CN101924963B - 基于ofdma的混合无源光网络传输系统 - Google Patents

Abstract

一种基于OFDMA的混合无源光网络传输系统，包括：光线路终端、阵列波导光栅、馈入线光纤以及若干个子无源光网络，子无源光网络由远端节点和与之通过分布式光纤相连的若干个由光网络单元组成。本发明采用两级接入技术，使用固定波长通道，结构简单，易于实现，可在现有的无源光网络的基础上进行升级改造，满足接入网对长距离和宽带接入的要求；同时，该发明相比通过增加波长而添加用户的波分复用的无源光网络的体系结构，可在一定程度上降低系统成本。

Description

基于OFDMA的混合无源光网络传输系统

技术领域

本发明涉及的是一种光通信技术领域的系统，具体是一种基于OFDMA的混合无源光网络传输系统。

背景技术

随着三网融合进程的加快，以及新业务的出现-超高清High Definition Television，HDTV电视、本地和全球存储局域网、大文件共享、高清视频点播、视频会议、在线互动游戏、室内数字影院的家庭网络等，构成了产生带宽瓶颈的威胁，同时需要大容量长距离以及多业务的通信。因此，未来的光纤到户Fibre To The Home，FTTH要求实现宽带接入和长距离大容量通信的问题。

无源光网络passive optical network，PON作为低成本解决光纤到户接入终端问题是当前接入网技术研究的主流方向。传统的异步转移模式无源光网络(ATM Passive Optical Network，APON)、以太网无源光网络(Ethernet passive optical network，EPON)以及千兆无源光网络(Gigabit Passive Optical Network，GPON)技术都是采用的时分复用多址接入技术，带宽为用户共享，且需要复杂的调度算法和成帧技术来支持不同类型的服务。新兴的波分复用无源光网络wavelength-division-multiplexed passive optical network，WDM-PON技术虽然可以提供较高的带宽容量，但是需要通过追加波长的方法来增加用户数量，这就造成了WDM-PON系统需要配备大量昂贵的可调光发射和接收模块以及光波分复用解复用器件，进而使整个系统失去了PON低成本的优势。

正交频分复用Orthogonal Frequency Division Multiple，OFDM技术来源于射频传输领域，它可以使在射频传输系统中的分布反馈式Distributed Feedback，DFB激光器直接应用在接入网中，进而节省成本；同时，基于OFDM的调制技术不仅是实现高频谱利用率的有效方法，而且具有抵抗色散和偏振模色散能力，因此，采用该技术能够满足无源光网络的宽带接入和低成本需求。正交频分复用技术引入无源光网络最早是在2008年欧洲光通信Europeanconference on optical communication conference，ECOC会议上由普林斯顿大学的NEC实验提出。经过两年多的发展，OFDM-PON中的技术研究除了围绕OFDM码型调制应用的研究之外，在开发基于正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA)接入技术的无源光网络的体系结构方面的研究也是一个重要的分支，但是有关OFDM技术的新的光接入网络体系结构的研究较少，相关的文献报道也较少。

经对现有文献检索发现，Dayou Qian等人提交的一份专利US2008/0267630A1中，首次提出了基于正交频分复用技术的无源光网络的体系结构。该体系结构中光线路终端(optical lineterminal，OLT)将全部可用的频带切割成数个相互正交的子载波，并且每一个光网络单元(optical network unit，光网络单元)分配到一个子通道(sub-channel)，而每个子通道可以为一个或者多个子载波，而部分子载波给特定的服务，如提供ROF(Radio Over fiber)的服务；同时安排部分子载波在时间及频谱上共享给具有不同业务模式的光网络单元。光网络终端在特定时间时，利用余下没用到的子载波，发送问询信号，获得每个光网络单元欲占用的频带，再去做频带分配的工作。该体系结构实现了多种业务接入，但是在上行数据传输时，不同光网络单元最终仍需要不同的波长上传数据，增加用户需要追加新的波长，不利于无源光网络的升级，同时会增加无源光网络的成本。

