CN102710996A - 一种多用户ofdm-pon中实现onu无源的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多用户OFDM-PON中实现ONU无源的方法及装置，通过在光线路终端OLT使用光梳发生器来产生2n个光载波，从而在光网络单元ONU通过拍频产生2n-2种不同射频频率的纯射频源信号来帮助各个ONU进行上下变频处理，且各个ONU获得不同射频频率的纯射频源信号，以实现2n-2个不同光网络单元ONU无射频源；同时，结合集中光源技术、光滤波分离技术实现了各个光网络单元ONU无光源，这样使得光网络单元ONU彻底无源，即在光域和电域均无源，从而在保证上行信号有效传输的前提下极大的降低了光网络单元ONU的成本，进而降低了多用户OFDM-PON系统的成本。

Description

一种多用户OFDM-PON中实现ONU无源的方法及装置

技术领域

本发明属于光通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种在多用户OFDM-PON中采用光梳发生器来实现ONU无源的方法及装置。

背景技术

OFDM-PON(Orthogonal Frequency Division Multiplexing-Passive OpticalNetwork，即正交频分复用无源光网络)融合了OFDM技术和PON系统各自的特点，将OFDM信号在光纤系统中传输的高频谱利用率、强抗色散性能等特点与PON系统的大容量、低成本特点相结合，使得OFDM-PON系统成为光通信领域的重要研究课题。近年来，各大研究机构和各个高校的研究团队针对OFDM-PON系统中最为显著特征之一的低成本进行了大量的研究工作，提出了很多有效降低OFDM-PON系统成本的方案。

在2011年09月28日公开的、公开号为102204137A、名称为“无源光网络”的发明专利中，发明人提出一种在ONU中利用反射式半导体光放大器对下游数据信号再调制从而生成上游数据信号的方法，该专利实现了ONU在光域的无源特性。但对于常见的OFDM-PON系统来说，ONU仍然需要一个电域的射频源信号对OFDM信号进行上、下变频处理，而射频源的价格较为昂贵，所以上述专利并不能完全解决ONU的无源性问题。

在文献[C.Zhang，C.Chen，Y.Feng，and K.Qiu，“Experimental demonstrationof novel source-free ONUs in bidirectional RF up-converted optical OFDM-PONutilizing polarization multiplexing，”Opt.Express 20(6)，6230-6235(2012).]中，作者提出一种利用偏振复用技术来实现各个ONU光域和电域均无源的方法及系统，从而来降低各个ONU的成本，进而降低整个OFDM-PON系统的成本。但是对于多用户OFDM-PON系统如接入用户数目大于等于64的OFDM-PON系统来说，各个ONU产生的射频源频率是单一的，因而多个ONU产生的上行信号在传输过程中会产生严重的干扰，从而极大的降低系统的性能，因而该方法只能用于用户数量较少的OFDM-PON系统，而不能适用于多用户的OFDM-PON系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在多用户OFDM-PON中采用光梳发生器来实现ONU光域和电域均无源的方法及装置，以彻底地实现多用户OFDM-PON系统中ONU的无源特性，从而进一步降低整个系统的成本。

为实现上述发明目的，本发明中采用光梳发生器来实现ONU光域和电域均无源的OFDM-PON装置由光线路终端OLT和多个光网络单元ONU组成，其特征在于，

光线路终端OLT包括：

一频率为fc的射频源，用于产生频率为fc射频信号；

一光梳发生器，在频率为fc的射频信号驱动下产生含有2n个光载波且相邻光载波频率间隔为fc的光梳信号；

一个光环形器L1、一个窄带光纤布拉格光栅FBG反射型滤波器、一强度调制器IM-1以及一个合束器C1，含有2n个光载波且相邻光载波频率间隔为fc的光梳信号经过光环形器L1输入到窄带光纤布拉格光栅反射型滤波器中；窄带光纤布拉格光栅反射型滤波器将含有2n个光载波且相邻光载波频率间隔为fc的光梳信号中最右边的一个光载波反射回光环形器L1，然后经光环形器L1输入到强度调制器IM-1进行强度调制，将各个ONU单元所需要的由OFDM发射机产生的基带OFDM信号调制到被反射回来的光载波上，得到光载OFDM信号；含有2n个光载波且相邻光载波频率间隔为fc的光梳信号中的其他2n-1个光载波直接通过窄带光纤布拉格光栅反射型滤波器后，与得到的光载OFDM信号在合束器C1中合为一束光信号，并输出；

