用問題；OLS可以在全光域中實現(xiàn)高速凈荷的路由
選擇和傳輸，因此解決了傳統(tǒng)電交換中光電轉(zhuǎn)換速度慢、價格高的問題。通過
OLS核心路由中標記的插入與處理，光分組可以選擇相應(yīng)路由，被送達到正確的 目的地。光標記的產(chǎn)生、傳送、提取與重寫是光標記交換網(wǎng)的核心技術(shù)，將成 為光通行領(lǐng)域重點研究課題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了解決其他標記擦除插入方法的消光比 差、速率低、接收靈敏度不夠的問題，提供了一種新型的標記擦除和插入的方 法，用以改進信號質(zhì)量和消光比，結(jié)構(gòu)簡單、實現(xiàn)容易。
本發(fā)明采用的光標記交換技術(shù)方案為-.
首先，IP數(shù)據(jù)包信息在邊緣路由器，形成頻移鍵控/幅移鍵控(FSK/ASK， Frequency Shift Keying/Amplitude Shift Keying)正交聯(lián)合調(diào)制信號
低速IP數(shù)據(jù)包的頭信息對單分布反饋式激光器(DFB, Distributed Feed-back)進行直接強度調(diào)制，產(chǎn)生FSK光標記信號，繼而進入馬赫-曾德爾調(diào) 制器(MZM, Mach-Zehnder Modulator )。
高速IP數(shù)據(jù)包的凈負荷經(jīng)過相關(guān)的編碼技術(shù)轉(zhuǎn)換成適合光纖傳輸?shù)男盘枺?br> 繼而輸入到M-Z調(diào)制器。
邊緣路由器部分的M-Z調(diào)制器，用于產(chǎn)生FSK/ASK正交聯(lián)合調(diào)制信號。 其次，F(xiàn)SK/ASK正交信號經(jīng)過系統(tǒng)傳輸部分，并產(chǎn)生信號色散及引入各類 噪聲
摻鉺光纖放大器，用于提高FSK/ASK信號發(fā)射功率，或者放大在光纖傳輸 中減弱的信號。
單模色散光纖和色散補償光纖，在給信號提供長距離傳輸路徑的同時，分 別產(chǎn)生正的和負的信號色散。
然后，新的FSK標記信號的產(chǎn)生，以及核心路由中進行新標記的擦除和舊標 記的插入
首先，低速IP數(shù)據(jù)包的頭信息對DFB激光器進行直接調(diào)制，產(chǎn)生新的FSK光 標記信號。
再次，將新的FSK光標記信號和舊的FSK/ASK正交調(diào)制信號一起輸入半 導(dǎo)體光放大器-馬赫曾德干涉儀(SOA-MZI ， Semiconductor Optical Amplifier-Mach Zehnder Interferometer)波長變換器中
上臂的SOA的作用在于舊FSK/ASK調(diào)制信號注入到此SOA時，載流子密 度的改變導(dǎo)致有源區(qū)折射率的改變，進而改變新標記信號的相位，從而產(chǎn)生交 叉相位調(diào)制(XPM, Cross Phase Modulation )。
下臂SOA的作用在于放大新標記信號。
MZ干涉儀作用在于使上下臂兩路光信號產(chǎn)生干涉，從而將對新標記信號的
相位調(diào)制轉(zhuǎn)化為強度調(diào)制。
之后，對進行標記擦除插入后的新的FSK/ASK正交信號經(jīng)過系統(tǒng)傳輸部分， 并產(chǎn)生信號色散及引入各類噪聲
摻鉺光纖放大器(EDFA, Erbium Doped Fiber Amplifiers),用于提高 FSK/ASK信號發(fā)射功率，或者放大在光纖傳輸中減弱的信號。
單模色散光纖(SMF, Single Mode Fiber )和色散補償光纖(DCF， Dispersion Compensation Fiber),在給信號提供長距離傳輸路徑的同時，分別產(chǎn)生正的和負 的信號色散。
