基于反转5B8B码的光标签交换系统、方法以及设备

基于反转5b8b码的光标签交换系统、方法以及设备
技术领域
1.本发明涉及通信技术领域，具体涉及基于反转5b8b码的光标签交换系统、方法以及设备。


背景技术：

2.光标签交换技术（ols，optical label switching）是一种是很有前景的适应于当今快速增长的分组互联网流量和数据中心的数据交换的解决方案。目前，大部分的光标签交换技术均采用正交调制，即将非幅度调制的标签信号叠加到曼彻斯特编码或脉冲位置调制的强度位移键控（ask）载荷信号上。常见的正交调制有：正交振幅调制（qam）、正交频分复用调制（ofdm）、编码正交频分调制（cofdm）、交错正交四相相移键控（oqpsk）、π/4正交相移键控（π/4－dqpsk）等。
3.光标签交换技术中标签信号应用的非幅度调制主要包括频移键控（fsk）、差分相移键控（dpsk）和偏振移位键控（polsk）三种方式，但由于偏振移位键控对偏振旋转角度敏感，频移键控占用更多波长资源又遭受更多的色散，因此差分相移键控（dpsk）在三种调制方式中应用最多。
4.然而，高消光比的ask调制会降低dpsk的解调性能，与此同时，在正交调制中，非幅度调制的标签信号会受到由ask调制引起的幅度波动的串扰，因此，为了减少这种串扰，ask载荷信号通常通过降低消光比或改变码型的方法来平滑振幅，但是ask载荷信号的消光比（er）的降低，也恶化了ask载荷信号的质量。为此，有必要研究一种能够提高光标签信道的频谱利用效率、减少对载荷信号质量的影响、降低载荷信号和标签信号之间的串扰的光标签交换方法。
5.如中国专利cn102377725a，公开日2012年3月14日，一种基于ofdm子载波的光标签处理方法及光分组交换方法。该处理方法包括：分组数据所经过的各节点分别利用ofdm调制方式将路由信息调制在与净荷光载波具有不同波长的标签光载波的ofdm频带其中一个子载波上，各节点所使用的子载波各不相同；然后与前一节点的光标签信号同步耦合，生成本节点的光标签，使得光标签交换不需要进行光标签的擦除和光标签重写，并可提高光标签信道的频谱利用效率以及光净荷信道的传输效率，简化了光分组交换网络节点的结构。但是该技术方案并没有解决现有技术中光标签交换对载荷信号具有恶性影响、载荷信号和标签信号之间的串扰较大的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题：目前光标签交换存在载荷信号和标签信号之间的串扰较大的技术问题，提出了基于反转5b8b码的光标签交换系统、方法以及设备，通过在光标签交换中引入简单低成本的线路编码技术并结合正交调制方案，实现在降低载荷信号和标签信号之间的串扰的基础上提高光标签信道的频谱利用效率。
7.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：基于反转5b8b码的光标签交换
系统，用于实现伪随机二进制数据的光标签信号交换，包括：信号发生模块，用于生成标签信号以及载荷信号，并将所述标签信号以及载荷信号输出至并行调制器；并行调制器，用于使用信号发生模块输出的所述载荷信号和标签信号对光载波进行调制，得到正交调制信号，并输出所述正交调制信号；耦合器，用于对所述正交调制信号进行分路，将所述正交调制信号分为标签接收信号以及载荷接收信号；信号接收模块，用于对所述标签接收信号以及载荷接收信号进行解调，恢复出标签信号以及载荷信号。
8.作为优选，信号发生模块生成的标签信号为经过dpsk调制后的伪随机二进制数据，信号发生模块生成的载荷信号为反转5b8b码数据。
9.作为优选，所述并行调制器包括：相位调制器，用于使用所述信号发生模块生成的标签信号对光载波进行dpsk调制；马赫—曾德尔调制器，用于使用所述信号发生模块生成的载荷信号对光载波进行ask调制。