又经检索发现，Daniel J.C.Coura等人在《Photonic Network Communications(光纤通信网络)》上发表了题为“A bandwidth scalable OFDM passive optical network for future accessnetwork(一种带宽可调的基于正交频分复用技术的未来接入无源光网络)”的文章，该文提出一种单一上行波长的基于正交频分复用接入的网络体系结构。该体系结构采用不同子载波来区分不同的光网络单元，将不同子载波按照不同的时隙动态分配给不同的光网络单元，各个光网络单元通过分配到的某一时隙的子载波通道上传数据。但是，在该体系结构中上行传输时，所有光网络单元最终通过单一波长通道上传数据，用户数量的增加引起子载波通道增加而造成每个光网络单元的所分配的子载波数减少，影响宽带接入，进而该体系结构不利于无源光网络的扩容和升级；同时该结构不能实现长距离的无源光网路的通信。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述缺点和不足，提供了一种基于OFDMA的混合无源光网络传输系统，采用了两级接入的新型接入技术，将OFDMA和波分复用技术同时引入到无源光网络；且两级接入都采用树形拓扑，结构相对简单，易于在现有的无源光网络上进行平滑升级和改造，实现长距离通信；且网络体系结构采用固定几个波长通道的波分复用技术，降低了波分复用无源光网络中对可调光源和接收器的要求，进一步降低了无源光网络的成本。

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、阵列波导光栅、馈入线光纤以及若干个由若干个光网络单元、远端节点、若干分布式光纤组成的子无源光网络，其中：光线路终端与馈入线光纤一端相连传输基于正交频分复用调制的波分复用信号，馈入线光纤的另一端与阵列波导光栅相连，波分复用信号通过阵列波导光栅解复用后通过分布式光纤传输到远端节点，远端节点通过分布式光纤将信息传送到各个子无源光网络的光网络单元相连。

所述的子无源光网络各自具有固定波长，所有子无源光网络通过波分复用形式接入光线路终端，实现第一级接入。

所述的子无源光网络中的光网络单元利用正交频分多址复用的技术通过分布式光纤连接到远端节点，实现第二级接入。

所述的远端节点为分路合路器，该远端节点将上行信号通过分布式光纤分发给该子无源光网络中的各个光网络单元；同时各个光网络单元调制的上行信号通过该合路器上传到阵列波导光栅，阵列波导光栅将各个子无源光网络的信号合成为基于正交频分复用技术的波分复用信号，通过馈入线光纤上传到光线路终端进行处理。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：改变了现有的无源光网络的一级接入技术，采用波分复用和正交频分复用多址接入两级接入结构，实现一个光线路终端连接更多的用户，进而增加了无源光网络的覆盖范围；同时，两级接入拓扑均为树形，结构简单，易于在现有无源光网络上进行平滑升级和扩容，实现长距离、大容量的传输数据和业务；在该体系结构中，光线路终端采用固定几个波长接入各个子无源光网络，结构简单，并且可采用普通低廉的光源和收发装置代替可调光源和收发装置，避免了在现有的波分复用无源光网络系统中而使用可调光源和收发装置而导致系统成本居高不下的现象，进而在一定程度上降低无源光网络的系统成本。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为基于正交频分复用多址接入的原理图。

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所示，本实施例包括：光线路终端1、阵列波导光栅2、分路合路器9，10，...，m、光网络单元1-1，1-2，...，1-N和m-1，...m-N、分布式光纤5，6，7、馈入线光纤8，子无源光网络3和4，其中：光线路终端1的输出端连接馈入线光纤8的一端，馈入线光纤8另一端连接阵列波导光栅2，阵列波导光栅的输出端口通过分布式光纤5分别连接光分合器9，10，...m，4；分路合路器9和m分别通过分布式光纤连接6和7连接光网络单元1-1，1-2，...，1-N和m-1，m-2，...m-N，N取16、32或者64，N取值主要取决于分路合路器的分光比；m的取值取决传输系统中采用的波长通道数，即m等于9+n；n为系统的波长通道数，即光线路终端采用的波长(λ1，λ2，...，λn)通道数。