最后，通過傳輸和交換的信號進入系統(tǒng)的IP頭信息與IP凈負荷的接收部分, 解調(diào)出信號
首先，耦合器將傳送過來的信號分成功率比恰當?shù)膬刹糠?，使其分別進入 FSK信號接收機和ASK信號接收機。
在ASK和FSK信號接收機部分，信號首先經(jīng)過窄帶光濾波器(OBPF, Optical Bandpass Filter);再經(jīng)過光電檢測器對ASK和FSK信號進行光電轉(zhuǎn)換， 并通過前置放大器放大小信號；最后經(jīng)低通濾波器濾波整形分別解調(diào)出IP凈負 荷和頭信息。
本發(fā)明的有益效果是，由于釆用了干涉原理，所以提高了變換信號的消光 比，進一步改進了接收靈敏度，改善了信號質(zhì)量，減小了誤碼率，并具有實際 可操作性。


圖l為本發(fā)明邊緣路由器的結(jié)構(gòu)圖，用于產(chǎn)生FSK/ASK正交聯(lián)合調(diào)制光信 號，由信號發(fā)生器、DFB可調(diào)激光器、M-Z調(diào)制器(MZM)、高斯濾波器(Gaussian Filter)構(gòu)成。
圖2為本發(fā)明基于FSK/ASK正交調(diào)制的新型光標記系統(tǒng)模型進行標記擦除 和插入的原理圖。其中標記擦除插入部分由半導(dǎo)體光放大器-馬赫曾德干涉儀 (SOA-MZI)波長變換器構(gòu)成；傳輸部分由摻鉺光纖放大器(EDFA)、單模光 纖(SMF)、色散補償光纖(DCF)構(gòu)成；接收機部分由耦合器(Coupler)、光 帶通濾波器(OBPF)、光電探測器、放大器、低通濾波器(LPF， Low Pass Filter) 構(gòu)成；
圖3為本發(fā)明中FSK/ASK正交聯(lián)合調(diào)制信號的光譜圖； 圖4為本發(fā)明中新的FSK標記信號的光譜圖5為本發(fā)明中標記擦除和插入后信號經(jīng)ASK接收機的眼圖。誤碼率小于
10-9。
圖6為本發(fā)明中標記擦除和插入后信號經(jīng)FSK接收機的眼圖。誤碼率小于
具體實施方法
低速IP數(shù)據(jù)包的頭信息Label,本發(fā)明以155Mb/s為例。對DFB激光器進 行直接強度調(diào)制，利用該激光器啁啾效應(yīng)產(chǎn)生的頻率調(diào)制，產(chǎn)生FSK光標記信 號FSK Label,激光器工作波長為Xo，本發(fā)明以1552nm為例，頻差A(yù)f為20GHz。 FSK Label繼而進入M-Z調(diào)制器光信號輸入端。高速IP數(shù)據(jù)包的凈負荷Payload, 轉(zhuǎn)換成適合的信號格式后輸入到M-Z調(diào)制器的臂。由此產(chǎn)生了 FSK/ASK正交 聯(lián)合調(diào)制信號。原理圖如圖l所示，即為圖2中的邊緣路由器模塊。
在此形成的FSK/ASK正交聯(lián)合調(diào)制信號進入圖2中的傳輸模塊,其中包括
兩個摻鉺光纖放大器(EDFA)，分別位于邊緣路由器后和傳輸路徑中，分 別用于提高FSK/ASK信號發(fā)射功率和增強信號在光纖傳輸中衰減的能量。
單模色散光纖(SMF)和色散補償光纖(DCF)，分別用于給輸入的信號提 供長距離傳輸路徑和補償SMF產(chǎn)生的正色散。
如圖2所示，傳輸后的FSK/ASK正交信號進入到核心路由器，其中包括
新標記的產(chǎn)生新的標記信號直接通過數(shù)據(jù)包的頭信息對另 一個激光器， 中心工作波長選取為1550nm進行FSK調(diào)制產(chǎn)生，產(chǎn)生過程與邊緣路由器中的 FSK標記信號的產(chǎn)生過程相同。此過程同樣需選取恰當?shù)念l差A(yù)f，本發(fā)明以頻 差A(yù)f為20GHz為例。
