CN102281118A - 基于光正交频分多址接入的波分复用无源光网络传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于光正交频分多址接入的波分复用无源光网络传输系统，包括光线路终端、环形接入光纤、以及若干子无源光网络，每个子无源光网络的远端结点通过相应的分布式光纤分别连接N个光网络单元，光线路终端、以及远端结点与环形接入光纤相连，用于传输基于正交频分复用调制的波分复用信号，波分复用信号在远端结点处解复用后，传输到对应的子无源网络，通过相应的分布式光纤将信息传送到对应的子无源光网络中的各个光网络单元。本发明实现了大容量、长距离通信，能够充分利用正交频分复用技术的优点，提高频带利用率，此外，环树形的拓扑结构可以实现城域网和接入网的融合，提高网络的可靠性，从而提高了无源光网络的接入能力和服务质量。

Description

基于光正交频分多址接入的波分复用无源光网络传输系统

技术领域

本发明涉及光通信技术领域的系统，具体地，涉及一种基于光正交频分多址接入的波分复用无源光网络传输系统。

背景技术

随着信息技术的迅猛发展，高清晰电视（High Definition TV, HDTV）电视、交互式游戏、大文件共享、视频会议等新兴宽带业务地不断涌现和增长，对接入网的宽带和多业务统一承载以及传输能力提出了更高的要求。因此，未来的接入网要求实现宽带接入和长距离大容量通信的功能。

无源光网络（Passive Optical Network, PON）是一种光纤宽带接入技术，是目前宽带接入网的主流技术之一，其低成本、容量大、传输距离长、承载数据业务效率高等优点已经得到广泛的共识，被认为是解决“最后一公里”宽带瓶颈的最佳方案之一。为了提高PON的接入能力，降低网络的运营维护成本，目前，PON的研究热点方向主要集中在两个方面：全光融合城域网、接入网的长距离PON和新型的接入技术在PON中的应用。

长距离PON利用光放大技术和波分复用技术，将PON的传输距离从20km扩展到100km以上，融合了城域网和接入网，服务了更多的网络用户，从而大大降低网络运营成本，成为一种性价比较高、易于管理的新型网络结构。目前已提出的长距离PON体系结构主要有两阶段树形拓扑结构和环形加树形拓扑结构。其中，两阶段树形拓扑结构利用波分复用技术融合了多个时分复用无源光网络（Time Division Multiplexed Passive Optical Network, TDM PON）系统，扩展了PON系统的覆盖范围和可达距离，但在网络保护恢复方面缺乏相应的实现机制。而环形加树形拓扑结构，综合了两种拓扑结构的优点，既拥有树形结构易于扩展和升级的优点，又拥有环形拓扑生存性高，保护恢复性能好等优点，在实现城域网和接入网融合的同时，提高了网络的可靠性；此外，该结构与城域网的环形结构相一致，易于实现城域网和接入网的融合，扩大了无源光网络的覆盖范围和接入能力。

现有的无源光网络主要分为时分复用无源光网络和波分复用无源光网络（Wavelength Division Multiplexed Passive Optical Network, WDM PON）。时分复用接入技术，带宽为用户共享，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，进而提高了系统的成本。

