CN102771071A - 用于在远距离交换光传输网络上分配数字信号的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在具有远距离光组播能力的波长交换光传输网络上分配数字信号的系统和方法，该系统包括分别位于头端和本地节点中的发射器模块和接收器模块，以组播具有HDTV、UHDTV以及3DTV信号的IPTV（网络协议电视）信道。发射器模块包括以太网交换机、三个DPSK（差分移相键控）调制器以及DWDM光复用器。接收器模块包括以太网交换机、三个DPSK解调器以及DWDM光解复用器。以新颖的方式，两个模块在波长交换光网络（WSON）上结合了2Gbps数字传输、RZ-DPSK（归零差分移相键控）调制以及光组播。

Description

用于在远距离交换光传输网络上分配数字信号的系统和方法
技术领域
如在本说明书的标题中所表达的，本发明涉及一种用于在远距离交换光传输网络上分配数字信号的系统和方法。应用的主要领域是：通过数字电视信号的提供方的光网络经由互联网协议电视（IPTV）将数字电视信号分配给向终端用户提供服务的本地节点。为此，本发明包括如下系统：该系统包括位于服务提供方的主网络的头端中的发射器模块和位于所述本地节点中的接收器模块。
背景技术
在远距离交换光传输网络上的IPTV流量的量不取决于用户的数目，而是取决于通过所述网络传输的电视信道的数目、定义以及编码。
数字电视服务针对HDTV、UHDTV以及3DTV信号分别占用10Mbps、400Mbps以及100Mbps的带宽。根据上述带宽，包括100个HDTV信道、10个3DTV信道以及10个UHDTV信道的服务需要从服务提供方的主网络的头端到本地节点的6Gbps（城域中的服务PoP）。
另一方面，波分复用（WDM）是一种提供用于增加带宽容量并在光网络中使得能够实现双向通信的技术。在波分复用（WDM）网络中，可以使用单光纤在网络元件之间传输若干数据信号。更具体地，在传输中，必须给信号分派不同的波长，以使得信号不相互干扰或冲突。信号通过网络占用的路径被称为光路。一种类型的波分复用（WDM）网络是波长交换光网络（WSON）。所述类型的网络借助于可重构光分插复用器（ROADM）来交换光信号，而无需执行光-电-光（OEO）型再转换。可重构光分插复用器可以提供用于光组播的信道的一个至若干个输出，使得单个光信道（拉姆达，lambda）可以用于点对多点（P2MP）连接。
现有技术中存在用于在WSON网络上提供光组播的不同方案。
当前的光组播系统基于10Gbps CS-NRZ（载波抑制不归零）传输，该系统能够结合提供如下数字电视服务的带宽需求：针对HDTV、UHDTV以及3DTV信号分别占用10Mbps、400Mbps以及100Mbps带宽。
上述系统具有明显减小它们的范围的缺点，这是由于以下事实：这些系统主要受到放大自发辐射（ASE）和滤波级联效应这两个物理障碍的强烈影响。
当信号穿过不同的放大器时，放大器将放大自发辐射噪声相加到信号中，这会降低所述信号的光信噪比（OSNR）。如果在发射器和接收器之间不存在3R再生器，则放大自发辐射的累积最终会限制传输距离。
通过以下公式计算最小光信噪比OSNRmin：
OSNR min [ dB ] = 10 log 10 ( P input N ampl F · h · f 0 · Δf 0 )
“Pinput”是光信号的强度，“Nampl”是放大器的数目，“F”是放大器的噪声系数，“h”是普朗克常数，“f0”是中心频率，“Δf0”是光带宽。
因为光信号的强度在所有输出端口之间进行划分，所以在光组播应用中光信噪比（OSNR）退化是特别重要的。在点对点的光播送中，可重构光分插复用器的输出处的强度Poutput（P2P）是：
Poutput(P2P)＝Poutput(P2P)-α;
“Poutput(P2P)”是输出处的分贝形式的强度，“Pinput(P2P)”是输入处的分贝形式的强度，以及“α”是分贝（dB）形式的损失。同时在点对多点的光播送中，可重构光分插复用器的Poutput(P2P)是：