一个波长为λ1的激光器LD和一合束器C2，激光器LD产生的波长为λ1光载波直接与合束器C1输出的光信号通过合束器C2合到一起，从而产生整个OFDM-PON系统的下行传输光信号，并通过光纤传输一定距离后，被一个分束器S1分为若干束，每一束分别进入一个ONU；

光网络单元ONU包括：

一个光滤波器OF，将ONU接收到的下行传输光信号分为三个部分：频率间隔为i×fc两个光载波、频率间隔为i×fc的光载波和光载OFDM信号、波长为λ1的光载波，其中i＝1，2，…，2n-2；

光电探测器PD-1，频率间隔为i×fc的光载波和光载OFDM信号进入光电探测器PD-1进行拍频，得到频率为i×fc的下行射频OFDM信号；

光电探测器PD-2，频率间隔为i×fc两个光载波光电探测器PD-2进行拍频，得到频率为i×fc纯射频源信号；

一OFDM接收机，i×fc的下行射频OFDM信号送入OFDM接收机中，由ONU产生的i×fc纯射频源信号进行下变频处理、模/数转换以及OFDM解调，得到下行数据；

一OFDM发射机，上行数据送入OFDM发射机中进行OFDM调制、数/模转换、并由ONU产生的i×fc纯射频源信号进行上变频处理，得到频率为i×fc的上行射频OFDM信号；

强度调制器IM-2，波长为λ1的光载波输入到强度调制器IM-2中，用i×fc的上行射频OFDM信号进行强度调制，得到波长为λ1的上行光载OFDM信号；

各个ONU的上行光载OFDM信号汇合到一起后构成上行信号，并经过光纤传输到达光线路终端进行相干接收；

光线路终端OLT还包括：

分束器S2以及光电探测器PD-3、PD-4，将上行信号分为两束，分别与激光器LD分出的波长为λ1的光载波以及该波长为λ1的光载波经过相位跳转90度后的光载波进行混合，得到两路混合信号；两路混合信号分别进入光电探测器PD-3和PD-4进行拍频，拍频得到的两路信号再分别作为光线路终端上行OFDM接收机的I和Q路信号，在频率为fc射频信号的帮助下进行下变频处理，最后进行OFDM解调得到上行数据。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明采用光梳发生器来实现ONU光域和电域均无源的OFDM-PON装置，通过在光线路终端OLT使用光梳发生器来产生2n个光载波，从而在光网络单元ONU通过拍频产生2n-2种不同射频频率的纯射频源信号来帮助各个ONU进行上下变频处理，且各个ONU获得不同射频频率的纯射频源信号，以实现2n-2个不同光网络单元ONU无射频源；同时，结合集中光源技术、光滤波分离技术实现了各个光网络单元ONU无光源，这样使得光网络单元ONU彻底无源，即在光域和电域均无源，从而在保证上行信号有效传输的前提下极大的降低了光网络单元ONU的成本，进而降低了整个OFDM-PON系统的成本。

附图说明

图1是本发明ONU光域和电域均无源的OFDM-PON的一种具体实施方式原理图；

图2是基带OFDM调制解调原理框图；

图3是光梳信号频率选择方案示意图；

图4是ONU产生的10GHz纯射频源信号的波形图。

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。

为了方便描述本发明的内容，先对本发明内容中出现的相关专业术语进行说明：

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)：正交频分复用；

PON(Passive Optical Network)：无源光网络；

OLT(Optical Line Terminal)：光线路终端；

ONU(Optical Network Unit)：光网络单元；

IM(Intensity Modulator)：强度调制器；

LD(Laser Diode)：激光器；

FBG(Fiber Bragg Grating)：光纤布拉格光栅；

C(Combiner)：合束器；

S(Splitter)：分束器；

PD(Photo Diode)：光电探测器；

OF(Optical Filter)：光滤波器；

QAM(Quadrature Amplitude Modulation)：正交振幅调制；

FFT(Fast Fourier Transform)：快速傅里叶变换；

IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)：快速傅里叶反变换；

CP(Cyclic Prefix)：循环前缀。

实施例

图1是本发明ONU光域和电域均无源的OFDM-PON的一种具体实施方式原理图；

如图1所示，为了彻底的实现OFDM-PON系统中ONU的无源特性，从而进一步降低整个OFDM-PON系统的成本，本发明提出了一种采用光梳发生器的OFDM-PON装置来实现ONU光域和电域同时无源。