正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiple, OFDM）是目前在无线通信中应用较为成熟的高速传输技术，其基本思想是将高速数据串行分割成多个低速数据串行，并将这些数据串行同时调制在数个彼此相互正交的载波上传送，具有高频谱利用率、抗多径干扰等优点。该技术在光通信中具有较大的潜力，能提高光网络的接入带宽和抗色散能力。最近几年，OFDM作为光通信中的新兴技术被引入PON系统中，它在PON中的研究热点，除了围绕OFDM码型调制应用的研究之外，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，F. T. An等人在《Communication Magazine（通信杂志）》上发表了题为“SUCCESS-HPON: A next-generation optical access architecture for smooth migration from TDM-PON to WDM-PON”（ SUCCESS-HPON：从TDM-PON向WDM-PON平滑升级的下一代光接入网 ）的文章。该文提出了一种环形加树形的PON体系结构，该网络体系结构融合了TDM-PON和WDM-PON两子系统。远端节点（Remote Node, RN）与相应光网络单元（Optical Network Unit, ONU）之间采用树形拓扑结构，且利用TDM的接入技术。光线路终端（Optical Line Terminal, OLT）采用WDM技术连接各个RN，OLT与RN之间采用环形拓扑结构。OLT端的可调发射器根据设计好的介质访问控制（Media Access Control, MAC）协议和调度算法，产生下行数据帧和可供ONU调制的连续波CW，实现有效的双向通信。ONU端没有配置本地光源，用SOA调制放大来自OLT的连续波CW，用于上行传输。该体系结构具有后向兼容和易于升级的特点，并且拥有较高的保护和恢复能力。但是，系统中的每个子PON仍需通过TDM技术接入，限制了ONU的接入带宽，且需要在OLT端采用复杂的资源调度算法。

又经检索发现，Dayou Qian等人在2009年的国际光纤通信会议Optical Fiber Communication Conference，OFC上发表了题为“Optical OFDM Transmission in Metro/Access Networks”（核心/接入网中的光正交频分复用传输）的文章。提出了用OFDM技术实现ONU的接入。在该体系结构中OLT将全部可用的频带切割成数个相互正交的子载波，为每一个ONU分配一个子通道(sub-channel)，每个子通道可以为一个或者多个子载波，而部分子载波提供给特定的服务，如提供ROF(Radio Over fiber)的服务；同时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。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述缺点和不足，提出了基于OFDMA的环树形混合无源光网络传输系统，采用了环树形的拓扑结构，将OFDMA接入技术和波分复用技术同时引用到无源光网络中，提高了无源光网络的接入能力；环树形的拓扑结构，可以实现城域网和接入网的融合，扩大PON系统的接入范围，有利于降低系统成本，同时，环形拓扑有利于网络生存和保护恢复性能的提高，进一步提高了网络服务的可靠性。

根据本发明的一个方面，提供一种基于光正交频分多址接入的波分复用无源光网络传输系统，包括光线路终端、环形接入光纤、以及n个子无源光网络，其中，每个所述子无源光网络包括分布式光纤、远端节点、以及若干光网络单元，各个所述远端结点通过相应的所述分布式光纤分别连接N个所述光网络单元，其中，N取决于所述远端结点中分路合路器的分光比，n为所述光线路终端1采用的波长通道数，所述光线路终端、以及所述远端结点与所述环形接入光纤相连，用于传输基于正交频分复用调制的波分复用信号，所述波分复用信号在所述远端结点处解复用后，传输到对应的所述子无源网络，通过相应的所述分布式光纤将信息传送到对应的所述子无源光网络中的各个所述光网络单元。

优选地，采用环树形拓扑结构，所述光线路终端和所述远端结点用所述环形接入光纤相连，各所述远端结点与若干光网络单元采用树形拓扑结构连接。

优选地，各个所述子无源光网络通过波分复用形式接入所述光线路终端，每个所述子无源光网络各自具有固定波长，各个所述子无源光网络中的光网络单元通过正交频分多址复用技术接入系统。

优选地，所述远端结点包括光波分复用器/解复用器以及光分路合路器，其中，所述光波分复用器/解复用器用于将不同波长的上行光载波耦合进所述环形接入光纤中，并将所述环形接入光纤中不同波长的下行光载波解复用至不同的所述子无源光网路中，所述光分路合路器用于将多个所述光网络单元的上行光信号聚合到所述分布式光纤中，同时将所述分布式光纤中传输的下行光信号分发给相应的子无源光网络的各个光网络单元，所述远端结点将下行信号通过所述分布式光纤分发给相应的所述子无源光网络中的各个光网络单元，同时将上行信号通过所述环形接入光纤传输到所述光线路终端。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）采用波分复用和正交频分复用多址接入混合的方法，使波分复用技术的每个波长可以同时接入更多的光网络单元，实现了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；

