CN102820945B - 基于奈奎斯特波分复用的无源光网络系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于奈奎斯特波分复用的无源光网络系统及实现方法，该系统包括OLT和N个ONU，OLT上设有一个多载波产生装置和一个三端口光环形器，多载波产生装置产生等频率间隔的N路光载波；下行的N路奈奎斯特波分复用信号经下行馈线光纤送给ONU；三端口光环形器将N路光载波经上行馈线光纤输送给ONU，供上行调制使用； 来自于ONU的上行奈奎斯特波分复用信号经上行馈线光纤输送到OLT。本发明，上、下行都采用奈奎斯特波分复用技术，既保持了WDM-PON的优势，又利用其高谱效率大大增加了可服务的用户数量，并且实现简单。

Description

基于奈奎斯特波分复用的无源光网络系统及实现方法

技术领域

本发明涉及无源光网络，具体涉及基于奈奎斯特波分复用的无源光网络系统及实现方法。

背景技术

随着各类大带宽业务的迅猛发展，用户对网络接入带宽的需求大幅增长，无源光网络（PON，Passive Optical Network）成为用户接入的重要技术手段。PON系统包括光线路终端（OLT：Optical Line Terminal）和光网络单元（ONU：Optical Network Unites），各ONU通过远端节点（RN：Remote Node）与位于中心局的OLT相连。

波分复用PON（WDM-PON）是一种在输送距离、容量上极具优势的技术，目前已经成为通信网络的主流。WDM-PON中，各ONU工作于不同波长，在OLT向各ONU发送数据的下行输送中，多个波长的下行信号复用在同一根光纤中，这样实际在OLT和所有ONU之间建立了点到点连接。位于中间的RN是光复用/解复用器，它可以将单根光纤中的多个波长耦合至RN与每个ONU之间的输送光纤上，也可以将来自于各ONU的多根光纤上的不同波长耦合进同一根光纤进行输送。因此，WDM-PON系统在扩展用户数量时，功率损耗无增加，这有利于扩大PON的覆盖范围。

如图1所示的典型WDM-PON系统，ONU总数是N，OLT包含有对应ONU个数的N组下行发射机和上行接收机，每个ONU包含各自的下行接收机和上行发射机。ONU上行所需的光载波，可以由本地激光器提供，亦可以通过下行光信号得到。远端节点RN对OLT送来的下行信号进行解复用后送往各ONU；同时，对各ONU送来的上行信号进行复用后送往OLT。

虽然WDM-PON具有输送距离远、覆盖范围大等优点，但由于通常波道间隔为50GHz或者100GHz，导致可以服务的用户数量很有限。为了能够增大用户数量，业界提出了OFDM-PON，以利用OFDM的高谱效率等优势。但是，受OFDM技术原理限制，上行信号在远端节点进行OFDM复用时，需要保证各ONU来的符号对齐，这为其实现带来很大难度。另外，OFDM的数字信号处理较为复杂，对发、收电器件的带宽要求较高，这些也是OFDM-PON实用化需要克服的障碍。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何充分利用带宽资源，简单方便、低成本地增加WDM-PON系统用户数量的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种基于奈奎斯特波分复用的无源光网络系统，包括OLT和N个ONU，所述OLT上设有一个多载波产生装置和一个三端口光环形器，所述多载波产生装置，产生等频率间隔的N路光载波；下行方向，OLT上的N组下行数据分别加载到所述N路光载波上并复用成为奈奎斯特波分复用信号后经下行馈线光纤送给ONU；所述三端口光环形器将所述N路光载波经上行馈线光纤输送给ONU供上行调制使用；所述下行奈奎斯特波分复用信号到达RN后，解复用成N路分别输送给N个ONU， ONU从收到的相应下行信号中恢复得到下行数据；上行方向，N个ONU发出的上行信号经所述RN复用后成为奈奎斯特波分复用信号由上行馈线光纤输送到所述三端口光环形器，所述OLT将从所述三端口光环形器输出的上行信号解复用并恢复得到上行数据。

在上述系统中，所述下行馈线光纤工作于单向模式，将所述下行信号经所述RN输送给各ONU；所述上行馈线光纤工作于双向模式，将所述上行信号送往OLT，并将N路光载波从OLT经RN送往各ONU，供上行调制使用。

