CN102377724B - 基于单波长ofdma无源光网络上下行传输系统 - Google Patents

基于单波长ofdma无源光网络上下行传输系统 Download PDF

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Abstract

一种基于单波长OFDMA无源光网络上下行传输系统，涉及光通信技术领域，所解决的是降低系统成本，提高频谱利用率的技术问题。该系统包括光线路终端、远端节点和多个光网络单元；所述光线路终端包括激光器、数据调制单元、上行数据接受单元，所述数据调制单元用于将下行信号调制在激光器所产生的光载波信号下边带上，所述上行数据接受单元用于解调上行信号；所述远端节点用于将下行调制信号分配到各光网络单元，及将各光网络单元输出的上行调制信号转发给光线路终端；所述光网络单元对下行调制信号进行解调，并从下行调制信号中分离出光载波后，将上行信号调制在分离出的光载波的上边带上后发送给远端节点。本发明提供的系统，系统成本低。

Description

基于单波长OFDMA无源光网络上下行传输系统
技术领域
本发明涉及光通信技术，特别是涉及一种基于单波长OFDMA无源光网络上下行传输系统的技术。
背景技术
无源光网络（Passive Optical Network，PON）作为低成本解决光纤到户接入终端方案，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-Multiplexing Passive Optical Network，WDM-PON）技术虽然可以提供较高的带宽容量，可以在专用的波长通道上透明地传输各种业务数据，但是WDM-PON受到较高的系统成本和当前技术条件下的资源分配的限制。
正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技术来源于射频传输领域，在光通信中具有较大的潜力，它可以将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。
正交频分复用无源光网络（OFDM PON）技术自从在2008年欧洲光通信（European Conference on Optical Communication，ECOC）会议上由普林斯顿NEC实验室提出以来，经过两年多的发展，OFDM PON中的技术研究主要围绕在OFDM调制码型的应用和基于正交频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）接入技术的无源光网络的体系结构等方面进行研究。有关OFDMA PON中的调制解调技术研究工作，近几年主要围绕着光OFDM的强度调制和直接检测进行。在现有的OFDMA PON上行通信系统中，为了避免由直接检测产生的拍频噪声的影响，每个光网络单元（ONU）需要单一波长通道，因此基于直接检测的OFDMA PON系统中一般上行通道需要联合WDM技术。现有的PON系统一般采用空分复用或波分复用的方式来传输上下行数据，即采用不同的光纤或不同波长的光载波来分别传输，这在一定程度上浪费了光纤资源和波长资源，增加了OFDM PON系统的成本。
经对现有文献检索发现，Dayou Qian等人2010年在《Journal of Lightwave Technology》（光波技术期刊）上发表了题为“108 Gb/s OFDMA-PON with Polarization Multiplexing and Direct Detection（采用偏振复用和直接检测的108Gb/s 的正交频分多址的无源光网络系统）”的文章，该文章仅提出了一种提高下行传输速率方案，该方案采用偏振复用技术将两路数据信号调制在两个正交的偏振态，实现了偏振复用进而提高下行传输速率，实现频谱利用率的提高。该方案虽然是目前OFDMA PON系统中实现最高下行速率的方案，然而该方案采用了偏振复用技术，需要精确控制信号的偏振态，而信号偏振态容易受外界环境影响，系统极不稳定，因此这种方案不易于实现，一定程度上加大OFDMA PON的成本，故实用意义不是很大。
又经检索发现，Dayou Qian等人在2009年欧洲光通信会议ECOC上发表了题为“Single-Wavelength 108 Gb/s Upstream OFDMA-PON Transmission”（单载波的上行108 Gb/s OFDMA PON传输系统）的文章，该文章提出了在OFDM PON的光线路终端中使用相干检测来解调上行数据的结构。该结构中，在光线路终端采用了四个连续波的激光光源，其中两个分别作为下行和上行光载波信号；另外两个分别作为不同上行数据的相干检测的相干光源，在文章中提出该方案的关键点在于在光线路终端使用了相干检测，能够使光网络终端传输的载波抑制的上行数据在解调端减少宽带拍频噪声的影响，进而完全再生正交频分多址的电信号。然而，该方案采用单独的两个光源在光线路终端作为外差式相干检测的本地振荡光源，在一定程度上增加了光线路终端的成本，并且没有充分利用光载波的资源，从而在一定程度上使无源光网络系统失去的低成本的优势，且在光网络单元（ONU）采用射频源将基带OFDM信号上变频，射频源的使用也会带来光网络单元（ONU）成本的增加。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种系统成本，频谱利用率高的基于单波长OFDMA无源光网络上下行传输系统。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种基于单波长OFDMA无源光网络上下行传输系统，包括光线路终端、远端节点和多个光网络单元；
所述光线路终端包括用于产生光载波信号的激光器，用于调制OFDM下行信号的数据调制单元，用于解调OFDM上行信号的上行数据接受单元；
所述远端节点是光分路合路器；
所述数据调制单元包括第一马赫曾德调制器、第一耦合器、第一混频器、第一90度移相器、第一环形器，及用于产生射频信号的第一射频源，用于产生OFDM下行信号的第一OFDM信号源；
所述激光器的输出端经第一耦合器接到第一马赫曾德调制器的光载波信号输入端；
所述第一混频器设有两个信号输入端、两个信号输出端，其两个信号输入端分别接到第一OFDM信号源的输出端及第一射频源的输出端，其一个信号输出端接到第一马赫曾德调制器的一个调制信号输入端，另一个信号输出端经第一90度移相器接到第一马赫曾德调制器的另一个调制信号输入端；