10.作为优选，所述并行调制器输出的正交调制信号经单模光纤、色散补偿光纤以及可调光衰减器传输至所述耦合器。
11.作为优选，所述信号接收模块包括：标签接收信号解调单元，用于对所述标签接收信号进行解调，恢复出所述标签信号；载荷接收信号解调单元，用于对所述载荷接收信号进行解调，恢复出所述载荷信号。
12.作为优选，所述标签接收信号解调单元包括：第一低通滤波器，用于对所述标签接收信号进行滤波，得到携带dpsk标签信号的光信号；延迟干涉仪，用于对所述第一低通滤波器滤波后得到的光信号进行干涉叠加，得到干涉叠加后的光信号并输出至第一光电探测器；第一光电探测器，用于将所述干涉叠加后的光信号转换成电信号，恢复出所述标签信号，并将恢复出的标签信号输出至第一信号接收端；第一信号接收端，用于接收所述第一光电探测器恢复出的标签信号。
13.作为优选，所述载荷接收信号解调单元包括：第二低通滤波器，用于对所述载荷接收信号进行滤波，得到携带ask载荷信号的光信号；第二光电探测器，用于将所述第二低通滤波器滤波后得到的光信号转换成电信号，恢复出所述载荷信号；第二信号接收端，用于接收所述第二光电探测器恢复出的载荷信号。
14.基于反转5b8b码的光标签交换方法，用于实现伪随机二进制数据的光标签信号交换，包括以下步骤：
生成反转5b8b码数据，将所述反转5b8b码数据作为载荷信号，将经过dpsk调制后的伪随机二进制数据作为标签信号；使用所述载荷信号和标签信号对光载波进行调制，得到正交调制信号；对所述正交调制信号进行分路，将所述正交调制信号分为标签接收信号以及载荷接收信号；对所述标签接收信号以及载荷接收信号进行解调，恢复出标签信号以及载荷信号。
15.作为优选，对所述标签接收信号进行解调，恢复出标签信号的方法包括：对所述标签接收信号进行滤波，得到携带dpsk标签信号的光信号；对所述第一低通滤波器滤波后得到的光信号进行干涉叠加，得到干涉叠加后的光信号；将所述干涉叠加后的光信号转换成电信号，恢复出所述标签信号。
16.一种调制与解调设备，所述设备包括：调制模块，用于将经过dpsk调制后的伪随机二进制编码数据作为标签信号，将经过软件编码后的反转5b8b码数据作为载荷信号，使用所述载荷信号和标签信号对光载波进行调制，得到正交调制信号，并输出所述正交调制信号；解调模块，用于对接收到的正交调制信号进行分路，将所述正交调制信号分为标签接收信号以及载荷接收信号，对所述标签接收信号以及载荷接收信号进行解调，恢复出标签信号以及载荷信号。
17.本发明的有益技术效果包括：采用基于反转5b8b码的光标签交换系统、方法以及设备，通过在光标签交换中引入简单低成本的线路编码技术并结合正交调制方案，实现在降低载荷信号和标签信号之间的串扰的基础上提高光标签信道的频谱利用效率，从而提升网络的吞吐量；通过创造性地针对基于正交调制的光标签交换中的ask调制提出了反转5b8b码，相较于现有技术使用的曼彻斯特码和ppm码，反转5b8b码的编码效率要高出12.5%，标记率达到75%—87.5%，通过高标记率提供了更多的标记来携带相位信息并增强一比特延迟干涉，从而增加了dpsk解调成功的可能性，大幅减少了消光比对ask调制的限制，进而提高了ask载荷信号的质量；相比于现有技术使用的反转4ppm码，反转5b8b码能够抑制低频分量，能够减少从高速ask载荷信号到低速dpsk信号产生的串扰。
18.本发明的其他特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。
附图说明
19.下面结合附图对本发明做进一步的说明：图1为本发明实施例基于反转5b8b码的光标签交换系统结构示意图。
20.图2为本发明实施例标签接收信号解调单元的结构示意图。
21.图3为本发明实施例载荷接收信号解调单元的结构示意图。
22.图4是消光比分别为5db、10db和14db时的dpsk信号和ask信号的解调结果示意图。