如图1所示，在光线路终端OLT，光梳发生器在频率为fc的射频源驱动下产生含有2n个光载波且相邻光载波频率间隔为fc的光梳信号。

利用一个光环形器L1和一个窄带FBG反射型滤波器，含有2n个光载波且相邻光载波频率间隔为fc的光梳信号经过光环形器L1输入到窄带光纤布拉格光栅反射型滤波器中；窄带光纤布拉格光栅反射型滤波器将含有2n个光载波且相邻光载波频率间隔为fc的光梳信号中最右边的一个光载波反射回光环形器L1，将各个ONU所需要的由OFDM发射机产生的基带OFDM信号通过强度调制器IM-1调制到被反射过来的光载波上，得到光载OFDM信号，随后又将光载OFDM信号与直接通过FBG的其他2n-1个光载波通过合束器C1合为一束。最后，另一个波长为λ2的激光器LD-2直接与上述信号通过合束器C2合到一起，从而产生整个系统的下行传输光信号。

下行传输光信号经过光环形器L2输入到光纤中，通过光纤传输一定距离后，下行传输光信号被一个分束器S1分为若干束，每一束分别进入一个ONU。

在ONU中，一个光滤波器OF将ONU通过光环行器L3接收到的下行传输光信号分为三个部分：频率间隔为i×fc两个光载波、频率间隔为i×fc的光载波和光载OFDM信号、波长为λ1的光载波，其中i＝1，2，…，2n-2。

在本发明中，两个纯光载波的频率间隔为i×fc，另一个纯光载波和一个光载OFDM信号的频率间隔也为i×fc。在具体实施过程中，ONU选择两个纯光载波的频率间隔为fc，另一个纯光载波和一个光载OFDM信号的频率间隔也为fc。这样，在多个ONU同时工作的OFDM-PON系统，能够有效减弱来个不同ONU的上行信号之间的干扰，从而较好的提高OFDM-PON系统的传输性能。

频率间隔为fc的光载波和光载OFDM信号进入光电探测器PD-1进行拍频，得到频率为fc的下行射频OFDM信号；频率间隔为fc两个光载波光电探测器PD-2进行拍频，得到频率为fc纯射频源信号；波长为λ1的光载波则直接作为上行信号的光载波。

频率为fc的下行射频OFDM信号进入OFDM接收机后，分为I和Q两路，在模拟的IQ混合器中，借助ONU产生的频率为fc纯射频源信号进行下变频处理，从而得到模拟基带OFDM信号；再通过模/数转换将模拟基带OFDM信号转换为数字基带OFDM信号，最后进行OFDM解调从而的得到下行数据。上行数据送入OFDM发射机中进行OFDM调制、数/模转换、并借助ONU产生的fc纯射频源信号进行上变频处理，得到频率为fc的上行射频OFDM信号；再通过强度调制器IM-2将频率为fc的上行射频OFDM信调制到波长为λ1的上行光载波上。上行光载波经过光环形器L3输入到光纤，各个ONU的上行光载OFDM信号通过分束器S1(由于光载波的方向相反，实际上为合束器)汇合到一起后构成上行信号，并经过光纤传输到达光线路终端进行相干接收。

光线路终端中，上行信号由光环形器L2送入分束器S2，被分束器S2分为两束，分别与激光器LD通过分束器S3分出的光信号以及该光信号相位跳转90度后的光信号混合，两路混合信号分别进入光电探测器PD-3和PD-4进行拍频，拍频得到的信号再分别作为上行OFDM接收机的I和Q路信号，在频率为fc的射频信号的帮助下进行下变频处理，最后进行OFDM解调得到上行数据。

图2是基带OFDM调制解调原理框图；

基带OFDM调制解调原理如图3所示。基带OFDM信号调制过程包括串并转换、QAM调制、IFFT、加循环前缀CP和串并转换。首先，输入的串行比特流由串并转换变为若干路并行的比特流，分别对应若干个相互正交的子载波，每路比特信号分别以QAM的格式被调制到一个对应的子载波上，对各路调制后的子载波信号进行IFFT处理并添加CP，最后由串并转换将并行信号转为串行信号，即实现基带OFDM调制，得到基带OFDM信号。基带OFDM信号解调过程包括串并转换、去CP、FFT、均衡、QAM解调和串并转换。首先，串行的两路I和Q信号由串并转换转为并行信号，去掉CP之后进行FFT处理，再进行均衡，然后做QAM解调，最后由串并转换得到最终的输出数据。

