用於加光標籤的分組傳輸的系統和方法
2023-05-08 03:31:41 4
專利名稱：用於加光標籤的分組傳輸的系統和方法
技術領域：
本發明總體上涉及加光標籤的分組傳輸，更具體地，涉及用於傳輸加光標籤的分組以便考慮到光標籤分組交換的系統和方法。
背景技術：
光分組交換是有吸引力的技術，它通過提供子波長粒度而使得能夠更有效和靈活地利用WDM光網絡的能力。光標籤交換，作為一種有前途的分組交換方案，提供對於將來的數據加強的網絡重要的幾個關鍵的特性。這些特性包括在全光的數據面上與協議和格式無關的透明性，在控制面上的簡單性，以及包括GMPLS的傳統的和新興的聯網技術的交互性。這樣的交換方案在D.J.Blumenthal等人的「All-Optical Label Swapping Networks and Technologies(全光的標籤交換網絡和技術)」，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)調製載送分組淨負荷和通過使用差分移相鍵控(DPSK)調製載送分組標籤的光標籤分組傳輸方案早已被提出。這樣的光的標籤生成方案在N.Chi等人，「Transmission andTransparent Wavelength Conversion of an Optically Labeled SignalUsing ASK/DPSK Orthogonal Modulation(使用ASK/DPSK正交調製的加光標籤信號的傳輸和透明的波長變換)」，IEEE PhotonicsTechnology Letters，Vol.15，pp.760-762(2003)中討論，該文章在此引入，以供參考。對於10Gb/s淨負荷和2.5Gb/s DPSK標籤分別得到約-26dBm和約-30dBm的光的前置放大器的接收機靈敏度(處於BER＝10-9)。
使用DPSK調製來載送低速度標籤信息和使用ASK調製來載送高速度淨負荷信息的現有技術方案，諸如由N.Chi等人建議的方案，具有多個缺點。第一，由於DPSK調製被使用來載送低速度標籤信息，在DPSK解調時需要的延時幹涉計在延時幹涉計的兩臂之間具有長的延時差，因此它是非常溫度敏感和極化敏感的。第二，標籤的數據速率的任何改變都需要改變延時幹涉計(以得到匹配的延時)。第三，分組標籤的去除和插入是困難的，因為該標籤被相位調製。為了去除標籤，Chi等人建議使用互增益調製，這將改變信號波長。這對於需要保持信號波長的情形是不希望的。為了加上標籤，需要昂貴的相位敏感的調製。最後，低速度DPSK需要高度相干(低帶寬)源(CW)雷射器，以及對於非線性效應，諸如互相位調製(XPM)，具有較小的容忍度。
發明內容
本發明提供使用DPSK/ASK調製傳輸加光標籤的分組的系統和方法。在優選實施例中，提供一種包括發射機的系統，該發射機包括至少兩個調製器，適於提供加光標籤的分組的淨負荷部分的DPSK調製和加光標籤的分組的標籤部分的ASK調製。系統還可包括接收機，接收機包含平衡檢測器，用於檢測加光標籤的分組的淨負荷部分。
在按照本發明的方法的優選實施例中，提供了加光標籤的分組的傳輸的通信方法，該方法包括使用DPSK調製來調製來自雷射器源的光，以載送淨負荷信息，和使用ASK調製來載送標籤信息。
圖1是顯示按照本發明的系統的一個實施例的圖；圖2是顯示DPSK淨負荷和ASK標籤碼元的星座圖的圖；圖3a-b是對於按照本發明的一個實施例的加光標籤的分組傳輸的接收的電的DPSK和ASK眼圖；圖4是顯示按照本發明的一個實施例的系統的測量的BER性能的圖；