图1中的两个矩形虚线框和梯形虚线框分别表示两级接入方式和两个子无源光网络3和4：两级接入方式即第一级基于波分复用的接入方式和第二级的基于正交频分复用多址接入技术的接入方式；两个子无源光网络3和4分别通过波分复用技术由波长通道λ1和λn接入系统，其中n为系统所采用的波长通道数。子无源光网络3和4是由分合路器通过分布式光纤6或7连接光网络单元1-1，1-2，...，1-N和m-1，m-2，...，m-N，组成，N个光网络单元采用正交频分多址接入技术由分布式光纤6或7汇聚到分路合路器，实现第二级接入结构。同时，本实施例采用波分复用技术将子无源光网络接入系统，实现了系统的第一级接入。

两个子无源光网络3和4采用两个固定波长通道λ1和λn来连接，采用固定波长通道数即降低了系统对波分复用的无源光网络系统中的多波长可调光源的要求，可以在光线路终端1采用普通的廉价的光源。系统中每个子无源网络的结构和覆盖范围相当于现存的一个无源光网络。由EPON标准可知，EPON结构中光线路终端(OLT)可连接32个光网络单元ONU，在该实施例中，光线路终端1通过其中一个波长通道λ1或λn就可以连接32个光网络单元1-1，1-2，...，1-N或m-1，m-2，...m-N，而通过系统中的两个波长通道所能接入的光网络单元是64个，则整个系统所能接入的光网络单元数为32n个，即本实施例增加了接入光网络单元数，其接入ONU的数量与采用的波长通道数成正比；如若在该实施例中的分路合路器9，10，...，m的分光比增大，则使系统接入的ONU的数量将更多。

N个子无源光网络利用波分复用技术通过分布式光纤汇聚到阵列波导光栅，阵列波导光栅将汇聚的信息通过馈入线光纤连接到光线路终端，进而构成第一级接入结构；构成一个子无源光网络的N个光网络单元通过分布式光纤连接到分路合路器，采用正交频分多址复用技术将信息汇聚每个子无源光网络所分配的固定波长通道上，进而构成系统的第二级的接入结构。图中矩形虚线框中的部分为波分复用接入部分，梯形虚线框为正交频分复用多址接入部分。

如图2所示，为本实施例展示的是单个子无源光网络系统中的光网络单元采用正交频分多址接入技术接入系统的原理，即为实施例中的第二级接入原理。在单一波长通道内，每一个光网络单元分配到一个子通道而进行接入网络体系的。每个子通道是由处于不同时隙的一个或者多个正交子载波构成。

本实施例采用了两级接入的新型接入结构，明显的增加了无源光网络的传输距离、覆盖范围以及接入用户数量，克服了波分复用无源光网络系统中增加用户通过追加波长来实现的弊端，实现了大容量、长距离通信。该体系结构中的两级接入都采用传统的树形拓扑，结构简单，易于在现有的无源光网络上进行升级改造；网络体系结构，通过固定几个波长通道的方式连接各个子无源光网络，波长固定从而可降低了波分复用无源光网络的对可调光源和接收器的要求，使得整个无源光网络的成本降低；同时，下行接入采用以时分复用方式共享子载波以及上下行数据采用正交频分复用的调制格式，能够充分利用正交频分复用技术的优点，提高频带利用率，从而实现宽带接入和多业务接入能力。

Claims (1)

1.一种基于OFDMA的混合无源光网络传输系统，其特征在于，包括：光线路终端、阵列波导光栅、馈入线光纤以及若干个由若干个光网络单元、远端节点、若干分布式光纤组成的子无源光网络，其中：光线路终端与馈入线光纤一端相连传输基于正交频分复用调制的波分复用信号，馈入线光纤的另一端与阵列波导光栅相连，波分复用信号通过阵列波导光栅解复用后通过分布式光纤传输到远端节点，远端节点通过分布式光纤将信息传送到各个子无源光网络的光网络单元相连；

所述的子无源光网络各自具有固定波长，所有子无源光网络通过波分复用形式接入光线路终端，实现第一级接入；

所述的子无源光网络中的光网络单元利用正交频分多址复用的技术通过分布式光纤连接到远端节点，实现第二级接入；

所述的远端节点为分路合路器，该远端节点将上行信号通过分布式光纤分发给该子无源光网络中的各个光网络单元。

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