基於殘留邊帶的偏振正交調製光標籤方法
2023-05-23 22:59:46 2
專利名稱：基於殘留邊帶的偏振正交調製光標籤方法
技術領域：
本發明屬於光電子技術和光纖通信技術領域。特別涉及在光標籤交換網絡中的光標籤調製格式。
背景技術：
1997年Bellcore(貝爾通信研究所)的S.J.B.Yoo和G.K.Chang等人提出了基於光標籤交換(Optical Label SwappingOLS)技術建立下一代光網絡的方案，這是一種在全新的光網絡中進行IP業務接入的新機理和新技術，它在充分利用了光波交換技術和標籤交換技術的同時也吸收了IP業務的特點，簡化了原來數據網絡的多層協議棧，提高了處理效率，而且能夠低延時交換轉發數據包並對數據率和數據格式透明。由於採用標籤交換技術，從而簡化了路由器入口處處理包頭信息和FEC(轉發等價類)分配的過程，改善了選路的性能和成本，為實現快速轉發奠定了基礎，這種方案突破了波長選路中可使用波長數目有限的制約，使得光包不再與波長捆綁，光包可靈活出入上下各節點，全光網絡資源的利用潛力增加；它通過對光標籤的處理來識別傳送路徑，完成選路功能，同時，又依據IP數據業務突發性強這個特點，採用標籤交換可以充分開發鏈路資源，大大提高數據傳輸效率。而這種光標籤交換又非「全光」處理，彌補了目前尚未成熟的一些關鍵網元的功能，比如光緩存器和光信號同步，它不需要像突發交換網絡那樣提前傳送控制信令信息，準確估計信號處理和傳輸延時，通過標籤來簡化突發光交換的一些操作。
光標籤調製方案是實現OLS網絡的關鍵技術之一。光標籤調製方案決定了光標籤交換節點的基本結構、信號的傳輸性能等系統表現。在高速網絡中，通常載荷的數據率在40Gb/s以上，一些常用的光標籤調製方案已經不能夠繼續使用。目前，用於高速網絡中的光標籤調製方案主要有串行標籤、波長標籤和副載波標籤方案。其中第一種方案需要高速的同步控制電路，實現比較複雜；第二種方案佔用了額外的光纖信道，降低了帶寬利用率；第三種方案需要高頻微波處理電路，會引入非線性效應。因此，需要一種新型的高譜效率、處理簡單的光標籤調製方案。
我們設計的基於殘留邊帶的偏振正交調製光標籤方案具有調製簡單、高譜效率的特性。利用LiNbO3相位調製器的各向異性的特點對載荷信號進行偏振調製，使用窄帶光學濾波器對載荷信號進行濾波以獲得高譜效率信號。
發明內容
本發明的目的在於提供一種高譜效率、處理簡單的、基於殘留邊帶的偏振正交調製光標籤方法。
我們採用基於LiNbO3晶體的相位調製來實現偏振調製。這種調製的好處是使用單一的相位調製器就可以實現偏振調整，方案比較簡單，易於實現，相當於把分立的功能器件整合到一起，具有更好的穩定性。輸入信號光經過起偏器進入到LiNbO3晶體中。由於晶體只有一個方向上施加電壓進行相位調製，而另外一個垂直方向上沒有調製，所以在相位調製器的輸出端就會產生幹涉效應，改變輸入信號光的偏振態。設定LiNbO3晶體的調製電壓為Vπ，則經過調製的偏振方向上，信號相當於延遲了π相位差。其效果等同於信號經過1/2波片的慢軸。信號在LiNbO3晶體中偏振態改變如圖1所示。
