一種光交換晶片性能的獲取方法
2023-11-11 06:34:37 2
一種光交換晶片性能的獲取方法
【專利摘要】本發明公開了一種光交換晶片性能的獲取方法，通過用戶的光交換連接請求所確定的所有路由方式，確定出不同路由方式下組成光交換晶片中光開關的配置狀態，再根據行列交替路由的方式獲取到不同光開關配置狀態下的光交換晶片的性能。這樣的方法適合任意拓撲結構的光交換晶片，且獲取方法簡單，同時具有可擴展、效率低以及簡單易行的優點。
【專利說明】一種光交換晶片性能的獲取方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於光通信【技術領域】，更為具體地講，涉及一種光交換晶片性能的獲取方法。
【背景技術】
[0002]光纖通信網絡已成為電信網、機算機網、有線電視網乃至目前倍受關注的物聯網的重要支撐，其技術成果已滲透到諸多領域，不斷影響著人們的生活方式。光纖通信網絡的發展離不開光傳輸和光交換(處理)兩大核心技術。然而，目前普遍米用的「光一電一光」交換/處理方式難以與高速光纖傳輸相匹配，成為制約光纖信息網絡進一步發展的瓶頸。光子信息處理技術被認為是解決這種「電子瓶頸」的有效手段，成為當今世界範圍內的前沿研究領域。
[0003]新一代的信息通信網絡逐漸向全光交換網絡演進，光交換結構作為全光交換網絡的核心技術，決定了網絡的光交換容量、功能和性能。採用光子集成技術實現大規模光交換晶片已成為光信息處理領域的研究熱點，光開關結構是組成光交換晶片的基本單元，目前報導的埠數最多的是基於矽隔離體一馬赫曾德幹涉儀(SO1-MZI)的8X8光交換晶片。當前，國際上正在採用CMOS標準工藝技術，設計、製備基於SO1-MRR光開關單元的大規模可拓展光交換晶片，可實現16X16埠的任意交換。其中，光交換晶片性能與光交換晶片拓撲結構、交換晶片工藝設計、以及交換晶片驅動電路等密切相關，對光纖通信網絡的發展應用也起到了至關重要的作用。一個完整的光子交換集成晶片的設計、製備、模塊化封裝和測試需要很長的時間，而且需要耗費大量的人力、物力和財力，採用計算或仿真光交換晶片性能的方法，可以大大縮短光子集成晶片的設計周期。
[0004]現有的光交換晶片性能的獲取方法是根據具體的光開關拓撲結構，按照信號傳輸的路徑，採用傳輸矩陣的方法，一級一級地進行計算，因此該方法並不通用、可擴展性差，且其計算規模將隨著開關規模的擴大而極速地增大，當開關規模變得非常大的時候，其計算過程將變得非常複雜，面對快速增長的光通信技術，光開關的拓撲結構和規模將時刻處於變動之中，採用傳統的獲取方法並不能很好地對光交換晶片的性能進行測試。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種光交換晶片性能的獲取方法，通過行列交替路由的方式計算各個輸入埠對應的組播光功率，從而獲取到給定光開關配置狀態下的光交換晶片性能，具有可擴展、效率低以及簡單易行的特點。
[0006]為實現上述發明目的，本發明一種光交換晶片性能的獲取方法，其特徵在於，包括以下步驟:
[0007](I)、確定光開關的配置方式；
[0008]根據用戶的光交換連接請求所確定的所有路由方式，確定出不同路由方式下組成光交換晶片中光開關的配置狀態；[0009](2)、構建光交換晶片的拓撲信息表；
[0010]根據第一種路由方式下的光開關配置狀態獲取光交換晶片各組成單元的光場傳輸矩陣信息，再結合光交換晶片內各組成單元的連接信息構建光交換晶片的拓撲信息表，其中光交換晶片組成單元包括光開關單元，交叉波導，以及實現光開關單元和交叉波導間連接的直連波導；
[0011](3)、計算各輸入埠對應的組播光功率；
[0012]根據光交換晶片的拓撲信息表，計算出光交換晶片中各輸入埠對應的輸出功率，即為各輸入埠對應的組播光功率；
[0013](4)、獲取光交換晶片的性能；
[0014]根據各個輸入埠對應的組播光功率信息，計算出各個輸入埠與對應輸出埠間的插入損耗和串擾，從而獲取到該配置狀態下的光交換晶片性能；
[0015]在第一種路由方式下的光交換晶片性能獲取完成後，繼續獲取下一種路由方式的光交換晶片性能，並依次執行第一種路由方式的相同處理，直到最後一種路由方式，從而獲取到各種路由方式下的光交換晶片性能。
[0016]其中所述的光交換晶片的性能包括:每個輸入輸出埠之間的插入損耗和輸出光信噪比(OSNR)，以及串擾等，其中，OSNR包括同頻輸入和異頻輸入。
[0017]進一步地，所述的插入損耗和串擾的獲取方法為:將通常的傳輸矩陣計算方式轉化為行列交替路由的計算方式，從而計算出光交換晶片中輸入埠與對應輸出埠間的插入損耗和串擾。
[0018]本發明的發明目的是這樣實現的:
