CN102264012A - 一种pon系统的本振同步方法及onu和olt - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无源光网络系统的本振同步方法以及光网络单元(ONU)和光线路终端(OLT)，所述方法分别应用于ONU和OLT中，包括：ONU发送上行扩频信号给OLT，OLT对所述上行扩频信号解扩频估计出所述ONU的本振频率，根据所述本振频率与所述OLT指定信道之间的频率偏移值生成频率控制字，将所述频率控制字调制在下行扩频信号中发送给所述ONU，ONU对所述下行扩频信号解调得到所述频率控制字，根据所述频率控制字对本地的本振频率进行调整。该方法将各ONU的本振频率牵引至OLT指定的信道上，避免了各ONU在开机后的信号频谱发生交叠，在实现了PON系统本振同步的同时不会影响在传用户的正常通信。

Description

一种PON系统的本振同步方法及ONU和OLT

技术领域

本发明涉及通信领域，具体涉及一种无源光网络(PON)系统的本振同步方法，以及实现该方法的光线路终端(OLT)和光网络单元(ONU)。

背景技术

无源光网络(Passive Optical Network，简称PON)是一种一点到多点的光纤接入技术，它由局端的光线路终端(optical line termination，简称OLT)、用户侧的光网络单元(optical network unit，简称ONU)以及光分配网络(optical distribution network，简称ODN)组成，采用单纤双向传输，光分配网络中没有任何有源电子设备。PON中信息的传输都是下行(OLT发送)采用广播方式，上行(ONU)采用分时传输，由OLT授权允许某个ONU发送数据。

目前，接入网大致可分为时分复用(TDM)和波分复用WDM两类，利用WDM技术可以同时传输互相有一定波长间隔的多路不同类型的信号，极大地扩充了光纤的数据传输速率和传输容量。由于信道间隔大于100GHz，单信道占用带宽小于20GHz，用户侧ONU的光源开启时频偏(GHz量级)相对信道间隔很小，因此不会发生信道间串扰和频谱交叠的情况，且ONU采用直接检测的方式，因此系统不需要对光源的频率进行调整。另外，商用接入网的ONU采用直接检测的方式来解调下行数据，因此，OLT端和ONU端的光源频差不影响信号的恢复。

然而，随着日益增长的通信带宽的市场需求和网络通信技术的发展，超密集波分复用-无源光网络(WDM-PON)的信道间隔越来越窄，密集波分复用(DWDM)向超密集波分复用(UDWDM)演进，信道间隔小于5GHz。为了保证单信道传输速率为Gbit/s，这时需要采用相干检测和复杂信号调制的通信手段来达到上述的系统指标。而在高速相干系统中，频差的大小会直接影响检测的误码率甚至通信失败。

另外，ONU在开启激光器时，受器件的物理特性影响，光源的频率通常不在上次开机的频点，对于OLT端而言各ONU端激光器的频率均未知，这时系统需要同时解决OLT端与多个ONU端的频率同步问题，以避免各ONU端的信号频谱发生交叠。而且，由于UDWDM的信道间隔小于5GHz，而ONU端的商用光源开机时会出现偏离上次开机中心频率，存在GHz量级的频偏，这时多个ONU端上行信号的中心频率可能落入某个在传信道中，因此还需保证同步操作不能影响处于通信状态的用户的正常通信。这些问题在UDWDM-PON中都还尚未解决，因此，急需一种方法可以解决上述问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种无源光网络(PON)系统的本振同步方法以及实现该方法的光线路终端(OLT)和光网络单元(ONU)，使ONU的本振频率牵引至OLT指定的信道上，以避免各ONU在开机后的信号频谱发生交叠，同时不影响在传用户的正常通信。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种PON系统的本振同步方法，应用于光网络单元(ONU)中，包括：

所述ONU发送上行扩频信号给光线路终端(OLT)，接收所述OLT发送的包括频率控制字的下行扩频信号，所述频率控制字为所述ONU的本振频率和所述OLT指定的信道之间的频率偏移值，对所述下行扩频信号解调得到所述频率控制字，根据所述频率控制字对本地的本振频率进行调整。

进一步地，所述ONU包括一个或多个，所述ONU为多个时，各ONU发送的上行扩频信号包含不同的扩频码。

进一步地，所述ONU使用低于正常通信时的光功率发送所述上行扩频信号。

进一步地，所述ONU根据调整后的本振频率向OLT发送上行扩频信号，接收所述OLT发送的下行扩频信号，判断所述下行扩频信号中是否携带调整完成指示信息或者从所述下行扩频信号中解调得到的第二频率控制字是否在允许的频率偏移范围之内，如果不是，则根据所述第二频率控制字对本地的本振频率进行调整；