圖5a-b是在標籤接收機後和淨負荷接收機處測量的周期交換信號的範圍軌跡；圖6是顯示按照本發明的實施例的標籤去除和插入的示意圖；圖7是按照本發明的一個實施例通過對於加光的標籤分組傳輸飽和SOA來進行標籤去除的接收的電的DPSK眼圖；以及圖8是顯示按照本發明的一個實施例的具有DPSK/ASK調製的加光標籤的分組的淨負荷/標籤保留波長變換的示意圖。
具體實施例方式
在本發明的優選實施例中，提供了使用DPSK/ASK調製格式來載送淨負荷/標籤信息、使用用於DPSK/ASK信號的DPSK淨負荷部分的平衡檢測的系統和方法。本發明提供比起現有技術方案的多個優點。第一，DPSK被使用來載送高速淨負荷，這樣延時線幹涉計(在DPSK解調中使用的)的溫度穩定性得到很大的改進，以及由於在幹涉計的兩個臂之間的減小的相對延時，它的極化靈敏度被很大地減小。第二，標籤的數據速率可被調節(例如，從2.5Gb/s到155Mb/s)而不用改變幹涉計。第三，平衡接收機的使用不僅改進DPSK接收機對於分組功率起伏的容忍度，而且也大大地提高DPSK接收機的靈敏度(例如，約3dB)以及ASK接收機的靈敏度(通過對於ASK調製允許較高的消光比)。第四，標籤的去除和插入容易得多，因為它是強度調製的(與相位調製相反)。
按照本發明的系統100的一個實施例顯示於圖1。系統100優選地包括DPSK/ASK發射機110，和DPSK/ASK接收機150。運行時，來自雷射器112的光是通過使用淨負荷數據信號113驅動相位調製器114而被DPSK調製。優選地，淨負荷數據信號113是具有大於約2.5Gb/s的數據速率的高速信號。
相位調製器114可以是單波導相位調製器，Mach-Zehnder調製器(MZM)等等。MZM可以由各種電-光材料，例如LiNbO3，製成，以及優選地，MZM以它的零點為偏置點和以約2Vπ進行驅動，使得光信號的相位在0與π之間切換。最好採用不帶有線性調頻的MZM來產生具有幾乎理想的相位值(0與π)的DPSK信號。
強度調製器120被耦合到相位調製器114，以提供來自雷射器112的光的ASK調製。強度調製器120優選地被ASK標籤數據信號125驅動。ASK標籤數據信號優選地是低速信號，其數據速率小於淨負荷數據速率的約1/4。優選地，強度調製器120被驅動成產生約2dB與約8dB之間的低的消光比(ER)。強度調製器120可以是MZM，電吸收調製器(EAM)等等。對於MZM，通過欠驅動MZM和把偏置點移到遠離90°相位點而達到低的ER。對於用EAM進行的調製，通過移位偏置點而達到低的ER。
本領域技術人員可以看到，雷射器的光的DPSK淨負荷調製和ASK調製的次序可以顛倒，而仍舊提供按照本發明的加光標籤的分組。
接收機150優選地包括摻鉺光纖放大器160(EDFA)作為光的前置放大器。優選地，在放大器160後提供光纖放大器161，以便減小來自放大的自身發射(ASE)噪聲的惡化。放大的信號然後優選地被分離到兩條路徑165，166。一條路徑165把接收信號傳輸到DPSK接收機190。DPSK接收機190優選地包括1比特延時幹涉計192，平衡檢測器194，以及差分RF放大器196，用於檢測DPSK淨負荷(即，加光標籤的分組的DPSK調製部分或分量)。另一條路徑166把接收信號發送到ASK檢測器198，用於檢測分組標籤(即，加光標籤的分組的ASK調製部分或分量)。
DPSK接收機190的光延時幹涉計192把路徑165上的光分成兩個臂，以及把一個臂延時約1比特時間間隔。本領域技術人員可以看到，由延時幹涉計192提供的延時可以從精確的1比特時間間隔變化，而仍舊提供足夠的延時，允許接收所接收的分組的淨負荷部分。優選地，由延時幹涉計192提供的延時是在約0.8和約1.2倍比特周期之間。
在按照本發明的系統的另一個優選實施例中，提供了標籤處理裝置(未示出)，用來提供標籤讀出，標籤插入和或標籤去除。圖6顯示按照本發明的優選實施例的標籤去除和插入。
