CN100574246C - 基于正交调制码型的全光虚拟专网的系统 - Google Patents

基于正交调制码型的全光虚拟专网的系统 Download PDF

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Abstract

一种光纤通信领域的基于正交调制码型的全光虚拟专网系统,包括:光线路终端、馈线光纤、远端节点、阵列波导光栅、分布光纤和光网络单元,所述的光线路终端,包括:第一环行器、2×1光耦合器、光纤布拉格光栅、双向光放大器,一个2×1光耦合器的第一输入端口与第一环行器的端口相连,2×1光耦合器的第二输入端口与多个级联的光纤布拉格光栅相连,2×1光耦合器的输出端口与一个双向光放大器的一个端口相连,双向光放大器的另一个端口即为光线路终端的输出端口,本发明实现每个光网络单元的上行数据和虚拟专网数据同时传输,通信效率高,调度简单;同时双向光放大器有效补偿了光功率损耗,增加了用户数量。

Description

基于正交调制码型的全光虚拟专网的系统
技术领域
本发明涉及的是一种光纤通信技术领域的系统,具体涉及一种基于正交调制码型的全光虚拟专网的系统。
背景技术
利用现有的低成本光器件,无源光网(PON)因其结构简单成本低廉,已经成为用户实现宽带接入的优选方案。传统上,它采用树形拓扑结构,光线路终端(OLT)或者中心局通过一根长光纤向远端节点(RN)传递服务,在远端节点光功率被分路并进一步传输至许多光网络单元(ONU),每个光网络单元可以为多个用户提供服务。为了进一步提高网络灵活性和可靠性,需要支持光网络单元内部通信和组建全光虚拟专用网(VPN)。虚拟专网是近年来快速发展的新兴互联网业务,它综合利用了现有网络资源,在低投入的情况下充分满足了客户组建专网、私有通信的需求。在无源光网络中支持全光虚拟专网是一种有效提高虚拟专网业务吞吐量和降低时延的有效方法,同时由于专网信号与非专网信号在物理层相隔离,提供了比传统虚拟专网更高的安全性。为满足实际应用中连接多个无源光网的虚拟专用网的需求,使虚拟专用网覆盖更广的区域,提供更加有效的接入服务,现有技术中提出了在两个以上无源光网络间实现全光虚拟专网的方法。
经对现有技术文献的检索发现,发表在Optical Fiber CommunicationConference 2007(2007光纤通信会议)中的文章“Optical VPN Connecting ONUsin Different PONs(连接不同无源光网内的光线路终端的全光虚拟专网)”中,提出了一种在两个以上无源光网络间实现全光虚拟专网的网络结构,该结构采用一个由两个以上发射机和接收机以及一个多路动态波长反射器组成的光线路终端,经过一根光纤,和一个与发射机个数比例的光耦合器构成的远端节点相连,远端节点输出分别连接对应无源光网,构成网络的第一级;在每个无源光网内,来自远端节点的馈线通过一个阵列波导光栅(AWG)与若干个光网络单元相连,构成网络的第二级。两级树型网络结构和一个多路的动态波长反射器,第一级采用时分复用(TDM),第二级采用波分复用(WDM),第二级的所有无源光网全部工作在突发模式,使上行数据和虚拟光网数据在时间上交织在一起。
该技术采用时分复用和波分复用相结合的两级网络结构,可以覆盖更大的接入范围,在更广大的区域实现全光虚拟专用网的连接;通过动态调度反射器来实现虚拟专网通信,对调制码型透明,灵活性高。但存在以下缺点:由于动态反射器包含的两个1:n+1耦合器和n个马赫曾德调制器(MZM)所造成较高损耗,限制了每个光网络单元(ONU)所能接收到的光信号功率,导致其所能支持的用户数量有限,扩展性较差;光网络单元发射的上行数据和虚拟专网数据要以时分复用的方式轮流发送,对数据以及动态反射器的调度都比较复杂,通信效率不高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种基于正交调制码型的全光虚拟专网的系统,使其通过位于光线路终端(OLT)的多个级联的光纤布拉格光栅(FBG),由位于较低一级的不同的无源光网内的光网络单元组成全光虚拟专网,每个光网络单元的上行数据和虚拟专网数据可同时传输,通信效率高,调度简单,同时位于光线路终端的双向光放大器有效地补偿了由长途传输带来的光功率损耗,增加了所能够支持的用户数量,具有较高的扩展性。
