（光学工程专业论文）基于多重光正交码光标签的光接收模块研究.pdf

摘要 摘要 光分组交换技术具有高速率、对数据速率和格式透明、更能适应快速变化的 网络环境等灵活可重构特点，是实现高速光传输无缝连接的最有效方式和全光网 络的重要环节。光标签携带了分组净荷的路由信息，因此对光标签处理技术是光 分组交换中的一项关键技术，是实现光分组交换的前提。 研究分析了现有的光标签调制方式：比特序列标签、波长标签、副载波标签、 正交调制标签、光码标签的性能特点。针于单个光正交码光标签形式，它所能允 许的用户数量大大限制了光分组交换( o p s ) 系统的容余量。我们提出了多重光正 交码的标签形式和基于光正交码( o o c ) 串行排列的标签格式的新型光分组交换 技术，光标签采用o o c 序列组合的形式，解决了o o c 码字数目少的问题。 研究了该分组交换系统中的关键技术：光标签的产生，光标签的接收，核心 控制单元模块的实现方法。 由于在该系统中光标签信号存在非连续、长连“0 ”的情况。如果利用传统光接 收机则不能正常工作，我们分析了传统接收机的组成原理，得到了该接收机不能 工作在该系统的原因，并由实验得到了验证。针对该分组交换网络系统，我们提 出了基于多重光正交码的光标签的接收模块的设计方案。 在该基于多重光正交码的光分组交换系统中，光标签信号采用三重光正交码， 速率5 0 0 m h z 。当光分组到达标签接收模块后，首先进入f b g 解码器，光标签经 过匹配的光解码器将产生自相关峰，在不匹配的光解码器输出端为互相关噪声。 再经光电转换后是脉冲宽度为2 n s ，峰值为2 m v 的模拟信号，如果要直接把信号送 入核心节点进行处理，核心节点是由f p g a 完成路由表的查找，则大大增加了成 本，因为一般f p g a 的内部时钟无法对5 0 0 m h z 的信号进行采样处理，所以送入 f p g a 核心处理单元之前必须对标签信号进行处理。使我们能够选取性价比较高的 f p g a 芯片即可完成对标签信号路由表的查找。因此我们设计了基于脉冲展宽和放 大电路级联的光标签处理模块。设计了由f p g a 实现的标签识别单元一完成对标 签信号的采样判别，判断标签的合法性。 最后，我们进行了标签速率为5 0 0 m h z ，净荷速率为1 2 8 g b s 的光分组交换实 验得到了满意的效果。 关键词：光分组交换，多重光正交码，光标签，光标签接收 a b s t r a c t a bs t r a c t o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ( o p s ) h a sm a n ya d v a n t a g e ss u c h f i t s h i g h b i t - r a t e s w i t c h i n g ，f u l lt r a n s p a r e n c yo no p t i c a lp a c k e tf o r m a t ，m o r ea d a p t a b l et ot h ef l e x i b l e b a n d w i d t h o n d e m a n d ，d y n a m i cr e c o n f i g u r a b i l i t y i t i sa ne f f e c t i v em e t h o do f c o n n e c t i n gs e a m l e s s l yt h eh i 曲b i t - r a t eo p t i c a lt r a n s m i s s i o n sa n da ni m p o r t a n tp a r to f a l l - o p t i c a ln e t w o r k s i na no p ss y s t e m ，t h eo p t i c a ll a b e lc a r r i e st h er o u t i n gf o rt h e p a y l o a d o p t i c a ll a b e lp r o c e s s i n gi s ( o l s ) o n eo ft h ek e yt e c h n o l o g i e si no p sa n dt h e p r e m i s e o fr e a l i z i n go p s w ep r o p o s e dt h e m u l t i p l eo p t i c a lo r t h o g o n a l c o d e s ( m o o c ) b a s e do p t i c a ll a b e lf o ro p s o p t i c a ll a b e l sc a l lb er e a l i z e du s i n gb i t s e r i a ll a b e l ，w a v e l e n g t hl a b e l s ，s u b c a r r i e r l a b e l s ，o r t h o g o n a lm o d u l a t i o nl a b e l s ，a n do p t i c a l c o d el a b e l s t h ep r o p o s e dm o o cf o r t h eo p t i c a ll a b e