在上述系统中，所述RN上设有第一、第二光复用解复用器，所述第一光复用解复用器将所述下行信号解复用为N路送给N个ONU；所述第二光复用解复用器将所述N路光载波解复用后分别输送给N个ONU，并将各ONU发出的上行光信号复用成为奈奎斯特波分复用信号后传送给OLT。

在上述系统中，所述上行信号调制所需的光载波由OLT经上行馈线光纤送至各ONU，并通过各ONU中的偏振无关型调制装置进行调制。

在上述系统中，所述偏振无关型调制装置由一个PBS，第一、第二光环形器，第一、第二调制器组成，OLT提供的光载波到达ONU后，由PBS分成两个偏振相互正交的两路，其中PBS的第一端口输出水平偏振，第二端口输出垂直偏振，水平偏振进入第一环形器的端口1，从端口2输出至第一调制器进行调制后，由第二环形器的端口3进入并从端口1输出，再进入PBS的第二端口；垂直偏振经过调制后进入PBS的第一端口；最后经PBS偏振合束后送入上行馈线光纤输送。

本发明还提供了一种基于奈奎斯特波分复用的无源光网络系统实现方法，

通过OLT上的多载波产生装置产生等频率间隔的N路光载波；

下行方向：OLT上的N组下行数据分别加载到所述N路光载波上并复用成为奈奎斯特波分复用信号后经下行馈线光纤送给RN；所述三端口光环形器将所述N路光载波经上行馈线光纤输送到各ONU，供上行调制使用；所述下行N路奈奎斯特波分复用信号经RN解复用后分别输送给N个ONU，N个所述ONU从下行信号中恢复得到下行数据；上行方向：N个ONU发出的上行信号经所述RN复用成奈奎斯特波分复用信号后由上行馈线光纤输送到所述三端口光环形器，所述OLT将从所述三端口光环形器输出的上行信号解复用并恢复得到上行数据。

本发明提出的基于奈奎斯特波分复用的新型无源光网络系统及实现方法，通过OLT上的多载波产生装置产生等频率间隔的N路光载波，利用上行馈线光纤实现了光载波的分配，上、下行都采用奈奎斯特波分复用技术，既保持了WDM-PON的优势，又利用其高谱效率大大增加了可服务的用户数量，并且实现简单。

附图说明

图1典型WDM-PON系统示意图；

图2 本发明提供的基于奈奎斯特波分复用的无源光网络系统示意图；

图3 本发明系统中的ONU示意图；

图4 本发明系统中用于ONU的偏振无关型调制装置的实施例示意图；

具体实施方式

本发明提供的基于奈奎斯特（Nyquist）波分复用的无源光网络系统（Nyquist-WDM-PON）及实现方法，上、下行都采用奈奎斯特波分复用技术，既保持了WDM-PON的优势，又利用其高谱效率大大增加了可服务的用户数量，同时还利用其实现较为简单的特点避开了OFDM-PON的实现难点。

Nyquist-WDM技术是一种超密集的波分复用技术，理想情况下其频谱效率和OFDM相同。根据Nyquist第一准则，在满足无码间干扰（ISI）的各种系统特性中，理想低通特性的基带系统可以用0.5Rs的带宽传输波特率最高为Rs的信号，或者相应的带通系统可以用Rs的带宽传输波特率最高为Rs的信号，所以带通系统在无ISI条件下能够达到的最高频带利用率就是1 Baud/Hz。为了达到这个最高频率利用率，信号频谱应是宽度为Rs的矩形谱。但是，该矩形谱实际不可能得到，业界研究表明，在现有波分复用/解复用器件（采用AWG或Interleaver）的近似2阶超高斯滤波特性下，可以以略高于Rs的带宽（如1.1Rs）无ISI地传输波特率是Rs的信号，从而达到接近于1 Baud/Hz的最高频谱效率，这就是Nyquist-WDM技术。如果希望WDM-PON系统使用的频谱宽度是B（Hz），每个ONU需要的传输波特率是Rs，则采用Nyquist-WDM技术后，该PON系统可以支持最多B/(1.1Rs)个ONU；而不采用Nyquist-WDM技术的普通WDM-PON，则在100GHz波道间隔下，仅能支持B/(100GHz)个ONU。

