CN101346006B

CN101346006B - 宽带无线与光传输融合接入的射频无源光网络

Info

Publication number: CN101346006B
Application number: CN2008100489099A
Authority: CN
Inventors: 张传浩; 张利; 吴广生
Original assignee: WUHAN YANGTZE OPTICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUHAN YANGTZE OPTICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2008-08-19
Filing date: 2008-08-19
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2028-08-19
Also published as: CN101346006A

Abstract

本发明提供了一种宽带无线与光传输融合接入的射频无源光网络。本发明包括光线路终端、光网络单元和光分配网络，光线路终端和光网络单元之间通过光分配网络相连。光线路终端安有无线信号有源调制模块和解调模块，光网络单元安有双向天线、无线信号无源调制模块和解调模块。该技术结合了无线和PON基带业务的点到多点的传输特点，能够解决无线接入时的盲区和抗干扰能力弱(相对于光纤)的问题。

Description

宽带无线与光传输融合接入的射频无源光网络

技术领域

本发明涉及光纤通信技术、无线通讯技术和计算机网络通信领域，特别是涉及一种结合无源光纤接入网络和无线传输技术的数据传输的方法。

背景技术

随着3G(第三代移动通信)时代的来临，无线通信技术正从窄带通信向宽带方向发展。在3G、WiMAX(微波存取全球互通)等无线接入技术应用到密集大型社区或大型建筑的接入时，会面临无线覆盖盲区的问题。直放站等中继设备的增加也意味着维护成本的增加，所以，解决无线接入中的信号传输和覆盖区域问题，是对发展迅猛的无线接入技术的促进。

目前光纤链路网络主要以WDM(波分复用)光纤环网为主，多用于传输网，并且侧重于链路的保护；有少量报道提到利用树型分支网络作为承载信道，但大多只涉及从中心局到无线接入点的无线信号传输问题，对于信号的回传还没有清晰的结论，而且对上层业务管理考虑较少，特别是如何与原有基带业务的融合问题反映较少。

多业务融合是宽带接入网络的发展趋势，技术将趋于融合，网络将趋于融合，业务也将趋于融合，未来的网络必将具备以下的特点：IP化、宽带化、成本更经济、网络更便于管理，并且多种技术通过统一的核心网相互融合，可以实现业务间的无缝切换。无线接入与有线接入的融合在物理上是信道的合并，在应用上是业务管理的统一，具有很好的发展前景。

现有的ROF(Radio over Fiber，光纤承载无线)是一种无线接入与有线接入的融合技术。ROF主要应用于CCS(Central Control Station，控制中心站)和BS(Base Station，基站)之间的光纤连接，利用光纤提供的超大带宽，将多个频点的RF(射频)信号调制到光载波上进行传输。光纤接入网由于直接面对用户，在满足用户多种业务需求的同时，还要考虑系统成本、对终端接入设备的控制、业务QoS(服务质量)的保证以及用户的认证和计费等问题。ROF尚不能很好地解决无线接入时的盲区，以及无线信道抗干扰能力弱(相对于光纤)的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种宽带无线与光传输融合接入的射频无源光网络RPON(Radio over PON，射频无源光网络)，该技术结合了无线和PON(无源光网络)基带业务的点到多点的传输特点，能够解决无线接入时的盲区和抗干扰能力弱(相对于光纤)的问题。

本发明所采用的技术方案是：其包括光线路终端、光网络单元和光分配网络，光线路终端和光网络单元之间通过光分配网络相连，光线路终端安有无线信号有源调制模块和解调模块，光网络单元安有双向天线、无线信号无源调制模块和解调模块。光线路终端的无线信号有源调制模块包括激光器、第一光分支器、电光强度调制器、马赫-泽德调制器、第二光分支器，它们依次相接，第一光分支器还和第二光分支器相接。光网络单元的无线信号解调模块和光线路终端的无线信号解调模块相同，包括波分复用器、交叉波长复用器、滤波器、光电二极管和混频器，它们依次相接，混频器还和本地振荡器、天线相连。光网络单元的无线信号无源调制模块除了没有激光器以外，和光线路终端的无线信号有源调制模块相同，该无源调制模块的两端分别和光网络单元的交叉波长复用器、混频器相连。