l sb yp e r m u t a t i o no rc o m b i n a t i o nc a t lh a v em o r ea v a i l a b l ec o d e sf o rt h e o p t i c a ll a b e l si na no p sn e t w o r k t h ee x p e r i m e n t a l s e t - u p f o ra n e x p e r i m e n t t od e m o n s t r a t et h e p r o p o s e d m o o c - o p sn e t w o r k si sp r e s e n t e di nt h i sp a p e r t h em o o c - - o p sc o m p o s e so ft h r e e e d g en o d e sa n do n ec o r en o d e s f i r s t l y , t h ek e yt e c h n o l o g i e so ft h es y s t e m ，o p t i c a ll a b e l sg e n e r a t i o n , o p t i c a ll a b e l s r e c e i v i n ga n dt h ec o r ec o n t r o lu n i ta r es t u d i e d t h em a i nw o r k so ft h i so p t i c a ll a b e l sr e c e i v i n gu n i tb a s e do nm o o c - o p sa r e p r o p o s e d i nt h em o o c o p ss y s t e m ，as p e c i a ls i t u a t i o ni se a s i l yo c c u r st h a tt h eo p t i c a ll a b e l i sa l li n c o n s e c u t i v e ，r a n d o ma n db u r s t i n go p t i c a ll a b e l t h ep r i n c i p l eo ft r a d i t i o n a l o p t i c a lr e c e i v e ri ss t u d i e d t h e nw ec o n c l u d ef r o mt h es c h e m eo fo p t i c a lr e c e i v e rt h a ti t c a n tw o r kc o r r e c t l yi nt h em o o c o p s a n dt h ee x p e r i m e n tv e r i f i e so u rc o n c l u s i o n i nt h em o o c o p s ，e a c hm o o c - b a s e do p t i c a ll a b e li se n c o d e db yt h ea r r a y e d o p t i c a le n c o d e r sc o n s i s t i n go f3i n d e p e n d e n to p t i c a le n c o d e r s a n di nt h el a b e lr e c e i v i n g u n i t ，t h eo u t p u tc o r r e l a t i o np u l s e sf r o ma l ld e c o d e ra n dn o i s e sf r o mt h ec o r r e l a t o ra r e s e n ti n t ot h eo p t i c a ll a b e lp r o c e s s i n gu n i ta n dl a b e lr e c o g n i t i o nu n i tt od e t e r m i n ew h i c h i i a b s t r a c t t h em o o c b a s e do p t i c a la le t h em o o c b a s e do p t i c a ll a b e lp r o c e s s i n gc a l lb e p e r f o r m e du s i n gas e to fp a s s i v eo p t i c a le n c o d e r sa n dd e c o d e m t h em o o c - b a s e d o p t i c a ll a b e li se n c o d e db yt h ef i b e rb r a g gg r a t i n g ( f b g ) b a s e do p t i c a le n c o d e r a f t e r t h ep i nt h ep u l s ei sc o n v e af o r mo p t i c a ll a b e li n t oe l e c t r o n i cs i g n a l t h ep u l s ep e a k