下面结合附图对本发明作出详细的说明。

如图2所示，本发明提供的基于奈奎斯特波分复用的无源光网络系统包括OLT和N个ONU。OLT上设有N组OLT下行发射机和OLT上行接收机，每个ONU上设有一组ONU上行发射机和ONU下行接收机。

OLT上还设有一个多载波产生装置和一个三端口光环形器以及一个OLT光复用器和一个OLT光解复用器。OLT光复用器用于将N个OLT下行发射机产生的N路光信号复用为下行奈奎斯特波分复用信号，OLT光解复用器用于将上行奈奎斯特波分复用信号解复用为N路光信号。多载波产生装置产生等频率间隔的N路光载波，N路光载波既作为OLT下行发射机加载下行信号所需的光载波，又作为OLT上行接收机解调上行信号所需的本振光载波，还作为各ONU进行上行信号调制所需的光载波（经上行光纤送至各ONU）。三端口光环形器的作用是：将各ONU经上行光纤送来的信号送往OLT光解复用器，并将ONU进行上行信号调制所需的光载波经上行馈线光纤送往各ONU。

本发明的工作过程如下：

下行方向：OLT上的N组OLT下行发射机将下行数据分别加载到N路光载波上，再由OLT光复用器复用为下行奈奎斯特波分复用信号，下行信号经下行馈线光纤和RN输送给ONU，ONU下行接收机从下行信号中恢复得到下行数据；同时，多载波产生装置产生的N路光载波由三端口光环形器的端口1输入，再由端口2输出经上行馈线光纤输送到RN，RN将N路光载波解复用后分别输送给N个ONU上的ONU上行发射机。

上行方向：N个ONU上行发射机分别将N路上行信号输送给RN，由RN复用成为奈奎斯特波分复用信号后经上行馈线光纤输送到OLT上的三端口光环形器，上行信号由三端口光环形器的端口2输入，由端口3输出到OLT光解复用器解复用为N路光信号，OLT上行接收机从上行信号中恢复得到上行数据。

本发明中，下行馈线光纤工作于单向模式，其作用是将下行信号输送给RN；上行馈线光纤工作于双向模式，其作用有两个，一个作用是将上行信号送往OLT，另一个作用是将N路光载波送往ONU。所以，上行馈线光纤的上行方向传输上行奈奎斯特波分复用信号，下行方向传输光载波。

RN上设有第一、第二光复用解复用器，第一光复用解复用器将下行奈奎斯特波分复用信号解复用为N路送给N个ONU；第二光复用解复用器的作用有两个，一个作用是将N路光载波解复用后分别输送给N个ONU，另一个作用是将各ONU发出的上行光信号复用为上行奈奎斯特波分复用信号后经三端口光环形器传送给OLT。

众所周知，ONU主要包括ONU下行接收机和ONU上行发射机，其中，ONU下行接收机完成对来自于OLT的下行信号的接收，ONU上行发射机将本ONU的上行电信号经光调制后由上行馈线光纤送往OLT。本发明中，ONU上行发射机所需的光载波由OLT中的多载波产生装置产生并经上行馈线光纤送来，ONU通过上行电信号调制得到上行光信号，再由上行馈线光纤送往OLT。由于OLT提供的光载波在经过上行馈线光纤的输送后，到达ONU时的偏振方向是随机变化的，因此，本发明中的ONU通过偏振无关型调制装置进行上行信号的调制。如图3所示，通过偏振无关型调制装置对OLT提供的光载波进行调制得到上行信号，然后再由 SOA（半导体光放大器 Semiconductor Optical Amplifier）放大后进入上行光纤传输给OLT。以下给出了偏振无关型调制装置的具体实施例。

图4是偏振无关型调制装置的实施例示意图，如图4所示，偏振无关型调制装置由一个PBS（偏振分束器），第一、第二两个光环形器和第一、第二两个调制器组成。由OLT提供的光载波，经过上行光纤传输进入PBS时的偏振方向是随机变化的，通过PBS则分成两个偏振相互正交的两路，其中第一端口X输出水平偏振H，第二端口Y输出垂直偏振V，水平偏振H进入第一环形器的端口1，从端口2输出至第一调制器经上行电信号进行调制，再进入第二环形器的端口3，最后从第二环形器的端口1输出，进入PBS的第二端口Y。垂直偏振V经过类似的调制后进入PBS的第一端口X，于是两个偏振的调制信号最后经PBS偏振合束为上行信号送入上行馈线光纤传输至OLT。