23.图5a、5b及5c是消光比分别为5db、10db和14db时的dpsk信号和ask信号的误码率测试结果示意图。
24.图6a是5gb/s dpsk信号和40gb/s ask信号的接收灵敏度—消光比测试结果示意
图。
25.图6b是2.5gb/s dpsk 信号和40gb/s ask 信号的接收灵敏度—消光比测试结果示意图。
26.图7为本发明实施例基于反转5b8b码的光标签交换方法流程图。
27.图8为本发明实施例对标签接收信号进行解调恢复出标签信号的方法流程图。
28.图9为本发明实施例一种调制与解调设备的结构示意图。
29.其中：1、信号发生模块，2、并行调制器，3、耦合器，4、信号接收模块，5、第一低通滤波器，6、延迟干涉仪，7、第一光电探测器，8、第一信号接收端，9、第二低通滤波器，10、第二光电探测器，11、第二信号接收端，12、调制模块，13、解调模块。
具体实施方式
30.下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。
31.在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.在详细说明本实施例技术方案之前，首先对本实施例应用的背景情况进行介绍。
33.通信系统基于数字电子的节点交换技术，已经无限接近电子器件处理的极限，如果想进一步提高设备处理速度，难度只会成倍增长。电子技术的发展已经远远赶不上通信容量增长速度，随之带来的是通信的带宽和交换系统电子瓶颈的问题。当今需要提升链路的带宽和节点的吞吐量以应对网络流量剧增。然而目前，绝大多数交换节点仍采用的是电交换模式，这就严重限制了处理速度和能耗，这正是当前网络所遇到的瓶颈。采用光的方式完成信息的转发的全光分组交换技术（aols）还处于研究阶段，aols已经被视为下一代超高速低能耗带宽光网络的代表技术，然而aols所需要的很多元器件，例如光存储、光逻辑器件等，还处于不成熟阶段，所以最终学者们都把目光集中到了电交换和全光交换的折中解决方案——光标签交换技术（ols，optical label switching）。
34.光标签交换技术就是将路由信息写到低速率的标签信号中，而数据信息写到高速率的有效载荷信号中，在交换节点将光域的标签信号转换到电域中进行处理而有效载荷信号继续保持在光域传输，实现有效载荷信号的全光传输，根据节点处提取到的低速标签信号所附带的路由信息，通过节点中的交换结构将有效载荷输出到对应的输出端口。这样就能将标签和载荷分离，中间节点只需要用廉价的低速的标签光电接收系统就可以了，避免了高速数据的昂贵的光电光学（oeo）转换。这就大大的降低了成本，还可以大大地节省节点能耗与分组交换处理时间，使得数据包的标签处理最小化，网络控制也简化了。特别是在中间节点数量较多的情况下，网络的效率、可扩展性和吞吐量都得到了提高。
35.光标签交换技术近年来备受关注，现有技术提出了许多光标签交换技术方案，在这些光标签交换技术方法中，正交调制被广泛应用。正交调制将非振幅调制信号叠加在振幅移位键控（ask）信号上。由于在正交调制中，标签采用非幅度调制，使得标签可以直接叠加在载荷上，不需要额外的时隙或者波长信道。同时，可以通过相应的接收器实现标签与载
荷的分离。常见的正交调制有：正交振幅调制（qam）、正交频分复用调制（ofdm）、编码正交频分调制（cofdm）、交错正交四相相移键控（oqpsk）、π/4正交相移键控（π/4－dqpsk）等。在正交调制中，非幅度调制标签信号会受到由ask调制引起的幅度波动的串扰。因此，为了减少这种串扰，ask载荷信号通常通过降低消光比或改变码型的方法来平滑振幅（常用的是曼彻斯特码和ppm码），但是ask载荷信号的消光比（er）的降低，也恶化了ask载荷信号的质量。