舊標記的擦除和新標記的插入在核心路由器里，利用SOA-MZI波長變換 器同時實現(xiàn)標記的擦除和插入。新標記信號經(jīng)耦合器后以l : l的功率比等份， 其中 一東和舊FSK光標記信號 一起通過耦合器耦合進入MZ干涉儀的 一個臂一 下面均稱為上臂，新FSK光標記信號的另一東則注入到另一個臂一后面均稱為 下臂中。兩束光在MZ輸出端的耦合器處耦合，并發(fā)生干涉。
在SOA-MZI波長變換器中，舊的光標記信號的輸入會使SOA中載流子密 度發(fā)生改變，進而導(dǎo)致有源區(qū)折射率的改變，從而改變了新光標記信號的相位 發(fā)生變化，此即為交叉相位調(diào)制效應(yīng)(XPM)。利用MZI使兩個干涉臂中的新 光標記信號發(fā)生干涉，將新光標記信號的相位調(diào)制轉(zhuǎn)化為強度調(diào)制，實現(xiàn)了標 記的擦除和插入。
經(jīng)過標記的擦除和插入后，新的FSK/ASK信號進入圖2中的傳輸模塊，與 邊緣路由器后的傳輸模塊完全相同。
傳輸后的IP頭信息與IP凈負荷的接收模塊FSK和ASK信號接收機，分別用于將IP頭信息和IP凈負荷解調(diào)出來。進 入FSK和ASK信號接收機的信號分別經(jīng)過
窄帶光濾波器(OBPF)，在兩個接收機中分別用于濾除FSK信號中的一個 峰值點和濾除正交信號在信道中引入的噪聲。
光電檢測器及前置電放大器，利用光電檢測原理直接將光信號轉(zhuǎn)化為電信 號，從而將IP頭信息和IP凈負荷解調(diào)出來，繼而通過前置放大器將小信號放大。
低通濾波器，根據(jù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)確定低通濾波器的低通帶寬，用于對解調(diào) 信號進行整形，減少解調(diào)信號的誤碼率。
綜上，本發(fā)明由于釆用基于SOA-MZI的裝置以及干涉原理對光標記進行了 擦除和插入，提高了變換信號的消光比，進一步改進了接收靈敏度，改善了信 號質(zhì)量，減小了誤碼率，并具有實際可操作性。該發(fā)明簡單、易行，使得光標 記交換方案更具有實際可搡作性。
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，還可以作出若干等同變形和替換，這些等同變形和替換也應(yīng)視為為本 發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種信息處理及傳輸設(shè)備，用于FSK/ASK正交聯(lián)合調(diào)制光信號的產(chǎn)生、傳輸及解調(diào)，其特征在于，包括邊緣路由器，用于將來自接入網(wǎng)的IP數(shù)據(jù)包進行匯集、緩沖及前向糾錯，并對IP數(shù)據(jù)包的頭信息和凈負荷進行分離，IP數(shù)據(jù)包的頭信息作為標記信號，然后對其進行FSK調(diào)制，而高速的凈負荷通過控制光的強度變化—ASK調(diào)制，實現(xiàn)與頭信息的正交調(diào)制；信號傳輸線路，用于給所述的邊緣路由器產(chǎn)生的正交光信號提供色散度最小，衰減度最小的傳輸路徑；信號接收機，用于分離所述的邊緣路由器產(chǎn)生、信號傳輸線路傳輸來的FSK/ASK正交光信號，并分別對FSK信號和ASK信號進行檢測、放大和判決，解調(diào)出標記信號和凈負荷。