專利名稱：一種單dfb激光器同時有效承載標(biāo)記與凈荷的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
光交換技術(shù)，本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，針對一種基于FSK/ASK正交調(diào)制的 光標(biāo)記交換，進行譜均衡優(yōu)化的方法和裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)美國最大的電話運營商AT&T宣稱只有將光纜接到主要街道，然后用已 存在的銅纜接入用戶家才是風(fēng)險較低的寬帶發(fā)展方式時,2007年一季度,Verizon 報告其新增864000 FiOS用戶，增長超過16%，巿場已經(jīng)突破一百萬。該公司 已經(jīng)開始提供50Mbit/s的因特網(wǎng)連接，并正在嘗試將其提高到100Mbit/s;與此 同時，在應(yīng)用領(lǐng)域，以Youtube為代表的VOD視頻點播類服務(wù)已經(jīng)在全球范圍 內(nèi)開始風(fēng)靡。毋庸質(zhì)疑，寬帶的接入網(wǎng)加之高速的應(yīng)用服務(wù)必將推動通信網(wǎng)絡(luò) 中的IP數(shù)據(jù)傳輸量新一輪的爆發(fā)增長。
現(xiàn)有傳輸網(wǎng)的波分復(fù)用技術(shù)(WDM， Wavelength Division Multiplexing)能
有效解決人們對帶寬的需求，但是單純利用WDM技術(shù)沒有從根本上克服網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點的電子速率"瓶頸"，因為在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點仍需要光/電、電/光的轉(zhuǎn)換和進行電 信號處理，交換速率受核心路由器背板速率和數(shù)量的制約，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。從整 個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上看，關(guān)鍵的癥結(jié)在于高速的傳輸速率與低速的交換速率不能匹配， 所以克服電子"瓶頸"的辦法是避免在異步傳輸模式(ATM, Asynchronous TransferMode)和同步數(shù)字序列(SDH, Synchronous Digital Hierarchy)層而是直接在密 集波分復(fù)用(DWDM, Dense WDM )上進行IP數(shù)據(jù)的傳輸，即建設(shè)全光以太 網(wǎng)(IP over DWDM )。
在此背景下，作為建設(shè)全光以太網(wǎng)的基礎(chǔ)，光標(biāo)記交換技術(shù)是近幾年國外 光交換技術(shù)研究的熱點，光標(biāo)記交換的關(guān)鍵技術(shù)主要集中在光標(biāo)記的產(chǎn)生、提 取和識別等方面。本文著眼于以通用多標(biāo)記交換(GMPLS， General Multi-Protocol Labeled Switching)為基礎(chǔ)的光標(biāo)記交換，研究一種結(jié)合頻移鍵控/幅移鍵控
(FSK/ASK， Frequency Shift Keying/Amplitude Shift Keying)的正交調(diào)制的光標(biāo) 記技術(shù)。以這種光標(biāo)記技術(shù)構(gòu)建底層的光以太網(wǎng)，將為建設(shè)新型城域網(wǎng)提供一 個行之有效的方案。

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)有光交換網(wǎng)絡(luò)只能承載載荷信號， 而包含路由信息的標(biāo)記信號只能在電交換網(wǎng)絡(luò)中傳播的缺點。提供了一種單分 布反饋式(DFB， Distributed Feed-back)激光器同時承載標(biāo)記和載荷信號的光標(biāo) 記交換的方法。重點是針對此技術(shù)方案中，標(biāo)記信號直接強度調(diào)DFB制激光器 會出現(xiàn)光譜不均衡問題，提出了一種利用高斯濾波器進行譜均衡處理的方法， 從而顯著減小了接收載荷信號的誤碼率。
本發(fā)明釆用的光標(biāo)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FSK/ASK正交聯(lián)合調(diào)制信號低速IP數(shù)據(jù)包的頭信息對DFB激光器進行直接強度調(diào)制，產(chǎn)生FSK光標(biāo) 記信號，進行譜均衡處理，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(fù)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?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，用于將IP凈負(fù)荷調(diào)制到FSK光標(biāo)記信號 上，實現(xiàn)FSK/ASK的正交聯(lián)合調(diào)制，產(chǎn)生FSK/ASK信號。