1/2波片的Jones矩陣為H=cos2sin2sin2-cos2---(1)]]>其中θ為入射光的x軸與波片快軸的夾角。假設入射光是沿x軸的線偏振光Ein(t)=A(t)ej0t10---(2)]]>其中ω0表示光信號的頻率，則出射光可以表示為Eout=HEin=A(t)ej0tcos2sin2---(3)]]>當θ＝45°時，Eout(t)=A(t)ej0t01---(4)]]>可見，經過1/2波片後，出射光的偏振方向與入射光偏振方向垂直。即當調製信號為Vπ時，就可以實現信號光的偏振方向旋轉90度，即正交方向。考慮到實際中輸入光是已經調製了高速光載荷的信號光，可以表示為
Sin(t)=i=1NSi(t)Ein(t)---(5)]]>其中N表示載荷信號的比特數目，Si(t)代表具體波形A(t)承載的信號，即「0」碼或者「1」碼。假設相位調製器的調製強度為Vπ，調製信號為L(t)=j=1MLj(t)---(6)]]>其中M表示標籤信號的比特數目。那麼，輸出的信號光可以表示為Sout(t)=j=1Mi=1int(N/M)Lj(t)SiM+j(t)Eout(t)---(7)]]>int表示取整運算。可見，輸出信號已經整合了標籤信息L(t)和載荷信息S(t)。
當Lj(t)＝1時Eout(t)=ej0t01---(8)]]>即包含在標籤信號Lj(t)比特周期內的所有高速載荷信號的偏振方向都旋轉了90度。
當Lj(t)＝0時Eout(t)=ej0t10---(9)]]>即包含在標籤信號Lj(t)比特周期內的所有高速載荷信號的偏振方向都不變。這樣，就實現了利用載荷信號偏振態的改變來承載標籤信號。
在接收端，需要擦除原有的偏振調製標籤，然後再添加新的標籤信息。擦除偏振標籤可以通過一個起偏器來實現，如圖2所示。標籤的「0」碼和「1」碼具有互相垂直的偏振態。調整信號光，使得起偏器的主軸與兩個垂直偏振方向的夾角都為45度。則輸出的信號光又恢復為一個偏振態，實現了偏振標籤的擦除。
在40Gb/s的高速光網絡中，需要考慮到晶體雙折射造成的時延τ對偏振調製光標籤的影響，出射的Eout可以表示為Eout(t)=12[A(t-)exp(i(0(t-))+A(t)exp(i(0t+))]]]>=12[A(t-)exp(-i0)-A(t)]exp(i0t)---(10)]]>
同式(4)相比，可以看出此時Eout並不是完全乾涉，其幹涉效果與脈衝形狀及時延τ的大小有關。如圖3所示，兩個具有時延差的高斯脈衝相干，並不能完全相消，造成光標籤信號的「0」碼功率增加，影響接收眼圖及誤碼特性。我們解決這個問題的一個辦法是採用殘留邊帶濾波整形光載荷信號，再進入偏振調製器調製。從這樣光脈衝經過濾波器後會有展寬效應。這種效應可以使脈衝形狀更加平緩，幹涉後的相消效果更好。如圖4所示，經過濾波後隨著脈衝的展寬，雖然經歷相同的時延，但是相消的效果比沒有濾波前的圖3要改善很多。本發明的特徵在於該方法一次含有以下步驟步驟(1)，用一個殘留邊帶濾波器把已經調製了光載荷的輸入信號光整形成殘留邊帶的光載荷信號；步驟(2)，把步驟(1)所述的殘留邊帶的光載荷信號送入一個偏振調製器進行調製；步驟(3)，一個LiNbO3相位調製器根據設定的標籤信號速率、調製電壓幅度把所述偏振調製器調製並輸出的、與所述LiNbO3相位調製器的快軸方向成45度角的偏振的殘留邊帶光載荷信號旋轉90度，使出射光的偏振方向與入射光的偏振方向垂直，得到一束增加了標籤且基於殘留邊帶的兩束偏振正交調製光；步驟(4)，一個摻鉺光纖放大