36.光标签交换技术中标签信号应用的非幅度调制主要包括频移键控（fsk）、差分相移键控（dpsk）和偏振移位键控（polsk）三种方式，但由于偏振移位键控对偏振旋转角度敏感，频移键控占用更多波长资源又遭受更多的色散，因此差分相移键控（dpsk）在三种调制方式中应用最多。dpsk调制器是linbo3（铌酸锂）相位调制器，dpsk解调器是延迟干涉仪（di）。延迟干涉仪（di）将dpsk信号与其自身的一比特延迟进行干涉叠加，而且由于信号本身成为参考光束，因此不需要本地振荡器。这种简单、低成本的操作，使得dpsk成为光通信中应用最广泛的非幅度调制方法。
37.dpsk通过一比特延迟进行干涉解调，这要求一比特延迟的数据与原始信号标记位置，即ask的“1”幅度位重合。但高消光比的ask调制经常会出现标记位不重合，解调无法实现的情况，大幅降低了dpsk的解调性能，因此必须降低ask调制的消光比。然而，虽然消光比的降低改善了解调的dpsk信号，但恶化了ask载荷信号的质量。
38.因此，有必要研究一种能够提高光标签信道的频谱利用效率、减少对载荷信号质量的影响、降低载荷信号和标签信号之间的串扰的光标签交换方法。
39.为此，本技术实施例提供了基于反转5b8b码的光标签交换系统，用于实现伪随机二进制数据的光标签信号交换，请参阅附图1，包括：信号发生模块1，用于生成标签信号以及载荷信号，并将所述标签信号以及载荷信号输出至并行调制器2。
40.并行调制器2，用于使用信号发生模块1输出的所述载荷信号和标签信号对光载波进行调制，得到正交调制信号，并输出所述正交调制信号；耦合器3，用于对所述正交调制信号进行分路，将所述正交调制信号分为标签接收信号以及载荷接收信号；信号接收模块4，用于对所述标签接收信号以及载荷接收信号进行解调，恢复出标签信号以及载荷信号。
41.另一方面，本实施例中，信号发生模块1生成的标签信号为经过dpsk调制后的伪随机二进制数据，信号发生模块1生成的载荷信号为反转5b8b码数据。
42.其中，伪随机二进制信号在现代工程实践中在移动通信、导航、雷达和保密通信、通信系统性能的测量等领域中有着广泛的应用。例如，在连续波雷达中可用作测距信号，在遥控系统中可用作遥控信号，在多址通信中可用作地址信号，在数字通信中可用作群同步信号，还可用作噪声源以及在保密通信中的加密作用等。伪随机发生器在测距、通信等领域的应用日益受到人们重视。伪随机二进制数据与随机二进制数据的区别在于：随机二进制数据是不可预测的，它在将来时刻的取值只能从统计意义上去描述；而伪随机二进制数据实质上不是随机的，是收发双方都知道的确定性周期数据。之所以称其为伪随机二进制数据，是因为它表现出白噪声采样数据的统计特性，在不知其生成方法的侦听者看来像真的随机二进制数据一样。
43.dpsk通过一比特延迟进行干涉解调，这要求一比特延迟的数据与原始信号标记位置，即ask的“1”幅度位重合。但高消光比的ask调制经常会出现标记位不重合，解调无法实现的情况，大幅降低了dpsk的解调性能，因此必须降低ask调制的消光比。然而，虽然消光比的降低改善了解调的dpsk信号，但恶化了ask载荷信号的质量。为此，本实施例创造性地针对基于正交调制的光标签交换中的ask调制提出了反转5b8b码，相较于现有技术使用的曼彻斯特码和ppm码，反转5b8b码的编码效率要高出12.5%，标记率达到75%—87.5%，通过高标记率提供了更多的标记来携带相位信息并增强一比特延迟干涉，从而增加了dpsk解调成功的可能性，大幅减少了消光比对ask调制的限制，进而提高了ask载荷信号的质量。同时，相比于现有技术使用的反转4ppm码，反转5b8b码能够抑制低频分量，能够减少从高速ask载荷信号到低速dpsk信号产生的串扰。
44.另一方面，本实施例中，所述并行调制器2包括：相位调制器，用于使用所述信号发生模块1生成的标签信号对光载波进行dpsk调制；马赫—曾德尔调制器，用于使用所述信号发生模块1生成的载荷信号对光载波进行ask调制。
