新型光標(biāo)記交換系統(tǒng)及光控光交換器件的研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)量與業(yè)務(wù)量的爆炸式增長，光通信已成為現(xiàn)代通信中的重要組成部分，其發(fā)展方向是大容量、高帶寬的全光網(wǎng)（AON）。近年來，隨著密集波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)的廣泛使用，光通信主干網(wǎng)的傳輸速度已可達(dá)到Tb/s量級。但作為光通信網(wǎng)絡(luò)中不可缺少的一個(gè)部分--換節(jié)點(diǎn)，仍需對數(shù)據(jù)進(jìn)行光/電/光（O/E/O）轉(zhuǎn)換和電域處理。由于電子交換與電信息處理速度已達(dá)到極限，這大大制約了現(xiàn)有通信網(wǎng)的傳輸速度，造成數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)摹半娮悠款i”。為解決這一問

2、題，采用光電混合結(jié)構(gòu)的光標(biāo)記交換（OLS）技術(shù)，成為下一代光傳輸網(wǎng)（OTN）與光交換網(wǎng)（OSN）的發(fā)展方向。
　　 本論文對目前最前沿的兩種光標(biāo)記交換技術(shù)--正交調(diào)制光標(biāo)記技術(shù)與光碼（OC）標(biāo)記技術(shù)的工作原理進(jìn)行了理論研究，并通過仿真，對上述系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置與傳輸性能進(jìn)行了分析比較；此外，通過理論研究與仿真分析，對基于自光電效應(yīng)（SEE）的新型光控光交換器件--自電光效應(yīng)器件（SEED）的工作特性與器件優(yōu)化方案進(jìn)行了研究。論文內(nèi)容

3、包括：
　　 1、正交調(diào)制光標(biāo)記交換技術(shù)的研究
　　 搭建40 Gb/s ASK/FSK正交調(diào)制光標(biāo)記交換系統(tǒng)的仿真模型：1）對正交調(diào)制光標(biāo)記交換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理與傳輸性能進(jìn)行了研究；2）對系統(tǒng)消光比（ER）、色散補(bǔ)償方案與標(biāo)記頻率間隔等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，從而達(dá)到改善系統(tǒng)傳輸性能的目的；3）提出了一種利用光帶通濾波器（OBPF）對FSK信號進(jìn)行譜均衡的方法。仿真結(jié)果表明，利用該方案，可有效改善ASK凈荷信號的接收質(zhì)量；

4、4）在網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)處，提出了一種利用SOA-MZI結(jié)構(gòu)對FSK光標(biāo)記同時(shí)進(jìn)行擦除與插入的方法。仿真結(jié)果表明，該方法可在功率代價(jià)很小的情況下，實(shí)現(xiàn)對FSK光標(biāo)記的全光擦除與插入；5）引入兩種先進(jìn)調(diào)制方式--DPSK與DQPSK調(diào)制方式，通過對FSK、ASK、DPSK與DQPSK四種調(diào)制方式進(jìn)行不同組合，提出40 Gb/s凈荷下，DPSK/FSK、DPSK/ASK、ASK/DPSK、DQPSK/FSK與DQPSK/ASK共五種正交調(diào)制光標(biāo)記

5、交換系統(tǒng)。利用仿真軟件，對上述系統(tǒng)搭建模型、分析系統(tǒng)性能、優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，并對不同調(diào)制方式與不同碼型下的系統(tǒng)傳輸性能與抗噪性能進(jìn)行了比較分析。結(jié)果表明，RZ-DQPSK/ASK標(biāo)記交換系統(tǒng)可獲得較高的標(biāo)記傳輸速率、較高的接收靈敏度與較好的系統(tǒng)抗噪特性。
　　 2、相干探測光譜幅度碼（SAC）標(biāo)記交換系統(tǒng)的研究
　　 搭建40 Gb/s SAC標(biāo)記交換系統(tǒng)仿真模型：1）利用光相干探測技術(shù)，對現(xiàn)有SAC標(biāo)記識別單元進(jìn)行了創(chuàng)造性