Poutput(P2MP)＝Pinput(P2MP)-α·10log(1/N);
“Poutput(P2MP)”是输出处的分贝形式的强度，“Pinput(P2MP)”是输入处的分贝形式的强度，以及“α”是分贝形式的损失，“N”是每组播信号的输出端口的数目。
因此，光组播引入了比点对点播送更大的损失。因此，信道组播具有比点对点信道播送更新的ONSR系数。此外，在当前的组播系统中的光信噪比OSNR的退化会影响网络中的电子再生器的数目。
另一方面，滤波级联效应是包括用于交换和路由波长交换光网络（WSON）的可重构光分插复用器（ROAM）的带通滤波器和带阻滤波器的结果。
实际的滤波器的传递函数由于其形状和中心频率的差异而导致难以预测。通常，光路所经历的结果有效的滤波器的形状是相当窄的并且其边界相当陡峭。根据滤波级联效应的表示，可以推断滤波级联效应仅仅影响相对于滤波器的完整形状具有更大光学宽度的带宽的那些光信号。
因此，可以通过减小组播信道的光带宽来最小化涉及滤波级联效应的链路。
服务提供方的主网络的头端和本地节点分隔几千公里的当前配置需要必然伴有前面讨论的缺点的若干个可重构光分插复用器。为了解决所述缺点，在现有技术中可以发现沿所述几千公里布置的昂贵的3R再生器。
因此，期望找到将会最小化或者甚至完全消除前面讨论的缺点的任何类型的系统。
发明内容
为了实现所述目的并防止前面指出的缺点，本发明包括一种用于在远距离交换光传输网络上分配数字信号的系统和方法，其主要应用是经由互联网协议电视（IPTV）分配数字电视信号。
本发明的系统的主要优点在于关于放大自发辐射（ASE）和滤波级联效应的容限的增加。为实现所述容限的增加，本发明的系统包括位于服务提供方的主网络的头端中的发射器模块和位于所述本地节点中的接收器模块，所述系统以新颖的方式组合了三种现有技术，包括：
●2Gbps数字传输；
●RZ-DPSK（归零差分移相键控）调制；以及
●在波长交换光网络（WSON）上的光组播。
具有光组播能力的所述波长交换光网络（WSON）是一类远距离交换光传输网络。
借助于技术的所述新颖组合，本发明实现了比基于利用CS-NRZ（载波抑制不归零）调制的10Gbps传输的当前系统窄十倍的每信道的光带宽。因此，显著改进了光信噪比（OSNR）的灵敏度和对滤波级联效应的容限：
●OSNRmin（OSNR最小）：6dB，而在当前的10Gbps NRZ（不归零）传输方案中为10dB。由于放大器的噪声而导致的较低的灵敏度、较低的信号退化；
●对级联滤波器的容限：比当前10Gbps NRZ（不归零）传输方案大3到4倍。
一种用于在远距离交换光传输网络上分配数字信号的系统，所述信号选自由HDTV信号、UHDTV信号和3DTV信号构成的组；所述系统包括服务提供方的主网络的头端、至少一个本地节点和具有光组播能力的至少一个波长交换光网络，所述系统还包括至少：
●一个发射器模块，该发射器模块位于主网络的头端的输出处并将所述主网络的头端与具有光组播能力的波长交换光网络连接，其中所述发射器模块包括至少：
○一个以太网交换机；
○三个DPSK调制器；
○一个DWDM光复用器；
●针对每个本地节点的一个接收器模块，该接收器模块将所述本地节点与具有光组播能力的波长交换光网络连接，其中所述接收器模块包括至少：
○一个DWDM光解复用器；
○三个DPSK解调器；
○一个以太网交换机。
此外，发射器模块中包括的以太网交换机借助于三个载波将来自6Gbps头端设备的数字信号分配给所述三个DPSK调制器，所述三个载波中的每个载波包括2Gbps数字信号。
此外，发射器模块中包括的每个DPSK调制器以一定频率调制载波，使得DPSK调制器以标准单元的中心频率f0来调制载波，而另外两个调制器分别以比标准单元的中心频率的值大10GHz的频率和比标准单元的中心频率的值小10GHz的频率（即，f0+10GHz和f0-10GHz）来调制载波。