上述步骤执行一次或多次，直到所述ONU的本振频率与所述OLT指定的信道之间的频率偏移值在允许的频率偏移范围之内，则调整完毕。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种PON系统的本振同步方法，应用于光线路终端(OLT)中，包括：

所述OLT接收到光网络单元(ONU)发送的上行扩频信号，对所述上行扩频信号解扩频估计出所述ONU的本振频率，根据所述本振频率与所述OLT指定信道之间的频率偏移值生成频率控制字，将所述频率控制字调制在下行扩频信号中发送给所述ONU。

进一步地，所述OLT接收所述ONU调整本振频率后发送的上行扩频信号，对其解扩频估计出所述ONU调整后的本振频率，判断所述本振频率与所述OLT指定的信道之间的频率偏移值是否在允许的频率偏移范围之内，如果否，则根据所述调整后的本振频率与所述OLT指定信道之间的频率偏移值生成第二频率控制字，将所述第二频率控制字调制在下行扩频信号中发送给所述ONU；

上述步骤执行一次或多次，直到所述ONU的本振频率与所述OLT指定的信道之间的频率偏移值在允许的频率偏移范围之内，则生成包括调整完成指示信息的下行扩频信号给所述ONU。

进一步地，执行下述步骤一次或多次：

所述OLT接收所述ONU调整本振频率后发送的上行扩频信号，对其解扩频估计出所述ONU调整后的本振频率，根据所述调整后的本振频率与所述OLT指定信道之间的频率偏移值生成第二频率控制字，将所述第二频率控制字调制在下行扩频信号中发送给所述ONU。

进一步地，所述下行扩频信号的中心频率在所述ONU的相干接收频率范围内。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种光网络单元(ONU)，包括：

发送单元，用于发送上行扩频信号给光线路终端(OLT)；

接收解调单元，用于接收所述OLT发送的包括频率控制字的下行扩频信号，并对所述扩频信号解扩解调得到所述频率控制字，所述频率控制字为所述ONU的本振频率和所述OLT指定的信道之间的频率偏移值；将所述频率控制字发送至本振频率调整单元；

本振频率调整单元，用于根据所述频率控制字对本地的本振频率进行调整。

进一步地，所述发送单元，用于当存在多个ONU向所述OLT发送上行扩频信号时，使用与其他ONU不同的扩频码生成所述上行扩频信号。

进一步地，所述发送单元使用低于正常通信时的光功率发送所述上行扩频信号。

进一步地，所述发送单元，还用于根据调整后的本振频率向OLT发送一次或多次上行扩频信号，直到所述ONU的本振频率与所述OLT指定的信道之间的频率偏移值在允许的频率偏移范围之内；

所述接收解调单元，还用于接收所述OLT发送的下行扩频信号，判断所述下行扩频信号中是否携带调整完成指示信息或者从所述下行扩频信号中解调得到第二频率控制字是否在所述允许的频率偏移范围之内，如果不是，则将所述第二频率控制字发送至本振频率调整单元；

所述本振频率调整单元，还用于根据所述第二频率控制字对本地的本振频率进行调整。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种光线路终端(OLT)，包括：

接收解调单元，用于接收光网络单元(ONU)发送的上行扩频信号，对所述上行扩频信号解扩频估计出所述ONU的本振频率；

信号产生单元，用于根据所述本振频率与所述OLT指定信道之间的频率偏移值生成频率控制字，将所述频率控制字调制在下行扩频信号中，将所述下行扩频信号发送至发送单元；

发送单元，用于将所述下行扩频信号发送给所述ONU。

进一步地，还包括频率校验单元，其中：

所述接收解调单元，还用于接收所述ONU调整本振频率后发送的上行扩频信号，对其解扩频估计出所述ONU调整后的本振频率；

所述频率校验单元，用于判断所述本振频率是否已经被调整到OLT指定的信道允许的频率偏移范围之内，并将判断结果发送至信号产生单元；

所述信号产生单元，还用于在所述判断结果为否时，根据所述调整后的本振频率与所述OLT指定信道之间的频率偏移值生成第二频率控制字，将所述第二频率控制字调制在下行扩频信号中，将所述下行扩频信号发送至发送单元；在所述判断结果为是时，则生成包括调整完成指示信息的下行扩频信号给所述ONU。

进一步地，所述接收解调单元，还用于接收所述ONU调整本振频率后发送的上行扩频信号，对其解扩频估计出所述ONU调整后的本振频率；

所述信号产生单元，还用于根据所述调整后的本振频率与所述OLT指定信道之间的频率偏移值生成第二频率控制字，将所述第二频率控制字调制在下行扩频信号中，将所述下行扩频信号发送至发送单元。

