收藏本站
收藏 | 论文排版

光分组交换网中的光信号处理技术研究

义理林  
【摘要】: 我国互联网国际出口总容量从2000年初的351Mbps增长到2006年初的136106Mbps,六年累计增加约430倍。网络带宽的增长,主要来源于数据业务的大幅度增长。未来的光网络将向融合分组化交换、支持多样性业务的、光电交换集成的、多颗粒带宽的、传送与交换融合的、安全高效的、灵活组网的方向发展。光分组交换网络(OPS)是光交换的理想模式,也是公认的光交换结构的终极发展目标。OPS的主要优点是带宽利用效率高,而且能提供各种服务,满足客户的需求。目的是把大量的交换业务转移到光域实现,从而实现交换容量与波分复用系统(WDM)的传输容量相匹配。OPS网络结构中的关键技术包括光开关、光逻辑、全光波长变换以及光缓存等多项技术。其中关开关是任何光交换网的核心功能器件,完成信号的交换和路由功能;光逻辑则完成信头检测处理重写等功能,用以实现未来的光控光交换;波长变换用于解决网络中的波长冲突,提高网络灵活性。光缓存是OPS网络必需的器件,用以实现数据包的存储功能,解决信号时间上的冲突;而以上所有的光信号处理都会导致信号的损耗,因此在OPS网络中,光放大器也必不可少,工作于OPS网络中的放大器还需具有宽带,以及增益控制的功能。只有上述各项技术全面成熟发展,才能推动OPS网络的快速发展,实现真正的全光交换网络。 本论文围绕全光分组交换网络中的关键技术研究开展了如下工作: 1.基于SOA/相位调制器的超快光开关光开光是OPS网络的核心功能设备,一个大型的OPS网络需要大规模的超快光开关阵列。因此,超快(1ns)以及易于扩展是设计光开关需要考虑的重要因素,同时成本也是不可忽略的另一个重要因素。 SOA和铌酸锂晶体可以支持快速的光开关操作,将SOA或者铌酸锂相位调制器(PM)放置于Sagnac干涉环中可以形成一个2×2的超快光开关,通过比较两者性能,我们最终选择PM-Sagnac干涉光开关。基于此PM-Sagnac干涉光开关首次实现了带组播功能的偏振无关2×2超快(1ns)光开关操作,并在此基础上构建大型低成本超快光开关矩阵。 2.基于半导体光放大器(SOA)的可重构全光逻辑门以及波长变换全光逻辑以及波长变换也是OPS网络的关键技术。波长变换用于解决网络拥塞造成的波长冲突,全光逻辑用以实现包头识别处理等功能。为了提高网络的灵活性,通常要求一个全光逻辑器件能实现多种逻辑功能,并且各逻辑操作结果的波长可根据需要进行调节以避免网络拥塞。 我们利用SOA的非线性偏振旋转效应(NPR)以及交叉增益调制效应(XGM)相结合实现了可重构全光逻辑门及波长变换,避免了以往基于干涉结构可重构逻辑门的高成本,以及基于四波混频效应(FWM)的可重构逻辑门对操作波长的限制。理论上基于单个SOA的NRR效应可实现所有逻辑操作(NOT,XOR,XNOR,OR,NOR,AND,NAND)。实验中,受器件的限制,我们实现了10-Gb/s数据的NOT,OR,NOR,AND,NAND逻辑操作以及同相波长变换(即变换后的信号和初始信号具有相同的极性)。 3.自动增益控制掺铒光纤放大器(AGC-EDFA)的设计 光开关以及逻辑操作都会造成信号功率的损耗,因此在OPS网络节点需要使用放大器补偿信号功率。此外,由于光分组的长度一般在几十微秒到几毫秒量级,与EDFA的铒离子能级驰豫时间相当,当某一波长光分组进入EDFA时会产生类似SOA中的XGM效应,影响其余信道上的光分组功率,因此工作于OPS网络中的EDFA还需具有增益控制的功能。同时考虑到OPS网络对带宽的需求,我们分别设计了C波段增益控制EDFA和C+L波段增益控制EDFA。 1)结合环形腔AGC-EDFA和反射型AGC-EDFA结构的优点,以低成本的方式解决了基于双光栅反射型AGC-EDFA中增益难以调谐的问题,并且采用双通结构提高增益效率。 2)设计了一个低噪声的并联式C+L波段全光AGC-EDFA。1525nm-1610nm波长范围的信号都可得到有效放大,除了在1565nm-1572nm的“死区”外,所有波长的噪声指数都控制在约5.5dB的噪声水平。临界增益控制输入功率为-5dBm,在增益控制区内,增益变化小于0.2dB。 4.基于宽带受激布里渊散射(SBS)的可调慢光延迟线性能研究 光缓存是OPS网络研究的重中之重,它的研究进展决定了OPS的实用进程。目前还没有可实用的光缓存,我们旨在通过减慢光速来实现信号的存储或者同步。