v a l u ei s2 m y , t h ed u r a t i o no ft h ep u l s ei s2 n s i fi ti ss e n td i r e c t l yi n t ot h ec o r ec o n t r o l u n i t ( f p g a ) a c c o r d i n gt h er o u t i n gt a b l ew ec a ng e tt h er o u t i n gi n f o r m a t i o n ，t h e e x p e n s i v ef p g a w i l lb eu s e dw ed e s i g nap r o c e s s i n gu n i tc o n s i s t e d 、析t l lw i d e n i n gn e t a n dc a s c a d i n gm u l t i l e v e la m p l i f i e r st op r o c e s s i n gt i n yn a r r o wp u l s eo fo p t i c a ll a b e l s a n db yu s i n gt h ew i d e n i n gn e ta n dc a s c a d i n gm u l t i - l e v e la m p l i f i e r s ，t h eh i g h - s p e e d s i g n a lc o u l db ec h a n g e di n t ol o w - s p e e ds i g n a l ，a v o i d i n gu s i n gt h ee x p e n s i v e 诵d e b a n d a m p l i f i e ra n dh i g h s p e e da d c t h eo u t p u to fb u f f e r i n gn e t w o r kc o u l db ed i r e c t l yu s e d f o rt h ed a t a p r o c e s s i n gb y l o w - b a n d w i d t h a m p l i f i e r a n d l o w s p e e d a d c ( a n a l o g u e - t o d i g i t a lc o n v e r t e r s ) t h el a b e lr e c o g n i t i o nu n i ti s u s e dt os a m p l ea n d j u d g et h el a b e lv a l i d i t y i nt h i st h e s i s ，a nm o o c b a s e da l l - o p t i c a ll a b e lr e c e i v i n gs c h e m ei se x p e r i m e n t e d ， i nw h i c hl a b e l sv e l o c i t yi s5 0 0m h za n dp a y l o a d sv e l o c i t yi s1 2 8g b s t h er e s u l t s s h o w ni nt h i st h e s i sp r o v et h es c h e m ei sf e a s i b l e k e y w o r d ：o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ，m u l t i p l eo p t i c a lo r t h o g o n a lc o d e s ，o p t i c a ll a b e l ， o p t i c a ll a b e lr e c e i v i n g h i 图表目录 图表目录 图1 1o p s 网络结构图一1 图1 2 边缘节点结构2 图1 3 核心节点结构2 图1 - 4 基于s o a m z i 结构的光与门5 图2 1 传统光接收机原理框图1 0 图2 2 ( a ) 高阻抗前端( b ) 跨阻抗前端1 l 图2 3 自动增益电路控制框图1 2 图2 - 4 + 自动功率控制电路原理1 2 图2 5s y 8 8 9 0 3 a l 电路典型应用1 4 图2 6 ( a ) n r z 码的功率谱( b ) r z 码的功率谱1 5 图2 7 将n r z 码转换成为r z 码的工作原理1 5 图2 8l c 串联谐振回路1 6 图2 9 锁相环图基本框图1 6 图2 1 0 发送信号占空比为1 ：1 9 可以正常接收1 8 图2 11 发送信号占空比为1 ：5 2 不能正常接收18 图3 1 基于多重o o c 光分组交换网络图。