所述上行数据接收单元包括一电域处理器；
所述第一环形器有三个工作端口，分别为第一工作端口、第二工作端口、第三工作端口，其第一工作端口接到第一马赫曾德调制器的调制信号输出端，其第二工作端口经馈入式光纤接到远端节点的合路端口，其第三工作端口接到上行数据接收单元中的电域处理器的输入端；
所述光网络单元包括第二马赫曾德调制器、第二耦合器、第二混频器、第二90度移相器、第二环形器、第一光滤波器、第二光滤波器，及用于产生射频信号的第二射频源，用于产生OFDM上行信号的第二OFDM信号源，用于解调OFDM下行信号的下行数据处理器；
所述第二混频器设有两个信号输入端、两个信号输出端，其两个信号输入端分别接到第二OFDM信号源的输出端及第二射频源的输出端，其一个信号输出端接到第二马赫曾德调制器的一个调制信号输入端，另一个信号输出端经第二90度移相器接到第二马赫曾德调制器的另一个调制信号输入端；
所述第二环形器有三个工作端口，分别为第一工作端口、第二工作端口、第三工作端口，其第二工作端口经第一光滤波器接到第二马赫曾德调制器的光载波信号输入端；
所述第二马赫曾德调制器的调制信号输出端经第二光滤波器接到第二环形器的第三工作端口；
所述第二耦合器设有一个合路端口及两个分路端口，其一个分路端口经一光电检测器接到下行数据处理器的输入端，另一个分路端口接到第二环形器的第一工作端口；
所述远端节点的各个分路端口经分布式光纤分别接到各光网络单元中的第二耦合器的合路端口。
本发明提供的基于单波长OFDMA无源光网络上下行传输系统，光网络单元将下行光载波复用于上行OFDM数据的调制，从而实现了光网络单元的无色化，降低了光网络单元的成本，并采用单边带调制技术将上行和下行OFDM数据调制在同一个光载波的上下两个边带上，节约了波长资源，提高了频谱利用率，有效降低了多波长OFDM无源光网络系统的成本；同时，将上下行OFDM数据调制在同一个光载波上可以在同一根光纤中传输，节省了光纤资源，进一步节省了成本。
附图说明
图1是本发明实施例的基于单波长OFDMA无源光网络上下行传输系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例所提供的一种基于单波长OFDMA无源光网络上下行传输系统，包括光线路终端1、远端节点3和多个光网络单元5；
所述光线路终端1包括用于产生光载波信号的激光器6，用于调制OFDM下行信号的数据调制单元27，用于解调OFDM上行信号的上行数据接受单元26；
其特征在于：所述远端节点3是光分路合路器；
所述数据调制单元27包括第一马赫曾德调制器12、第一耦合器7、第一混频器9、第一90度移相器11、第一环形器13，及用于产生射频信号的第一射频源8，用于产生OFDM下行信号的第一OFDM信号源10；
所述激光器6的输出端经第一耦合器7接到第一马赫曾德调制器12的光载波信号输入端；
所述第一混频器9设有两个信号输入端、两个信号输出端，其两个信号输入端分别接到第一OFDM信号源10的输出端及第一射频源8的输出端，其一个信号输出端接到第一马赫曾德调制器12的一个调制信号输入端，另一个信号输出端经第一90度移相器11接到第一马赫曾德调制器12的另一个调制信号输入端；
所述上行数据接收单元26包括一电域处理器14；
所述第一环形器13有三个工作端口，分别为第一工作端口、第二工作端口、第三工作端口，其第一工作端口接到第一马赫曾德调制器12的调制信号输出端，其第二工作端口经馈入式光纤2接到远端节点3的合路端口，其第三工作端口接到上行数据接收单元26中的电域处理器14的输入端；
所述光网络单元5包括第二马赫曾德调制器25、第二耦合器15、第二混频器23、第二90度移相器24、第二环形器18、第一光滤波器19、第二光滤波器20，及用于产生射频信号的第二射频源21，用于产生OFDM上行信号的第二OFDM信号源22，用于解调OFDM下行信号的下行数据处理器17；
所述第二混频器23设有两个信号输入端、两个信号输出端，其两个信号输入端分别接到第二OFDM信号源22的输出端及第二射频源21的输出端，其一个信号输出端接到第二马赫曾德调制器25的一个调制信号输入端，另一个信号输出端经第二90度移相器24接到第二马赫曾德调制器25的另一个调制信号输入端；
所述第二环形器18有三个工作端口，分别为第一工作端口、第二工作端口、第三工作端口，其第二工作端口经第一光滤波器19接到第二马赫曾德调制器25的光载波信号输入端；
所述第二马赫曾德调制器25的调制信号输出端经第二光滤波器20接到第二环形器18的第三工作端口；
所述第二耦合器15设有一个合路端口及两个分路端口，其一个分路端口经一光电检测器16接到下行数据处理器17的输入端，另一个分路端口接到第二环形器18的第一工作端口；
所述远端节点3的各个分路端口经分布式光纤4分别接到各光网络单元5中的第二耦合器15的合路端口。
本发明实施例的工作原理如下：
激光器6输出的光载波信号经第一耦合器7输入第一马赫曾德调制器12；
第一OFDM信号源10产生的OFDM下行信号与第一射频源8产生的射频信号经第一混频器9混合后分成两路，其中一路直接输入第一马赫曾德调制器12，另一路经移相后输入第一马赫曾德调制器12，通过第一马赫曾德调制器12将第一混频器9的输出信号调制在光载波信号的下边带上，第一马赫曾德调制器12输出的下行OFDM调制信号经第一环形器13、馈入式光纤2输入远端节点3，再由远端节点3转送至光网络单元5的第二耦合器15；
下行OFDM调制信号经第二耦合器15后分成两路，其中一路先由光电检测器16进行光电转换处理，再输入到下行数据处理器17进行解调，另一路经第二环形器18输入第一光滤波器19，由第一光滤波器19分离出光载波信号输入第二马赫曾德调制器25；
第二OFDM信号源22产生的OFDM上行信号与第二射频源21产生的射频信号经第二混频器23混合后分成两路，其中一路直接输入第二马赫曾德调制器25，另一路经移相后输入第二马赫曾德调制器25，通过第二马赫曾德调制器25将第二混频器23的输出信号调制在光载波信号的上边带上，第二马赫曾德调制器25输出的上行OFDM调制信号经第二光滤波器20滤除上行已调光信号中的光载波，再依次通过第二环形器18、第二耦合器15输入远端节点3，再由远端节点3转送至光线路终端1的第一环形器13，由第一环形器13分配至上行数据接收单元26中的电域处理器14解调。