基于SBS的慢光研究是目前的一大热点,我们的相关研究工作如下: 1)首次提出通过对布里渊泵浦进行相位调制来展宽布里渊放大器增益谱,将布里渊增益带宽展至1.6GHz,首次演示了1.25Gb/s伪随机序列(PRBS)信号的在宽带SBS中的延迟,并比较了非归零(NRZ)和归零(RZ)脉冲的在此宽带SBS中的延迟性能。 2)进一步提出利用迈克-曾德强度调制器(MZM)替代相位调制器(PM)实现泵浦相位调制,展宽布里渊增益谱,可避免PM产生的相位调制信号具有的强时钟边带导致信号质量劣化的问题,从而可将布里渊增益谱展宽至10GHz。 3)在噪声直接调制展宽布里渊泵浦的情况下,使用一高功率电放大器将高斯电噪声放大至饱和,此时能量主要集中在中心的高斯噪声将变成能量均匀分布的超高斯噪声。超高斯噪声调制产生的布里渊泵浦以及对应的布里渊增益谱也呈超高斯分布,因此在相同的布里渊泵浦功率下,相对高斯噪声调制情况,超高斯分布的泵浦将获得更大的布里渊增益,亦即更大的慢光延迟量。 4)首次采用具有高谱效率,抗色散性强的10Gb/s双二进制(Duobinary)信号作为布里渊信号在宽带SBS中进行延迟,与10Gb/s的NRZ信号进行比较,可避免慢光色散以及滤波效应带来的信号劣化,从而大幅度提高延迟后的信号质量,具体表现为延迟后的接收灵敏度得到有效提高。 5)首次利用带宽可调的高斯型SBS增益实现了任意比特速率DPSK信号的同时延迟和解调,并基于此获得了创记录的10Gb/s信号无误码延迟性能(最大无误码延迟时间为81.5ps)。 5.基于光纤参量放大(FOPA)的可调慢光延迟线 相对SBS慢光,基于FOPA的慢光延迟线主要优点在于带宽更大,可支持更高速率(如160Gb/s)的信号延迟;另外,参量噪声低于布里渊放大,因此延迟导致的信号质量劣化更小。 1)理论推导了基于参量效应的慢光表达式,利用窄带(带宽约1.6nm)光纤参量放大实现可调慢光延迟,通过改变泵浦波长或光纤的零色散波长,实现整个通信波段(C+L波段)信号的可控延迟。 2)用10Gb/s RZ数据包代替单个信号脉冲进行延迟演示,首次演示了无误码慢光操作,50ps宽脉冲延迟15ps灵敏度代价仅为0.6dB,从系统的高度验证了参量可调慢光延迟线的用于实际系统的可行性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前18条
1 骆睿,裴珊珊,简水生;城域网的全光分组交换[J];电信快报;2004年08期
2 谢世钟,陈明华,董毅,陈向飞,李栩辉,王国忠;光分组交换网络技术展望[J];清华大学学报(自然科学版);2002年07期
3 隋志成,姜希军,吴志坚;光分组交换网络结构[J];现代有线传输;2002年01期
4 郑福生,张劲松;光分组交换技术的研究[J];光通信研究;2002年04期
5 黄安鹏 ,谢麟振 ,徐安士 ,殷洪玺;光分组交换的关键技术[J];通讯世界;2001年10期
6 宋俊峰;李齐良;陈心;;基于微环谐振腔的全光分组交换研究[J];杭州电子科技大学学报(自然科学版);2016年06期
7 杨震;光分组交换技术在未来通信网中的应用[J];通讯世界;2001年10期
8 ;光分组交换技术前景诱人[J];中国数据通讯;2001年04期
9 戴礼森,洪佩琳,李津生;光分组交换技术[J];现代电信科技;1998年10期
10 赵俊;许立国;孙小菡;;适于异步光分组交换的反射式光分组头提取方案[J];半导体光电;2012年02期
11 刘焕淋;陈前斌;潘英俊;;不同长度分布下的光分组交换性能研究[J];光电子.激光;2007年03期
12 张治中,雒江涛,曾庆济,王建新,叶通;一种新颖的全光分组交换节点结构及其性能分析[J];电子学报;2004年05期
13 镇桂勤 ,逄玉台;分组交换技术与光分组交换技术[J];现代通信;2001年10期
14 刘焕淋;庞俊宇;刘波;张杰;;一种基于负载选择的光分组交换缓存结构[J];光电子.激光;2010年01期
15 汤祖军;唐卫民;万月波;欧广宇;;基于异步光分组交换的一种云计算互连网络节点[J];无线互联科技;2010年03期
16 满文庆,杨晓云;光分组交换网络中的全光器件技术[J];光通信技术;2004年01期
17 刘焕淋;陈前斌;潘英俊;;异步光分组交换的缓存排序方案及性能[J];光电子.激光;2007年10期
18 纪越峰,邹俊君,柏琳,徐大雄;光分组交换矩阵的实验研究[J];光学学报;2001年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 赵俊;孙小菡;;异步光分组交换型高性能计算机系统时延分析[A];全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议论文集[C];2007年