进一步地，所述下行扩频信号的中心频率在所述ONU的相干接收频率范围内。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种采用上述光网络单元(ONU)和光线路终端(OLT)的系统。

与现有技术相比，本发明使得ONU的本振频率与OLT产生的下行信号的中心频率达到同步，将各ONU的本振频率牵引至OLT指定的信道上，以避免各ONU在开机后的信号频谱发生交叠，在实现了PON系统的本振同步的同时不会影响在传用户的正常通信。

附图说明

图1是实施例一中应用于ONU中的PON系统的本振同步方法流程图；

图2是实施例一中应用于OLT中的PON系统的本振同步方法流程图；

图3是实现PON系统的本振同步的ONU结构示意图；

图4是实现PON系统的本振同步的OLT结构示意图；

图5是实施例二中一种高速UDWDM-PON系统的本振同步方法流程图；

图6是实施例二中锁频环FLL的结构示意图；

图7是一个应用示例中高速UDWDM-PON系统的本振同步方法流程图；

图8是一个应用示例中仿真结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

实施例一：

如图1所示，本发明实施例提供了一种PON系统的本振同步方法，应用于光网络单元(ONU)中，包括以下步骤：

S101：ONU发送上行扩频信号给光线路终端(OLT)；

其中，ONU可以包括一个或多个，当ONU为多个时，各ONU发送的上行扩频信号包含不同的扩频码。

ONU可以使用低于正常通信时的光功率发送所述上行扩频信号，这样可以降低对其他在传信道的干扰，从而不会影响其他在传信道的正常通信。

S102：ONU接收到所述OLT发送的包括频率控制字的下行扩频信号，并对所述扩频信号解调得到所述频率控制字；

所述频率控制字为ONU的本振频率和OLT指定的信道之间的频率偏移值。该频率偏移值可以是一个绝对值，也可以是带有正负方向的频率偏移值。

S103：ONU根据所述频率控制字对本地的本振频率进行调整。

此外，在执行完上述步骤后，ONU还可以进一步对ONU调整后的本振频率进行多次重复校验，直到所述ONU的本振频率与所述OLT指定的信道之间的频率偏移值在允许的频率偏移范围之内，即在这一频率偏移范围内，可以认为ONU的本振频率被牵引到了OLT指定的信道上，而不会与其他用户重叠。

在具体实施时，如果该频率偏移值是带有正负方向的值，则一种优选的方式为：

所述ONU根据调整后的本振频率向OLT发送上行扩频信号，接收所述OLT发送的下行扩频信号，判断所述下行扩频信号中是否携带调整完成指示信息或者从所述下行扩频信号中解调得到的第二频率控制字是否在所述允许的频率偏移范围之内，如果不是，则根据所述第二频率控制字对本地的本振频率进行调整；

上述步骤执行一次或多次，直到所述ONU的本振频率与所述OLT指定的信道之间的频率偏移值在允许的频率偏移范围之内，则调整完毕。

在具体实施时，如果该频率偏移值是一个绝对值，需要说明的是，ONU端在调整频率时存在两种可能，一种可能是将频差变成原来的2倍，另外一种是将频差变成0。因此，在对从所述下行扩频信号中解调得到的第二频率控制字进行判断时，若该第二频率控制字在允许的频率偏移范围内(比如为0)，则表示ONU已将本振频率调整至OLT指定的信道；若该第二频率控制字超过允许的频率偏移范围，则ONU应当根据该第二频率控制字将本地的本振频率向与前一次调整的相反方向调整至OLT指定的信道。

这样，就可以保证ONU的本振频率得到正确牵引，被牵引到了OLT指定的信道上。

此外，如图2所示，本实施例还提供了PON系统的本振同步方法，应用于OLT中，包括：

S201：OLT接收到光网络单元(ONU)发送的上行扩频信号，对所述扩频光信号解扩频估计出该ONU的本振频率；

S202：OLT根据ONU的本振频率与OLT指定信道之间的频率偏移值生成频率控制字；

该频率偏移值可以是一个绝对值，也可以是带有正负方向的频率偏移值。

S203：OLT将所述频率控制字调制在下行扩频信号中发送给ONU。

所述下行扩频信号的中心频率需要在所述ONU的相干接收频率范围内，ONU相干接收的方式有零差相干和外差相干，因此，可以将该下行扩频信号的中心频率调整到ONU的本振频率，也可以调整到与本振频率有一定差值的某个值，只要有一个对应的关系就可以，这样就保证了ONU在其信道频带内可以接收到OLT发送的所述下行扩频信号。