6、改進(jìn)：構(gòu)建發(fā)射功率恒定，工作頻率隨時(shí)間線性變化的掃頻本地振蕩器（LO）。使用該LO對156 Mb/s，4波長SAC標(biāo)記進(jìn)行相干探測，并通過平衡檢測法實(shí)現(xiàn)對標(biāo)記的識別。利用該方法，可大大簡化傳統(tǒng)SAC標(biāo)記識別單元，降低系統(tǒng)復(fù)雜度與成本，并可消除原有系統(tǒng)中過大的分光損耗；2）基于相干探測標(biāo)記識別單元，利用仿真，對40 Gb/s多種凈荷（IM、DPSK、DQPSK）下的SAC標(biāo)記交換系統(tǒng)性能進(jìn)行了驗(yàn)證，并通過比較分析，得知DQPSK凈荷表現(xiàn)出

7、了最佳的傳輸特性；3）提出了112 Gb/s，多信道、多速率、DQPSK.凈荷下的SAC標(biāo)記交換系統(tǒng)，并利用仿真對其傳輸性能進(jìn)行了驗(yàn)證；4）提出了一種由偽隨機(jī)序列（PRBS）信號發(fā)生器和1×2光開關(guān)組成的新型SAC光標(biāo)記編碼器，并基于該編碼器，首次對SAC標(biāo)記的BER特性進(jìn)行了測量；5）提出了相干探測隱式SAC標(biāo)記系統(tǒng)，利用仿真，對625 Mb/s與1.25 Gb/s隱式SAC標(biāo)記交換系統(tǒng)的性能進(jìn)行了比較分析。結(jié)果表明，在該系統(tǒng)中，凈荷

8、速率不宜超過1.25 Gb/s，否則掃頻LO將無法正確解出標(biāo)記信號；6）提出了一種利用法布里-珀羅（F-P）可調(diào)濾波器與掃頻激光器產(chǎn)生多頻率SAC標(biāo)記的方法。利用該方法，可減少標(biāo)記發(fā)送單元中所需的激光器數(shù)量，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)成本。在仿真驗(yàn)證中，使用單激光器可產(chǎn)生多達(dá)16個(gè)頻率分量的SAC標(biāo)記，并可將標(biāo)記速率提高至1.25 Gb/s；7）基于標(biāo)記棧原理，搭建相干探測多標(biāo)記SAC交換系統(tǒng)。利用連續(xù)掃頻LO，對40 Gb/s凈荷下，攜帶

9、256個(gè)標(biāo)記的系統(tǒng)性能進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，凈荷調(diào)制方式對標(biāo)記接收質(zhì)量影響很小。當(dāng)標(biāo)記數(shù)量由2個(gè)增加至64個(gè)時(shí)，標(biāo)記質(zhì)量下降幅度較大，但當(dāng)標(biāo)記數(shù)量由64個(gè)增加至256個(gè)時(shí)，標(biāo)記質(zhì)量只是略有下降。故使用標(biāo)記棧路由可支持多標(biāo)記系統(tǒng)正常工作；8）利用標(biāo)記棧原理，提出了相干探測雙節(jié)點(diǎn)SAC標(biāo)記交換系統(tǒng)。通過搭建標(biāo)記交換節(jié)點(diǎn)、標(biāo)記處理單元與電控1×N光開關(guān)交換陣列，實(shí)現(xiàn)了可進(jìn)行雙節(jié)點(diǎn)交換、轉(zhuǎn)發(fā)與傳輸?shù)腟AC標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)。
　　 3、新型光

10、控光交換器件--自電光效應(yīng)器件（SEED）的研究
　　 在對量子限制斯塔克效應(yīng)（QCSE）與SEED工作原理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，利用等效電阻-電容（RC）模型、電壓擴(kuò)散表達(dá)式與基爾霍夫（Kirchoof）定律：1）對SEED光控光開關(guān)、對稱SEED（S-SEED）光控光開關(guān)與S-SEED光控光緩存器進(jìn)行了理論分析，并得出了上述三種器件交換時(shí)間隨電壓變化的近似解析式；2）根據(jù)理論分析結(jié)果與器件特性表達(dá)式，對上述三種器件的入射光功率、