通信工程毕业设计英文资料带翻译

附录一中文译文利用单个饱和的半导体光放大器实现到BPSK的码型转换期刊：2368IEEEPHOTONICSTECHNOLOGYLETTERS,VOL.18,NO.22,NOVEMBER15,2006作者：CishuoYan,YikaiSuMember,IEEELilinYi,StudentMember,IEEELufengLeng,Member,IEEEXiangqingTianStudentMember,IEEEXinyuXu,andYueTian关键词：幅移键控（ASK），码型转换，相移键控（PSK）,半导体光放大器（SOA）摘要：从非归零码（NRZ）到二进制相移键控码的全光码型转换已经在8Gb/s条件下使用单一的半导体光放大器（SOA）通过实验实现。该转换是基于对输入SOA的有限消光比NRZ信号的增益和相位调制。1.介绍由于全光信号处理被视为未来的光网络的一个关键方面，全光码型转换最近受到了多方的关注。已经有了很多关于码型转换计划的报道［1］-⑷。不过，它们之中的大多数是介于开-关键控信号间的，如非归零信号（NRZ），归零信号（RZ），载波抑制归零信号。虽然幅移键控（ASK）码型在光学系统和网络的各层次上被广泛应用，相移键控（PSK）码型已被证明在长途传输系统中较常规ASK信号更为有利⑸⑹。鉴于PSK可能被选择用作未来的长途通信，在城域网络和长途骨干网之间的中间节点上的从ASK到PSK的码型转换是人们所期望得到的（图1）。然而，关于从ASK到PSK的码型转换很少有实验进行。在由中，在一个有两束辅助光信号的马赫-泽德干涉仪中，四个半导体光放大器（SOA）被用来实现用于ASK到二进制相移键控（BPSK）转换的交叉相位调制。在这个过程中，波长转换是不可避免的，可这并非总是需要的。在这篇文章中，我们提出一个简单而有效的方法，通过一个单一的饱和SOA将NRZ信号转换成PSK码。我们证明了输入有限消光比（ER）的ASK码可以转换成PSK码而几乎没有任何能量损耗。在［8］中讨论了由于SOA的非线性特性不同功率的输入信号会有不同的增益和不同的相移。在这次实验中，我们利用SOA组合自相位调制（SPM）和增益饱和效应的优点来实现NRZ-PSK之间无波长变化的转换。因其规模小，成本低，易于集成，这种基于SOA的码型转换方案是非常有优势的。

图1.城域网络和长途骨干网之间的从ASK到PSK的码型转换图2“1”和“0”有不同的输入功率，也导致了有不同的相位和幅度调制图2说明了工作原理。当SOA工作在饱和状态时，“0”输入信号比“1”信号放大程度大［8］。在输出端虽然它们的振幅接近但相位相差很大。通过适当调整输入功率，一个有限消光比的ASK信号可以转换成BPSK信号，“0”和“1”之间有近似恒定的振幅和n的相位差。注意在这个装置中的比特率主要由SOA的恢复时间限制，其应少于一个比特周期。

IPninii?iricfiwirrim.o1550.0 1551.0ifrjvelength(nni|(f)155D.0 1551-ftwau«length[nm|&00ps/div-■■aMCtruinal(e)loops/divIPninii?iricfiwirrim.o1550.0 1551.0ifrjvelength(nni|(f)155D.0 1551-ftwau«length[nm|&00ps/div-■■aMCtruinal(e)loops/div«p^lrumal1h«d・tM4“LMEs>Bna>*图3-1可变光放大器。PD:光电探测（a）实验装置。PC:偏振控制器。ATT:衰减器。VOA:器。（b）消光比为5.5dB的SOA输入信号的眼图。（c）SOA输出信号的眼图。（d）SOA的输出信号。（e）MZDI解码端口的解调信号眼图。（f）输入NRZ信号的光谱（虚线）和转换后的BPSK信号（实线）。可变光放大器。PD:光电探测要介绍像网络电话这样的服务，首先要概括出它通信的本质、服务质量要求和其它原因或设备问题。