本发明是通过以下技术方案实现的,本发明包括:光线路终端、馈线光纤、远端节点、阵列波导光栅(AWG)、分布光纤和光网络单元,所述阵列波导光栅、分布光纤和光网络单元构成无源光网,光线路终端的输出端口通过馈线光纤和远端节点输入端相连,远端节点输出端分别连接对应无源光网,构成网络的第一级;远端节点的输出端通过阵列波导光栅、分布光纤与若干个光网络单元的输入输出端口相连,构成网络的第二级。
所述的光线路终端,包括:第一环行器、2×1光耦合器、光纤布拉格光栅(FBG)、双向光放大器,一个2×1光耦合器的第一输入端口与第一环行器的端口相连,2×1光耦合器的第二输入端口与多个级联的光纤布拉格光栅相连,2×1光耦合器的输出端口与一个双向光放大器的一个端口相连,双向光放大器的另一个端口即为光线路终端的输出端口。
所述光网络单元,包括:第二环行器、幅移键控/频移键控发射机、第二接收机、低通滤波器,连接关系为:第二环行器的第一个端口与幅移键控/频移键控发射机输出端口相连,第二环行器的第二个端口作为光网络单元的输入输出端口,第二环行器的第三个端口与第二接收机输出端相连,低通滤波器输入端与第二接收机输出端相连,发射至光网络单元的下行数据和虚拟专网数据均由第二接收机接收,其中下行数据由第二接收机解调后得到,虚拟专网数据先由第二接收机解调得到的电信号再经过一个低通滤波器得到;光网络单元发射的上行数据/虚拟专网数据,由上行数据和虚拟专网数据同时驱动幅移键控/频移键控发射机得到,再经过第二环行器,由光网络单元的输入输出端口发射出去。
所述的光线路终端,还包括:n个发射机、发射端的阵列波导光栅、接收端的阵列波导光栅、n个第一接收机,其中n个发射机的输出端与一个发射端的阵列波导光栅相连,发射端的阵列波导光栅与第一环行器的端口相连,第一环行器的端口通过一个接收端的阵列波导光栅与n个第一接收机相连。
所述第一环行器,包括三个端口,第一端口与发射端的阵列波导光栅相连,第二端口与2×1光耦合器的第一输入端口相连,第三端口与接收端的阵列波导光栅相连。
所述第一级采用时分复用(TDM),第二级采用波分复用(WDM),第二级的所有波分复用无源光网全部工作在突发模式。
所述远端节点,由与发射机个数成比例的1∶n光耦合器构成。
所述的光线路终端,其内部的每一个发射机对应一个第一接收机,每一个发射机和一个第一接收机对应相同的波长。
所述的光网络单元,每个光网络单元分配一波长,其中的每一个第二接收机,对应于相应的波长。
所述的光网络单元,在同一个无源光网络中的每个光网络单元均占用不同的波长;在不同的无源光网络中,多个光网络单元可以对应于相同的波长。
所述的幅移键控/频移键控发射机,由一个频移键控发射机连接一个调制光强的外调制器组成,频移键控发射机在虚拟专网数据的控制下产生频移键控信号,频移键控光信号传输到调制光强的外调制器,频移键控信号光强再由上行数据控制,得到幅移键控/频移键控正交调制码型光信号。
所述的幅移键控/频移键控发射机,发射出的信号频谱的两个峰的波长间隔很近,它们由阵列波导光栅的同一个出口输出。
所述调制光强的外调制器的输出消光比不高于6dB,否则容易丢失频移键控信号所携带的信息。
所述多个级联的光纤布拉格光栅,将携带虚拟专网数据的部分光信号反射回光网络单元,形成连接多个无源光网的全光虚拟专网,其反射波长对应于每个光网络单元中幅移键控/频移键控发射机发射出的信号频谱中一个波长大的波峰,另一个波长小的波峰通过光纤布拉格光栅。
本发明的工作原理如下:每个无源光网内的光网络单元占用不同的波长进行复用,而不同的无源光网的数据采用时分复用,所以不同的无源光网内使用同一波长的光网络单元占用不同的时隙进行复用。在进行上行和虚拟专网数据通信时,由每个光网络单元内的幅移键控/频移键控发射机发射幅移键控/频移键控正交调制码型信号,其中虚拟专网数据控制频移键控发射机产生频移键控信号,上行数据控制调制光强的外调制器调制该频移键控信号的光强,即虚拟专网数据使用频移键控来传输,而上行数据使用幅移键控来传输。携带上行和虚拟专网数据的幅移键控/频移键控正交调制码型信号经过波导阵列光栅、远端节点的光耦合器以及馈线光纤到达光线路终端。