此外，发射器模块中包括的DWDM光复用器复用来自三个DPSK调制器的三个经调制数字信号，并通过具有光组播能力的波长交换光网络发送所述三个经调制数字信号。
此外，接收器模块中包括的DWDM光解复用器提取并分离通过具有光组播能力的波长交换光网络从DWDM光复用器接收的各个复用信号中包括的三个载波，以将所述三个载波发送给所述三个DPSK解调器。
此外，接收器模块中包括的三个DPSK解调器中的每个DPSK解调器提取三个载波中的每个载波中包括的数字信号。
此外，接收器中包括的以太网交换机将从三个DPSK解调器接收的2Gbps信号复用为6Gbps初始数字信号。
另一方面，一种用于先前限定的系统的、用于在远距离交换光传输网络上分配数字信号的方法，所述数字信号选自由数字HDTV信号、数字UHDTV信号和数字3DTV信号构成的组，所述方法包括至少以下步骤：
●借助于发射器模块中包括的以太网交换机将数字信号分配给三个DPSK调制器；
●借助于发射器模块中包括的三个DPSK调制器将数字信号调制到中心频率彼此间隔10GHz的三个载波中，使得一个载波的中心频率与标准单元的中心频率f0一致，而另外两个载波的中心频率比标准单元的中心频率大10GHz和小10GHz；
●借助于发射器模块中包括的DWDM光复用器，复用三个经调制信号并通过具有光组播能力的波长交换光网络同时发送所述三个经调制信号；
●借助于接收器模块中包括的DWDM解复用器来提取和分离通过具有光组播能力的波长交换光网络接收的三个复用信号，将所述接收的信号中包含的载波发送给三个解调器；
●借助于接收器模块中包括的三个DPSK解调器提取各个载波中包括的三个2Gbps数字信号；以及
●借助于接收器中包括的以太网交换机将所述三个2Gbps数字信号复用为6Gbps初始数字信号。
为了更好地理解本说明书，附有形成本说明书的一部分的若干附图，在附图中，以说明性而非限制性的附图标记来描绘本发明的对象。
附图说明
图1示出了实现本发明的高层IPTV服务架构的图。
图2示出了本发明所包括的主要模块的框图。
图3示出了现有技术的用于利用从现有技术的发射模块发送到现有技术的接收器模块的载波λTV来组播信号的示例的框图。
图4示出了根据本发明的用于利用从本发明的发射器模块发送到本发明的接收器模块的载波λTV来组播信号的框图。
图5示出了根据本发明的发射器模块所包括的装置的框图。
图6示出了根据本发明的接收器模块所包括的装置的框图。
图7示出了与本发明的方法相关联的步骤的流程图。
具体实施方式
下面参照附图中采用的编号来描述本发明的实施例。
图1示出了实现本发明的高层IPTV服务架构的图。所述高层架构包括主网络的IPTV头端（1）、远距离传输网络（2）、本地IPTV节点（3）、网络接入（4）、以及一件用户设备（5）。本发明的范围包括在远距离传输网络（2）之内，对于该远距离传输网络（2），本发明包括位于主网络的IPTV头端（1）中的发射器以及位于本地IPTV节点（3）中的接收器。
图2示出了一个框图，包括主网络的IPTV头端（1）、由本发明定义的发射器模块（7）、具有光组播能力的波长交换光网络WSON（8）、由本发明定义的接收器模块（9）、以及本地IPTV节点（3）。
图3示出了现有技术的用于利用从现有技术的发射模块（11）发送到现有技术的接收器模块（12）的载波λTV来组播信号的示例的框图，其中两个模块使用10Gbps CS-NRZ（汇聚子层不归零）编码。还规定了分别与4、530、320、141、137、138、470和65公里的值对应的距离D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7和D8。
图4示出了根据本发明的用于利用从本发明的发射器模块（7）发送到本发明的接收器模块（9）的载波λTV来组播信号的框图，其中发射器模块（7）在单个50GHz带宽单元内生成三个2Gbps DPSK光载波。接收器模块（9）对由发射器模块生成的三个2Gbps DPSK光载波进行解调。还规定了分别与4、530、320、141、137、138、470和65公里的值对应的距离D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7和D8。
