光分组交换中的光标签处理技术研究

论文摘要

光分组交换结合了光信号处理速度快和分组交换统计复用率高的特点,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。本文采用理论分析,仿真计算和实验三种方法,围绕光标签处理技术进行新方法的探索和对已有方法进行改进。光副载波标签具有易于分离的特点,但是可传输的净荷速率受限于副载波频率。本文提出了一种标签信号采用非归零码（NRZ）调制,净荷信号采用双二进制载波抑制归零码（DCS-RZ）调制的光分组格式,既保持了标签和净荷的光功率谱分离的特点,又解除了对净荷信号速率的限制。该分组格式还具有很好的抗色散和非线性效应的特点,适合于长距离传输。论文通过理论分析和仿真对采用光滤波器对标签和净荷进行分离的对比度和误码率进行了研究,为优化光滤波器的设计提供了依据。在对残留旧标签对新标签干扰的研究中,发现新旧标签之间的同频干扰非常严重,因此提出了一种双频标签方案,很好地解决了新旧标签之间的干扰问题高速光码（OC）标签丌销小,但对光编解码器的要求高。本文提出了一种采用低速OC标签但不增加标签开销的相移键控光码（PSK-OC）标签和幅移键控（ASK）净荷正交调制光分组格式。通过仿真和理论分析对该分组格式存在的净荷对标签信号的干扰进行了研究,得到了通过增加光码的码长和增大净荷速率对标签码片速率的比值的方法来降低标签误码率的结论。OC标签具有可以在光域进行标签处理的优点,但是又存在擦除标签需要高速处理的要求。本文提出了一种将光码调制到光副载波上的方案,既保持了光码在光域处理的优点,又实现了采用光滤波器来分离标签的功能。对产生单边带光副载波和进行光功率的分配问题进行了理论分析和仿真验证,对采用光滤波器分离标签的可行性进行了仿真验证。OC标签的数目受限于可用码字的数目。为了增加OC标签的数目,本文提出了一种基于码字和时隙的二维光码（2D-OC）标签,极大地增加了标签数目。对2D-OC标签的标签误判概率进行了研究,找到了其与单个OC标签误码率的关系,并进行了相应的光分组交换实验研究。对净荷直接进行光码编码是一种隐式标签的表示方式。本文提出了这类分组交换的基于两级光开关的交换结构。修正了Gold序列的误码率计算中的问题,在增加偏振影响的情况下得到了新的Gold序列误码率计算公式。对影响多跳误码率的因素进行了研究,提出了将误码率和标签利用率作为节点权值的负载均衡算法。为了解决比特序列标签擦除难的问题,提出了一种将光码嵌入到比特序列标签的光分组中的方案,很好地解决了快速分离和插入标签的问题。为了解决输入光分组功率波动的问题,分别提出了采用基于半导体光放大器的马赫—曾德干涉仪（SOA-MZI）结构和法布里—珀罗半导体光放大器（FP-SOA）进行全光功率均衡的方案,通过理论分析和仿真计算验证了方案的可行性,并对影响光功率均衡性能的因素进行了分析。为了解决比特序列标签分离难的问题,提出了采用FP-SOA进行全光分离标签和净荷的方案,对其工作原理进行分析,对方案的可行性进行了仿真验证,得到了影响分离性能因素的关系。为了实现脉冲数目表示的生存时间处理中的脉冲数目减一的功能,提出了采用非平衡马赫—曾德干涉仪（AMZI）和FP-SOA的生存时间（TTL）处理方案,仿真计算验证了方案的可行性,得到了影响对比度的因素的关系。为了解决SOA和FP-SOA载流子恢复慢的问题,对量子点半导体光放大器（QD-SOA）的光信号处理进行了研究。建立了QD-SOA的分段模型,对基于量子点半导体光放大器的马赫—曾德干涉仪（QDSOA-MZI）结构的光硬限幅器和光功率均衡器进行了仿真研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 论文的主要贡献
• 1.3 课题来源和章节安排
• 第二章 基于NRZ标签和DCS-RZ净荷的光分组标签处理研究
• 2.1 引言
• 2.2 DCS-RZ调制技术
• 2.3 NRZ标签和DCS-RZ净荷光分组交换方案和仿真实验
• 2.4 光滤波器分离标签和净荷影响的理论分析
• 2.4.1 光分组信号的表示
• 2.4.2 光带通滤波器提取标签信号的分析
• 2.4.3 光带阻滤波器提取净荷信号的分析
• 2.5 多跳交换过程中旧标签影响的理论分析
• 2.5.1 同频标签的多跳误码率分析
• 2.5.2 双频标签的多跳误码率分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于光码标签的光分组交换研究
• 3.1 引言
• 3.2 PSK-OC标签和ASK净荷的正交调制光分组交换
• 3.2.1 光分组产生和交换方案
• 3.2.2 仿真实验
• 3.2.3 PSK-OC标签误码率的理论分析
• 3.3 SCM-OC标签
• 3.3.1 光分组的产生和交换方案
• 3.3.2 仿真实验
• 3.4 二维光码标签
• 3.4.1 2D-OC标签数目
• 3.4.2 2D-OC标签的分组产生和交换方案
• 3.4.3 2D-OC标签误判概率的分析
• 3.4.4 初步实验
• 3.5 直接OC编码
• 3.5.1 直接OC编码的交换结构
• 3.5.2 误码率的计算
• 3.5.3 直接OC编码标签的光分组交换网络中的负载均衡
• 3.6 光码在分离比特序列标签中的应用
• 3.7 本章小结
• 第四章 半导体光放大器在光标签处理中的应用研究
• 4.1 引言
• 4.2 基于SOA的全光功率均衡
• 4.2.1 SOA-MZI结构的光功率均衡器
• 4.2.2 FP-SOA数值仿真模型
• 4.2.3 基于FP-SOA的光功率均衡
• 4.3 基于FP-SOA的标签和净荷分离
• 4.3.1 基于FP-SOA的标签和净荷分离方案
• 4.3.2 提取标签和抑制净荷
• 4.3.3 抑制标签和提取净荷
• 4.3.4 辅助控制光下的标签提取
• 4.4 基于FP-SOA的TTL处理技术
• 4.5 基于QD-SOA的处理技术
• 4.5.1 QD-SOA数值仿真模型
• 4.5.2 基于QDSOA-MZI结构的光硬限幅器
• 4.5.3 基于QDSOA-MZI结构的光功率均衡
• 4.6 本章小结
• 第五章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻博期间取得的研究成果