CN102685613B - 一种基于wdm-ofdma技术的城域接入网融合系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于WDM-OFDMA技术的融合接入网系统，通过WDM-OFDMA双纤环和若干个OFDMA单纤树将核心网和用户终端连接起来，使城域网与接入网有效融合在一起。同时，在实际配置WDM-OFDMA双纤环的时候，可以根据用户终端的实际需求在现有的WDM-OFDMA双纤环中增加相应数目的中心节点，这样的添加不会影响其他已经配置好的中心节点的正常工作，因而，具有非常好的扩展性和灵活性，能够适应当今社会网络信息容量日益增长的趋势。
Description
技术领域
本发明属于光通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于WDM-OFDMA技术的城域接入网融合系统。
背景技术
随着通信容量的快速增大、通信业务的日益丰富、通信应用需求的灵活多样，现有网络对于能效利用最优化、传输通道透明化、网络集成化的要求越来越高，传统城域网与接入网的并存发展模式难以适应下一代互联网的发展需求，因而寻求一种能够解决上述问题的新型网络体系结构已成为未来城域网与接入网技术领域发展所面临的重大挑战。城域与接入网融合的新型网络体制作为一种新的网络体系，要能充分体现网络扁平化和业务融合承载的下一代互联网发展需求，近年来城域与接入网融合课题受到业界高度重视，已成为国际竞争的焦点和制高点。在传统的网络中，城域网与接入网是两个独立的网络并分开发展的，城域网(Metropolitan Area Network，简称MAN)是在一个城市范围内所建立的计算机通信网，用来将同一区域内的多个局域网互联起来，完成的工作就是将接入层的低速信号进行汇聚、复用，充当边缘网络的角色。而接入网则主要完成使用户接入到核心网的任务。在IP普及到各个领域的今天，城域网和接入网的性质正在发生演变，它们除继续保持传送功能外，还增加了控制和管理等多种功能。因此，城域网与接入网的融合与统一是未来网络发展的必然趋势。
在2009年召开的光纤通信国际会议OFC上，美国NEC实验的Wei Wei等人提出了一种基于OFDMA的光城域环形网络，即利用一种自适应子载波分配算法的光OFDMA环网络(An Optical OFDMA Ring Network with an AdaptiveSub-carrier Allocation Algorithm)，该城域网系统充分利用了OFDM信号子载波动态分配的灵活性，但是该方案的信息交换是在电域完成的，与全光交换相比需要克服电子瓶颈的限制，因而成本相对较高。
另外，欧洲的FP7研究项目提出了一种长距离无源光网络(LR-PON)结构，即“Scalable Advanced Ring-based passive Dense Access Network Architecture(SARDANA)”网络，这是对城域网与接入网融合的一种初步探索。在该方案中，利用波分复用(Wavelength Division Multiplexing，简称WDM)双光纤环和时分复用(Time Division Multiplexing，简称TDM)单光纤无源树将远端的无源用户和核心网有效的连接起来。该方案特点在于它能够很好的与现有的技术标准相匹配以及能够很容易的在现有的通信基础设施上面进行升级，但是面向更长远的网络发展需求来看，这种方案存在灵活性较低、TDM对时间同步要求苛刻、网络节点结构复杂等不足。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于WDM-OFDMA技术的城域接入网融合系统，从而实现现有城域网与接入网的有效融合，同时该城域接入网融合系统具有可扩展、高灵活以及低成本等特点。
为实现上述发明目的，本发明基于WDM-OFDMA技术的城域接入网融合系统，其特征在于包括：连接核心网和用户终端的一个WDM-OFDMA双纤环和若干个OFDMA单纤树；
WDM-OFDMA双纤环由一个中心局CO和若干个中心节点CN组成，CO与CN或者CN与CN之间都是由两条单向传输的光纤连接；数据由核心网流向用户终端的方向为下行方向，通过环的内纤来传输，而数据由用户终端流向核心网的方向则为上行方向，通过环的外纤来传输；
中心局CO与核心网直接相连，负责将来自核心网的数据组装成适合各个CN传输和交换的格式；