图5示出了根据本发明的发射器模块（7）所包括的装置以及其输入和输出的框图。所述发射器模块包括以太网交换机（14）、三个DPSK调制器（15A、15B、15C）和DWDM光复用器16。图5还示出了以太网交换机（14）的输入包括来自主网络的头端的6Gbps数字信号（17），另一方面，图5示出了发射器模块的输出引向波长交换光网络（WSON ）（8）。此外，图5示出了以太网交换机（14）如何接收6Gbps信号并将所述信号转换为三个2Gbps信号。另一方面，发射器模块20所包括的三个调制器中的一个DPSK调制器（15B）以标准网络单元的中心频率f0（20B）调制其接收的信号的频率，所述频率为193.1THz或在由ITU（国际电信联盟）推荐G.694.1定义的DWDM网中定义的那些单元中的任一单元的任一中心频率，而另一个DPSK调制器（15A）以比所述频率f0低10GHz的频率（即f0-10GHz ）（20A）调制其接收的信号，第三DPSK调制器（15C）以比所述频率f0大10GHz的频率（即f0+10GHz）（20A）调制其接收的信号。图5还示出了标准单元包括50GHz带宽（20）。DWDM光复用器（16）接收来自三个调制器的三个经调制信号并将所述三个经调制信号复用到占用标准单元全部带宽的波长交换光网络（WSON），并且在所述经调制信号之间没有干扰。
图6示出了根据本发明的接收器模块（9）所包括的装置以及其输入和输出的框图。所述接收器模块包括DWDM光解复用器（18）、三个DPSK解调器（19A、19B、19C）、以及以太网交换机10。图6还示出了由三个复用信号形成的数字信号借助于波长交换光网络（WSON）8到达DWDM光解复用器（18）的输入。另一方面，三个解复用器（19A、19B、19C）中的每个接收以f0-10GHz、f0和f0+10GHz被调制的信号，并将它们解调成到以太网交换机（10）的2Gbps。以太网交换机（10）进而将来自解调器的三个信号转换为离开主网络的IPTV头端的原始6Gbps信号。
图7示出了与本发明的方法相关联的步骤的流程图，由此使得可以改进在远距离传输网络（诸如波长交换光网络WSON）中通过互联网协议IPTV发送数字电视信号的能力。所述方法包括至少以下步骤：
●借助于发射器模块中包括的以太网交换机将数字信号分配（30）给三个DPSK调制器；
●借助于发射器模块中包括的三个DPSK调制器将数字信号调制（31）到中心频率彼此间隔10GHz的三个载波中，使得一个载波的中心频率与标准单元的中心频率f0一致，而另外两个载波的中心频率为比标准单元的中心频率大10GHz的频率和比标准单元的中心频率小10GHz的频率；
●借助于发射器模块中包括的DWDM光复用器，复用三个经调制信号并通过远距离交换光传输网络中包括的光纤链路来同时发送三个经调制信号（32）；
●借助于接收器模块中包括的DWDM解复用器来提取和分离（33）通过远距离交换光传输网络中包括的光纤链路接收的三个复用信号，所述接收的信号中包含的载波被发送给三个解调器；
●借助于接收器模块中包括的三个DPSK解调器提取（34）各个载波中包括的三个2Gbps数字信号；以及
●借助于接收器中包括的以太网交换机将三个2Gbps数字信号复用（35）为6Gbps初始数字信号。

Claims (8)

1.一种用于在远距离交换光传输网络上分配数字信号的系统，所述信号选自由HDTV信号、UHDTV信号和3DTV信号构成的组，所述系统包括服务提供方的主网络的IPTV头端（1）、至少一个本地节点（3）以及具有光组播能力的至少一个波长交换光网络（8），其特征在于，所述系统另外包括至少：
●一个发射器模块（7），所述发射器模块（7）位于所述主网络的IPTV头端（1）的输出并将所述主网络的头端与具有光组播能力的所述波长交换光网络（8）连接，其中所述发射器模块包括至少：