出于简单考虑，我们假定在一个没有呼叫协商的点对点对话网络电话呼叫。对网络电话调度来说，网络节点或呼叫管理器节点必须添加到网络［3,4,。5］网络节点处理用于建立、终止和受权所有网络电话呼叫的连接，同时也要处理外部的呼叫。网络电话负责转换网络电话呼叫到公共交换电话网（或反向）。作为一个工程和设计课题，如何放置这些网络中的节点变得至关紧要。在步骤5中我们会谈到如何处理这个问题。其它硬件要求包括网络电话客户终端(例如网络电话机或典型的个人电脑又或是含有激活网络电话的工作站)可以是独立的设备。激活网络电话的工作站运行着像IP电话这样的软件。2.实验装置和结果在这个实验中的SOA是一种商用的偏振保持增强放大器(型号为SOA-NL-OEC-1550，CIP)，它的增益恢复时间大约为45ps。这种SOA有一个30dB的小信号增益以及10dBm的饱和功率。其驱动电流被设置为250毫安。该实验装置如图3(a)所示。该NRZ信号是由一个马赫-泽德调制器驱动的，是一个8Gb/s的伪随机比特序列(PRBS))，全长230-1，相应的眼图由图3(b)表示。其数据传输率是由马赫-泽德延迟干涉仪(MZDI)的可用延迟长度决定的，马赫-泽德延迟干涉仪用来作为数据解码器。掺铒光纤放大器(EDFA)将信号放大至10dBm，而衰减器降低功率至2dBm，到达SOA的深饱和区。经过SOA后，“1”和“0”信号由于不同的增益几乎处于同一水平。［图3(c)和(d)］⑼［10］。信号的过调/欠调和啁啾是由SOA的再生时间限制造成的，并且主要存在于脉冲的初始阶段，这些可以用MZDI过滤。由于MZDI的过滤，由PSK的残余振幅波动造成的SPM效应将不会导致显著的信号衰减。此外，一种用于PSK信号再生的光学均衡方案被用来抑制振幅波动，而同时又保留了相位信息［11］光信号由一个掺铒光纤放大器前置放大，再由一个带宽为1.6nm的可调谐带通滤波器过滤。随后，信号通过MDZI进行解调并有1比特的延迟。我们观察到一个类似RZ码的信号，而不是一个由MZDI的解码端口获得的NRZ信号。这主要是由与过调和欠调相关的啁啾造成的。PSK信号的啁啾也取决于SOA的再生时间［12］。对于在实验中使用的特定的SOA，如果输入信号的消光比调整至5.5dB,输出信号〃1〃和〃0〃之间的相位差是n。当进一步提高输入信号的消光比时，相位差发生偏离。相位信息是在解调信号幅度的基础上量化的，且最高振幅对应于n相移。»a1410i4 tt4ti10 1(a)ZWpsPdlv (d)2Q0p^dlv?T0JTO.JTCJTO JTJTQfl■打仃tf#Mp*s/SZS/Sz2|-—v<——nl —一一。 .(b}MQp财div (»)100psJdiv111111li i0ti同［OOptldW fhIDDplMtv图4.几种典型模式。(a)输入NRZ信号：10101010°(b)SOA输出相位调制n0n0n0n0°(c)解调信号11111111。(d)输入NRZ码数据：11011101。(e)通过相位调制nn0nnn0n的SOA输出。(f)解调信号：00110011。为了进一步证实我们方案的有效性，我们使用一些典型的数据模式作为输入数据并观察MZDI解码端口的输出。图4(a)中显示了输入NRZ的数据模式"10101010"，图4(b)表示了SOA的输出信号，图4(c)中给出了在MZDI解码端口调制信号的波形。由于PRBS的特性，在这个特定的实验中不需要有预编码部分。注意，这个结论同样适用于NRZ码至DPSK的转换。在实践中，一个译码后阶段将被引入以确保数据的正确接收。图4(d)-(f)说明了另一种数据模式“11011101”。我们也注意到，双二进制和信号交替反转码是分别在在MZDI端口的编码和解码的过程中得到的。输入NRZ信号中的消光比对SOA的输出信号质量起着重要决定作用。图5显示了由不同消光比的输入信号转换成PSK信号的误码率曲线。