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的信息處理設(shè)備，其特征在于，所述邊緣路由器包括信號發(fā)生器，用于匯集、緩沖及前向糾錯來自接入網(wǎng)的IP數(shù)據(jù)包，并分離 IP數(shù)據(jù)包的頭信息和凈負荷，產(chǎn)生155Mb/s或622Mb/s的低速標記信號和10Gb/s的高速凈負荷；單分布式反饋激光器，用于對輸入的標記信號進行FSK調(diào)制，IP包頭信息 作為標記信號，驅(qū)動一個小的偏置電流直接調(diào)制單分布式反饋激光器，利用激 光的啁啾產(chǎn)生兩個光譜強度不均衡偏移的碼頻，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運營狀況確定某一 個波長X作為激光器的工作波長；馬赫-曾德爾調(diào)制器，用于實現(xiàn)標記信號和凈負荷的正交聯(lián)合調(diào)制，已調(diào)的 155Mb/s或622Mb/s的低速標記信號一FSK信號進入馬赫-曾德爾調(diào)制器，而 10Gb/s的高速凈荷信號進入馬赫-曾德爾調(diào)制器的電信號控制端，通過對輸入 FSK信號的ASK調(diào)制實現(xiàn)FSK/ASK信號的正交聯(lián)合調(diào)制。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的信號產(chǎn)生裝置，提出一種譜均衡方法，其特征在 于，在分布反饋式激光器后接有一個高斯濾波器，用于均衡單分布式反饋激光 器產(chǎn)生的兩個不均衡碼頻，使其兩個碼頻的光譜強度趨于相等，并將經(jīng)過此處 理的譜均衡信號輸入到M-Z調(diào)制器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的信息處理設(shè)備，其特征在于，所述FSK/ASK正 交聯(lián)合調(diào)制光信號傳輸線路，包括摻鉺光纖放大器，用于提高FSK/ASK正交光信號發(fā)射功率，或者放大在光 纖傳輸中已減弱的信號；單模色散光纖，用于給信號提供長距離傳輸路徑；色散補償光纖，用于給信號提供長距離傳輸路徑，同時補償由于單模色散 光纖產(chǎn)生的光色散。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的信息處理設(shè)備，其特征在于，所述接收機部分包括耦合器，用于將傳送過來的信號分成功率比恰當?shù)膬刹糠?，使其分別進入 FSK信號接收機和ASK信號接收機；FSK信號接收機，用于分離出正交信號中的光標記信號部分，并對FSK信 號進行檢測、放大、濾波和判決，解調(diào)出標記信號，即IP數(shù)據(jù)包的頭信息；ASK信號接收機，用于直接對正交信號進行強度檢測、放大、濾波和判決， 解調(diào)出凈負荷；
6、 一種信息處理設(shè)備，用于光標記交換系統(tǒng)中標記的擦除和插入，其特征 在于，包括核心路由器，用來產(chǎn)生新的標記并進行標記的擦除和插入。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的信息處理設(shè)備，其特征在于，所述核心路由器包括新標記的產(chǎn)生模塊，用于產(chǎn)生新的標記信號；標記的擦除和插入模塊，由SOA-MZI波長變換器構(gòu)成，利用SOA的交叉 相位調(diào)制(XPM)，用于同時實現(xiàn)舊標記的擦除和新標記的插入。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的信號接收設(shè)備，其特征在于，所述FSK信號接收 機包括窄帶光濾波器，用于濾除正交信號頻譜中的一個峰值點，留下另一單頻率 信號信息；光電檢測器及前置電放大器，用于將由窄帶光濾波器產(chǎn)生的單頻光信號轉(zhuǎn) 化為電信號，將IP頭信息解調(diào)出來，繼而將微弱的電信號放大；低通濾波器，用于對IP數(shù)據(jù)包頭信息信號進行整形，減少頭信息信號的誤 碼率；所述ASK信號接收機包括窄帶光濾波器，用于濾除正交信號在信道中引入的噪聲； 光電檢測器及前置電放大器，用于直接探測正交光信號信號強度，即將ASK 信號轉(zhuǎn)化為電信號，從而將IP凈負荷解調(diào)出來，繼而將此微弱的電信號放大； 低通濾波器，用于對解調(diào)的凈負荷信號進行整形，減少凈負荷信號的誤碼率。