（2）环树形的拓扑结构，将树形结构灵活易于扩展和环形拓扑自愈能力强、生存性高的优点综合起来，提高了网络服务的可靠性，易于升级和扩容；该体系结构可以实现城域网和接入网的融合，可实现长距离，大容量的传输数据和业务，降低了网络运营成本和操作成本（管理较少的控制单元）；

（3）光线路终端采取固定几个波长接入各个子无源光网络，结构简单，可以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，各个子无源光网络的光网络单元使用同一波长的不同子载波上行数据，降低了网络资源调度的复杂度，从而进一步降低了成本。

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

下面结合附图给出本发明实施例的详细说明和具体实施方式：各实施例以本发明所述及技术方案为前提进行实施，给出详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于以下实施例。

如图1所示，在本实施例中，所述基于光正交频分多址接入的波分复用无源光网络传输系统包括光线路终端1、环形接入光纤2、以及n个子无源光网络，其中，每个所述子无源光网络包括分布式光纤3、远端节点、以及若干光网络单元，各个所述远端结点通过相应的所述分布式光纤3分别连接N个所述光网络单元，其中，N取决于所述远端结点中分路合路器的分光比，n为所述光线路终端1采用的波长通道数，所述光线路终端1、以及所述远端结点与所述环形接入光纤2相连，用于传输基于正交频分复用调制的波分复用信号，所述波分复用信号在所述远端结点处解复用后，传输到对应的所述子无源网络，通过相应的所述分布式光纤3将信息传送到对应的所述子无源光网络中的各个所述光网络单元。

优选地，所述远端结点包括第一远端结点、第二远端结点、第三远端结点、第n远端结点。其中，第一远端结点连接有光网络单元1-1,1-2,……,1-N；第二远端结点连接有光网络单元2-1,2-2,……,2-N；第三远端结点连接有光网络单元3-1,3-2,……,3-N；第n远端结点连接有光网络单元n-1,n-2,……,n-N。

优选地，所述基于光正交频分多址接入的波分复用无源光网络传输系统采用环树形拓扑结构，所述光线路终端和所述远端结点用所述环形接入光纤相连，各所述远端结点与若干光网络单元采用树形拓扑结构连接，各个所述子无源光网络通过波分复用形式接入所述光线路终端，每个所述子无源光网络各自具有固定波长，各个所述子无源光网络中的光网络单元通过正交频分多址复用技术接入系统，所述远端结点包括光波分复用器/解复用器以及光分路合路器，其中，所述光波分复用器/解复用器用于将不同波长的上行光载波耦合进环形接入光纤2中，并将环形接入光纤2中不同波长的下行光载波解复用至不同子无源光网路中。所述光分路合路器用于将多个光网络单元的上行光信号聚合到分布式光纤中，同时将分布式光纤中传输的下行光信号分发给相应的子无源光网络的各个光网络单元。所述远端结点将下行信号通过所述分布式光纤分发给相应的所述子无源光网络中的各个光网络单元，同时将上行信号通过所述环形接入光纤传输到所述光线路终端。

更为具体地，图1中的每个所述远端结点和其相应的分布式光纤3以及各个光网络单元组成了不同的子无源光网络。每个所述子无源光网络分别通过波长复用技术由相应的波长通道λ1，λ2，… , λn接入系统，其中n为所述光线路终端1采用的波长通道数。所述光网络单元采用正交频分多址接入的方式由所述分布式光纤3汇聚到所述远端结点。根据本发明的所述系统分配给每个所述子无源光网络一个波长的同时也分配给所述子无源光网络下的每个所述光网络单元一部分子载波。实现了光正交频分复用多址接入和波分复用接入技术的结合。

各个远端结点分别采用固定的波长通道（λ1，λ2，… , λn）接入系统，例如第一远端结点采用固定的波长通道λ1接入系统，又例如第二远端结点采用固定的波长通道λ2接入系统，又例如第三远端结点采用固定的波长通道λ3接入系统，又例如第n远端结点采用固定的波长通道λn接入系统。采用固定波长通道数降低了系统对波长复用的无源光网络系统中的多波长可调光源的要求。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，在一个优选例中，所述光线路终端1可以通过其中一个波长通道32个光网络单元，则整个系统所能接入的光网络单元数为32n个，即本优选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；进一步优选地，如若各个所述远端结点中分路合路器的分光比增大，则使系统接入的ONU的数量将更多，而原来的多个光线路终端（OLT）在本优选例中合并成了一个。