在提供標籤去除的裝置中，優選地使用具有類似於(或快於)標籤數據速率的速度的、不帶有線性調頻的飽和放大器610。這樣的放大器可以是相對較簡單的和緊湊的半導體光放大器(SOA)，光纖拉曼(Raman)放大器等等。圖7顯示使用飽和SOA去除的ASK標籤的DPSK眼圖。
對於標籤插入，可以使用低速強度調製器620(例如，MZM或EAM)。強度調製器優選地是與極化無關的，因為信號的極化是隨時間和位置而變化的。與其中分組標籤數據被相位調製的現有技術ASK/DPSK方案相比較，按照本發明的標籤去除和插入被大大地簡化。
對于波長變換，正如在核心路由器中典型地需要的，按照本發明可以採用相位保持4波混頻(FWM)過程。FWM過程可以例如在高度非線性光纖或快速SOA中實現。圖8顯示按照本發明的優選實施例的DPSK/ASK分組的波長變換。光的分組的幅度和相位優選地被保留。如圖8所示，波長λ1的加光的標籤的DPAK/ASK分組連同波長λ0的泵浦光一起傳送通過FWM媒體。具有λ2∽2λ0-λ1的波長λ2的新的分組被生成(通過FWM過程)，以及載送相同的淨負荷和標籤信息作為原先的分組。
圖2是顯示在復矢量圖上淨負荷和標籤碼元的星座圖的圖。在圖上，x軸代表光場的實部，以及y軸代表光場的虛部。DPSK淨負荷數據113是通過在y軸設置判決閾值，以比較相鄰的比特的正負號(或相位)而被恢復的。DPSK淨負荷的這樣的恢復可以通過使用如上所述的延時幹涉計192和平衡檢測器194以及設置判決閾值為0而實現的。例如，如果兩個相鄰的比特具有相同的(或相反的)正負號，則確定是「1」(或「-1」)。ASK標籤數據可以通過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上設置判決閾值而被恢復。
本發明的實施例已由10Gb/s淨負荷信號和2.5Gb/s標籤信號實驗地說明。所使用的雷射器是在1550nm運行的可調諧的雷射器。10Gb/s淨負荷數據是通過調製MZM而被加到雷射器的光上，該MZM以零點為偏置點和以2Vπ進行驅動，以達到相位調製。強度調製器被使用來通過具有6dB ER的ASK調製，把2.SGb/s標籤信息插入到來自MZM的DPSK信號上。強度調製的ER被設置為允許對於標籤數據速率為淨負荷數據速率的1/4的淨負荷和標籤的大約相等的接收機靈敏度。低的ER是通過在約0.8Vπ欠驅動MZM和把偏置點移到遠離90°相位點約0.1Vπ而達到的。
為了簡化DPSK/ASK發射機，使用了具有10 GHz帶寬和5.5dB總的插入損耗的2級X切割(不帶有線性調頻)調製器。在接收機處。具有約4.5dB NF的EDFA被用作為光前置放大器。光的前置放大器後面的濾色鏡具有約100 GHz的3dB帶寬。放大的信號被分離到兩條路徑，一條路徑進入包括100ps延時幹涉計、平衡檢測器、和差分RF放大器196的DPSK接收機，用於淨負荷檢測，以及另一條路徑進入ASK檢測器，用於標籤檢測。
圖3a-b顯示對於連續的DPSK/ASK數據流在DPSK接收機和ASK接收機(具有1.5GHz貝塞爾濾波器)處檢測的眼圖。對於用平衡檢測器檢測接收信號的DPSK淨負荷部分，最佳判決電平約為0。對於ASK標籤檢測，「0」電平約為「1」電平的1/4，因為ASK調製器的ER約為6dB。對於改進的接收機靈敏度，1.5GHz貝塞爾濾波器被使用來減小DPSK數據中相位過渡處的強度起伏，以及限制電噪聲。
圖4a-b是從實驗演示得到的圖，它表明BER對於接收的光的功率(在前置放大器之前)的依賴性。在實驗演示中使用的圖案是對於DPSK淨負荷數據的27-1 PRBS和對於ASK標籤數據的29-1 PRBS。對於淨負荷和標籤得到優於-32dBm的接收機靈敏度。可以確定，由於平衡檢測時對於DPSK的固定的判決電平，當功率減小時，DPSK性能惡化比起ASK性能惡化慢得多。可以看到，標籤比特速率可以降低(例如，到約155Mb/s)，如果想要的話，以及總的接收機靈敏度可以進一步提高。