[0019]本發明光交換晶片性能的獲取方法，通過用戶的光交換連接請求所確定的所有路由方式，確定出不同路由方式下組成光交換晶片中光開關的配置狀態，再根據行列交替路由的方式獲取到不同光開關配置狀態下的光交換晶片的性能。這樣的方法適合任意拓撲結構的光交換晶片，且獲取方法簡單，同時具有可擴展、效率低以及簡單易行的優點。
[0020]同時，本發明光交換晶片性能的獲取方法還具有以下有益效果:
[0021](I)、本發明中將傳統的傳輸矩陣計算方式改為行列交替路由的方式，這樣不僅通用於各種網絡拓撲，還具有可擴展、效率低以及簡單易行的性能；
[0022](2)、本發明用於光交換晶片的性能計算中，可為光交換晶片的光學或電學特性設計提供一種評估手段。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明光交換晶片性能的獲取方法的流程圖；
[0024]圖2是一種無阻塞式4X4光交換晶片的拓撲結構圖；
[0025]圖3是光交換晶片的拓撲信息圖；
[0026]圖4是圖2所示光開關模塊的馬赫增德爾幹涉儀形式的結構圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這裡將被忽略。
[0028]實施例
[0029]圖1是本發明光交換晶片性能的獲取方法的流程圖。
[0030]圖2是一種無阻塞式4X4光交換晶片的拓撲結構圖。
[0031]圖3是光交換晶片的拓撲信息圖。
[0032]本發明一種計算光交換晶片性能的方法，如圖1所示，包括以下步驟:
[0033](I)、確定光開關的配置方式；
[0034]根據用戶的光交換連接請求所確定的所有路由方式，確定出不同路由方式下組成光交換晶片中光開關的配置狀態；
[0035]本實施例中，如圖2所示，給出了一種無阻塞式4X4光交換晶片的拓撲結構，包括信號發送單元，光交換晶片單元和信號接收單元，其中，光交換晶片單元包括6個2 X 2光開關模塊、兩個交叉波導模塊，以及一些直連波導；
[0036]假如用戶發出的光交換連接請求是:實現發送端I到接收端1，發送端2到接收端2，發送端3到接收端3，發送端4到接收端4的交換。則根據路由算法,可能的路由方式有4種，即有4種不同的光開關配置狀態均滿足上述光交換連接請求，它們分別是:
[0037]路由1:6個2X2光開關模塊均處於阻斷狀態；
[0038]路由2:2X2光開關模塊I和5處於交叉狀態，其餘光開關模塊均處於阻斷狀態；
[0039]路由3:2X2光開關模塊2和6處於交叉狀態，其餘光開關模塊均處於阻斷狀態；
[0040]路由4:2X2光開關模塊3和4處於阻斷狀態，其餘光開關模塊均處於交叉狀態；
[0041](2)、構建光交換晶片的拓撲信息表；
[0042]根據第一種路由方式下的光開關配置狀態獲取光交換晶片各組成單元的光場傳輸矩陣信息，再結合光交換晶片內各組成單元的連接信息構建光交換晶片的拓撲信息表，其中光交換晶片組成單元包括光開關單元，交叉波導，以及實現光開關單元和交叉波導間連接的直連波導；
[0043]本實施例中，以路由4為例，確定出路由4方式下光開關的配置狀態:2X2光開關模塊1，2，5和6處於交叉狀態，2X2光開關模塊3和4處於阻斷狀態；
[0044]光開關模塊的狀態確定之後其傳輸矩陣的信息也確定，直連波導和交叉波導的傳輸矩陣信息不隨路由方式的改變而改變，因此，綜合光交換晶片的拓撲結構信息和其中各組成單元的傳輸矩陣信息，構建的路由4情況下的光交換晶片的拓撲信息表如圖3所示，
(I)行(I)列對應的是2X2光開關模塊I的傳輸矩陣，(2)行(2)列對應的是2X2光開關模塊2的傳輸矩陣，(3)行(3)列對應的是交叉波導模塊I的傳輸矩陣，(4)行(4)列對應的是2X2光開關模塊3的傳輸矩陣，(5)行(5)列對應的是2X2光開關模塊4的傳輸矩陣，(6)行(6)列對應的是交叉波導模塊2的傳輸矩陣，(7)行(7)列對應的是2X2光開關模塊5的傳輸矩陣，⑶行⑶列對應的是2X2光開關模塊6的傳輸矩陣；(3)行⑴列中的al3對應的是2X2光開關模塊I的2輸出埠與交叉波導模塊I的I輸入埠間的直連波導，其它^ i ^ 8, I ^ j ^ 8)類似；同樣在路由方式1、2和3的情況下，也可按照相同的方法得到光交換晶片的拓撲信息表；
[0045](3)、計算各輸入埠對應的組播光功率；
[0046]根據光交換晶片的拓撲信息表，計算出光交換晶片中各輸入埠對應的輸出功率，即為各輸入埠對應的組播光功率；
