[发明专利]提取光分组信号的净负荷包络信号的系统及实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光分组业务的信号处理，特别是基于光电子器件的一种光分组信号的净负荷包络信号的提取方法，可用于光分组交换或光标记交换网络的交换节点中。

背景技术

随着人们对网络业务需求的急剧增加，网络容量和传输距离都不断升级，尤其是数字分组业务急剧增加，人们纷纷寻求在光层运行IP业务的方法。在光层实现IP业务的传统方法是采用协议映射，该技术将传统的电域IP路由技术同波分复用光传输技术相结合，路由交换由电的IP路由器来完成。随着波分复用传输容量的增加，电路由处理已经成为限制整个网络传输速率和交换容量的瓶颈。而且，采用协议映射技术时，网络的协议层次增加，使网络的复杂性大大增加，数据的传输和路由变得更加复杂。在光层实现IP业务的新的方法是采用全光分组交换技术，主要有光突发交换，光标记交换和光分组交换。

全光分组交换作为一种面向IP业务的光网络技术，它在光层上直接承载IP业务，数据包以光的形式在光分组交换网络中传输，实现IP与光层的融合。

传统光骨干网络中，上层的IP业务是面向非连接的，底层的光传送网是线路交换的，IP包必须通过多层的协议栈加载至光传送网。在光分组交换网络中，经过IP路由器会聚的分组信号将直接加载到光网络，因此它有着非常突出的优点：首先，可以采用统计复用的方式高效、快速地分配光纤传输系统提供的巨大带宽；其次，对进入网络的数据分组的格式是透明的，即不同格式、不同比特率和不同性能的数据分组的转发都在光域上进行，因此可以突破光电/电光转换瓶颈、避免多重协议栈和复杂的协议转换；而且，光分组交换技术与成熟的电子IP路由技术有机结合，充分发挥电子技术与光子技术的优点，即：IP电子路由器完成业务会聚，分类、流控制，服务质量保证等复杂的处理功能；光信头处理单元进行光分组帧头或标签的同步、识别、擦除和重写等简单的信号处理；光载荷处理单元进行光载荷存贮、转发和路由等的全光透明处理。因此光分组交换网络是一种高效、灵活和可靠的承载IP业务的方案。

光分组交换网络的核心技术是实现数据分组的传送、路由、存储和转发等功能的光信号处理技术，包括在光域中实现帧同步、帧头识别、信号再生、时钟提取、竞争解决等功能。这些技术在电域中已经很成熟，但在光域实现仍存在较大困难，因为相应的光器件和光信号处理技术的发展还远远比不上电器件与电信号处理技术。首先，由于光缓存器件及技术进展缓慢，很难在光域中灵活地实现分组存储转发以及分组冲突解决。其次，光信号处理技术还处于发展阶段，在光域实现帧同步、帧头识别、地址识别等分组交换必需的信号处理成为实现光分组交换的技术难题。第三，光子集成技术刚刚起步，其规模和功能还远不能与微电子技术集成电路相比。

按照国际标准化组织ISO制定的开放系统互联OSI七层协议结构，在物理层上面是数据链路层或者介质接入控制MAC子层。在全光分组交换网中，由于介质接入的过程是在光信号的控制下进行的，因此，必须增加一个控制层，它主要实现如下功能：

(1)帧起始位的确定：从连续的数据包的流中分离出一帧的起始信号，即触发信号。

(2)帧同步信号的获得：由于一个节点可能有多个数据包达到，所以必须有一个协调它们同步的帧同步信号；

(3)帧头分离：从连续的数据包流中分离并提取帧头；

(4)帧头识别：识别目的地址，并用识别结果控制交换结构，以便正确路由；

(5)光开关、光缓存器等被控器件的控制光信号的产生。

目前，获得控制光信号的原理主要有三种。

第一种原理：利用帧同步技术确定帧头和帧尾，获得帧头和帧尾的触发信号脉冲后，利用高速光学双稳态触发器产生脉冲宽度等于帧长的光脉冲，即控制光信号。

第二种原理：利用光电探测器从高速光分组信号中提取高速时钟信号，因为帧头速率比净负荷速率低，一般是1∶4或1∶16，所以只在净负荷持续时间内才有时钟脉冲输出，对时钟脉冲进行自混频后就可以得到净负荷包络信号，即控制光信号。

第三种原理：将帧头分离之后的光分组净负荷信号输入到一个单模工作的分布式布拉格反射激光器，该激光器工作波长不同于输入的光信号波长，如果该激光器工作在阈值以上，那么在没有光分组信号输入时，输出自身波长光信号，在净负荷信号持续时间内，自身振荡被抑制，输出分组信号波长的光信号，利用中心波长在激光器工作波长处的滤波器，选择输出反转的净负荷包络信号，再利用半导体光放大器的交叉增益调制效应即可得到光分组净负荷包络信号，即控制光信号。

发明内容