2 0 图3 2 光标签接收模块设计框图2 1 图3 3 光标签处理模块组成框图2 2 图3 4 脉冲展宽原理图2 3 图3 5 脉冲展宽仿真示意图2 3 图3 - 6c f b 和v f b 增益与带宽的关系一2 4 v i 图表目录 图3 7c f b 放大器结构2 4 图3 8l m h 6 7 1 4 的频率特性和r f 特性2 5 图3 - 9t h s 3 2 0 1 同相放大器时频率特性和r f 特性2 6 图3 1 0t h s 3 2 0 1 构成放大电路2 7 图3 1 1t h s 3 2 0 1 构成射随电路2 7 图3 1 2 线性电源原理框图2 8 图3 1 3 电源电路原理图一2 8 图3 1 4 电源实物图2 9 图3 15 光标签处理模块电路图2 9 图3 1 6 比较器电路原理图一3 0 图3 1 7 标签识别模块状态转移图3 1 图3 18q u a r t u si i 软件中配置锁相环3 3 图3 1 9a s 配置方式3 4 图3 2 0j t a g 配置方式。3 4 图3 2 1f p g a 电源模块3 5 图3 2 2 时钟电路模块3 5 图3 2 3 可编程配置模块。3 6 图3 2 4 标签识别模块电路原理图3 7 图3 2 5 带状线示意图。3 8 图3 2 6 ( a ) 并联终端匹配( b ) 串联终端匹配3 9 图3 - 2 7 滤波电容的设置一3 9 图3 2 8 ( a ) 标签处理单元p c b 图( b ) 标签识别单元p c b 图4 0 图4 1f b g 解码后的波形4 1 图4 2p i n t i a 接收到的波形4 2 v 图表目录 图4 3 光标签接收模块处理后的波形4 2 图4 4 在占空比为1 ：10 0 9 时接收到的波形4 3 图4 5 三重o o c 光标签编码方案4 3 图4 6 三重o o c 光标签解码方案4 4 图4 7 ( a ) o c l ，o c 2 ，o c 3 的光编码波形( b ) o c l ，o c 2 ，o c 3 的光解码波形 z i ! ； 图4 8 ( a ) o c 2 ，o c l ，o c 3 的光编码波形( b ) o c 2 ，o c l ，o c 3 的光解码波形 z 1 6 图4 9 ( a ) o c l ，o c 3 ，o c 2 的光编码波形( b ) o c l ，o c 3 ，o c 2 的光解码波形 z 7 图4 1 0 解码后的波形与p i n t i a 接收到的波形4 8 图4 1 1 解码后的波形与经过标签处理模块后的波形。4 9 图4 1 2 经标签识别单元识别后标签代码为1 h 。5 0 图4 13 经标签识别单元识别后标签代码为6 h 5 0 图4 1 4 经标签识别单元识别后标签代码为5 h 。5 0 图4 1 5 标签识别单元出现误判。5 1 图4 1 6 实验现场5 1 图4 17f b g 光编解码器实物图5 2 图4 18 标签接收模块实物图5 2 表1 - 1 光正交码组合排列得到的标签数目比较8 表1 2 各种光标签性能比较8 表2 - 1s y 8 8 9 0 3 a l 管脚名称及功能1 3 表2 21 9 光收发模块管脚名称及功能。1 7 表3 1g p t r - - 510 0 e 的特性参数2 2 表3 2t h s 3 2 0 1 推荐的反馈电阻与增益的关系2 6 v i 缩略字表 o p s d m s c m s o a t l p i n c d r l a a g c o o c m o o c c f b f b g f p g a 缩略字表 o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g s u b c a r r i e rm u l t i p l e x i n g s e m i c o n d u c t o ro p t i c a la m p l i f i e r t r a n s i m p e d a n c ea m p l i f i e r pt y p e , i n t r i n s i c ，nt y p e c l o c ka n dd a t ar e c o v e r y l i m i t i n ga m p l i f i e r a u t o m a t i cg a i nc o n t r o l o p t i c a lo r t h o g o n a lc o d e s m u l t i p l eo p t i c a lo r t h o g o n a lc o d e s c u r r e n tf e e d b a c k f i b e rb r a g gg r m i n g f i l e dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y i x 光分组交换 波分复用 副载波复用 半导体光放大器 跨阻抗前置放大器 光电二极管 时钟恢复 限幅放大器 自动增益控制 光正交码 多重光正交码 电流反馈型运放 光纤布拉格光栅 可编程逻辑单元 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：堕 日期：矿7 年r 月刁日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：硇导师签名： 日期：川年多月1 日 第一章绪论 1 i 研究背景 第一章绪论 为了满足下一代网络的业务需求，要求光网络能够更好地实现带宽资源的共 享、实施光层上动态、灵活的资源分配机制。仅在颗粒巨大的、波长级别的光路 交换节点上不可能实现这些功能，因此需要更细粒度的光分组级别上的交换。