Claims (1)

1.一种基于单波长OFDMA无源光网络上下行传输系统，包括光线路终端、远端节点和多个光网络单元；
所述光线路终端包括用于产生光载波信号的激光器，用于调制OFDM下行信号的数据调制单元，用于解调OFDM上行信号的上行数据接收单元；
其特征在于：所述远端节点是光分路合路器；
所述数据调制单元包括第一马赫曾德调制器、第一耦合器、第一混频器、第一90度移相器、第一环形器，及用于产生射频信号的第一射频源，用于产生OFDM下行信号的第一OFDM信号源；
所述激光器的输出端经第一耦合器接到第一马赫曾德调制器的光载波信号输入端；
所述第一混频器设有两个信号输入端、两个信号输出端，其两个信号输入端分别接到第一OFDM信号源的输出端及第一射频源的输出端，其一个信号输出端接到第一马赫曾德调制器的一个调制信号输入端，另一个信号输出端经第一90度移相器接到第一马赫曾德调制器的另一个调制信号输入端；
所述上行数据接收单元包括一电域处理器；
所述第一环形器有三个工作端口，分别为第一工作端口、第二工作端口、第三工作端口，其第一工作端口接到第一马赫曾德调制器的调制信号输出端，其第二工作端口经馈入式光纤接到远端节点的合路端口，其第三工作端口接到上行数据接收单元中的电域处理器的输入端；
所述光网络单元包括第二马赫曾德调制器、第二耦合器、第二混频器、第二90度移相器、第二环形器、第一光滤波器、第二光滤波器，及用于产生射频信号的第二射频源，用于产生OFDM上行信号的第二OFDM信号源，用于解调OFDM下行信号的下行数据处理器；
所述第二混频器设有两个信号输入端、两个信号输出端，其两个信号输入端分别接到第二OFDM信号源的输出端及第二射频源的输出端，其一个信号输出端接到第二马赫曾德调制器的一个调制信号输入端，另一个信号输出端经第二90度移相器接到第二马赫曾德调制器的另一个调制信号输入端；
所述第二环形器有三个工作端口，分别为第一工作端口、第二工作端口、第三工作端口，其第二工作端口经第一光滤波器接到第二马赫曾德调制器的光载波信号输入端；
所述第二马赫曾德调制器的调制信号输出端经第二光滤波器接到第二环形器的第三工作端口；
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