然后，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，補 償由于單模色散光纖產(chǎn)生的光色散。
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(fù)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按功率的比例分成兩部分，使其分別進入 FSK信號接收機和ASK信號接收機。
其次，在FSK信號接收機部分，來自耦合器的信號首先經(jīng)過窄帶光濾波器， 通過選取恰當(dāng)?shù)臑V波器帶寬，濾除FSK信號中的一個峰值點，留下另一單頻率 信號信息；再經(jīng)過光電檢測器，將單頻率的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，并通過前置 放大器將小信號放大；最后通過低通濾波器的濾波整形作用，將IP頭信息解調(diào) 出來。
同理，在ASK信號接收機部分，來自耦合器的信號信號首先經(jīng)過窄帶光濾波器，濾除正交信號在信道中引入的噪聲；再經(jīng)過光電檢測器將FSK/ASK正交 光信號中的ASK信號轉(zhuǎn)化為電信號，并通過前置放大器將小信號放大；最后通 過低通濾波器的濾波整形作用，將IP凈負(fù)荷解調(diào)出來。 針對該技術(shù)方案提出的譜均衡問題的解決
前面提到低速IP數(shù)據(jù)包的頭信息對DFB激光器進行直接強度調(diào)制，產(chǎn)生 FSK光標(biāo)記信號，在進入M-Z調(diào)制器之前會進行譜均衡處理。
首先，IP包頭信息作為標(biāo)記信號，驅(qū)動一個小的偏置電流直接調(diào)制激光器， 利用激光的啁啾來完成FSK標(biāo)記信息的生成。
其次，由于啁啾不可控的特點，其產(chǎn)生的兩個偏移的碼頻，其光譜強度是 不均衡的。將此不均衡的標(biāo)記信號通過一個特定的高斯濾波器，使其兩個碼頻 的光譜強度趨于相等。
最后將此經(jīng)過高斯濾波器處理的譜均衡信號輸入到M-Z調(diào)制器。
本發(fā)明的有益效果是，顯著優(yōu)化了單DFB激光器同時有效承載標(biāo)記與載荷 的技術(shù)的性能，其傳輸載荷信號的誤碼率得到了顯著的減小，并且具有實際可 操作性。


圖l為本發(fā)明邊緣路由器的結(jié)構(gòu)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(biāo)記系統(tǒng)模型原理其中傳輸部分由摻鉺光纖放大器(EDFA， Erbium Doped FiberAmplifiers )、單模光纖(SMF, Single Mode Fiber )、色散補償光纖(DCF，
Dispersion Compensation Fiber)構(gòu)成。
接收機部分由耦合器(Coupler)、光帶通濾波器(OBPF, Optical Band-pass
Filter )、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)明中經(jīng)DFB激光器調(diào)制的FSK光標(biāo)記信號頻譜圖； 圖4為本發(fā)明中用到的高斯濾波器的示意圖 圖5為本發(fā)明中經(jīng)高斯濾波后的FSK光標(biāo)記信號頻譜圖； 圖6為本發(fā)明中Label與Payload信號經(jīng)FSK/ASK正交調(diào)制后信號頻譜圖； 圖7為經(jīng)過譜均衡處理的信號經(jīng)ASK接收機的誤碼分析圖。
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(xì)說明
如圖l所示的邊緣路由器，首先將來自接入網(wǎng)的IP數(shù)據(jù)包進行匯集、緩沖 及前向糾錯(FEC， Forward Error Correction),之后將IP數(shù)據(jù)包的頭信息(Label) 和凈負(fù)荷(Payload)進行分離。
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，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中波長資源的使用情況確定一個波長Ao作為激光 器的工作波長，本發(fā)明以中心頻率點fo為193.1THz為例，利用該激光器啁嗽效 應(yīng)產(chǎn)生頻率調(diào)制，即產(chǎn)生FSK光標(biāo)記信號FSKLabel。此過程需選取恰當(dāng)?shù)念l 差A(yù)f,本發(fā)明以頻差A(yù)f為20GHz為例。圖3為其調(diào)制頻譜圖?？梢宰⒁獾酱?時的頻譜由于啁啾的特點，兩個頻譜的強度是不平衡的，其中193.09THz光譜的頻譜強度明顯高于193.11THz的，這樣會直接導(dǎo)致在接收機側(cè)，ASK信號的 誤碼率會增加。
因此，需要首先將不均衡的信號進行處理，信號輸入一個確定的高斯濾波 器，本發(fā)明以中心頻率為193.11THz,帶寬20GHz為例，圖4為高斯濾波器的 示意圖，利用高斯濾波器對頻譜強度大的193.09THz的光譜進行一定的抑制， 從而得到頻譜均衡的信號。圖5為經(jīng)過譜均衡處理的頻譜圖，從該圖可得知，通 過適當(dāng)調(diào)制高斯濾波器的參數(shù)，F(xiàn)SK光標(biāo)記信號的頻譜得到了顯著的均衡。調(diào) 制后的FSKLabel繼而進入M-Z調(diào)制器光信號輸入端。