光 分组交换( o p s ，o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ) 技术具有高速率、对数据速率和格式透 明、更能适应快速变化的网络环境等灵活可重构特点，可为运营商和用户带来更 大的收益，必将成为未来光网络的有效技术之一。基于i po v e rg m p l s ( g m p l s ， g e n e r a l i z e dm u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ) o v e rw d m ( w a v e l e n g t hd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) 协议的光分组交换方案使i p 分组在光网络中可以以分组为粒度进行 传输和交换，简化了网络结构，提高了光网络的利用率【l 儿2 1 。光分组交换是分组直 接在光域内实现路由和交换的光交换形式，具有最小的交换粒度，是最理想的光 交换形式。 光分组交换网络中的节点分为边缘节点和核心交换节点，如图1 1 所示。边缘 节点将接入网中的数据汇集成光分组的净荷，并依据相关分组业务的q o s ( q u a l i t y o f s e r v i c e ) 要求分配标签，产生光分组【3 刁j 。光分组交换边缘节点如图1 2 所示。输 入的数据经过缓存，拆帧并交换到相应的波长输出通道，产生光分组。从光交换 网络到达的分组经过反向处理，成帧后输出到相应的接入网络。 图1 - 1o p s 网络结构图 电子科技大学硕士学位论文 图l - 2 边缘节点结构 核心交换节点根据标签转发表实现光分组的交换( 包括净荷透明的交换与标 签的更新) 及相应的信号再生功能等。光分组交换的核心交换节点结构如图1 3 所示。由标签与净荷分离模块，标签处理模块，控制单元模块，光交换矩阵与竞 争解决模块，分组再生模块，标签产生与标签插入模块等组成。核心交换节点中 的标签与净荷分离模块、标签处理模块和标签产生模块等与边缘节点情况相同。 1 2 分组交换技术研究概况 图1 3 核心节点结构 2 0 世纪9 0 年代初期国外逐渐开始了光分组交换相关技术的研究，当时的研究 主要集中在光器件上利用电光、热光、声光、磁光等光学效应实现的光开关， 使用诸如半导体光放大器、半导体激光器的光栅技术，如基于交叉相位调制模式、 2 溢黑 口& 柚 第一章绪论 交叉增益调制和四波混频的波长转换器，及分路、合路器等。随着全光信息处理 的发展及微波、电技术上的提高，相继出现了新的光开关如m e m s t 8 】，液晶光开 关【9 】等，以及一些新的光信号处理器件如t o a d s 、f l i p f l o p s 等，使得光分组交换 的研究转向到了系统级别，并向高速分组交换系统发展。 世界上已经有许多发达国家开展了光分组交换网方面的研究并搭建了各自的 光交换系统，如欧洲r e c e 计划的a t m o s ( a t mo p t i c a ls w i t c h i n g ) 项目，a c t s 计划的k e o p s ( k e y st oo p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ) 项卧1 0 】，英国e p s r c 支持的 w a s p n e t ( w a v e l e n g t hs w i t c h i n go p t i c a lp a c k e tn e t w o r k ) 项目1 1 3 ，日本n t t 光 网络实验室的项目，美国d a r p a 支持的p o n d ( p a c k e t s w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k i n g d e m o n s t r a t i o n ) 项目【il j 和c o r d ( c o n t e n t i o nr e s o l u t i o nu s i n gd e l a yl i n e s ) 项目 1 2 1 等。国内已有上海交通大学、北京邮电大学、清华大学和电子科技大学等单位对 多波长标签方案、a t m 光交换、波长转换器及竞争解决方案等进行了研究。北京 邮电大学的a t m 光交换实验系统，交换速率达到2 5 g b i t s t l 4 】。在这些项目中不仅 在光器件的研究有所突破，如光交换矩阵、光纤光栅、光调制器，也在交换的关 键技术全光时钟提取、全光再生、光标签的产生、擦除等方面都进行了深入 研究，为实现光分组交换网络做出了贡献。 1 3 光分组交换系统中的关键技术 由图1 2 、1 。3 可知在光分组交换系统中的关键技术有光分组的产生，光标签 的产生、接收、擦除和写入，光交换矩阵，全光再生等。 1 3 1 光标签处理 光标签的处理技术包括标签的产生、接收、提取、识别、擦除和更新等，可 分为全光标签处理和电光混合标签处理。现有的全光光标签处理技术只能采用特 殊的标签格式，实现简单的对分组输出端口的判决功能，如采用s l a l o m ( s e m i c o n d u c t o rl a s e ra m p l i f e ri nl o o po p t i c a lm i r r i o r ) 15 】或t o a d ( t e r a h e r t zo p t i c a l a s y m m e t r i cd e m u l t i p l e x e r ) b 6 1 1 1 7 】实现光标签的提取与识别，并转化为控制信号触发 o p t i c a lf l i p f l o p 完成1 2 的交换功能【l 引。