中心节点CN分布在WDM-OFDMA双纤环中的任意位置，负责承载及分配来自核心网的数据。WDM-OFDMA双纤环中的每个中心节点CN都是利用WDM技术来实现下行信号的下载和上行信号的加载，即设定每个中心节点CN对应一个固定的波长，中心节点CN中下行信号的下载和上行信号的加载等都是针对该固定波长上所携带的信号而实施的；进入第i个中心节点CN-i的下行WDM-OFDMA信号首先经过一个光环形器，接着进入一个窄带FBG滤波器，该窄带FBG滤波器能够将中心波长为λi的OFDM信号频带反射到光环形器中，而让其他的OFDM信号频带通过，中心波长为λi的OFDM信号频带就被CN-i成功的从下行信号中下载下来，并由另一个光环形器传送到与CN-i相连的OFDMA单纤树中，再传送到各个RN，其他的OFDM信号频带经过光放大之后作为CN-i的下行输出信号进入WDM-OFDMA双纤环中进行环游；
OFDMA单纤树是连接某一个中心节点CN的对应若干个远端节点RN的双向单纤的树形结构，负责将中心节点CN输出的下行OFDM信号长距离传送到各个用户终端，同时将来自各个用户终端的OFDM信号反馈到中心节点CN，构成上行OFDM信号；
在中心节点CN_i中，由各个RN反馈到CN-i的中心波长为λi上行OFDM信号则通过上述光环形器进入CN-i，并由一个光耦合器将其与WDM-OFDMA双纤环中进入CN-i的上行信号聚合到一起，形成CN-i的上行输出信号，从而将中心波长为λi的上行OFDM信号加载到WDM-OFDMA双纤环中的上行信号中去；
在中心局CO中，对来自各个中心节点CN_i的上行OFDM信号进行接收和分析，CO控制器根据分析结果对整个城域接入网融合系统进行相应的控制和管理。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明基于WDM-OFDMA技术的城域接入网融合系统，通过WDM-OFDMA双纤环和若干个OFDMA单纤树将核心网和用户终端连接起来，使城域网与接入网有效融合在一起。同时，在实际配置WDM-OFDMA双纤环的时候，可以根据用户终端的实际需求在现有的WDM-OFDMA双纤环中增加相应数目的中心节点，这样的添加不会影响其他已经配置好的中心节点的正常工作，因而，具有非常好的扩展性和灵活性，能够适应当今社会网络信息容量日益增长的趋势。
同时，本发明基于WDM-OFDMA技术的融合接入网系统还具有以下有益效果：
(1)、通过使用WDM-OFDMA技术，实现了城域网与接入网的无缝融合，突破了传统上城域网与接入网独立通信的模式；
(2)、中心节点中使用WDM技术，与欧洲的FP7研究项目提出的SARDANA结构相比更为简单和灵活，中心节点的光放大过程也更为便捷。同时，从中心节点到用户终端使用OFDMA技术实现远端接入，这样在实现高灵活性的同时对同步的要求也降低了，能够适应网络通信容量与日俱增的大趋势；
(3)、使用OFDMA技术实现从中心节点到用户终端的远端接入，与美国NEC实验等提出的OFDMA城域环相比，扩展了网络结构，实现了城域网和接入网的无缝融合，与城域网和接入网单独发展建设相比，大大的简化了网络结构，节约了成本，使得网络的集成化程度更高。
附图说明
图1是本发明基于WDM-OFDMA技术的城域接入网融合系统一种具体实施方式架构图；
图2是图1所示中心局的一种具体实施方式结构图；
图3是图1所示中心节点的一种具体实施方式结构图；
图4是图1所示用户终端的一种具体实施方式结构图。
图5是图1所示中心节点的第二种具体实施方式结构图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
为了方便描述，先对具体实施方式中出现的相关专业术语进行说明：
WDM(Wavelength Division Multiplexing)：波分复用；
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)：正交频分复用；
OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)：正交频分多址接入；
CO(Central Office)：中心局；
CN(Central Node)：中心节点；
RN(Remote Node)：远端节点；
FFT(Fast Fourier Transform)：快速傅里叶变换；
IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)：快速傅里叶逆变换；
PD(Photodiode)：光电二极管；
RSOA(Reflective Semiconductor Optical Amplifier)：反射式半导体光放大器。
实施例1