在光线路终端内,幅移键控/频移键控正交调制码型信号(其频谱有两个波峰,一个波长大,一个波长小)首先经过双向光放大器放大,而后被2×1光耦合器分成两路,其中一部分幅移键控/频移键控正交调制码型信号经过环行器和接收端的阵列波导光栅被相应的第一接收机接收;另一部分幅移键控/频移键控正交调制码型信号中波长较小的光信号通过光纤布拉格光栅,而波长较大的光信号被相应波长的光纤布拉格光栅反射回来,该反射光信号经过双向光放大器放大并通过远端节点广播至所有的无源光网,经过无源光网中阵列波导光栅,被所有的波长等于较大波长的光网络单元接收到,实现了不同无源光网中光网络单元的全光虚拟专网的通信,同时不影响其他波长。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:本发明通过位于光线路终端的多个级联的光纤布拉格光栅,由位于较低一级的不同的无源光网内的光网络单元组成全光虚拟专网,每个光网络单元的上行数据和虚拟专网数据可同时传输,通信效率提高了一倍,调度简单;同时位于光线路终端的双向光放大器有效地补偿了由长途传输带来的光功率损耗,在实施例中的条件下所能够支持的用户数量可达160个,具有较高的扩展性。
附图说明
图1为本发明网络结构图;
图2为本发明中光网络单元结构图;
图3为本发明实施例示意图;
图4为本发明实施例结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1或2所示,本实施例包括:光线路终端1、馈线光纤2、远端节点3、阵列波导光栅(AWG)5、分布光纤6和光网络单元7,所述阵列波导光栅5、分布光纤6和光网络单元7构成无源光网4,光线路终端1的输出端口通过馈线光纤2和远端节点3输入端相连,远端节点3输出端分别连接对应光网络单元7的输入输出端口,构成网络的第一级;远端节点3的输出端通过阵列波导光栅5、分布光纤6与若干个光网络单元7的输入输出端口相连,构成网络的第二级。
所述的光线路终端1,包括:第一环行器10、2×1光耦合器11、光纤布拉格光栅14、双向光放大器15,一个2×1光耦合器11的第一输入端口与第一环行器10的端口相连,2×1光耦合器11的第二输入端口与多个级联的光纤布拉格光栅(FBG)14相连,2×1光耦合器11的输出端口与一个双向光放大器15的一个端口相连,双向光放大器15的另一个端口即为光线路终端1的输出端口
所述光网络单元7,包括:第二环行器16、幅移键控/频移键控发射机17、第二接收机18、低通滤波器19,连接关系为:第二环行器16的第一个端口与幅移键控/频移键控发射机17输出端口相连,第二环行器16的第二个端口作为光网络单元7的输入输出端口,第二环行器16的第三个端口与第二接收机18输出端相连,低通滤波器19输入端与第二接收机18输出端相连,发射至光网络单元7的下行数据和虚拟专网数据均由第二接收机18接收,其中下行数据由算二接收机18解调后得到,虚拟专网数据由第二接收机18解调得到的电信号再经过一个低通滤波器19得到;光网络单元7发射的上行数据/虚拟专网数据,由上行数据和虚拟专网数据同时驱动幅移键控/频移键控发射机17得到,再经过第二环行器16,由光网络单元7的输入输出端口发射出去。
所述的光线路终端1,还包括:n个发射机8、发射端的阵列波导光栅9、接收端的阵列波导光栅12、n个第一接收机13,其中n个发射机8的输出端与一个发射端的阵列波导光栅9相连,发射端的阵列波导光栅9与第一环行器10的端口相连,第一环行器10的端口通过一个接收端的阵列波导光栅12与n个第一接收机13相连。
所述第一环行器10,包括三个端口,第一端口与发射端的阵列波导光栅9相连,第二端口与2×1光耦合器11相连,第三端口与接收端的阵列波导光栅12相连。
所述第一级采用时分复用(TDM),第二级采用波分复用(WDM),第二级的所有波分复用无源光网4全部工作在突发模式。
所述远端节点3,由与发射机个数成比例的1∶n光耦合器构成。
所述多个级联的光纤布拉格光栅14,将携带虚拟专网数据的部分光信号反射回光网络单元7,形成连接多个无源光网4的全光虚拟专网,其反射波长对应于每个光网络单元7中幅移键控/频移键控发射机17发射出的信号频谱中一个波长大的波峰,另一个波长小的波峰通过光纤布拉格光栅14。