此外，OLT还可以在接收到ONU调整本振频率后发送的上行扩频信号之后，进一步对ONU的本振频率是否已经被调整到OLT指定的信道允许的频率偏移范围之内进行校验。

在具体实施时，如果该频率偏移值是带有正负方向的频率偏移值，则一种优选的方式为：

OLT接收所述ONU调整本振频率后发送的上行扩频信号，对其解扩频估计出所述ONU调整后的本振频率，判断所述本振频率与所述OLT指定的信道之间的频率偏移值是否在允许的频率偏移范围之内，如果否，则根据所述调整后的本振频率与所述OLT指定信道之间的频率偏移值生成第二频率控制字，将所述第二频率控制字调制在下行扩频信号中发送给所述ONU；

上述步骤执行一次或多次，直到所述ONU的本振频率与所述OLT指定的信道之间的频率偏移值在允许的频率偏移范围之内，则生成包括调整完成指示信息的下行扩频信号给所述ONU。

在具体实施时，如果该频率偏移值是一个绝对值，需要说明的是，ONU端在调整频率时存在两种可能，一种可能是将频差变成原来的2倍，另外一种是将频差变成0。因此，OLT接收ONU调整本振频率后发送的上行扩频信号，对其解扩频估计出该ONU调整后的本振频率，根据该调整后的本振频率与OLT指定信道之间的频率偏移生成第二频率控制字，将所述第二频率控制字调制在下行扩频信号中发送给ONU。

相应地，如图3所示，本发明实施例还提供了一种实现PON系统本振同步的光网络单元(ONU)，包括发送单元、接收解调单元以及本振频率调整单元，其中，

发送单元，用于发送上行扩频信号给光线路终端(OLT)；

当存在多个ONU向OLT发送上行扩频信号时，发送单元还用于使用与其他ONU不同的扩频码生成上行扩频信号。

其中，发送单元使用低于正常通信时的光功率发送所述上行扩频信号，这样可以降低对其他在传信道的干扰，从而不会影响其他在传信道的正常通信。

接收解调单元，用于接收所OLT发送的包括频率控制字的下行扩频信号，并对该扩频信号解扩解调得到频率控制字，并将所述频率控制字发送至本振频率调整单元；

其中，所述频率控制字为ONU的本振频率和OLT指定的信道之间的频率偏移值。该频率偏移值可以是一个绝对值，也可以是带有正负方向的频率偏移值。

本振频率调整单元，用于根据所述频率控制字对本地的本振频率进行调整。

此外，ONU还可以进一步对ONU调整后的本振频率进行多次重复校验，判断所述ONU的本振频率与所述OLT指定的信道之间的频率偏移值是否在允许的频率偏移范围之内，并及时做出调整，其中，

发送单元，还用于根据调整后的本振频率向OLT发送一次或多次上行扩频信号，直到所述ONU的本振频率与所述OLT指定的信道之间的频率偏移值在允许的频率偏移范围之内；

接收解调单元，还用于接收所述OLT发送的下行扩频信号，判断所述下行扩频信号中是否携带调整完成指示信息或者从所述下行扩频信号中解调得到第二频率控制字是否在所述允许的频率偏移范围之内，如果不是，则将所述第二频率控制字发送至本振频率调整单元；

本振频率调整单元，还用于根据所述第二频率控制字对本地的本振频率进行调整。

最终，调整完毕的ONU，其本振频率与所述OLT指定的信道之间的频率偏移值将在允许的频率偏移范围之内。

如图4所示，本实施例还提供了一种实现PON系统本振同步的光线路终端(OLT)，包括：

接收解调单元，用于接收光网络单元(ONU)发送的上行扩频信号，对所述上行扩频信号解扩频估计出ONU的本振频率；

信号产生单元，用于根据ONU的本振频率与所OLT指定信道之间的频率偏移值生成频率控制字，将所述频率控制字调制在下行扩频信号中，将所述下行扩频信号发送至发送单元；

该频率偏移值可以是一个绝对值，也可以是带有正负方向的频率偏移值。

发送单元，用于将所述下行扩频信号发送给ONU。

其中，下行扩频信号的中心频率需要在所述ONU的相干接收频率范围内，ONU相干接收的方式有零差相干和外差相干，因此，可以将该下行扩频信号的中心频率调整到ONU的本振频率，也可以调整到与本振频率有一定差值的某个值，只要有一个对应的关系就可以，这样就保证了ONU在其信道频带内可以收到OLT发送的下行扩频信号中。

此外，该OLT还可以包括频率校验单元，在接收解调单元接收ONU调整本振频率后发送的上行扩频信号，对其解扩频估计出ONU调整后的本振频率之后；该频率校验单元用于判断所述本振频率与所述OLT指定的信道之间的频率偏移值是否在允许的频率偏移范围之内，并将判断结果发送至信号产生单元；