[0047]本實施例中，以輸入埠 I為例，計算在路由方式4方式下對應的組播光功率。表I中行列交替連接線段即為輸入埠 I的組播傳輸路徑。從圖3中可以看出，I埠的輸入光信號最終將從4個埠輸出，類似於單輸入到多輸出的組播傳輸形式，其中只有從輸出埠 I輸出的光信號是我們所希望的，其他均為串擾。4個輸出埠的輸出光功率可按照行列交替路由的方式計算。以圖3中的虛線段為例，按照行列交替路由的方法計算輸出埠的光信號，假如輸入埠 I的輸入光信號為Einl,則從⑴行⑴列單兀中輸出的光信號E11 = M11.Einl,從⑷行⑴列單元中輸出的光信號E41 = a14⑷行⑷列單元中輸出的光信號E44 = M41.Ε41，從(7)行(4)列單元中輸出的光信號E74 = a47.Ε44，從(7)行
(7)列單兀中輸出的光信號E77 = M71.E74, E77即為其中一個輸出埠的光信號；按照相同的方法，其他輸出埠的光信號也能得到。在得到輸入埠 I的組播光功率後，即可按照相同的方法計算輸入埠 2、3和4的組播光功率。同樣，在路由方式1、2和3的情況下，也可按照相同的方法計算各個輸入埠的組播光功率。
[0048](4)、獲取光交換晶片的性能；
[0049]根據各個輸入埠對應的組播光功率信息，計算出各個輸入埠與對應輸出埠間的插入損耗和串擾，從而獲取到該配置狀態下的光交換晶片性能；
[0050]在第一種路由方式下的光交換晶片性能計算完成後，繼續計算下一種路由方式的光交換晶片性能，並依次執行第一種路由方式的相同處理，直到最後一種路由方式，從而獲取到各種路由方式下的光交換晶片性能。
[0051]這樣，路由4配置狀態下光交換晶片的性能參數就獲取完成，採用同樣的方法，獲取到路由I?3方式下的光交換晶片性能。
[0052]圖4是圖2所示光開關模塊的馬赫增德爾幹涉儀形式的結構圖。
[0053]本實施例中，如圖4所示，AjP A1為輸入光信號為為44和、為馬赫增德爾幹涉儀形式的光開關模塊交換過程中的光信號，A6和A7為輸出光信號。加電壓時,2X2光開關處於阻斷狀態，實現A0到A6, A1到A7的交換；不加電壓時，2 X 2光開關處於交叉狀態，實現A0到A7A1到A6的交換。因此通過改變馬赫增德爾幹涉儀形式的光開關模塊上面一條臂的電壓，即可實現兩個輸入光信號的選擇性輸出。
[0054]儘管上面對本發明說明性的【具體實施方式】進行了描述，以便於本【技術領域】的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限於【具體實施方式】的範圍，對本【技術領域】的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和範圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。
【權利要求】
1.一種光交換晶片性能的獲取方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)、確定光開關的配置方式； 根據用戶的光交換連接請求所確定的所有路由方式，確定出不同路由方式下組成光交換晶片中光開關的配置狀態； (2)、構建光交換晶片的拓撲信息表； 根據第一種路由方式下的光開關配置狀態獲取光交換晶片各組成單兀的光場傳輸矩陣信息，再結合光交換晶片內各組成單元的連接信息構建光交換晶片的拓撲信息表，其中光交換晶片組成單元包括光開關單元，交叉波導，以及實現光開關單元和交叉波導間連接的直連波導； (3)、計算各輸入埠對應的組播光功率； 根據光交換晶片的拓撲表，計算出光交換晶片中各輸入埠對應的輸出功率，即為各輸入埠對應的組播光功率； (4)、獲取光交換晶片的性能； 根據各個輸入埠對應的組播光功率信息，計算出各個輸入埠與對應輸出埠間的插入損耗和串擾，從而獲取到該配置狀態下的光交換晶片性能； 在第一種路由方式下的光交換晶片性能獲取完成後，繼續獲取下一種路由方式的光交換晶片性能，並依次執行第一種路由方式的相同處理，直到最後一種路由方式，從而獲取到各種路由方式下的光交換晶片性能。
2.根據權利要求1所述的光交換晶片性能的獲取方法，其特徵在於，所述的光交換晶片的性能包括:每個輸入輸出埠之間的插入損耗和輸出光信噪比(OSNR)，以及串擾等，其中，OSNR包括同頻輸入和異頻輸入。
3.根據權利要求1或2所述的光交換晶片性能的獲取方法，其特徵在於，包括:所述輸入埠與對應輸出埠間的插入損耗和串擾的獲取方法為:將通常的傳輸矩陣計算方式轉化為行列交替路由的計算方式，從而計算出光交換晶片中輸入埠與對應輸出埠間的插入損耗和串擾。
【文檔編號】H04L12/931GK103986670SQ201410168179
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月24日 優先權日:2014年4月24日
【發明者】武保劍, 張鴻潮, 邱昆, 廖明樂, 王利輝 申請人:電子科技大學