如图1和图2所示,不同的无源光网4使用不同的时隙进行通信,通过远端节点3的1∶n耦合器耦合在一起,传输至光线路终端1。在某个无源光网4中的光网络单元7(λ1)中由幅移键控/频移键控发射机17发射携带上行数据和虚拟专网数据的幅移键控/频移键控正交调制码型信号(光谱上的两个峰,波长分别为λ1’和λ1,且λ1>λ1’),经过阵列波导光栅5耦合进一根光纤,再经过远端节点3和馈线光纤2传输至光线路终端1。在光线路终端1内,光信号经过双向光放大器15放大,被2×1光耦合器11分为两部分。一部分幅移键控/频移键控正交调制码型信号经过环行器10和接收端的阵列波导光栅12被相应的第一接收机13(λ1)接收;另一部分幅移键控/频移键控正交调制码型信号中波长为λ1’的光通过光纤布拉格光栅14被丢弃,而波长为λ1的光被光纤布拉格光栅14(λ1)反射回来,经过2×1光耦合器11,再次被双向光放大器15放大,传输至远端节点3,然后广播至所有无源光网4,被所有的波长为λi的光网络单元7接收到。
如图3所示,是本实施例光网络单元7发射的上行通信和虚拟光网通信同时进行的过程和下行通信的过程。
在光网络单元7发射的上行通信和虚拟光网通信同时进行的过程中,以速率625Mb/s长度为27-1的伪随机序列非归零码“数据1”作为虚拟专网数据,以速率5Gb/s长度为231-1的伪随机序列非归零码“数据2”作为上行数据,在右下方的光网络单元7内,幅移键控/频移键控发射机17由一个频移键控发射机23连接一个马赫曾德调制器24组成。频移键控发射机23由两个发射机20、21和一个1×2光耦合器22组成的,频移键控发射机23在虚拟专网数据(数据1)的控制下产生频移键控信号。具体原理为:发射机20和发射机21的波长分别为1549.36nm和1549.49nm,逻辑互补的电信号数据1和数据1’分别驱动两个发射机,得到两路光强互补的光信号,经过1×2光耦合器22耦合成为一路频率受数据1控制的频移键控光信号。频移键控光信号传输到马赫曾德调制器24,频移键控信号光强由上行数据(数据2)控制,得到幅移键控/频移键控正交调制码型光信号,其中马赫曾德调制器24调制消光比控制在5dB左右。该幅移键控/频移键控正交调制码型光信号经过12.5km分布光纤6和阵列波导光栅5到达远端节点3,通过一段12.5km馈线光纤2传输,到达光线路终端1,光信号在光线路终端1内部,被双向光放大器15放大后,经2×1光耦合器11分为两路,一路光信号经过环行器10被光线路终端的第一接收机13接收;另一路光信号中波长为1549.36nm的部分通过光纤布拉格光栅14被丢弃,波长为1549.49nm的部分被光纤布拉格光栅14反射回去,再次经过2×1光耦合器11并被双向光放大器15放大,向光网络单元7方向传输。被反射的虚拟专网信号(波长1549.49nm)在到达远端节点3时,被远端节点3分为多路,广播至所有的波分复用无源光网4,并被其中波长在1549.49nm附近的光网络单元7接收到,经过第二接收机18接收和低通滤波器19滤波,得到虚拟专网数据。
在下行通信时,以速率10Gb/s长度为231-1的伪随机序列非归零码“数据3”作为下行数据,光线路终端1中的发射机8由激光器25连接一个马赫曾德调制器26构成,激光器25所发射的光信号(1549.49nm)被马赫曾德调制器26调制,其信号强度由下行数据(数据3)控制,输出光信号经过环行器10、2×1耦合器11以及双向光放大器15注入馈线光纤2,再经过远端节点3广播至所有的波分复用无源光网4,并被其中波长在1549.49nm附近的光网络单元7接收到,经过第二接收机18接收,得到下行数据。
如图4所示,是本实施例结果图。图4(a)为在图3中光网络单元7内的幅移键控/频移键控发射机所发射的幅移键控/频移键控正交调制码型信号眼图,消光比约为5dB;图4(b)为光线路终端1接收到的幅移键控/频移键控正交调制码型信号,与(a)相比光噪声略大,并且可以观察到大约55ps的色散;图4(c)为幅移键控/频移键控正交调制码型光信号被光纤布拉格光栅14反射的部分光信号眼图,为三光平眼图,其中下半部分为所需要的虚拟专网信号的眼图,上半部分为残留的上行数据信号;图4(d)为图4(c)经过传输后返回至光网络单元7处,观察到的光信号眼图,与(c)相比,光噪声略大;图4(e)为图4(c)光信号被接收机解调,再经过一个650MHz的低通滤波器滤波后的电信号眼图,可以看到经过滤波后由(c)中的三光平信号变为两电平信号;图4(f)为图4(d)光信号被接收机18解调,再经过一个650MHz的低通滤波器19滤波后的电信号眼图,比(e)光噪声略大;图4(g)为光线路终端1所发射的下行光信号眼图;图4(h)为光网络单元7所接受到的下行光信号眼图,与(g)相比可以看到由色散和光噪声造成的眼图质量劣化。图中的所有眼图张开度良好,均可实现无误码传输。