9、 一種信息處理方法，應(yīng)用于前述的信息產(chǎn)生、傳輸和接收的裝置，其特 征在于，包括FSK/ASK聯(lián)合正交光信號的產(chǎn)生步驟a接入網(wǎng)傳來的IP數(shù)據(jù)包首先在邊緣路由器信號發(fā)生器進行匯聚，緩沖及前向糾錯，并對其頭信息和凈負荷進行分離，產(chǎn)生155Mb/s或622Mb/s的低速 標記信號及10Gb/s的髙速凈負荷信號；b 155Mb/s或622Mb/s的低速標記信號通過FSK調(diào)制器實現(xiàn)FSK調(diào)制，之 后將信號輸入到馬赫-曾德爾調(diào)制器的光信號輸入端；c高速的凈負荷信號輸入到馬赫-曾德爾調(diào)制器的電信號控制端，通過控制 輸入標記信號的光強度實現(xiàn)FSK/ASK的聯(lián)合光調(diào)制，并將信號輸入到傳輸線路；FSK/ASK聯(lián)合正交光信號的傳輸步驟dFSK/ASK正交聯(lián)合信號通過光纖放大器的放大和正、負色散光纖的傳輸， 以及波長轉(zhuǎn)換和路由后到達另 一邊緣路由器的光接收機部分；舊FSK標記信號的擦除與新FSK標記信號的插入步驟e 155Mb/s或622Mb/s的低速IP數(shù)據(jù)包的頭信息對DFB激光器進行直接調(diào) 制，產(chǎn)生新的FSK光標記信號；f將新的FSK光標記信號和舊的FSK/ASK正交調(diào)制信號 一起輸入半導(dǎo)體光 放大器-馬赫曾德干涉儀SOA-MZI波長變換器中，同時實現(xiàn)標記的擦除與插入；FSK/ASK聯(lián)合正交光信號的接收及解調(diào)步驟g FSK/ASK正交信號通過一光分離耦合器件，將光功率分成合適的兩部分 分別進入FSK信號接收機和ASK信號接收機；h正交信號通過光窄帶濾波器形成單頻信號，通過光電檢測器將該單頻光 信號轉(zhuǎn)化為電信號，并通過濾波整形器解調(diào)出FSK信號；i同上述FSK信號解調(diào)，正交信號通過光窄帶濾波器濾除噪聲信號，并通 過光電檢測器和濾波整形器解調(diào)出ASK信號。
10、根據(jù)權(quán)利8、 9所述的信息處理方法，其特征在于FSK信號和ASK信 號處于同一信號頻率，并釆用共路的形式，正交信號每到一個路由器，只需提取并處理155Mb/s或622Mb/s的低速光標記信號，即可實現(xiàn)高速路由。
全文摘要
本發(fā)明公開一種信息處理設(shè)備，主要用于FSK/ASK正交聯(lián)合調(diào)制方式光標記交換中標記信息的擦除和插入，其中所述信息處理設(shè)備包括光標記的擦除和插入部分以及新標記的產(chǎn)生。所述光標記的擦除插入部分主要通過半導(dǎo)體光放大器-馬赫曾德干涉儀同時實現(xiàn)舊標記的擦除與新標記的插入。由于半導(dǎo)體光放大器-馬赫曾德干涉儀采用干涉原理，因此提高了變換信號的消光比，減小了半導(dǎo)體光放大器中的增益變化和變換信號的啁啾，進一步改進了接收靈敏度。此種標記擦除和插入的方法所需輸入功率低、速率較高、可以在很大頻寬泛圍內(nèi)變換標記的波長。由于這種標記擦除插入的方法具有信號質(zhì)量不劣化且消光比還能改進的重要特點，因此而成為十分看好的技術(shù)。
文檔編號H04B10/145GK101394232SQ20071017962
公開日2009年3月25日 申請日期2007年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月17日
發(fā)明者余重秀, 嚴 師, 琦 張, 忻向軍, 曹永盛, 王葵如, 胡曉明 申請人:北京郵電大學(xué)