2 潘英俊;刘焕淋;;长度分布特性对异步光分组交换性能影响研究[A];2007年全国第十六届十三省(市)光学学术会议论文集[C];2007年
3 张民;王建权;王建;叶培大;;可变包长光分组交换中的光纤延时线参数设计[A];全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议(OFCIO’2001)论文集[C];2001年
4 张福鼎;;异步光分组交换接入网安全传输性能研究[A];全国第17次光纤通信暨第18届集成光学学术会议——光接入网、固网与移动的融合专辑[C];2015年
5 段丽;薛永毅;杨延嵩;;光突发交换及其关键技术[A];第十一届全国自动化应用技术学术交流会论文集[C];2006年
6 张健;李新碗;吴龟灵;陈建平;;光突发交换边缘节点控制卡的硬件实现[A];全国第十一次光纤通信暨第十二届集成光学学术会议(OFCIO’2003)论文集[C];2003年
7 李欣;陈建平;尚韬;阎敏辉;陈俊峰;李建朗;姜文宁;;采用多组共享光缓存的光分组交换节点性能分析[A];全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议(OFCIO’2001)论文集[C];2001年
8 任海兰;;光突发交换技术——实现光分组交换的可行策略[A];全国第十一次光纤通信暨第十二届集成光学学术会议(OFCIO’2003)论文集[C];2003年
9 温海波;李乐民;;光突发交换技术原理及其相关技术[A];四川省通信学会2002年学术年会论文集[C];2002年
10 张健;李新碗;吴龟灵;陈建平;;光突发交换边缘节点控制卡的设计与实现[A];第三届中国光通信技术与市场研讨会论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吕召彪;光分组交换网边缘节点关键技术的研究[D];北京邮电大学;2006年
2 季伟;光分组交换网络中的若干关键技术研究[D];北京邮电大学;2006年
3 张帝;光分组交换网若干关键技术研究[D];北京邮电大学;2006年
4 黄惠斌;光分组交换网络性能研究[D];北京邮电大学;2007年
5 义理林;光分组交换网中的光信号处理技术研究[D];上海交通大学;2008年
6 王亚平;光分组交换中全光路由控制的若干关键技术研究[D];北京交通大学;2010年
7 辛明;光分组交换中的关键技术研究[D];清华大学;2010年
8 刘焕淋;异步光分组交换节点的若干关键技术研究[D];重庆大学;2008年
9 梁铮;光分组交换网中的缓存与转发技术研究[D];上海交通大学;2008年
10 解宜原;高速光分组交换网关键技术研究及其重要子系统开发[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄晖;光分组交换网络边缘节点高速数据接口设计和实现[D];上海交通大学;2009年
2 杜婧妮;新型光分组交换网络研究[D];西安电子科技大学;2016年
3 王雷;光分组交换网络中光缓存技术的研究[D];西安电子科技大学;2007年
4 徐林荟;光分组交换中光码标记技术的研究[D];大连理工大学;2011年
5 刘秀玲;基于FDL和LRWC解决分组冲突的OPS性能分析[D];新疆大学;2008年
6 李松涛;基于SOA的光分组交换技术研究[D];国防科学技术大学;2007年
7 曹珍;波长路由光分组交换及关键技术[D];武汉邮电科学研究院;2010年
8 栗晓云;光分组交换系统中边缘节点的设计实现及实验研究[D];电子科技大学;2010年
9 王超;一种易于实现的城域光分组交换环网的结构和性能分析[D];电子科技大学;2008年
10 张少堂;光分组交换网核心节点关键技术的研究与实现[D];上海交通大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 ;光分组交换技术异军突起[N];人民邮电;2001年
2 ;光分组交换技术前景诱人[N];人民邮电;2001年
3 光通信;光交换网络技术热点跟踪[N];通信产业报;2002年
4 工程院院士、电子科技大学教授 李乐平;城域骨干网技术的现状和发展趋势[N];通信产业报;2001年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978