所述信号产生单元，还用于在所述判断结果为否时，根据该调整后的本振频率与OLT指定信道之间的频率偏移值生成第二频率控制字，将所述第二频率控制字调制在下行扩频信号中，将所述下行扩频信号发送至发送单元；在所述判断结果为是时，则生成包括调整完成指示信息的下行扩频信号给所述ONU。

实施例二：

在一个具体的应用场景中，以高速UDWDM-PON(超密集波分复用-无源光网络)系统为例，用户1在信道1上传输数据，而另一个用户2在开启光源时其波长落在相邻信道1中，这时需要将用户2信号的中心频率牵引至指定的信道2中，从而保证两个信道的数据通信不会相互干扰。然而，OLT端不能在信道1中直接提取出用户2的信号，这时可以通过CDMA技术对用户2的传输数据进行扩频编码，获得一定编码增益，将其传输光功率降低至远低于用户1的功率水平，用户2解调出下行低码率的频率控制数据的同时，保证信道1的信号传输不受用户2扩频信号的影响。

在具体实施时，如图5所示，本实施例提供了一种高速UDWDM-PON系统的本振同步方法，包括以下步骤：

S501：用户2ONU开机后，产生高码率的CDMA扩频序列，电光调制成扩频光信号上行传给OLT；

在具体实施时，例如，可以在保持信道1的传输速率和功率不变的情况下，降低信道2的发射光功率，其衰减量为上述CDMA扩频编码增益的一半(PD端信号功率的衰减与光功率的衰减呈平方关系)，使得用户2的光功率降至远低于用户1的功率水平，降低用户2的光功率主要是为了减小对用户1的干扰，从而保证了OLT能同时解调出两个信道的数据，这样，在用户2与OLT进行波长控制相关数据的通信时并不需要中断用户1的通信，信道1的上下行数据传输不受信道2存在的影响。

S502：OLT接收到所述扩频光信号后，通过二维搜索技术对该扩频信号解扩频，在一定的估计频差范围内搜索，估计出ONU的本振频率，并生成用于调整ONU本振频率的频率控制字；

其中，该频率控制字是指ONU的本振频率与将牵引至OLT指定的信道之间的频率偏移值，该频率偏移值为带有正负方向的值。

系统OLT根据在传信道的频谱占用情况分配未被占用的信道给准备传输的用户，所以，需要将ONU的本振频率牵引至OLT指定的信道，从而确保各用户的信道频谱不交叠。

上述解扩频的过程与传统的CDMA通信的解扩频过程相同，一维搜索为CDMA的码片搜索，另一维搜索为中心频率搜索。由于ONU端的开机频偏在一定范围以内，通常小于20GHz，因此OLT端只需在这个范围内搜索即可。

在具体实施时，OLT在一定的频差范围内进行二维搜索，搜索算法如下：

S5021：OLT先产生带有载波的扩频序列(码率与ONU端一致)，与采样后的上行信号进行相乘并作累加，得到积分值(积分累加和)；

S5022：计算不同频率的本地I/Q载波和码片位置的本地信号与接收信号的乘积的积分值；

S5023：找到积分的最大值(检测概率最大，即两个信号的载波和码片为基本相同)对应的本地载波的频率值和码相位值。

S5024：将二维搜索的码片步长和频率步长设置成较小的值，这样OLT端可以获得更加精确的ONU的本振频率值。

S503：OLT产生与该用户2(ONU端)的上行信号相同的伪随机序列，将频率控制字调制成下行扩频信号传输给ONU；

其中，OLT产生的扩频信号的调制数据为频率控制字，码率与用户2的扩频序列的码率相同，其中心频率调整为ONU上行信号的中心频率，即估计出的ONU的本振频率。该OLT产生的用户2的下行信号的中心频率等于OLT本振频率加上数字载波的频率偏移量。

其中，OLT下行信号的中心频率需要在所述ONU的相干接收频率范围内，ONU相干接收的方式有零差相干和外差相干，因此，可以将该下行扩频信号的中心频率调整到ONU的本振频率，也可以调整到与本振频率有一定差值的某个值，只要有一个对应的关系就可以，这样OLT下行信号的中心频率与ONU上行信号的中心频率就会有一个一一对应的关系，以保证ONU可以收到OLT发来的下行信号。

此外，OLT产生的伪随机序列需要与所述ONU上行发送来的扩频光信号的扩频序列保持一致，用于区别不同用户，因为不同的用户会使用不同的扩频序列。

S504：ONU接收到OLT发来的信号，先采用二维搜索对其进行解扩频，再通过锁频环FLL环路跟踪的方法解调出频率控制字，然后根据该频率控制字调整ONU本地的本振频率。

