新型扫频相干探测光谱幅度码（SAC）标记交换系统研究

贠琦，郭玮，龙宇，曹永盛

（电子科技大学通信与信息工程学院，四川成都611731）

新型扫频相干探测光谱幅度码（SAC）标记交换系统研究

贠琦，郭玮，龙宇，曹永盛

（电子科技大学通信与信息工程学院，四川成都611731）

本文提出了一种利用扫频本地光源（LO）对光谱幅度码（SAC）标记进行相干探测识别的新型SAC标记交换系统，并利用仿真对所提方案进行了性能验证。首先，阐述了相干探测识别SAC标记的基本原理。随后，利用仿真软件，搭建扫频LO实现SAC标记相干检测的仿真系统模型。最后，通过仿真验证与结果分析，说明了所提方案的工作性能。结果表明：使用扫频相干探测法可以正确识别156 Mb/s的SAC标记；当光带通滤波器（OBPF）带宽为60 GHz时，净荷信号可实现最佳接收。此时对应系统接收灵敏度为-17.6 dBm。

通信与信息系统；扫频相干探测；光谱幅度码（SAC）；光标记交换系统

0 引言

光标记技术的提出，为实现全光交换打下了良好的基础。而各种不同类型光标记交换技术的陆续出现，极大减少了光电转换的数据量，大幅提高了光交换网络的速度和效率。尽管如此，现有光交换技术仍无法彻底摆脱数据在核心节点的光电转换过程与电域处理。本世纪初，随着对光码分复用（OCDM）技术研究的深入，光码（OC）的概念被逐步扩展至光标记交换领域中。作为一项最新的光标记交换技术，OC标记技术的最大优势在于：采用OCDM中的编/解码原理，在光标记交换系统核心节点处，利用全光相关器对OC标记进行识别，并使用光阈值判决器与光控光开关完成对净荷的转发，从而可彻底摆脱了光标记交换系统核心节点处的光/电/光（O/E/O）转换过程，在理论上实现真正的全光交换[1-4]。

目前，在OC标记交换系统中，已有多种编码方式供选择。光谱幅度码（SAC）作为一种一维频域编码方式，凭借其工作原理简单，系统复杂度低，标记生成及识别容易实现等优点，已引起了众多研究者的关注，多种基于SAC编码方式的新码型也被陆续提出，并正在被广泛应用于OCDMA系统与OC标记交换系统中[5-7]。

2006年，加拿大学者首次将SAC码应用于OC标记交换系统，其系统均使用10 Gb/s 强度调制（IM）净荷，并通过相干探测对SAC标记进行识别。可目前，对SAC标记交换系统的研究仍处于起步阶段，理论尚不成熟，还存在标记识别单元结构过于复杂、实现成本过高、系统承载净荷速率过低、净荷调制方式单一等缺点[8-10]。

为此，本文提出一种利用扫频相干探测识别SAC标记的新方法。通过对现有SAC标记交换系统中的不足之处进行深入分析与仿真研究，验证了一种实现简单，成本较低的新型SAC标记识别单元。

1 相干探测光谱幅度码工作原理

相干探测光谱幅度码标记识别单元结构如图1所示，该识别单元由一个3 dB耦合器、一个发射功率恒定，工作频率随时间线性变化的扫频本振光源（LO）与平衡检测接收器构成。

图1 扫频相干探测SAC标记识别单元（a） SAC标记频域图 （b） 频率随时间线性变化的扫频LO （c） 经解调后的SAC标记时域图Fig.1 Swept Coherent detected SAC label unit（a） Spectral of SAC labels （b） Swept LO （c） Waveforms of SAC labels after demodulating

如图1所示，方便起见，假设4个光码的相位一致。对工作频率覆盖SAC标记所有可用频率（f1-f4）的线性扫频LO（如图1（b）所示），有fLO（tn）=fn，其中n=1、2、3、4。上述两路信号经3 dB耦合器实现相干探测后，混频信号经平衡接收机滤除高频分量、直流分量与噪声后，根据零差相干检测的基带信号接收光电流表达式，可得经解调后的基带信号（如图3（c）所示）。由图3可知，相干探测SAC标记识别单元可利用零差相干检测法识别SAC标记，同时系统所需器件数量与系统复杂度均低于现有的相关检测法。使用该方法可有效简化现有SAC标记识别单元，降低系统成本，免除过大的系统分光损耗，从而改善系统性能。