45.另一方面，本实施例中，所述并行调制器2输出的正交调制信号经单模光纤、色散补偿光纤以及可调光衰减器传输至所述耦合器3。
46.其中，单模光纤（single mode fiber）是中心玻璃芯很细（芯径一般为9或10μm），只存在一种传输模式的光纤，在通信系统中，特别是大容量的通信系统中，多数使用单模光纤。单模光纤的传输损耗、传输色散都比较小，从而可以使得信号在光纤中传输的距离更远一些，传输色散小有利于高速大容量的数据的传输。色散补偿光纤（dcf，dispersion compensating fiber）是具有大负色散的光纤，它是针对目前已铺设的g652标准单模光纤而设计的一种新型单模光纤。g652标准单模光纤在1.55μm波长的色散不是零，而是正的（17－20）ps/（nm
·
km），并且具有正的色散斜率，因此为了使目前已铺设的g652标准单模光纤系统采用wdm/edfa技术，需要在这些光纤中加接具有负色散的色散补偿光纤，进行色散补偿，以保证整条光纤线路的总色散近似为零，从而实现高速度、大容量、长距离的通信。
47.其中，可调光衰减器用于测量比特误码率。
48.另一方面，本实施例中，所述信号接收模块4包括：标签接收信号解调单元，用于对所述标签接收信号进行解调，恢复出所述标签信号；载荷接收信号解调单元，用于对所述载荷接收信号进行解调，恢复出所述载荷信号。
49.另一方面，本实施例中，请参阅附图2，所述标签接收信号解调单元包括：第一低通滤波器5，用于对所述标签接收信号进行滤波，得到携带dpsk标签信号的光信号；延迟干涉仪6，用于对所述第一低通滤波器5滤波后得到的光信号进行干涉叠加，得到干涉叠加后的光信号并输出至第一光电探测器7；第一光电探测器7，用于将所述干涉叠加后的光信号转换成电信号，恢复出所述标签信号，并将恢复出的标签信号输出至第一信号接收端8；
第一信号接收端8，用于接收所述第一光电探测器7恢复出的标签信号。
50.其中，dpsk调制器是linbo3（铌酸锂）相位调制器，dpsk解调器是延迟干涉仪6（di）。延迟干涉仪6（di）将dpsk信号与其自身的一比特延迟进行干涉叠加，而且由于信号本身成为参考光束，因此不需要本地振荡器。这种简单、低成本的操作，使得dpsk成为光通信中应用最广泛的非幅度调制方法另一方面，本实施例中，请参阅附图3，所述载荷接收信号解调单元包括：第二低通滤波器9，用于对所述载荷接收信号进行滤波，得到携带ask载荷信号的光信号；第二光电探测器10，用于将所述第二低通滤波器9滤波后得到的光信号转换成电信号，恢复出所述载荷信号；第二信号接收端11，用于接收所述第二光电探测器10恢复出的载荷信号。
51.示例地，本实施例基于反转5b8b码的光标签交换系统的实现方式为：光载波首先用2.5gb/s标签信号由相位调制器进行dpsk调制，然后用40gb/s载荷信号由马赫—曾德尔调制器进行ask调制；将调制后的标签信号和载荷信号进行叠加，得到正交调制信号；正交调制信号在50km单模光纤、10km色散补偿光纤以及可调光衰减器上进行传输；使用1:1耦合器3对传输后的正交调制信号进行分路，将正交调制信号分为标签接收信号以及载荷接收信号；标签接收信号经第一低通滤波器5的滤波以及延迟干涉仪6的干涉叠加作用后，由第一光电探测器7进行模数转换将光信号转换为电信号，对转换后的电信号进行组合和解码，恢复出所述标签信号；载荷接收信号经第二低通滤波器9的滤波作用后，由第二光电探测器10进行模数转换将光信号转换为电信号，对转换后的电信号进行组合和解码，恢复出载荷信号。
52.本发明的效果可通过以下仿真实验作进一步说明：1）仿真条件：以2.5gb/s经dpsk调制后的标签信号和40gb/s经ask调制后的载荷信号进行仿真实验。
53.2）仿真内容及其结果分析：仿真1：本实施例仿真实验对载荷信号分别进行nrz、曼彻斯特码、反转4ppm码以及反转5b8b码编码，并解调当消光比分别为5db、10db和14db时的标签信号和载荷信号，其解调结果的眼图请参阅附图4。