图1是本发明基于WDM-OFDMA技术的城域接入网融合系统一种具体实施方式架构图。
在本实施例中，如图1所示，本发明基于WDM-OFDMA技术的城域接入网融合系统中连接核心网和用户终端的是一个WDM-OFDMA双纤环和若干个OFDMA单纤树。需要说明的是，为了简洁，只给出了两根OFDMA单纤树，即与中心节点CN_i、中心节点CN_j相连接的OFDMA单纤树，其余中心节点的OFDMA单纤树予以了省略。
如图1所示，WDM-OFDMA双纤环由一个中心局CO和若干个中心节点CN组成，CO与CN或者CN与CN之间都是由两条单向传输的光纤连接。在本实施例中，数据由核心网流向用户终端的方向为下行方向，通过环的内纤来传输，而数据由用户终端流向核心网的方向则为上行方向，通过环的外纤来传输。
如图1所示，WDM-OFDMA双纤环中的中心局CO与核心网直接相连，中心局CO与核心网直接相连，负责将来自核心网的数据组装成适合各个CN传输和交换的格式，而各个中心节点CN则可以分布在WDM-OFDMA双纤环中的任意位置，负责传输和下载来自核心网以及需要上传到核心网的OFDM信号。每个中心节点都携带了所有的来自核心网的数据，即OFDM信号包含有所有的来自核心网的数据。在本实施例中，每个中心节点CN对应一个固定的波长。
在实际配置WDM-OFDMA双纤环的时候，可以根据远端用户，即用户终端的实际需求在现有的WDM-OFDMA双纤环中增加相应数目的中心节点，这样的添加不会影响其他已经配置好的中心节点的正常工作，因而本发明的基于WDM-OFDMA技术的融合接入网系统具有非常好的扩展性，能够适应当今社会网络信息容量日益增长的趋势。
如图1所示，OFDMA单纤树是连接某一个中心节点CN的对应若干个远端节点RN的双向单纤的树形结构，负责将中心节点CN输出的下行OFDM信号长距离传送到各个用户终端，同时将来自各个用户终端的OFDM信号反馈到中心节点CN，构成上行OFDM信号。
图2是图1所示中心局的一具体实施方式结构图。
如图2所示，在本实施例中，中心局CO首先将来自核心网的数据调制成OFDM信号，然后再通过电光调制器将OFDM信号调制到由n个不同波长组成的WDM光梳信号上，从而形成下行WDM-OFDMA信号，其中WDM光梳信号是由n个不同波长的激光器通过一个阵列波导光栅聚合而成。由用户终端信号组成的上行WDM-OFDMA信号则直接进入上行信号接收器进行接收和分析，分析结果直接送到CO控制器，CO控制器根据分析结果对整个融合接入网系统进行相应的控制和管理。
图3是图1所示中心节点的一具体实施方式结构图
如图3所示，在本实施例中，以第i个CN为例，进入CN-i的下行WDM-OFDMA信号首先经过一个光环形器，接着进入一个窄带FBG滤波器，该窄带FBG滤波器能够将中心波长为λi的OFDM信号频带反射到光环形器中，而让其他的OFDM信号频带通过，这样一来中心波长为λi的OFDM信号频带就被CN-i成功的从下行信号中下载下来，并由另一个光环形器传送到与CN-i相连的OFDMA单纤树中，再进一步传送到各个RN，其他的OFDM信号频带经过光放大之后作为CN-i的下行输出信号进入WDM-OFDMA双纤环中进行环游。由各个RN反馈到CN-i的中心波长也为λi上行OFDM信号则通过上述光环形器进入CN-i，并由一个光耦合器将其与WDM-OFDMA双纤环中进入CN-i的上行信号聚合到一起，形成CN-i的上行输出信号，从而将中心波长为λi的上行OFDM信号加载到WDM-OFDMA双纤环中的上行信号中去。
图4是图1所示用户终端一种具体实施方式结构图。
在本实施例中，如图4所示，远端节点RN就是用户终端，与OFDMA单纤树直接相连，包括：
一光耦合器，用于将下行OFDM信号分为两束；
一光电探测器以及OFDM解调器，将光耦合器分出的一束下行光OFDM信号送入光电探测器中进行光电转换，得到的电信号送入OFDM解调器中解调，得到用户需要的下行数据；
一反射式半导体光放大器以及OFDM调制器，光耦合器分出来的一束下行光OFDM信号进入反射式半导体光放大器RSOA，从而擦除该光信号上携带的下行OFDM信号，即擦除后产生纯净的上行光载波，然后将输入到反射式半导体光放大器RSOA的上行OFDM信号加载到产生的光载波上形成上行光OFDM信号，再通过光耦合器将上行光OFDM信号传送到OFDMA单纤树中。
在本实施例中，用户终端最大的特点就是其无源性。
实施例2
实施例2与实施例1的唯一区别在于中心节点CN的具体结构，实施例1中各个CN的信息量是不均等的，即随着i的变大，进入CN-i的信息量就越少。在实施例2中，通过将进入每个CN的信号进行分束处理，可以保证每个CN的信息量均等。为简化描述，在本实施例2中，仅对中心节点CN的结构进行描述，而忽略其他与实施例1相同的描述内容。