其中，上述ONU解扩频的工作过程与OLT端是一样的，都是通过二维搜索技术来实现，不同的是ONU还需锁频环FLL环路跟踪，这样才能保证频率控制信息的正确解调。FLL具体的结构如图6所示：鉴频器+低通滤波器+环路增益+载波NCO(数控振荡器)，输入数据为采样信号与本地I/Q载波及跟踪码相位的随机序列的乘积累加和(I/Q积分能量)，载波NOC用于载波控制字产生。这是现有技术，此处不再复缀。

需要说明的是，在上述对ONU的本振频率调整的过程中可能会出现调整误差，因此，为了确保对ONU的本振频率调整更加精确，可以进一步对ONU的本振频率进行校验调整，该校验调整的过程如下：

S601：用户2的ONU根据调整后的本振频率向OLT发送上行扩频信号；

S602：OLT接收到该上行扩频信号后，对其解扩频估计出所述ONU调整后的本振频率；

S603：OLT判断所述本振频率是否已经被调整到OLT指定的信道允许的频率偏移范围之内，如果是，则生成包括调整完成指示信息的下行扩频信号给所述ONU，结束流程，开始高速数据通信；否则，则执行步骤S604。

S604：OLT根据所述调整后的本振频率与所述OLT指定信道之间的频率偏移生成第二频率控制字，将所述第二频率控制字调制在下行扩频信号中发送给所述ONU；

S605：ONU接收该下行扩频信号并解调出所述第二频率控制字，根据该频率控制字对本地的本振频率进行调整。

上述步骤S601～S605可以重复多次执行，直到ONU的本振频率与所述OLT指定的信道之间的频率偏移值在允许的频率偏移范围之内。

最终ONU的本振频率将被牵引至OLT指定的信道上，OLT端产生的下行信号的中心频率最终也会调整到OLT指定的位置上，使得ONU的本振频率(用户2上行信号的中心频率)与OLT端产生的下行信号的中心频率完成同步，这里指的同步不一定必须是两者的频率完全一致，当ONU调整后的本振频率与OLT端产生的下行信号的中心频率具有一个确定的对应关系，均在OLT指定的信道允许的频率偏移范围之内，就已经达到了同步的效果，从而实现了高速UDWDM-PON系统的本振同步。

对于多用户(多个ONU)的情况，只要调整各用户下行信号的中心频率在各用户ONU的相干接收频率范围内即可，使得各用户最终的ONU的本振频率(上行信号的中心频率)与OLT产生的下行信号的中心频率均牵引至系统OLT端为该用户指定的信道上，达到同步。

应用示例：

在一个应用示例中，考虑系统的用户数和对频率同步时间的要求，系统参数设置如下：这里选择扩频周期为1023，待频率牵引的ONU的扩频序列的码率为正常数据通信的传输速率，扩频后获得30dB编码增益，将发射光功率降至正常通信时的1/1023(约为-30dB)，这是因为光电探测PD端电信号幅度的衰减与光功率的衰减呈线性关系，这种参数选择保证扩频通信与正常高速通信两种通信状态ONU与OLT获得相同的误码率。这样OLT能在单信道频谱中同时正确解调出一个在传信道和10个频率牵引信道的数据(在传信道功率与10个频率牵引信道的总干扰功率之比大于100，即信干比为20dB，这种信干比可以满足接收信噪比高于FEC0.1％误码率所需的值)。通常，ONU端开机频率相对上次开机的频偏小于20GHz，因此，对于信道间隔为5GHz的UDWDM-PON系统而言，至多存在8个ONU的激光器在开机时波长同时落在一个在传接信道中，因此码长为1023的扩频设计可以满足5GHz信道间隔的通信要求，当信道间隔小于4GHz时，只需要通过增加码周期长度，即可满足要求。

这里给不同的用户分配不同的扩频码，从而可以实现对多用户本振的同时调整。当多个ONU的本振频率LO频谱都在一个在传信道中时，这类用户数量通常小于4个，开机频偏小于20GHz，而信道间隔为5GHz，其他信道的用户开机时最差情况为相邻的左右4个信道的本振频率LO会落入在传信道中，同时对拟定的、与在传信道左右相邻各4个信道的ONU端进行本振频率牵引。码长为1023的扩频机制可以保证相邻ONU频率控制信号的总功率(相对于在传信道而言是干扰)与在传信道的功率相比仍很小，引入的干扰不影响其他在传信道的数据通信，这样能满足多个ONU的本振频率同步的要求，同时不会影响其他在传信道的正常通信。