54.随着消光比的增加，解调的dpsk信号质量逐渐降低，但ask信号的质量逐渐提高。在dpsk信号中，基于nrz编码的ask信号上附加的dpsk信号表现出最差的性能，而反转4ppm码上附加的dpsk信号则表现出最好的性能，本实施例提出的基于反转5b8b码编码的ask信号上附加dpsk信号的性能与反转4ppm码的相差不大，但反转5b8b码的编码效率更高。基于不同码型编码的ask信号上附加的dpsk信号的性能差异随着消光比的增加而增大。nrz上附加的dpsk信号将被高er消光比破坏。当消光比增加到14db时，曼彻斯特码上附加的dpsk信号质量严重下降，但本实施例提出的基于反转5b8b码编码的ask信号上附加的dpsk信号质
量下降却不明显。仿真实验结果表明，本实施例提出的基于反转5b8b码编码的ask信号上附加的dpsk信号可以容忍更高的消光比，这将大幅减少消光比对ask调制的限制，进而提高ask载荷信号的质量。
55.仿真2：本实施例仿真实验对载荷信号分别进行nrz、曼彻斯特码（mc）、反转4ppm码以及反转5b8b码编码，并测试当消光比分别为5db、10db和14db时的标签信号和载荷信号的误码率（ber），其误码率结果示意图请参阅附图5a、5b及5c。
56.比较附图5a、5b及5c中基于不同码型编码的ask载荷信号（图中的虚线），nrz表现出更好的性能，而反转4ppm码和反转5b8b码表现出更差的性能。性能的差异主要是由于基于不同码型编码的载荷信号的标记比率不同。曼彻斯特码信号和nrz信号的标记率均为50%，反转4ppm码信号的标记率为75%，反转5b8b码信号的标记率为75%或87.5%。低标记率信号的接收功率也相对较低，因此有更好的接收灵敏度，从而表现出更好的性能。虽然nrz信号和曼彻斯特码信号的标记率均为50%，但nrz信号由于带宽较窄而表现出更好的性能。
57.比较附图5a、5b及5c中基于不同码型编码的ask载荷信号上附加的dpsk信号（图中的实线），本实施例提出的基于反转5b8b码编码的ask信号上附加的dpsk信号即使在消光比为14db时，其误码率仍能达到10-9
。
58.仿真3：本实施例仿真实验对载荷信号分别进行nrz、曼彻斯特码、反转4ppm码以及反转5b8b码编码，并测试了5gb/s经dpsk调制后的标签信号和40gb/s经ask调制后的载荷信号的接收灵敏度—消光比，其中的接收灵敏度即为误码率达到10-9
时的接收功率，其测试结果请参阅附图6a。
59.根据附图6a的仿真实验结果表明，对于nrz上附加的dpsk调制，最佳消光比为4.2db；对于曼彻斯特码上附加的dpsk调制，最佳消光比为8.5db；对于反转4ppm上附加的dpsk调制，最佳消光比为8db；对于反转5b8b码上附加的dpsk调制，最佳消光比为7.2db。
60.本实施例仿真实验对载荷信号分别进行nrz、曼彻斯特码、反转4ppm码以及反转5b8b码编码，并测试了2.5gb/s经dpsk调制后的标签信号和40gb/s经ask调制后的载荷信号的接收灵敏度—消光比，其中的接收灵敏度即为误码率达到10-9
时的接收功率，其测试结果请参阅附图6b。
61.根据附图6b的仿真实验结果表明，对于nrz上附加的dpsk调制，最佳消光比为6db。当ask信号改变为曼彻斯特码时，最佳消光比增加到12.2db。当反转4ppm与本实施例所提出的反转5b8b码应用于ask信号时，他们二者的最佳消光比差别不大，几乎达到14db。不同码型编码的ask信号处于最佳消光比时，nrz、曼彻斯特码、反转4ppm和反转5b8b码上附加的dpsk调制的接收灵敏度分别为-16dbm、-17.8dbm、-20.3dbm和-20.2dbm。与nrz上附加的dpsk调制相比，本实施例提出的反转5b8b码上附加的dpsk调制的接收灵敏度提高了4.2dbm。且反转4ppm的标记率为75%，而反转5b8b码可以达到87.5%。可以见得，在接收灵敏度相差不大的情况下，本实施例提出的反转5b8b码信号的编码效率更高。