器把步驟(3)得到的所述偏振正交調製光放大後送入傳輸通道；步驟(5)，在接收端，同分光器把接收的所述偏振正交調製光分成以下兩部分一部分經過起偏器進入誤碼測試儀，接收光標籤信號；另一部分用標籤擦除器擦除標籤後，直接送入第2個誤碼測試儀接收光載荷信號，所述標籤擦除器中的第2個偏振調製器對輸入的兩束所述偏振正交調製光經調製後，再遇到第2個起偏器時，使得所述第2個起偏器的主軸與所述兩束偏振正交調製光的交角都為45度，從而使該第2個起偏器輸出的光載荷信號光又恢復為一個偏振態。
2.根據權利要求1所述的基於殘留邊帶的偏振正交調製光標籤方法，其特徵在於，所述殘留邊帶濾波器的中心頻率也是可調諧的。
殘留邊帶濾波對偏振調製的改善效果還可以通過測量光標籤信號的誤碼率來檢驗。圖7給出了在沒有殘留邊帶濾波和有殘留邊帶濾波兩種情況下，接收的光標籤信號的誤碼曲線。可以看出，在沒有經過濾波時，偏振調製信號的接收是存在誤碼平臺的，這主要是偏振調製不完全，即偏振調製標籤的消光比低下所造成的。此時光標籤信號的誤碼平臺在10-7左右，無法滿足光傳輸的系統要求。在經過殘留邊帶濾波後，光標籤信號的接收誤碼平臺消失，誤碼率可以到10-12甚至更低，完全可以滿足系統傳輸的需要。
實驗中還檢驗了光標籤擦除的效果。通過調整偏振控制器，使得兩個偏振方向的信號與接收端處的起偏器主軸夾角為45度，就可以消除偏振調製的光標籤。圖8顯示了經過光標籤擦除後與未加光標籤的載荷背靠背(BTB)時誤碼曲線的比較。通過眼圖可以看出，經過光標籤擦除後載荷信號的恢復還是非常好的。在誤碼率為10-12時，功率代價約為1dB。這種低擾動的標籤擦除表現使得光載荷可以進行下一步的處理，比如新標籤的寫入等。
圖1.LiNbO3晶體中光信號偏振態的改變；圖2.偏振調製光標籤擦除器原理示意圖；圖3.雙折射時延對偏振調製信號的影響示意圖(a)調製前的光脈衝；(b)調製後的光脈衝；圖4.濾波後雙折射時延對偏振調製信號的影響示意圖(a)調製前經過濾波的光脈衝；(b)調製後的光脈衝；圖5.實現本發明的所述方法的系統示意圖；圖6.未經過濾波與經過濾波的比較示意圖(a)未濾波的載荷信號頻譜圖；(b)已濾波的載荷信號頻譜圖；(c)未濾波的載荷信號的眼圖；(d)濾波後的載荷信號的眼圖；(e)未濾波載荷信號調製的標籤信號時域波形圖；(f)濾波後載荷信號調製的標籤信號時域波形圖；圖7.經過濾波與未經過濾波的標籤誤碼曲線比較圖 經過濾波的； 沒有經過濾波的；圖8.經過標籤擦除後與背靠背誤碼錶現及眼圖的比較圖 背靠背的； 經過標籤擦除後的；具體實施方式
具體實施方案如圖5所示。使用43Gb/s的載波抑制歸零碼(CSRZ)產生器產生載荷信號。經過一個光學濾波器產生殘留邊帶的CSRZ信號，濾波器的中心頻率是可調諧的，用以驗證不同中心頻率偏移對信號的影響。然後殘留邊帶載荷信號經過一個偏振控制器(PC)調整，使得偏振方向與LiNbO3相位調製器的快軸方向夾角為45度。調製的標籤信號速率為125Mb/s，調製幅度為Vπ。添加了偏振調製標籤的光信號通過放大後進入傳輸系統中。在接收端使用50/50的分光器把信號分為兩部分，其中一部分經過起偏器進入125MHz的誤碼測試儀(BERT)接收光標籤信號。另一部分直接接收，進入到43GHz的誤碼儀接收光載荷信號。為考察光標籤的擦除效果，可以使用偏振控制器和起偏器共同作用來擦除標籤，再進行載荷接收。