而高速IP數(shù)據(jù)包的凈負(fù)荷Payload,本發(fā)明以10Gb/s為例。首先經(jīng)過相關(guān) 的編碼技術(shù)轉(zhuǎn)換成適合光纖傳輸?shù)男盘柛袷?，然后輸入到M-Z調(diào)制器的臂，即 M-Z調(diào)制器的電信號控制端。
在此形成的FSK/ASK正交調(diào)制的光分組標(biāo)記信號，其頻譜如圖6所示。繼 而進入如圖2中的傳輸模塊，其中包括
摻鉺光纖放大器(EDFA)，其一位于邊緣路由器后，用于提高FSK/ASK信 號發(fā)射功率，使其在光纖中傳輸距離足夠長；其二位于傳輸路徑中或信號接收 機前，用于增強信號在光纖傳輸中衰減的能量。
單模色散光纖(SMF),用于給輸入的信號提供長距離傳輸路徑，同時產(chǎn)生 信號正色散。
色散補償光纖(DCF),用于給信號提供長距離傳輸路徑，恰當(dāng)補償信號路 經(jīng)SMF而產(chǎn)生的光色散。其中DCF可置于SMF前、后或與SMF混合連接。
經(jīng)過傳輸和交換的FSK/ASK正交信號進入如圖2的IP頭信息與IP凈負(fù)荷 的接收模塊
耦合器，用于將傳送過來的FSK/ASK正交信號按功率的比例分成兩部分，其中 一部分進入FSK信號接收機，另 一部分進入ASK信號接收機。
FSK信號接收機，用于接收來自耦合器的信號，并分離出正交信號中的光 標(biāo)記信號部分，對FSK信號進行檢測、放大、濾波和判決，解調(diào)出標(biāo)記信號， 即IP數(shù)據(jù)包的頭信息。進入FSK信號接收機的信號分別經(jīng)過
窄帶光濾波器(OBPF)，選取恰當(dāng)?shù)臑V波器帶寬，用于濾除FSK信號中的 一個峰值點fi,留下單頻f"言號信息。
光電檢測器(PIN)及前置電放大器，接收窄帶光濾波器的輸出，并直接探 測正交光信號的信號強度，即將FSK信號轉(zhuǎn)化為電信號，從而將IP頭信息解調(diào) 出來，繼而將此微弱的電信號放大。
低通濾波器，接收光電檢測及前置電放大器的輸出，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。
ASK信號接收機，用于接收來自耦合器的信號，并分離出正交信號中的光 凈荷信息部分，對ASK信號進行檢測、放大、濾波和判決，解調(diào)出凈荷信息，。 進入ASK信號接收機的信號分別經(jīng)過
窄帶光濾波器(OBPF)，選取恰當(dāng)?shù)臑V波器帶寬，用于濾除正交信號在信 道中引入的噪聲。
光電檢測器(PIN)及前置電放大器，接收窄帶光濾波器的輸出，并直接探 測正交光信號的信號強度，即將ASK信號轉(zhuǎn)化為電信號，從而將IP凈負(fù)荷解調(diào) 出來，繼而將此微弱的電信號放大。
低通濾波器，接收光電檢測及前置電放大器的輸出，對IP數(shù)據(jù)凈荷信息信 號進行整形，減少凈荷信息的誤碼率。
綜上，本發(fā)明由于釆用高斯濾波器對標(biāo)記光信息進行了譜均衡處理，使得 ASK載荷信號在接收機端接收的誤碼率成倍的減小了，如圖7,優(yōu)化了單DFB激光器同時有效承載標(biāo)記與載荷的技術(shù)，如圖7誤碼分析圖所示，使用高斯濾
波器進行譜均衡處理后的誤碼率顯著的減小，起到了良好的優(yōu)化效果；同時對
比釆用電吸收裝置來進行譜均衡的方案，該發(fā)明簡單、易行，使得光標(biāo)記交換 方案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(fù)荷進行分離，IP數(shù)據(jù)包的頭信息作為標(biāo)記信號，然后對其進行FSK調(diào)制，而高速的凈負(fù)荷通過控制光的強度進行ASK調(diào)制，實現(xiàn)與頭信息的正交調(diào)制；信號傳輸線路，用于傳輸所述的邊緣路由器產(chǎn)生的正交光信號；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 SK/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(biāo)記信號和凈負(fù)荷。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的信息處理及傳輸設(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(fù)荷進行分離，產(chǎn)生相對低速的標(biāo)記信息和高速 的凈負(fù)荷；單分布式反饋激光器，用于對輸入的標(biāo)記信號進行FSK調(diào)制。IP包頭信 息作為標(biāo)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)中波長資源的使 用情況確定某一個波長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(biāo)記信號和凈負(fù)荷的正交聯(lián)合調(diào)制，已調(diào) 的低速的標(biāo)記FSK信號進入馬赫-曾德爾調(diào)制器，而高速的凈荷信號進入馬赫-曾德爾調(diào)制器的電信號控制端，通過對輸入FSK信號的強度調(diào)制產(chǎn)生ASK信 號，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1所述的信息處理及傳輸設(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。