62.比较附图6a与附图6b，本实施例选择以2.5gb/s经dpsk调制后的标签信号和40gb/s经ask调制后的载荷信号进行仿真实验的效果更好。
63.另一方面，本技术实施例还提供了基于反转5b8b码的光标签交换方法，用于实现伪随机二进制数据的光标签信号交换，请参阅附图7，包括以下步骤：步骤a01）生成反转5b8b码数据，将所述反转5b8b码数据作为载荷信号，将经过
dpsk调制后的伪随机二进制数据作为标签信号。
64.其中，5b编码的方案是将欲发送的数据流中每4bit作为一个组，然后按照5b编码规则将其每四位二进制代码转换成相应的5bit码，这5bit码共有32种组合，但只采用其中对应4bit码的16种，其他的16种用作控制码，以表示帧的开始和结束、光纤线路的状态(静止、空闲、暂停)等。
65.优选地，本实施例中，反转5b8b码的生成方式为：将一个5位的码映射成一个8位的码，这个8bit码有2个“1”或者1个“1”，选32个，即可得到编好的5b8b码，随后对编好的5b8b码进行取反，得到反转5b8b码。标签信号的生成方式为：将伪随机二进制数据输入至相位调制器中进行dpsk调制。
66.步骤a02）使用所述载荷信号和标签信号对光载波进行调制，得到正交调制信号。
67.步骤a03）对所述正交调制信号进行分路，将所述正交调制信号分为标签接收信号以及载荷接收信号。
68.步骤a04）对所述标签接收信号以及载荷接收信号进行解调，恢复出标签信号以及载荷信号。
69.另一方面，本实施例中，请参阅附图8，对所述标签接收信号进行解调，恢复出标签信号的方法包括：步骤b01）对所述标签接收信号进行滤波，得到携带dpsk标签信号的光信号；步骤b02）对所述第一低通滤波器5滤波后得到的光信号进行干涉叠加，得到干涉叠加后的光信号；步骤b03）将所述干涉叠加后的光信号转换成电信号，恢复出所述标签信号。
70.需要说明的是，基于反转5b8b码的光标签交换方法的实现方式与基于反转5b8b码的光标签交换系统的实现方式相类似，本实施例在此不再赘述。
71.另一方面，本技术实施例还提供了一种调制与解调设备，请参阅附图9，所述设备包括：调制模块12，用于将经过dpsk调制后的伪随机二进制编码数据作为标签信号，将经过软件编码后的反转5b8b码数据作为载荷信号，使用所述载荷信号和标签信号对光载波进行调制，得到正交调制信号，并输出所述正交调制信号；解调模块13，用于对接收到的正交调制信号进行分路，将所述正交调制信号分为标签接收信号以及载荷接收信号，对所述标签接收信号以及载荷接收信号进行解调，恢复出标签信号以及载荷信号。
72.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

技术特征：
1.基于反转5b8b码的光标签交换系统，用于实现伪随机二进制数据的光标签信号交换，其特征在于，包括：信号发生模块，用于生成标签信号以及载荷信号，并将所述标签信号以及载荷信号输出至并行调制器；并行调制器，用于使用信号发生模块输出的所述载荷信号和标签信号对光载波进行调制，得到正交调制信号，并输出所述正交调制信号；耦合器，用于对所述正交调制信号进行分路，将所述正交调制信号分为标签接收信号以及载荷接收信号；信号接收模块，用于对所述标签接收信号以及载荷接收信号进行解调，恢复出标签信号以及载荷信号。2.如权利要求1所述的基于反转5b8b码的光标签交换系统，其特征在于，信号发生模块生成的标签信号为经过dpsk调制后的伪随机二进制数据，信号发生模块生成的载荷信号为反转5b8b码数据。3.