如图7所示，存在多用户时，在具体实施时，该高速UDWDM-PON系统的本振同步方法包括以下步骤：

S701：各ONU产生不同的码率为1Gb/s、周期为1023的CDMA扩频序列，调制成扩频光信号上行传给OLT；

S702：OLT进行相干检测后，DSP进行二维搜索(码片位置+中心频率)，估计出各个ONU的本振频率，生成用于调整各ONU本振频率的频率控制字；

S703：OLT将频率控制字调制成下行扩频信号传输给ONU；

S704：各ONU进行二维的码搜索+FLL环路跟踪，将频率控制字解调出来，然后调整本地的本振频率；

S705：OLT通过估计的各ONU的本振频率值来判断各ONU的本振频率与所述OLT指定的信道之间的频率偏移值是否在允许的频率偏移范围之内；如果是，则执行步骤S706，否则重复步骤S701～S705，直到各ONU的本振频率与所述OLT指定的信道之间的频率偏移值是否在允许的频率偏移范围之内，只是各ONU根据每次调整后的本振频率产生扩频序列，OLT每次解调得到的本振频率均为重新调整后的的本振频率。

S706：开始高速数据通信。

根据如上参数进行仿真，图8给出了PD接收信号的信噪比为0dB、频差固定的条件下ONU端频率跟踪的误差结果(FFT计算先把频率误差控制在500Hz以内)，ONU端经过100ms量级的处理能够收敛至OLT端LO的频率，并解调出频率控制字来调整自身光源。这意味着每5kHz/s的频率阶跃，环路能够收敛，成功解调出频率控制字，这里设置的环路带宽为5Hz。实际频差阶跃可能会达到5MHz/s甚至更大，这时需要提高扩频信号的码率或者借助更加快速的模拟锁频环(AFLL)才能实现频率的跟踪和反馈控制本振频率。

在另外一个应用示例中，假设信道间隔5GHz，扩频信号的功率比非扩频信号的小-30dB，为了不影响相邻信道的高速数据传输(接收信号满足一定信噪比要求)，必须保证在同一个信道中进行频率同步的用户数量有限，假设数据通信BER所要求SNR＞20dB，码长为1023、信道间隔为5GHz的UDWDM-PON就要求这类用户的数量须小于10，这种条件下ONU端的激光器开机频差不超过50G，这远远大于现商用激光器的最大频偏。如果系统需要容忍100个用户开机时本振频率在同一信道内，可以将码率降为原来的1/10或扩频周期设为原来的10倍，使得后端解调增益放大10倍，从而降低系统对ONU端的本振开机频偏要求。

在该应用示例中，考虑系统的用户数(容忍100个用户开机)和对频率同步时间的要求，这里选择扩频周期为10230、用户的发射功率降至20dB，码率不变(1Gb/s)，使得系统可以容忍100个用户开机时本振频率在同一信道内。

从上述实施例可以看出，相对于现有技术，上述实施例中通过OLT对ONU的扩频信号进行解扩频估计出ONU的本振频率并生成频率控制字，将该频率控制字调制成下行扩频信号传输给ONU，ONU根据该频率控制字调整ONU的本振频率，最终ONU的本振频率将被调整到OLT指定的信道上，OLT产生的下行信号的中心频率最终也会被调整到OLT指定的位置上，使得ONU的本振频率与OLT产生的下行信号的中心频率达到同步，并将各ONU的本振频率牵引至OLT指定的信道上，以避免各ONU在开机后的信号频谱发生交叠，在实现了PON系统的本振同步的同时不会影响在传用户的正常通信。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。根据本发明的发明内容，还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种无源光网络(PON)系统的本振同步方法，应用于光网络单元(ONU)中，其特征在于：包括：

所述ONU发送上行扩频信号给光线路终端(OLT)，接收所述OLT发送的包括频率控制字的下行扩频信号，所述频率控制字为所述ONU的本振频率和所述OLT指定的信道之间的频率偏移值，对所述下行扩频信号解调得到所述频率控制字，根据所述频率控制字对本地的本振频率进行调整。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述ONU包括一个或多个，所述ONU为多个时，各ONU发送的上行扩频信号包含不同的扩频码。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述ONU使用低于正常通信时的光功率发送所述上行扩频信号。

4.如权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于：

所述ONU根据调整后的本振频率向OLT发送上行扩频信号，接收所述OLT发送的下行扩频信号，判断所述下行扩频信号中是否携带调整完成指示信息或者从所述下行扩频信号中解调得到的第二频率控制字是否在允许的频率偏移范围之内，如果不是，则根据所述第二频率控制字对本地的本振频率进行调整；