本发明的优点：可实现光纤无线复合宽带接入网，能够在保持原有光纤基带业务的前提下，集成无线业务到系统中。RPON将无线信号承载在点到多点拓扑的无源光网络中传输，大幅减少中心CCS端的射频光转换模块，有效降低系统成本和复杂度，不仅能够满足无线信号前向广播的特点，也能够解决在PON网络中无线信号为连续发送信号的问题。实现了RPON中无线/有线从底层信道到上层业务的完全融合，可有效提升宽带业务承载能力和扩大无线覆盖范围。

附图说明

图1是光线路终端的单个波长光载波无线信号调制模块框图。

图2是本发明的下行光载波传输框图。

图3是光网络单元的无线信号调制、解调模块框图。

图4是本发明的上行光载波传输框图。

图5是本发明的原理结构图。

具体实施方式

本发明主要研究Radio over PON无线射频无源光网络技术及其构成的光纤有线/无线复合宽带接入网系统。所考虑的技术方案如下所述：

宽带无线与光传输融合接入的射频无源光网络(RPON)是一种将无线业务承载与光纤接入网的一种网络架构。其工作原理为：系统的拓扑结构为无源光网络PON，为树状结构，系统下行业务接入点为光网络终端OLT，上行业务接入点为光网络单元ONU，系统中可以同时接入高频无线信道；系统下行的信号，包括高频光载波信号和基带光信号均为功率分配方式；系统上行的高频光载波信号为光波分复用信道，与基带光信号隔离。该PON系统可以为APON(异步传输模式无源光网络)、BPON(宽带无源光网络)以及GPON(吉比特无源光网络)。

该高频光载波信号采用1550nm传输窗口，最大可以支持32个波长，波长满足ITU-T DWDM要求。采用的波分复用器件的性能应满足ITU-T G.671及相关建议的要求。而基带信号采用的是光功率耦合方式，一般下行波长1490nm，上行波长1310nm，布线方式为同缆不同纤。系统接入的无线信道，可以有一个也可以是多个，需要匹配光网络单元ONU的数目，最大不超过64个。

RPON架构主要由以下几个部分构成：

光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)：是交换路由、频率通道的管理中心，并实现下行无线信号到光信号的调制，以及上行光信号的解调。它是RPON与原有无线CS的接入点，同时也是基带宽带业务的接入中心。光网络单元OLT通过将从无线中心控制站CS接收到不同频点的无线信号，调制到不同波长的光载波上，再利用光耦合器合并，同时还耦合了未调制的原始光载波，以及原有PON基带信号，然后下行通过功率分配的方式传输至用户单元ONU。

光网络单元(Optical Networks Unit，ONU)：包含有一个或者多个双向天线，不具备信息处理能力，只是下行时将高频光载波信号选择提取并恢复为无线信号发射，或者转换基带光信号为电信号方式通过电缆传输，上行时将无线信号通过ONU的解复用单元，将接收到下行传输中携带的原始光载波分离出，然后再将接收到无线RF信号调制到该光载波上传输，不需要额外的光发射器件。ONU还转换宽带业务为基带光信号，沿上行光路传输。ONU能够接收OLT的指令对基带业务和无线业务的通道进行管理。

光分配网络(Optical Distrubute network，ODN)：用于OLT与ONU的互连。它采用无源器件组成，实现无线信号和基带光信号的光纤传输和分布。

RPON上提供基带数据业务和无线业务数据接口，对应不同的接口，有不同的传输和调制方式。对应PON原有的基带业务，仍按照原有方式直接调制激光器传输；对应无线的数据业务，通过光载波抑制(Optical Carrier Suppression，OCS)技术调制后传输。

信号下行方向：光线路终端OLT使用了WDM技术，负责接收无线射频RF信号，对应不同的副载波，调制不同波长的光载波。调制后的高频光载波信号与相应原始光载波信号，以及基带光信号通过耦合后传输。信号到达光分支器后，以光功率分配的方式，广播传输至光分支器的各个分支，从而传送至各个光网络单元ONU。ONU负责将接收到的光信号进行解调，不同的ONU提取与其对应的光波长(对应不同的副载波频点)，转化为RF信号后通过天线进行发送。同时，PON也承载原有的下行基带宽带业务。无线与有线业务在下行方向采用同纤同缆的传输方式，但是两者使用的下行传输波长不同。