图2示出的是在本发明中单个所述子无源光网络中的各个所述光网络单元采用正交频分多址接入技术接入的原理。在每个所述子无源光网络中，各个所述光网络单元分配到该波长通道内的一个子通道。对于不同的时隙而言，每个所述光网络单元分配到的子通道是一个或者多个正交子载波。而在同一时隙内，不同的所述光网络单元可分配到该波长通道内不同的子通道。此外，可以预留一些子载波给某些特定的业务，例如来自无线信号基站的数据。

本发明的优点是将正交频分复用技术和波分复用技术结合起来，增加了无源光网络的接入能力，避免了波分复用无源光网络单纯通过增加波长数来提高接入能力的弊端。同时，每个子所述无源光网络使用固定波长，降低了OLT端对网络资源进行调度的计算复杂度。在用户端，由于各个所述光网络单元利用固定的波长通道进行上行数据的传输，因此可以采用普通的廉价的光源。环树形拓扑结构具有树形拓扑结构简单，易于升级，扩展的优点，同时还具有环形拓扑自愈能力高，生存性好的特点，提高了系统的可扩展性和可靠性。此外，根据本发明的所述系统可以实现城域网和接入网的融合，所述系统中每个所述子无源光网络的结构和覆盖范围相当于一个现有的无源光网络，因此，本发明可以在现有的无源光网络体系上进行升级，具有后向兼容性。该实施例在增大了网络覆盖范围和接入能力的同时，降低了系统的运营和操作成本。

Claims (4)

1.一种基于光正交频分多址接入的波分复用无源光网络传输系统，其特征在于，包括光线路终端、环形接入光纤、以及n个子无源光网络，其中，每个所述子无源光网络包括分布式光纤、远端节点、以及若干光网络单元，各个所述远端结点通过相应的所述分布式光纤分别连接N个所述光网络单元，其中，N取决于所述远端结点中分路合路器的分光比，n为所述光线路终端1采用的波长通道数，所述光线路终端、以及所述远端结点与所述环形接入光纤相连，用于传输基于正交频分复用调制的波分复用信号，所述波分复用信号在所述远端结点处解复用后，传输到对应的所述子无源网络，通过相应的所述分布式光纤将信息传送到对应的所述子无源光网络中的各个所述光网络单元。

2.根据权利要求1所述的基于光正交频分多址接入的波分复用无源光网络传输系统，其特征在于，采用环树形拓扑结构，所述光线路终端和所述远端结点用所述环形接入光纤相连，各所述远端结点与若干光网络单元采用树形拓扑结构连接。

3.根据权利要求1所述的基于光正交频分多址接入的波分复用无源光网络传输系统，其特征在于，各个所述子无源光网络通过波分复用形式接入所述光线路终端，每个所述子无源光网络各自具有固定波长，各个所述子无源光网络中的光网络单元通过正交频分多址复用技术接入系统。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于光正交频分多址接入的波分复用无源光网络传输系统，其特征在于，所述远端结点包括光波分复用器/解复用器以及光分路合路器，其中，所述光波分复用器/解复用器用于将不同波长的上行光载波耦合进所述环形接入光纤中，并将所述环形接入光纤中不同波长的下行光载波解复用至不同的所述子无源光网路中，所述光分路合路器用于将多个所述光网络单元的上行光信号聚合到所述分布式光纤中，同时将所述分布式光纤中传输的下行光信号分发给相应的子无源光网络的各个光网络单元，所述远端结点将下行信号通过所述分布式光纤分发给相应的所述子无源光网络中的各个光网络单元，同时将上行信号通过所述环形接入光纤传输到所述光线路终端。

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