2 仿真模型

利用光通信系统仿真软件Optisystem7.0搭建系统仿真模型如图2所示。由图2可知，该系统包括：标记生成模块、净荷生成模块、扫频模块、标记识别模块与净荷接收模块。其中：（1）激光阵列生成光码频率分别为193.065 THz、193.06 THz、193.055 THz与93.05 THz，用作产生4比特标记，标记速率156Mb/s。（2）净荷生成模块主要由分布反馈式（DFB）激光器、伪随机序列（PRBS）序列生成器、不归零（NRZ）信号生成器及马赫-曾德尔调制器（MZM）组成。用以产生40Gb/s、工作于193 THz的IM净荷信号。生成的净荷信号与标记信号通过耦合器后，送入信道进行传输。（3）扫频生成模块由锯齿波发生器、频率调制器（FM）以及光源构成。用以产生156Mb/s四分之一速率（标记为4比特），即39 Mb/s的锯齿波信号，并利用该信号对激光器进行频率调制。频率调制器频率偏移为16.8 GHz（±8.4 GHz），令中心频率在193.0575 THz的激光器产生频率从193.049 THz-193.066 THz扫频波形，并覆盖SAC标记的全部所用频率（193.05THz-193.065THz）。（4）接收模块：标记接收采用平衡检测方式，使用两组光电检测器（PD）与低通滤波器（LPF），然后再输入到减法器中，即可得到标记波形。其中，LPF截止频率120 MHz。净荷接收模块主要由光带通滤波器（OBOF）、PD以及低通滤波器组成，并通过误码分析仪（BERT）验证系统传输性能。

图2 扫频相干探测光谱幅度码交换系统框图Fig.2 Setup of frequency swept detected SAC label switching system

3 性能分析

通过对标记生成模块进行设置，令标记码字为“0101”，则经过解调后的标记波形如图3所示。由图3可知，4比特标记在接收端波形的前25.6 ns内完整出现，并可将该波形恢复为理想矩形脉冲。图4所示为净荷误码率及眼图情况。由图中测试结果可知，该系统的误码率可达到10-9，满足通信系统的设计要求。图5所示为不同光带通滤波器带宽下，所对应的净荷误码性能曲线。由图10可知，在相同的接收功率下，随着光带通滤波器带宽的增大，系统误码率会先降低后升高。图中水平虚线表示误码率为10-9，以此做为参考标准可知，当带宽为60 GHz时，所需接收功率最小。此时，对应的系统接收光功率为-17.6 dBm。

图3 经解调后的SAC标记波形Fig.3 Waveform of SAC label after demodulating

4 结论

本文通过搭建相干探测SAC标记交换系统的仿真模型，验证了SAC标记的相干探测法以及净荷的传输性能。经比较分析得出结论：使用扫频相干探测法可以正确识别156 Mb/s的SAC标记，且使用该方法可简化现有方案结构、并可大幅降低分光比；当光带通滤波器带宽为60 GHz时，净荷信号实现最佳接收，此时对应系统接收灵敏度为-17.6 dBm。由上所述，本文所提方案体现出了标记与净荷信号的良好传输特性。

图4 净荷误码特性及眼图Fig.4 Payload BER and eye diagram

图5 不同光带通滤波器带宽下的净荷误码率Fig.5 Payload BER with different OBPF bandwidth

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Research on a Novel Spectral Amplitude Codes Label Switching System with Frequency Swept Coherent Detection

YUN Qi, GUO Wei, LONG Yu, CAO Yong-sheng
(School of Communication and Information Egineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu, China, 611731)

A novel coherent detected spectral amplitude codes (SAC) label switching system with a frequency swept local oscillator (LO) is proposed, and performance of the proposal is verifi ed by computer simulation. Firstly, principle of coherent detected spectral amplitude codes label is described. Then, simulation setup of coherent detected SAC label switching system with the frequency swept LO is built up. At last, analysis on simulation results and conclusions are given. The simulation results indicate that 156 Mb/s SAC labels could be correctly recognized by frequency swept coherent detection; the payload signal reaches optimal performance with 60 GHz bandwidth optical bandpass fi lter (OBPF), and sensibility of this system is -17.6 dBm.

Communication and information system; Frequency swept coherent detection; Spectral amplitude codes (SAC); Optical label switching system

贠琦，郭玮，龙宇，等.新型扫频相干探测光谱幅度码（SAC）标记交换系统研究[J]. 新型工业化，2016，6（10）：52-55.

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.10.007

: YUN Qi, GUO Wei, LONG Yu, et al. Research on a Novel Spectral Amplitude Codes Label Switching System with Frequency Swept Coherent Detection[J]. The Journal of New Industrialization, 2016, 6(10)： 52-55.

国家自然科学基金项目（61205067），电子科技大学学生创新创业训练计划项目

贠琦（1994-），男，硕士研究生，主要研究方向：光纤通信系统与光信号处理；郭玮（1994-），男，硕士研究生，主要研究方向：光纤通信系统；龙宇（1994-），男，硕士研究生，主要研究方向：光交换

曹永盛（1982-），男，副教授，博士，主要研究方向：光纤通信系统与光交换