图5是图1所示中心节点的另一具体实施方式结构图
如图5所示，在本实施例中，还是以第i个CN为例，以第i个CN为例，进入CN-i的下行信号首先经过一个光耦合器将信号分为两束，一束通过光放大器后作为的CN-i的下行输出信号进入WDM-OFDMA双纤环中进行环游，而另一束则进入光环形器，接着进入一个窄带FBG滤波器，该窄带FBG滤波器能够将中心波长为λi的OFDM信号频带反射到光环形器中，这样一来中心波长为λi的OFDM信号频带就被CN-i成功的从下行信号中下载下来，并由另一个光环形器传送到与CN-i相连的OFDMA单纤树中，再进一步传送到各个RN。由各个RN反馈到CN-i的中心波长也为λi上行OFDM信号则通过上述光环形器进入CN-i，并由一个光耦合器将其与WDM-OFDMA双纤环中进入CN-i的上行信号聚合到一起，形成CN-i的上行输出信号，从而将中心波长为λi的上行OFDM信号加载到WDM-OFDMA双纤环中的上行信号中去。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (3)
1.一种基于WDM-OFDMA技术的城域接入网融合系统，其特征在于包括：连接核心网和用户终端的一个WDM-OFDMA双纤环和若干个OFDMA单纤树；
WDM-OFDMA双纤环由一个中心局CO和若干个中心节点CN组成，CO与CN或者CN与CN之间都是由两条单向传输的光纤连接；数据由核心网流向用户终端的方向为下行方向，通过环的内纤来传输，而数据由用户终端流向核心网的方向则为上行方向，通过环的外纤来传输；
中心局CO与核心网直接相连，负责将来自核心网的数据组装成适合各个CN传输和交换的格式；
中心节点CN分布在WDM-OFDMA双纤环中的任意位置，负责承载及分配来自核心网的数据；WDM-OFDMA双纤环中的每个中心节点CN都是利用WDM技术来实现下行信号的下载和上行信号的加载，即设定每个中心节点CN对应一个固定的波长，中心节点CN中下行信号的下载和上行信号的加载等都是针对该固定波长上所携带的信号而实施的；进入第i个中心节点CN-i的下行WDM-OFDMA信号首先经过一个光环形器，接着进入一个窄带FBG滤波器，该窄带FBG滤波器能够将中心波长为λi的OFDM信号频带反射到光环形器中，而让其他的OFDM信号频带通过，中心波长为入i的OFDM信号频带就被CN-i成功的从下行信号中下载下来，并由另一个光环形器传送到与CN-i相连的OFDMA单纤树中，再传送到各个RN；其他的OFDM信号频带经过光放大之后作为CN-i的下行输出信号进入WDM-OFDMA双纤环中进行环游；
OFDMA单纤树是连接某一个中心节点CN的对应若干个远端节点RN的双向单纤的树形结构，负责将中心节点CN输出的下行OFDM信号长距离传送到各个用户终端，同时将来自各个用户终端的OFDM信号反馈到中心节点CN，构成上行OFDM信号；
在中心节点CN-i中，由各个RN反馈到CN-i的中心波长为λi上行OFDM信号则通过上述光环形器进入CN-i，并由一个光耦合器将其与WDM-OFDMA双纤环中进入CN-i的上行信号聚合到一起，形成CN-i的上行输出信号，从而将中心波长为λi的上行OFDM信号加载到WDM-OFDMA双纤环中的上行信号中去；
在中心局CO中，对来自各个中心节点CN-i的上行OFDM信号进行接收和分析，CO控制器根据分析结果对整个融合接入网系统进行相应的控制和管理。
2.根据权利要求1所述的一种基于WDM-OFDMA技术的城域接入网融合系统，其特征在于，所述的每个中心节点CN对应一个固定的波长。
3.根据权利要求1所述的一种基于WDM-OFDMA技术的城域接入网融合系统，其特征在于，所述的用户终端包括：
一光耦合器，用于将下行OFDM信号分为两束；
一光电探测器以及OFDM解调器，将光耦合器分出的一束下行OFDM信号送入光电探测器中进行光电转换，电信号再送入OFDM解调器中解调，恢复出用户的下行数据；
一反射式半导体光放大器以及OFDM调制器，光耦合器分出来的一束下行光OFDM信号进入反射式半导体光放大器RSOA，从而擦除该光信号上携带的下行OFDM信号，即擦除后产生上行光载波，然后将输入到反射式半导体光放大器RSOA的上行OFDM信号加载到产生的光载波上形成上行光OFDM信号，再通过光耦合器将上行光OFDM信号传送到OFDMA单纤树中。
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