信号上行方向：ONU可以同时实现用户的有线/无线接入。光网络单元ONU接收到无线网桥或用户终端传来的相应频点的无线RF信号，将其调制到特定的光波长上。上行不需要使用激光发射装备，可以利用WDM技术，调制从OLT发射过来的对应的载波波长，然后通过光纤回传送至OLT。不同的光网络单元ONU使用不同的上行传输波长，从而实现波分多址(WDMA)上行接入方式。而原有基带业务接入采用单波长时分多址(TDMA)方式，仍从分支器反馈回中心控制站。光线路终端OLT通过光解复用阵列接收模块(De-multiplexer)接收来自不同光网络单元ONU的光信号并分别进行解调，区分无线承载业务和有线基带业务。

所用的新型光解复用阵列接收技术由解复用阵列接收单元与交叉波长复用器(Interleaver)构成。利用该技术可以使ONU对上行高频光载波不增加光发射装置，并能够较好的保证上行信号质量。

本发明将利用PON技术的光纤信道与无线信号传输在接入网领域结合，提供了相应的接口与承载方法，现结合附图来说明。

如图2所示，射频无源光网络，包括光线路终端OLT、光网络单元ONU和光分配网络ODN，光线路终端OLT和光网络单元ONU之间通过光分配网络ODN相连。光线路终端OLT安有无线信号有源调制模块、解调模块，光网络单元ONU安有双向天线、无线信号无源调制模块和解调模块。为对应多个载波，光线路终端中还可安有波分复用器WDM。中心站(Central Station，CS)发射的信号发射到各基站(Base Station，BS)和光线路终端OLT。

光线路终端OLT可接收N(N为自然数)个无线信道ch1、ch2…chN传来的无线信号。光线路终端OLT上还安有N个无线信号有源调制模块Modulator1、Modulator2…ModulatorN。经过无线信号有源调制模块调制的高频光信号和基带信号均传送至波分复用器WDM1。

图1为下行方向对某一个无线信道(比如信道ch1)的载波调制框图。光线路终端OLT的无线信号有源调制模块包括激光器、第一光分支器、电光强度调制器(IntensityModulator，IM)、马赫-泽德调制器、第二光分支器，它们依次相接，第一光分支器还和第二光分支器相接。激光器可采用分布式反馈激光二极管(DFB-LD)。电光强度调制器IM可采用LiNbO马赫-泽德调制器(LiNbO Mach-Zehnder Modulator，LN-MZM)。马赫-泽德调制器可采用双通道LiNbO马赫-泽德调制器(LiNbO Dual-arm Mach-Zehnder Modulator，DLN-MZM)。

图1中实线箭头为光载波信号，虚线箭头为电信号。设光线路终端OLT接收到某个RF信号的频点为f1，对应无线信道为ch1。由激光器DFB-LD发出的波长为λ1的光载波，通过第一光分支器后，被由无线信道ch1承载的数据驱动的电光强度调制器IM(使用LiNbO马赫-泽德调制器LN-MZM)调制，然后再通过一个双通道LiNbO马赫-泽德调制器DLN-MZM完成载波抑制调制(Optical Carrier Suppression)，输出调制后的光载波到第二光分支器，该光载波为双边带信号λml，信号频率为2f1。为了满足系统回传的要求，将原始载波信号λ1通过第一光分支器传至第二光分支器，再与高频信号光λml耦合，耦合后的光信号下行传输。

当系统存在多个无线频道时，光线路终端OLT的输出波长满足波长范围1495nm～1600nm(C+L波段)，波长间隔要不小于1nm。调制后的光载波采用合波器WDM1与基带光信号耦合后一同下行传输到光分配网络ODN中的光分支器，再由光分支器通过1:N功率分配的方式将光载波传输到各个光网络单元ONU。

光网络单元ONU将对应频点的光载波通过其上的无线信号解调模块，将无线业务从光载波恢复成RF信号后通过天线发射，如图3所示。图3中实线箭头为光信号，虚线箭头为电信号。该解调模块包括其上的波分复用器WDM2、交叉波长复用器IL(Interleaver)、滤波器Filter、高频光电二极管PD(Photodiode)和混频器Mixer，它们依次相接，混频器还和本地振荡器L0(Local Oscillator)、双向天线相连。