還進行了模擬具有切換的加標籤信號的系統的另外的實驗。分組包絡生成器130和EAM 131被使用來接通和關斷來自發射機100的DPSK/ASK信號，以形成光分組。本領域技術人員將會看到，不一定必須用分組包絡生成器130和EAM 131來生成按照本發明的加光標籤的分組。發射機110可以適配於通過 而在發射機110處生成分組。圖5a-b顯示在ASK接收機和DPSK接收機後測量的發送的分組的範圍軌跡。
為了評估色散容忍度，把25km SSMF(D＝17ps/km/nm)插入在發射機與接收機之間，以及發現對於10Gb/s淨負荷的小於約1dB的功率懲罰和對於2.5Gb/s標籤無懲罰。實驗演示結果在由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DPSK淨負荷的平衡檢測的、基於DPSK/ASK調製格式的光標籤交換)」的文章中詳細地描述，該文章在此引入，以供參考。
雖然本發明是根據所顯示的實施例描述的，但本領域技術人員將會很容易看到，可以對於這些實施例可作出變形，以及這些變形落在所附權利要求限定的本發明的精神和範圍內。
權利要求
1.一種用於生成加光標籤的分組的光發射機，包括相位調製器，由淨負荷信號驅動，以提供加光標籤的分組的淨負荷部分的DPSK調製；和被耦合到相位調製器的強度調製器，該強度調製器由標籤信號驅動，以提供加光標籤的分組的標籤部分的ASK調製。
2.權利要求1的發射機，其中淨負荷信號是高速信號，具有大於約2.5Gb/s的數據速率，以及標籤信號是低速信號，具有低於淨負荷信號數據速率的約1/4的數據速率。
3.權利要求1的發射機，其中ASK調製的消光比是在約2dB與約8dB之間。
4.一種系統，包括用於生成加光標籤的分組的發射機，該發射機包括相位調製器，由淨負荷信號驅動，以提供加光標籤的分組的淨負荷部分的DPSK調製；和被耦合到相位調製器的強度調製器，該強度調製器由標籤信號驅動，以提供加光標籤的分組的標籤部分的ASK調製。
5.權利要求4的系統，還包括波長變換器，用於通過使用四波混頻過程提供加光標籤分組的波長變換，而同時保持加光標籤分組的相位和幅度。
6.權利要求4的系統，還包括標籤處理器，適於提供標籤插入、標籤去除和/或標籤讀出。
7.一種用於傳輸光標籤分組的通信方法，該方法包括以下步驟使用DPSK調製來載送淨負荷信息並使用ASK調製來載送標籤信息，而調製來自雷射源的光。
8.權利要求7的方法，其中加光標籤分組的淨負荷包含大於約2.5Gb/s的數據速率的高速數據，以及標籤包含低於淨負荷數據速率的約1/4的數據速率的低速數據。
9.權利要求7的方法，還包括提供脈衝生成以允許生成RZDPSK淨負荷信號。
10.一種用於傳輸加光標籤分組的通信系統，包括用於使用DPSK調製來載送淨負荷信息並使用ASK調製來載送標籤信息從而調製來自雷射源的光的裝置。
全文摘要
用於使用DPSK/ASK調製傳輸加光標籤的分組的系統和方法。該系統包括發射機，該發射機包括至少兩個調製器，適於提供加光標籤的分組的淨負荷部分的DPSK調製和加光標籤的分組的標籤部分的ASK調製。還提供接收機，該接收機包括平衡檢測器，用於檢測加光標籤的分組的淨負荷部分。
文檔編號H04B10/152GK1604504SQ20041001174
公開日2005年4月6日 申請日期2004年9月24日 優先權日2003年9月29日
發明者蘭迪·柯林頓·吉爾斯, 劉翔, 蘇翼凱, 衛星 申請人:朗迅科技公司