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的信息處理及傳輸設(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按功率的比例分成兩部分，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，用于接收來自耦合器的信號，并分離出正交信號中的 光標(biāo)記信號部分，對FSK信號進行檢測、放大、濾波和判決，解調(diào)出標(biāo)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(fù)荷。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的信息處理及傳輸設(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，接收光電檢測及前置電放大器的輸出，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，接收所述窄帶光濾波器的輸出，并直接探測正交光信號的信號強度，即將ASK信號轉(zhuǎn)化為電信號，從而將IP凈負(fù)荷解調(diào)出來，繼而將此微弱的電信號放大；低通濾波器，接收光電檢測及前置電放大器的輸出，用于對解調(diào)的凈負(fù)荷信號進行整形，減少凈負(fù)荷信號的誤碼率。
6. —種應(yīng)用于如權(quán)利要求1所述的信息處理及傳輸設(shè)備的譜均衡方法， 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。
7、 一種應(yīng)用于如權(quán)利要求1所述信息處理及傳輸設(shè)備的信息處理方法， 應(yīng)用于信息的產(chǎn)生、傳輸和接收，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(fù)荷進行分離，產(chǎn)生低速的標(biāo)記信號及高速的凈 負(fù)荷信號；b低速的標(biāo)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(fù)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(biāo)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，并分別經(jīng)過正色散光纖 和負(fù)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；FSK/ASK聯(lián)合正交光信號的接收及解調(diào)步驟eFSK/ASK正交信號通過一光分離耦合器件，按功率的比例將光信號分成 兩部分分別進入FSK信號接收機和ASK信號接收機；f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；g同步驟f的解調(diào)過程，正交信號通過光窄帶濾波器濾除噪聲信號并形成 單頻信號，通過光電檢測器和濾波整形器解調(diào)出ASK信號。
8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的信息處理方法，其特征在于，步驟b,信號通過 一個小的偏置電流直接調(diào)制單分布反饋激光器，并通過一高斯濾波器來均衡由 此形成的不均衡頻譜，從而優(yōu)化ASK信號。
9、根據(jù)權(quán)利7、 8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，僅通 過提取并處理低速的光標(biāo)記信號即可實現(xiàn)凈荷信息的高速路由轉(zhuǎn)發(fā)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種信息處理設(shè)備，主要用于IP-over-DWDM光網(wǎng)絡(luò)的信息產(chǎn)生、傳輸及接收，其中所述信息處理設(shè)備包括邊緣路由器、傳輸模塊及信號接收部分。所述邊緣路由器主要通過單分布式反饋激光器及馬赫-曾德爾調(diào)制器實現(xiàn)有效承載標(biāo)記與載荷。本發(fā)明公開了相應(yīng)的信息傳輸方法。由于標(biāo)記信號和凈負(fù)荷信號采用了FSK/ASK正交聯(lián)合調(diào)制方式，克服現(xiàn)有光交換網(wǎng)絡(luò)只能承載載荷信號，而包含路由信息的標(biāo)記信號只能在電交換網(wǎng)絡(luò)中傳播的缺點；及采用了高斯濾波的方法對調(diào)制的正交信號進了譜均衡，明顯提高了信息的傳輸質(zhì)量。
文檔編號H04L12/56GK101420636SQ20071017637
公開日2009年4月29日 申請日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月26日
發(fā)明者余重秀, 琦 張, 忻向軍, 曹向磊, 曹永盛, 桑新柱, 王葵如 申請人:北京郵電大學(xué)