可以看出，对于一个消光比为5.5dB的信号，转换信号的接收机灵敏度大约和输入NRZ信号相同。当SOA的输入功率从0到2dBm变化时，接收机灵敏度没有显著的变化。由于相位曲线的斜率不是常数，对于不同输入NRZ信号的消光比可以适当调整功率。在实际情况中，可以引入一个可变光放大器来调整输入功率。由于低的输入信号功率会引入更多的振幅波动，因此在振幅波动和精确的微分相位的n这间需要进行权衡。在实验中，用1dBm的输入功率在消光比增至7.5dB时测得的相位差为1.3n。虽然这种相位调制信号仍可以通过MZDI解调，但是可以观测到信号质量的衰减。这是由于当“1”和“0”表示1.3n的相位差时，在MZDI的解码端口输出的幅度是 -而在相位偏移为n时的幅度为2。作为一个研究的课题，我们把这种方法在一个典型的小型企业网上得到逐步应用。我们运用分析和模拟吞吐量和延迟区域。我们的分析基于排队理论，并且OPNET用于模拟。理论分析和模拟结构比较一致。此外，本文谈论了许多设计和工程问题。这些问题包括网络电话通信的特征和服务质量要求，网络电话流程和呼叫分配，定义未来增长容量，测定后台通信的影响。在这种情况下，功率损失约为1.5dB。衰减同样也使高消光比的信号有更大的啁啾，这将导致SOA的再生时间延长，如图6所示。在实际情况中，通常能看到的是消光比范围为8-10dB。在这种情况下，需要优化SOA以适应更高的消光比。例如，改变SOA线宽增强因子的值以便使图2中相位曲线的斜率减小[1勿另外，输入信号的消光比在发射机中可以在一定范围内有意地进行削减。mq-MDlQ■嚣,0 -29.0 -27.0 -26.0 -25.0MeasuredReceivedPower(d8m]■outputBF3Ksi»ntiwirnsnmpurNKz&r<Outpi^t-BPSKeiqtaIwithanjriputRRZo>fER=7.5dBOurtputBPSKsignalwithaniirputNRZofBR=S.6dB-a-hnpvtNRI2口nWWitriER=55dB4InputNRZ黯WithER=7.&dBhnputNRZBkQndwithERsfl_5dB图5.三种不同消光比信号的误码率曲线对使用国际电信联盟标准的多媒体数字信号编解码器和大量强制要求的单声道的延迟标准作了一个比较。对网络资源的应用范围来说，这样的范围和极限由当前应用和将来的计划以及可预见的网络增长决定。恰当的资源和容量计划是至关紧要的。聪明的网络工程师必须把新服务调度的可量测性放在脑中，保证网络在重载和轻载的时候都会产生满意的性能和没有包的丢失。网络电话要求几乎没有包的丢失。为了达到上层限制要求和满足国际电信联盟推荐的质量要求标准P.800,我们采用G.711U编解码器标准来满足延时和带宽要求。G.711U产生4.4等级MOS。MOS，意思为一种经常用在网络电话性能指标中的评价标准，有1-5个等级，第5级为最好。要明白现在的电话呼叫方法和企业的容量需求是成功的网络电话调度的重要步骤。在着手分析更深层意义的网络电话调度计划阶段，收集静止的现有呼叫量和网络电话的整体框架情况是很有必要的。像这样的信息是组织机构的专用分组交换机、电话清单。现有呼叫的关键问题包括呼叫次数、并发呼叫的次数、时间、持续时间等等。测定呼叫终端的位置显得很重要，例如源和目的地、传输路径和流向。这将有助于辨别呼叫分布情况和内外部的呼叫。呼叫分布情况必须包含在楼层里面和外面的呼叫百分比、建筑物、部门和组织机构。作为一个良好容量测量，建议基于一个星期或一个月中的最繁忙时期网络电话呼叫分布情况。这将能保证任何时期都有高服务质量的网络电话呼叫支持。当现今的数据表计划外的呼叫结合起来的时候，我们可以推测现有网络中最糟糕的网络电话负载。然而，为了折衷小小的质量问题，最有可能执行每次呼叫需求带宽更少、相关程度稍高、更能接受的端到端的延迟时间的ITU-T编解码器的不同标准。