上述步骤执行一次或多次，直到所述ONU的本振频率与所述OLT指定的信道之间的频率偏移值在允许的频率偏移范围之内，则调整完毕。

5.一种无源光网络(PON)系统的本振同步方法，应用于光线路终端(OLT)中，包括：

所述OLT接收到光网络单元(ONU)发送的上行扩频信号，对所述上行扩频信号解扩频估计出所述ONU的本振频率，根据所述本振频率与所述OLT指定信道之间的频率偏移值生成频率控制字，将所述频率控制字调制在下行扩频信号中发送给所述ONU。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述OLT接收所述ONU调整本振频率后发送的上行扩频信号，对其解扩频估计出所述ONU调整后的本振频率，判断所述本振频率与所述OLT指定的信道之间的频率偏移值是否在允许的频率偏移范围之内，如果否，则根据所述调整后的本振频率与所述OLT指定信道之间的频率偏移值生成第二频率控制字，将所述第二频率控制字调制在下行扩频信号中发送给所述ONU；

上述步骤执行一次或多次，直到所述ONU的本振频率与所述OLT指定的信道之间的频率偏移值在允许的频率偏移范围之内，则生成包括调整完成指示信息的下行扩频信号给所述ONU。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

执行下述步骤一次或多次：

所述OLT接收所述ONU调整本振频率后发送的上行扩频信号，对其解扩频估计出所述ONU调整后的本振频率，根据所述调整后的本振频率与所述OLT指定信道之间的频率偏移值生成第二频率控制字，将所述第二频率控制字调制在下行扩频信号中发送给所述ONU。

8.如权利要求5至7任一所述的方法，其特征在于：

所述下行扩频信号的中心频率在所述ONU的相干接收频率范围内。

9.一种光网络单元(ONU)，包括：

发送单元，用于发送上行扩频信号给光线路终端(OLT)；

接收解调单元，用于接收所述OLT发送的包括频率控制字的下行扩频信号，并对所述扩频信号解扩解调得到所述频率控制字，所述频率控制字为所述ONU的本振频率和所述OLT指定的信道之间的频率偏移值；将所述频率控制字发送至本振频率调整单元；

本振频率调整单元，用于根据所述频率控制字对本地的本振频率进行调整。

10.如权利要求9所述的ONU，其特征在于：

所述发送单元，用于当存在多个ONU向所述OLT发送上行扩频信号时，使用与其他ONU不同的扩频码生成所述上行扩频信号。

11.如权利要求9所述的ONU，其特征在于：

所述发送单元使用低于正常通信时的光功率发送所述上行扩频信号。

12.如权利要求9至11任一所述的ONU，其特征在于：

所述发送单元，还用于根据调整后的本振频率向OLT发送一次或多次上行扩频信号，直到所述ONU的本振频率与所述OLT指定的信道之间的频率偏移值在允许的频率偏移范围之内；

所述接收解调单元，还用于接收所述OLT发送的下行扩频信号，判断所述下行扩频信号中是否携带调整完成指示信息或者从所述下行扩频信号中解调得到第二频率控制字是否在允许的频率偏移范围之内，如果不是，则将所述第二频率控制字发送至本振频率调整单元；

所述本振频率调整单元，还用于根据所述第二频率控制字对本地的本振频率进行调整。

13.一种光线路终端(OLT)，包括：

接收解调单元，用于接收光网络单元(ONU)发送的上行扩频信号，对所述上行扩频信号解扩频估计出所述ONU的本振频率；

信号产生单元，用于根据所述本振频率与所述OLT指定信道之间的频率偏移值生成频率控制字，将所述频率控制字调制在下行扩频信号中，将所述下行扩频信号发送至发送单元；

发送单元，用于将所述下行扩频信号发送给所述ONU。

14.如权利要求13所述的OLT，其特征在于：还包括频率校验单元，

所述接收解调单元，还用于接收所述ONU调整本振频率后发送的上行扩频信号，对其解扩频估计出所述ONU调整后的本振频率；

所述频率校验单元，用于判断所述本振频率是否已经被调整到OLT指定的信道允许的频率偏移范围之内，并将判断结果发送至信号产生单元；

所述信号产生单元，还用于在所述判断结果为否时，根据所述调整后的本振频率与所述OLT指定信道之间的频率偏移值生成第二频率控制字，将所述第二频率控制字调制在下行扩频信号中，将所述下行扩频信号发送至发送单元；在所述判断结果为是时，则生成包括调整完成指示信息的下行扩频信号给所述ONU。

15.如权利要求13所述的OLT，其特征在于，

所述接收解调单元，还用于接收所述ONU调整本振频率后发送的上行扩频信号，对其解扩频估计出所述ONU调整后的本振频率；

所述信号产生单元，还用于根据所述调整后的本振频率与所述OLT指定信道之间的频率偏移值生成第二频率控制字，将所述第二频率控制字调制在下行扩频信号中，将所述下行扩频信号发送至发送单元。

16.如权利要求13至15任一所述的OLT，其特征在于：

所述下行扩频信号的中心频率在所述ONU的相干接收频率范围内。

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