○一个以太网交换机（14）；
○三个DPSK调制器（15A、15B、15C）；
○一个DWDM光复用器（16）；
●针对每个本地节点（3）的一个接收器模块（9），所述接收器模块（9）将所述本地节点（3）与具有光组播能力的所述波长交换光网络（8）连接，其中所述接收器模块包括至少：
○一个DWDM光解复用器（18）；
○三个DPSK解调器（19A、19B、19C）；
○一个以太网交换机（10）。
2.根据权利要求1所述的用于在远距离交换光传输网络上分配数字信号的系统，其特征在于，所述发射器模块（7）中包括的所述以太网交换机（14）借助于三个载波将来自6Gbps头端设备的数字信号（17）分配给所述三个DPSK调制器（15A、15B、15C），所述三个载波中的每个载波包括2Gbps数字信号。
3.根据权利要求2所述的用于在远距离交换光传输网络上分配数字信号的系统，其特征在于，所述发射器模块中包括的每个DPSK调制器（15A、15B、15C）以一定频率调制所述载波，使得DPSK调制器（15B）以标准单元的中心频率f0（20B）来调制载波，而另外两个调制器（15A、15C）以比所述标准单元的中心频率f0的值大10GHz的频率（20C）和比所述标准单元的中心频率f0的值小10GHz的频率（20A）来调制所述载波。
4.根据权利要求3所述的用于在远距离交换光传输网络上分配数字信号的系统，其特征在于，所述发射器模块（7）中包括的所述DWDM光复用器（16）复用来自所述三个DPSK调制器的三个经调制数字信号，并通过具有光组播能力的所述波长交换光网络（8）发送所述三个经调制数字信号。
5.根据权利要求4所述的用于在远距离交换光传输网络上分配数字信号的系统，其特征在于，所述接收器模块（9）中包括的所述DWDM光解复用器（18）提取并分离通过具有光组播能力的所述波长交换光网络（8）从所述DWDM光复用器（16）接收的各个复用信号中包括的所述三个载波，以将所述三个载波发送给所述三个DPSK解调器（19A、19B、19C）。
6.根据权利要求5所述的用于在远距离交换光传输网络上分配数字信号的系统，其特征在于，所述接收器模块（9）中包括的所述三个DPSK解调器（19A、19B、19C）中的每个DPSK解调器提取所述三个载波中的每个载波中包括的数字信号。
7.根据权利要求6所述的用于在远距离交换光传输网络上分配数字信号的系统，其特征在于，所述接收器模块（9）中包括的以太网交换机（10）将从所述三个DPSK解调器（19A、19B、19C）接收的2Gbps信号复用为6Gbps初始数字信号（17）。
8.一种用于权利要求1中限定的所述系统的、用于在远距离交换光传输网络上分配数字信号的方法，所述数字信号选自由数字HDTV信号、数字UHDTV信号和数字3DTV信号构成的组，其特征在于，所述方法包括至少以下步骤：
●借助于发射器模块中包括的以太网交换机将所述数字信号分配（30）给三个DPSK调制器；
●借助于所述发射器模块中包括的所述三个DPSK调制器将所述数字信号调制（31）到中心频率彼此间隔10GHz的三个载波中，使得一个载波的中心频率与标准单元的中心频率f0一致，而另外两个载波的中心频率比所述标准单元的中心频率f0大10GHz和小10GHz；
●借助于所述发射器模块中包括的所述DWDM光复用器，复用三个经调制信号并通过具有光组播能力的波长交换光网络同时发送所述三个经调制信号（32）；
●借助于所述接收器模块中包括的所述DWDM解复用器来提取和分离（33）通过具有光组播能力的所述波长交换光网络接收的所述三个复用信号，将所述接收的信号中包含的所述载波发送给所述三个解调器；
●借助于所述接收器模块中包括的所述三个DPSK解调器提取（34）各个载波中包括的三个2Gbps数字信号；以及
●借助于所述接收器中包括的所述以太网交换机将所述三个2Gbps数字信号复用（35）为6Gbps初始数字信号。
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