由于光逻辑器件尚不成熟，全光光标签 处理技术所能实现的功能极其有刚1 8 j 。因此，目前采用较多的是光电混合的标签 处理技术，即标签信息在电域进行处理并转化为控制信号，可充分发挥在电域的 信号处理能力，同时在从光分组中提取标签和更新标签时尽可能不影响净荷信号。 电子科技大学硕士学位论文 光标签的形式基本上可以分为带内和带外两种。带内方式：标签与净荷都以基带 方式调制，为了便于对标签的处理，标签的调制速率相对较低，处在分组的头部， 在时域上与净荷分开。这种方式大大降低了信道的有效速率，并且需要精确的同 步控制信号，可以通过半导体光放大器构成的光门来擦除光标签，用光耦合器写 入新的标签。带外的方式采用在频域上分离标签和净荷，在时域上则两者同时发 送。带外的方式有副载波形式、波长形式、频移键控( f s k ) 和差分相移键控( d p s k ) 等形式。副载波形式将标签调制到副载波上并与净荷信号合成后共同调制到光波 上去，在频域上采用光滤波器使标签信号与净荷信号分离。波长形式为每一个净 荷波长通道都分配一个标签波长信道，这造成了波长的浪费。 1 3 2 光交换矩阵 光开关的种类主要有：m e m s ，电光，热光，液晶，气泡，声光等。评价光 交换矩阵的指标有使用光开关的数目、各端口损耗是否均匀、光路是否有交叉( 在 集成的光交换矩阵中，光波导不易实现交叉) 以及阻塞特性等。光交换矩阵的构建 方式主要有： ( 1 ) 广播选择结构( 如k e o p s 项目) ：广播选择结构由光耦合器和光门构成， 易于实现广播和组播功能，但对光门的数目要求多，并且损耗大。 ( 2 ) 由2 x 2 光开关构成的光交换矩阵：如有c r o s s b a r 、b e n e s 、s p a n k e 和 s p a n k e b e n e s 等结构【1 9 】。 ( 3 ) 由阵列波导光栅( a w g ，a r r a yw a v e g u i d eg r a t i n g ) 构成的光交换矩阵【2 0 】： 该交换矩阵将波长转换竞争解决融合到光交换矩阵的设计中来，且能实现组播功 能，但要求成熟的波长转换技术。 比较上述三种光交换构建方案，基于a w g 的交换方案需要大量的可调波长转 换( t w c ，t u n a b l ew a v e l e n g t hc o n v e r t e r ) 况且全光的t w c 技术不成熟；广播选 择结构虽易实现组播，但光功率损耗大，不适合大规模构建。选择光开关构建的 光交换矩阵是一种较为实际的方法。 1 3 3 全光再生 1 3 3 1 全光时钟恢复技术 目前全光时钟恢复技术方案有：a ) 锁模半导体激光器；b ) 锁模光纤环激光器； c ) 分布反馈式d f b 激光器；d ) 光锁相环技术。其中d f b 激光器采用自脉动原理， 4 第一章绪论 具有体积小，稳定性好，锁定时间快等优点，比较看好。在进行全光时钟恢复技 术时对于r z ( r e t u r nt oz e r o ) 码能够直接恢复，对于n r z ( n o n r e t u r nt oz e r o ) 码则需进行预处理，转化为p r z ( p s e u d o r e t u r n t o z e r o ) 码才能进行时钟恢复【2 1 j 。 1 3 3 2 光判决( 光与门) 光判决指的是将光时钟信号与原光信号输入到一具有与门功能的器件中，以 对光信号进行判决。常见的光判决模块基于s o a m z i 结构，如图1 4 所示【2 引。 1 5 4 1 h t m 1 5 5 2 i n m 图1 - 4 基于s o a m z i 结构的光与门 1 3 3 32 r ( r e a m p l i f y i n g ，r e s h a p i n g ) 的再生 2 r 的再生不进行时钟提取，而采用滤除原光信号在光纤、波导或s o a 中的自 相位调制导致的频谱展宽分量来实现抑制噪声的目的。 全光再生技术依赖于光比特信息处理研究，其中实现光逻辑门功能的器件研 究是关键。 1 4 光标签调制方式简介： 光分组由净荷和标签组成，光标签的形式是区分不同光分组交换最显著的标 志。现有的光标签调制方式有： ( 1 ) 比特序列标签( b i t s e r i a ll a b e l ) ：比特序列标签采用先发送低速a s k 幅 移键控信号调制的标签信号，经过保护间隔后发送高速的a s k 调制的净荷信号。 低速的标签信号利于在交换节点进行快速的标签处理，保护间隔是为了减小标签 提取，更新以及交换过程中由于时序误差造成的串扰。这种格式的实现重点是要 有严格的时隙控制电路，用来区分标签和净荷信息。在提取和更新标签时，要求 精确的定时信息和控制信息。采用比特序列标签方案的光分组交换研究有欧洲的 k e o p s 2 3 j 【2 4 1 ，w a s p n e t 2 5 1 1 2 6 1 ，i s t o l a s a g n e ( a l l - o p t i c a ll a b e ls w a p p i n g e m p l o y i n go p t i c a ll o g i cg a t e s i nn e t w o r kn o d e s ) 【2 刀项目。