当光网络单元ONU从下行信道接收到下行光信号后，首先利用波分复用器WDM2分离出PON原有基带业务信号(Baseband)，其波长一般为下行1490nm和上行1310nm(对基带业务，此通道为双向)。无线业务信号(Wireless Band)则通过一个交叉波长复用器IL将原有载波信号与高频信号分开。高频信号经过特定的滤波器Filter，选择对应光网络单元ONU的频点的高频载波，解调后，经过高频光电二极管PD转换为电信号。此电信号和本地振荡器LO的电信号经过混频器混频之后，恢复为RF信号，由天线发送。而从交叉波长复用器IL分离出的原始载波信号λ1将利用来回传上行信息。

光网络单元上行传送无线信号的调制原理和下行无线信号的调制基本相同，是通过其上的无线信号无源调制器进行调制的。该无线信号无源调制模块除了没有激光器以外，和光线路终端的无线信号有源调制模块相同，该无线信号无源调制模块的两端分别和光网络单元的交叉波长复用器、混频器相连。

如图3和图4所示，该调制模块(Modulator)将光网络单元ONU从混频器接收到的上行RF信号(Upstream Signal)，调制到从交叉波长复用器IL分离出的原始载波信号λ1上，再通过与一个放置在与光分配网络ODN的下行光分支器相同位置的波分复用器(即图4中的Multiplexer)中，将回传的调制高频光载波和上行基带数据业务(1310nm的基带光波长)合波送抵到光线路终端OLT。光线路终端OLT接收到回传的信号，通过其上的波分复用器WDM(即图4中的De-multiplexer)分离出各种频率的光信号λ1、λ2…λN。这些不同频率的光信号，通过与光网络单元ONU相同的无线信号解调模块，以相同的方式将各个子载波分离出并解调成电信号，然后通过副载波复用(Sub-carrier Multiplexer)的方式发射到中心站CS上。光网络单元ONU的无线上行信道为单独信道，采用波分复用方式，与下行信道同缆不同纤。

本发明的使用范围为对无线信号较为封闭的写字楼、住宅楼，通过将OLT替换原有的无线接入基站BS，实现无线信号对这些区域的覆盖。

Claims

1.宽带无线与光传输融合接入的射频无源光网络，包括光线路终端、光网络单元和光分配网络，光线路终端和光网络单元之间通过光分配网络相连，其特征是：光线路终端安有无线信号有源调制模块和解调模块，光网络单元安有双向天线、无线信号无源调制模块和解调模块；光线路终端的无线信号有源调制模块包括激光器、第一光分支器、电光强度调制器、马赫-泽德调制器、第二光分支器，它们依次相接，第一光分支器还和第二光分支器相接；光网络单元的无线信号解调模块和光线路终端的无线信号解调模块相同，包括波分复用器、交叉波长复用器、滤波器、光电二极管和混频器，它们依次相接，混频器还和本地振荡器、天线相连；光网络单元的无线信号无源调制模块除了没有激光器以外，和光线路终端的无线信号有源调制模块相同，该无源调制模块的两端分别和光网络单元的交叉波长复用器、混频器相连。

2.如权利要求1要求所述的宽带无线与光传输融合接入的射频无源光网络，其特征是：光网络单元的无线信号解调模块通过副载波复用器接至发射天线。

3.如权利要求1所述的宽带无线与光传输融合接入的射频无源光网络，其特征是：所述射频无源光网络的光网络采用APON、BPON或GPON，光线路终端中安有波分复用器。

4.如权利要求1所述的宽带无线与光传输融合接入的射频无源光网络，其特征是：激光器采用分布式反馈激光二极管，电光强度调制器采用LiNbO马赫-泽德调制器，马赫-泽德调制器采用双通道LiNbO马赫-泽德调制器。

5.如权利要求1所述的宽带无线与光传输融合接入的射频无源光网络，其特征是：光分配网络之中传输有采用1550nm传输窗口的高频光载波信号，最大支持32个波长；光分配网络之中还传输有波长为1490nm的下行基带信号和波长为1310nm的上行基带信号；匹配光网络单元的数目不超过64个。

6.如权利要求5所述的宽带无线与光传输融合接入的射频无源光网络，其特征是：光线路终端的下行输出波长范围为1495nm～1600nm，波长间隔不小于1nm。