这将通过用密集的、静默压缩的、隐蔽的小包丢失数、队列管理技术和把超过一个声音信号包封装在单个以太网帧中。然而，为了折衷小小的质量问题，最有可能执行每次呼叫需求带宽更少、相关程度稍高、更能接受的端到端的延迟时间的ITU-T编解码器的不同标准。这将通过用密集的、静默压缩的、隐蔽的小包丢失数、队列管理技术和把超过一个声音信号包封装在单个以太网帧中。压缩包随着编码器压入一定数量的语音标本到信息包，然后加入实时位置、用户数据报、网际协议和以太网报头等信息。语音信号包随之流向数据网络。文章同样包含了许多工程和设计指南，同时也讨论了许多与网络电话相关的实际问题。这些问题包括网络电话的通信和服务质量要求，网络电话数据流向和呼叫分配，定义今后的增长容量以及我们的方法和纲领怎样应用在像小型的企业网这样的典型网络中。在接收端有一个重要的元件，它是为了吸收变调的声音和抖动失真的录音回放缓冲器，同时也是为了提供平滑过度的释放。然后数据包被传送全解压器，最终还原成原始声音信号。图6.由SOA再生时间不同导致的不同啁啾（a）ER=5:5dB（b）ER=7:5dB。为了更清楚地说明原理，20Gb/s从RZ到NRZ的码型转换的模拟结果在图2中表示了出来。图2左面的图表是信号谱或DI和过滤器的透射谱，右边的图表是相应的时域波形。在图2中，我们只以小占空比（1/4）输入归零信号为例子。对于大占空比的归零信号，边带主要存在于载波土20GHz的地方；而对于小占空比信号，边带很强并且存在于载波土20,±40,±60,±80GHz的地方，等等。从光谱中我们可以看到DI其中一个的峰值波长被定在RZ信号的中心，而两个凹口被定在两个边带，其间距只有0.32nm左右。±20和土60GHz的尖峰被梳状滤波器抑制，而载波波长和其他尖峰则能通过。经过DI的信号并没有转换成NRZ码，而只是多路复用的信号。经后面的窄带滤波器过滤之后，在±40和土80GHz残留的尖峰被完全抑制，并保留了数据调制信息。因此，可以得到一个完善的只有少量脉动的信号。在这一步，我们对许多重要的网络关键设备进行了性能极限或操作点的定义。当调度新的服务时这些极限值得考虑。好处是双重的。首先是新服务调度要求令人满意；其次，增加新的设备使网络更健康良性发展。这两个性能标准正被提到议事日程上来。第一是端到端延迟的最大容忍极限；第二是网络资源的极限限制。端到端延迟的最大极限由运行在网络中的灵敏应用服务决定。在我们的案例中，对网络电话来说端到端的延迟是150ms。如果网络的灵敏应用有一定的延迟，当研究网络电话拥塞时对这些应用的延迟监控显得很有必要，这样他们就不会超过最大极限了。对网络资源的应用范围来说，这样的范围和极限由当前应用和将来的计划以及可预见的网络增长决定。恰当的资源和容量计划是至关紧要的。聪明的网络工程师必须把新服务调度的可量测性放在脑中，保证网络在重载和轻载的时候都会产生满意的性能和没有包的丢失。网络电话要求几乎没有包的丢失。对于20Gb/s的其他占空比的输入RZ信号，提出的码型转换器也可以良好运行。在土20GHz的边带和其单次谐波可以由DI来抑制，而其它尖峰则可通过随后的窄带滤波器过滤。3.结论我们提出了一种新颖而简单的利用单一饱和SOA实现码型转换的方案。我们通过实验证明了从ASK到PSK以8Gb/s的速率在输入信号消光比为5.5dB时进行的无差错转换，并且几乎没有灵敏度的损失。同样也对高消光比输入信号的码型转换进行了研究。高速率的数据传输可以通过改进SOA的再生时间而得到改善。参考文献C.G.Lee,Y.J.Kim,C.S.Park,H.J.Lee,andC.