这种标签格式的优点是实 现原理简单，标签和净荷的串扰小，但是需要非常高速的定时电路【2 8 1 。 5 电子科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 波长标签( w a v e l e n g t hl a b e l ) ：波长标签格式是利用了光纤通信的大带 宽特性，在波长标签格式中使用单独的波长传输标签，是一种带外信令方式。采 用光滤波器易于分离标签和净荷，且串扰小，对定时的要求低，但为每个净荷波 长通道都分配一个标签波长信道，对波长资源的浪费大。 ( 3 ) 副载波标签( s u b c a r r i e rl a b e l ) ：副载波复用( s c m ，s u b c a r r i e r m u l t i p l e x i n g ) 标签，也称作副载波调制标签。副载波标签采用基带传输净荷信号， 采用副载波传输标签信号。在s c m 光标签中，光标签与载荷数据并行传输，但是 数据率可以比载荷数据低。采用副载波标签的光分组交换的研究项目有美国的 c o r d 2 9 】和o p e r a ( a no p t i c a lp a c k e te x p e r i m e n tr o u t i n ga r c h i t e c t u r ew i t hl a b e l s w a p p i n gc a p a b i l i t y ) 【3 0 】项目。采用副载波来传输标签，在频域上与净荷分离，可 采用滤波器来分离标签和净荷，但副载波频率限制了净荷的传输速率，并且标签 和净荷之间存在串扰。 ( 4 ) 正交调制( o r t h o g o n a lm o d u l a t i o nl a b e l ) ：光正交调制对标签与净荷采 用各自独立相互正交的调制方式，如欧洲i s t - s t o l a s ( s w i t c h i n gt e c h n o l o g i e sf o r o p t i c a l l yl a b e l e ds i g n a l s ) 项目采用f s k 标签，o o k 调制净荷【3 1 1 。正交调制标签 格式存在着较大的标签和净荷信号的干扰，如在d p s k f s k 标签，a s k 净荷中， 需要以降低净荷信号的消光比为代价来保证d p s k f s k 标签的检测。 ( 5 ) 光正交码标签( o p t i c a lo r t h o g o n a lc o d e ) ：标签采用光正交码来表示标 签，通过光编码器产生光正交码标签，通过光解码器识别光正交码标签，而抑制 未经过编码的净荷信号，从而提取出标签信号。光分组采用先发送光标签，经过 保护间隔发送净荷信号。光标签经过匹配的光解码器将产生自相关峰，在不匹配 的光解码器输出端为微弱的互相关噪声，净荷信号经过解码器后被扩频为噪声信 号，因此只有自相关脉冲被检测和识别。如日本n i c t ( n a t i o n a li n s t i t u t eo f i n f o r m a t i o na n dc o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g y ) 采用b p s k 格式的光正交码标签 3 2 】。 光正交码标签的优点是能在光域进行快速的标签处理；缺点是标签的擦除和更新 和比特序列标签一样要求精确的时序，以及标签数目受限与光码数目，导致标签 数目少。 ( 6 ) 多重光正交码( m u l t i p l eo p t i c a lo r t h o g o n a lc o d e s ) ：在单个光正交码o o c 光标签形式中，它所能允许的用户数量大大限制了o p s 系统的可扩展性。光正交 码可表示为c ( fk 地2 c ) ，f 是码长，k 是码重，勉是自相关系数，知是互相 关系数1 3 3 1 。为了增加光标签数量，我们课题组提出了通过多个光正交码的排列组 合，得到多重光正交码m o o c ，来标识不同的光标签的方法。 6 第一章绪论 例如：8 组光正交码( 码长是3 7 ，码重是3 ) 的光正交码构成的多重光正交码 序列，每组由6 个o o c 构成【3 4 】，如：( 21 13 4 ) ，( 593 1 ) ，( 41 02 2 ) ，( 81 85 5 ) ， ( 72 03 6 ) ，( 1 31 41 6 ) 。( 21 13 4 ) 表示在2 ，1 1 ，3 4 的位置光正交码的码字为“1 ”， 其余位置为0 。假设这6 个可用的光正交码为a ，b ，c ，d ，e 和f 。我们可以从这6 个光正交码中任意选择r 个经过组合排列构成光标签。例如：丸a ，a b c ，d e a ， e c f 等等。但是，如果对于单独的6 个光正交码它只能代表6 种光标签。 光标签采用o o c 序列组合的形式，解决了o o c 码子数目少的问题，提高了 o c l a b l e 的灵活性。 对于一个给定的光正交码，若它的码长为助，码重为k m ，自相关系数为勉， 互相关系数为知，则可用的用户数目为： lj 殳ll l k m ( k m 一1 ) j ( ) lxl 表示取整数。假设由码长为砌的天个光正交码组合成多重光正交码序 列，则它的码长为r 吓k 。 对于o o cc 2 职玩她a c ) ，可以得到可