Claims (9)

1、一种基于正交调制码型的全光虚拟专网的系统,包括:光线路终端、馈线光纤、远端节点、阵列波导光栅、分布光纤和光网络单元,所述阵列波导光栅、分布光纤和光网络单元构成无源光网,光线路终端的输出端口通过馈线光纤和远端节点输入端相连,远端节点连接对应无源光网,远端节点的输出端通过阵列波导光栅、分布光纤与若干个光网络单元的输入输出端口相连,其特征在于,
所述的光线路终端,包括:第一环行器、2×1光耦合器、光纤布拉格光栅、双向光放大器,一个2×1光耦合器的第一输入端口与第一环行器的端口相连,2×1光耦合器的第二输入端口与多个级联的光纤布拉格光栅相连,2×1光耦合器的输出端口与一个双向光放大器的一个端口相连,双向光放大器的另一个端口即为光线路终端的输出端口;
所述光网络单元,包括:第二环行器、幅移键控/频移键控发射机、第二接收机、低通滤波器,连接关系为:第二环行器的第一个端口与幅移键控/频移键控发射机输出端口相连,第二环行器的第二个端口作为光网络单元的输入输出端口,第二环行器的第三个端口与第二接收机输出端相连,低通滤波器输入端与第二接收机输出端相连,发射至光网络单元的下行数据和虚拟专网数据均由第二接收机接收,其中下行数据由第二接收机解调后得到,虚拟专网数据由第二接收机解调得到的电信号再经过一个低通滤波器得到;光网络单元发射的上行数据/虚拟专网数据,由上行数据和虚拟专网数据同时驱动幅移键控/频移键控发射机得到,再经过第二环行器,由光网络单元的输入输出端口发射出去。
2、根据权利要求1所述的基于正交调制码型的全光虚拟专网系统,其特征是,所述的光线路终端,还包括:n个发射机、发射端的阵列波导光栅、接收端的阵列波导光栅、n个第一接收机,其中n个发射机的输出端与一个发射端的阵列波导光栅相连,发射端的阵列波导光栅与第一环行器的端口相连,第一环行器的端口通过一个接收端的阵列波导光栅与n个第一接收机相连。
3、根据权利要求1或2所述的基于正交调制码型的全光虚拟专网系统,其特征是,所述第一环行器,包括三个端口,第一端口与发射端的阵列波导光栅相连,第二端口与2×1光耦合器的第一输入端口相连,第三端口与接收端的阵列波导光栅相连。
4、根据权利要求1或2所述的基于正交调制码型的全光虚拟专网系统,其特征是,所述的光线路终端,其内部的每一个发射机对应一个第一接收机,每一个发射机和一个第一接收机对应相同的波长。
5、根据权利要求1所述的基于正交调制码型的全光虚拟专网系统,其特征是,所述的光网络单元,每个光网络单元分配一波长,其中的每一个第二接收机,对应于相应的波长。
6、根据权利要求1所述的基于正交调制码型的全光虚拟专网系统,其特征是,所述的幅移键控/频移键控发射机,由一个频移键控发射机连接一个调制光强的外调制器组成,频移键控发射机在虚拟专网数据的控制下产生频移键控信号,频移键控光信号传输到调制光强的外调制器,频移键控信号光强再由上行数据控制,得到幅移键控/频移键控正交调制码型光信号。
7、根据权利要求6所述的基于正交调制码型的全光虚拟专网系统,其特征是,所述调制光强的外调制器,其输出消光比小于等于6dB。
8、根据权利要求1所述的基于正交调制码型的全光虚拟专网系统,其特征是,所述多个级联的光纤布拉格光栅,将携带虚拟专网数据的部分光信号反射回光网络单元,形成连接多个无源光网的全光虚拟专网,其反射光信号分别对应于每个光网络单元中幅移键控/频移键控发射机发射出的信号频谱中一个波长大的波峰,另一个波长小的波峰通过光纤布拉格光栅。
9、根据权利要求8所述的基于正交调制码型的全光虚拟专网系统,其特征是,所述反射光信号,经过双向光放大器放大并通过远端节点广播至所有的无源光网,经过无源光网中的阵列波导光栅,被所有波长等于反射光信号波长的光网络单元接收到,实现了不同无源光网中光网络单元的全光虚拟专网的通信,同时不影响其他波长。
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