图3是光梳信号频率选择方案示意图。利用光梳发生器产生2n个等频率间隔的光载波，相邻光载波之间的频率间隔为fc。为了实现ONU用户单元无射频源，需要从2n个光载波中选出两个频率间隔与射频OFDM信号频率相同的光载波进行拍频，所以每个ONU用户需要从加载了下行OFDM信号的2n个光载波中提取出调制有下行OFDM信号的那个光载波以及三个纯净的光载波，然后分为两组使用两个PD分别进行拍频处理，最后得到一个射频OFDM信号和一个与之频率相同的纯净的射频信号源。不同的ONU中产生的射频OFDM信号的频率各不相同，从而可以避免不同ONU上行信号之间的相互干扰。综上所述，在ONU用户单元一共可以产生2n-2种不同频率的射频OFDM信号，频率分别为fc，2fc，…，(2n-2)×fc。因此，包含2n个光载波的光梳信号可以支持2n-2个ONU用户单元上行无干扰通信。

图4是ONU产生的10GHz(取fc＝10GHz)纯射频源信号。虽然该波形相对射频源直接输出的10GHz信号波形有一定程度的恶化，但是利用该信号仍然可以有效的进行OFDN-PON系统的上下变频处理。

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 (1)

1.一种多用户OFDM-PON中实现ONU无源的方法及装置由光线路终端OLT和多个光网络单元ONU组成，其特征在于，

光线路终端OLT包括：

一频率为fc的射频源，用于产生频率为fc射频信号；

一光梳发生器，在频率为fc的射频信号驱动下产生含有2n个光载波且相邻光载波频率间隔为fc的光梳信号；

一个光环形器L1、一个窄带光纤布拉格光栅FBG反射型滤波器、一强度调制器IM-1以及一个合束器C1，含有2n个光载波且相邻光载波频率间隔为fc的光梳信号经过光环形器L1输入到窄带光纤布拉格光栅反射型滤波器中；窄带光纤布拉格光栅反射型滤波器将含有2n个光载波且相邻光载波频率间隔为fc的光梳信号中最右边的一个光载波反射回光环形器L1，然后经光环形器L1输入到强度调制器IM-1进行强度调制，将各个ONU单元所需要的由OFDM发射机产生的基带OFDM信号调制到被反射回来的光载波上，得到光载OFDM信号；含有2n个光载波且相邻光载波频率间隔为fc的光梳信号中的其他2n-1个光载波直接通过窄带光纤布拉格光栅反射型滤波器后，与得到的光载OFDM信号在合束器C1中合为一束光信号，并输出；

一个波长为λ1的激光器LD和一合束器C2，激光器LD产生的波长为λ1光载波直接与合束器C1输出的光信号通过合束器C2合到一起，从而产生整个OFDM-PON系统的下行传输光信号，并通过光纤传输一定距离后，被一个分束器S1分为若干束，每一束分别进入一个ONU；

光网络单元ONU包括：

一个光滤波器OF，将ONU接收到的下行传输光信号分为三个部分：频率间隔为i×fc两个光载波、频率间隔为i×fc的光载波和光载OFDM信号、波长为λ1的光载波，其中i＝1，2，…，2n-2；

光电探测器PD-1，频率间隔为i×fc的光载波和光载OFDM信号进入光电探测器PD-1进行拍频，得到频率为i×fc的下行射频OFDM信号；

光电探测器PD-2，频率间隔为i×fc两个光载波光电探测器PD-2进行拍频，得到频率为i×fc纯射频源信号；

一OFDM接收机，i×fc的下行射频OFDM信号送入OFDM接收机中，由ONU产生的i×fc纯射频源信号进行下变频处理、模/数转换以及OFDM解调，得到下行数据；

一OFDM发射机，上行数据送入OFDM发射机中进行OFDM调制、数/模转换、并由ONU产生的i×fc纯射频源信号进行上变频处理，得到频率为i×fc的上行射频OFDM信号；

强度调制器IM-2，波长为λ1的光载波输入到强度调制器IM-2中，用i×fc的上行射频OFDM信号进行强度调制，得到波长为λ1的上行光载OFDM信号；

各个ONU的上行光载OFDM信号汇合到一起后构成上行信号，并经过光纤传输到达光线路终端进行相干接收；

光线路终端OLT还包括：

分束器S2以及光电探测器PD-3、PD-4，将上行信号分为两束，分别与激光器LD分出的波长为λ1的光载波以及该波长为λ1的光载波经过相位跳转90度后的光载波进行混合，得到两路混合信号；两路混合信号分别进入光电探测器PD-3和PD-4进行拍频，拍频得到的两路信号再分别作为光线路终端上行OFDM接收机的I和Q路信号，在频率为fc射频信号的帮助下进行下变频处理，最后进行OFDM解调得到上行数据。

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