-S.Park,“Experimentaldemonstrationof10-Gb/sdataformatconversionbetweenNRZandRZusingSOA-loop-mirror,"J.Lightw.Technol.,vol.23,no.2,pp.834-841,Feb.2005.J.Yu,G.K.Chang,J.Barry,andY.Su,“40Gbit/ssignalformatconversionfromNRZtoRZusingaMach-Zehnderdelayinterferometer,"Opt.Commun.,vol.248,pp.419-422,Apr.15,2005.L.Xu,B.C.Wang,V.Baby,I.Glesk,andP.R.Prucnal,“All-opticaldataformatconversionbetweenRZandNRZbasedonaMach-Zehnderinterferometricwavelengthconverter,"IEEEPhoton.Technol.Lett.,vol.15,no.2,pp.308-310,Feb.2003.W.Li,M.Chen,Y.Dong,andS.Xie,“All-opticalformatconversionfromNRZtoCSRZandbetweenRZandCSRZusingSOA-basedfiberloopmirror,"IEEEPhoton.Technol.Lett.,vol.16,no.1,pp.203-205,Jan.2004.A.H.Gnauck,G.Raybon,S.Chandrasekhar,J.Leuthold,C.Doerr,L.Stulz,andE.Burrows,“25_40-Gb/scopolarizedDPSKtransmissionover12_100-kmNZDFwith50-GHzchannelspacing,"IEEEPhoton.Technol.Lett.,vol.15,no.3,pp.467-469,Mar.2003.T.Mizuochi,K.Ishida,T.Kobayashi,J.Abe,K.Kinjo,K.Motoshima,andK.Kasahara,“AcomparativestudyofDPSKandOOKWDMtransmissionovertransoceanicdistancesandtheirperformancedegradationsduetononlinearphasenoise,"J.Lightw.Technol.,vol.21,no.9,pp.1933-1943,Sep.2003.K.Mishina,A.Maruta,S.Mitani,T.Miyahara,K.Ishida,K.Shimizu,T.Hatta,K.Motoshima,andK.Kitayama,“All-opticalformatconversionfromNRZ-OOKtoRZ-BPSKusingSOA-MZIwavelengthconverter,"inProc.OFC,Anaheim,CA,2006,PaperOThB2.T.Durhuus,B.Mikkelsen,C.Joergensen,S.LykkeDanielsen,andK.E.Stubkjaer,“All-opticalwavelengthconversionbysemiconductoropticalamplifiers,"J.Lightw.Technol.,vol.14,no.6,pp.942-954,Jun.1996.X.Wei,Y.Su,X.Liu,J.Leuthold,andS.Chandrasekhar,“10-Gb/sRZ-DPSKtransmitterusingasaturatedSOAasapowerboosterandlimitingamplifier,"IEEEPhoton.Technol.Lett.,vol.16,no.6,pp.1582-1584,Jun.2004.X.Liu,X.Wei,Y.Su,J.Leuthold,Y.Kao,I.Kang,andR.Giles,“Transmission,ofanASK-labeledRZ-DPSKsignalandlabel