如权利要求2所述的基于反转5b8b码的光标签交换系统，其特征在于，所述并行调制器包括：相位调制器，用于使用所述信号发生模块生成的标签信号对光载波进行dpsk调制；马赫—曾德尔调制器，用于使用所述信号发生模块生成的载荷信号对光载波进行ask调制。4.如权利要求1所述的基于反转5b8b码的光标签交换系统，其特征在于，所述并行调制器输出的正交调制信号经单模光纤、色散补偿光纤以及可调光衰减器传输至所述耦合器。5.如权利要求1所述的基于反转5b8b码的光标签交换系统，其特征在于，所述信号接收模块包括：标签接收信号解调单元，用于对所述标签接收信号进行解调，恢复出所述标签信号；载荷接收信号解调单元，用于对所述载荷接收信号进行解调，恢复出所述载荷信号。6.如权利要求5所述的基于反转5b8b码的光标签交换系统，其特征在于，标签接收信号解调单元包括：第一低通滤波器，用于对所述标签接收信号进行滤波，得到携带dpsk标签信号的光信号；延迟干涉仪，用于对所述第一低通滤波器滤波后得到的光信号进行干涉叠加，得到干涉叠加后的光信号并输出至第一光电探测器；第一光电探测器，用于将所述干涉叠加后的光信号转换成电信号，恢复出所述标签信号，并将恢复出的标签信号输出至第一信号接收端；第一信号接收端，用于接收所述第一光电探测器恢复出的标签信号。7.如权利要求5所述的基于反转5b8b码的光标签交换系统，其特征在于，载荷接收信号解调单元包括：第二低通滤波器，用于对所述载荷接收信号进行滤波，得到携带ask载荷信号的光信号；第二光电探测器，用于将所述第二低通滤波器滤波后得到的光信号转换成电信号，恢
复出所述载荷信号；第二信号接收端，用于接收所述第二光电探测器恢复出的载荷信号。8.基于反转5b8b码的光标签交换方法，用于实现伪随机二进制数据的光标签信号交换，其特征在于，包括以下步骤：生成反转5b8b码数据，将所述反转5b8b码数据作为载荷信号，将经过dpsk调制后的伪随机二进制数据作为标签信号；使用所述载荷信号和标签信号对光载波进行调制，得到正交调制信号；对所述正交调制信号进行分路，将所述正交调制信号分为标签接收信号以及载荷接收信号；对所述标签接收信号以及载荷接收信号进行解调，恢复出标签信号以及载荷信号。9.如权利要求8所述的基于反转5b8b码的光标签交换方法，其特征在于，包括：对所述标签接收信号进行解调，恢复出标签信号的方法包括：对所述标签接收信号进行滤波，得到携带dpsk标签信号的光信号；对所述第一低通滤波器滤波后得到的光信号进行干涉叠加，得到干涉叠加后的光信号；将所述干涉叠加后的光信号转换成电信号，恢复出所述标签信号。10.一种调制与解调设备，其特征在于，所述设备包括：调制模块，用于将经过dpsk调制后的伪随机二进制编码数据作为标签信号，将经过软件编码后的反转5b8b码数据作为载荷信号，使用所述载荷信号和标签信号对光载波进行调制，得到正交调制信号，并输出所述正交调制信号；解调模块，用于对接收到的正交调制信号进行分路，将所述正交调制信号分为标签接收信号以及载荷接收信号，对所述标签接收信号以及载荷接收信号进行解调，恢复出标签信号以及载荷信号。

技术总结
本发明涉及通信技术领域，具体涉及基于反转5B8B码的光标签交换系统、方法以及设备。系统包括：信号发生模块，用于生成标签信号以及载荷信号；并行调制器，用于使用载荷信号和标签信号对光载波进行调制，得到正交调制信号；耦合器，用于对正交调制信号进行分路，将正交调制信号分为标签接收信号以及载荷接收信号；信号接收模块，用于对标签接收信号以及载荷接收信号进行解调，恢复出标签信号以及载荷信号。本发明的有益技术效果包括：通过在光标签交换中引入简单低成本的线路编码技术并结合正交调制方案，实现在降低载荷信号和标签信号之间的串扰的基础上提高光标签信道的频谱利用效率。用效率。用效率。


技术研发人员：李雪蒙 徐凯强 胡灵欢 邱文昊 姚陈 卢旸 毕美华 翟彦蓉
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/8/5