本實例中採用的裝置圖如圖5所示，其中A.43Gb/s的CSRZ光信號發生器和接收器使用的是Mintera公司的MI4010STB.偏振控制器採用General Photonics公司的PolarRITE。
C.濾波器使用的是Santac公司的OTF-300-03S3。
D.LiNbO3相位調製器採用Covega公司的LN_053-065調製器。
E.EDFA採用上海光網絡公司的。
F.125Mb/s的數據發生器和接收器分別使用的是ADVANTEST公司的D3186PULSEPATTERN GENERATOR和D3286ERROR DETECTOR。
G.光探測器採用意歐公司的PD1100。
圖6(a)、圖6(c)和圖6(e)分別顯示了在未經過殘留邊帶濾波的情況下的光載荷信號光譜圖、光載荷信號的時域圖(解析度為10ps/div)和偏振調製標籤信號的時域圖(解析度為4ns/div)。可以看出，經過相位調製器後，的確出現了偏振調製的效果，但是偏振信號的消光比很低，直接影響光標籤的接收質量。圖6(b)、圖6(d)和圖6(f)分別顯示了經過殘留邊帶濾波的情況下的光載荷信號光譜圖、光載荷信號的時域圖和偏振調製標籤信號的時域圖。可以看出，通過殘留邊帶濾波後光信號的頻譜被壓窄，時域脈衝展寬，更加接近一種連續波的形式，如同上一節分析的結果一樣，這對偏振信號的調製是非常有利的。從圖6(f)的時域圖也可以看出，偏振標籤的消光比同圖6(e)相比有明顯改善，同理論分析的結果相同。
權利要求
1.基於殘留邊帶的偏振正交調製光標籤方法，其特徵在於，該方法一次含有以下步驟步驟(1)，用一個殘留邊帶濾波器把已經調製了光載荷的輸入信號光整形成殘留邊帶的光載荷信號；步驟(2)，把步驟(1)所述的殘留邊帶的光載荷信號送入一個偏振調製器進行調製；步驟(3)，一個LiNbO3相位調製器根據設定的標籤信號速率、調製電壓幅度把所述偏振調製器調製並輸出的、與所述LiNbO3相位調製器的快軸方向成45度角的偏振的殘留邊帶光載荷信號旋轉90度，使出射光的偏振方向與入射光的偏振方向垂直，得到一束增加了標籤且基於殘留邊帶的兩束偏振正交調製光；步驟(4)，一個摻鉺光纖放大器把步驟(3)得到的所述偏振正交調製光放大後送入傳輸通道；步驟(5)，在接收端，同分光器把接收的所述偏振正交調製光分成以下兩部分一部分經過起偏器進入誤碼測試儀，接收光標籤信號；另一部分用標籤擦除器擦除標籤後，直接送入第2個誤碼測試儀接收光載荷信號，所述標籤擦除器中的第2個偏振調製器對輸入的兩束所述偏振正交調製光經調製後，再遇到第2個起偏器時，使得所述第2個起偏器的主軸與所述兩束偏振正交調製光的交角都為45度，從而使該第2個起偏器輸出的光載荷信號光又恢復為一個偏振態。
2.根據權利要求1所述的基於殘留邊帶的偏振正交調製光標籤方法，其特徵在於，所述殘留邊帶濾波器的中心頻率也是可調諧的。
全文摘要
本發明屬於光標籤網絡中的光標籤調製技術領域，其特徵在於，在已調製了光載荷的輸入信號光進入LiNbO
文檔編號H04Q3/52GK1916698SQ200610112770
公開日2007年2月21日 申請日期2006年9月1日 優先權日2006年9月1日
發明者陳宏偉, 陳明華, 謝世鍾 申請人:清華大學