本发明还提供了一种基于奈奎斯特波分复用的无源光网络系统实现方法：

通过OLT上的多载波产生装置产生等频率间隔的N路光载波；

下行方向：OLT上的N组下行数据分别加载到所述N路光载波上并复用成为下行奈奎斯特波分复用信号经下行馈线光纤送给RN；所述三端口光环形器将所述N路光载波经上行光纤输送到各ONU，供上行调制使用；RN将所述下行N路奈奎斯特波分复用信号解复用后分别输送给N个ONU，N个所述ONU分别从下行信号中恢复得到下行数据；

上行方向：N个ONU发出的上行信号经所述RN复用后成为奈奎斯特波分复用信号由上行馈线光纤输送到所述三端口光环形器，所述OLT根据将从所述三端口光环形器输出的上行信号解复用并恢复得到上行数据。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于奈奎斯特波分复用的无源光网络系统，包括OLT和N个ONU，其特征在于；

所述OLT上设有一个多载波产生装置和一个三端口光环形器，所述多载波产生装置，产生等频率间隔的N路光载波；

下行方向：OLT上的N组下行数据分别加载到所述N路光载波上并复用成为下行奈奎斯特波分复用信号后经下行馈线光纤送给ONU；所述三端口光环形器将所述N路光载波经上行馈线光纤输送给ONU供上行调制使用；所述下行奈奎斯特波分复用信号到达RN后解复用成N路分别输送给N个ONU，ONU从收到的相应下行信号中恢复得到下行数据；

上行方向：N个ONU发出的上行信号经所述RN复用后成为奈奎斯特波分复用信号由上行馈线光纤输送到所述三端口光环形器，所述OLT将从所述三端口光环形器输出的上行信号解复用并恢复得到上行数据；

所述上行信号调制所需的光载波由OLT经上行馈线光纤送至各ONU，并通过各ONU中的偏振无关型调制装置进行调制；

所述偏振无关型调制装置由一个PBS，第一、第二光环形器，第一、第二调制器组成，OLT提供的光载波到达ONU后，由PBS分成两个偏振相互正交的两路，其中PBS的第一端口输出水平偏振，第二端口输出垂直偏振，水平偏振进入第一环形器的端口1，从端口2输出至第一调制器进行调制后，由第二环形器的端口3进入并从端口1输出，再进入PBS的第二端口；垂直偏振经过调制后进入PBS的第一端口；最后经PBS偏振合束后送入上行馈线光纤输送。

2.如权利要求1所述的基于奈奎斯特波分复用的无源光网络系统，其特征在于：

所述下行馈线光纤工作于单向模式，将所述下行信号经所述RN输送给各ONU；

所述上行馈线光纤工作于双向模式，将所述上行信号送往OLT，并将所述奈奎斯特调制信号送往所述RN。

3.如权利要求1所述的基于奈奎斯特波分复用的无源光网络系统，其特征在于：

所述RN上设有第一、第二光复用解复用器，所述第一光复用解复用器将所述下行信号解复用为N路送给N个ONU；所述第二光复用解复用器将所述N路光载波解复用后分别输送给N个ONU，并将各ONU发出的上行光信号复用成为奈奎斯特波分复用信号后传送给OLT。

4.基于奈奎斯特波分复用的无源光网络系统实现方法，其特征在于：

通过OLT上的多载波产生装置产生等频率间隔的N路光载波；

下行方向：OLT上的N组下行数据分别加载到所述N路光载波上并复用成为奈奎斯特波分复用信号后经下行馈线光纤送给RN；三端口光环形器将所述N路光载波经上行馈线光纤输送到各ONU，供上行调制使用；所述下行N路奈奎斯特波分复用信号经RN解复用后分别输送给N个ONU，N个所述ONU从下行信号中恢复得到下行数据；

上行方向：N个ONU发出的上行信号经所述RN复用成奈奎斯特波分复用信号后由上行馈线光纤输送到所述三端口光环形器，所述OLT将从所述三端口光环形器输出的上行信号解复用并恢复得到上行数据；

所述上行信号调制所需的光载波由OLT经上行馈线光纤送至各ONU，并通过各ONU中的偏振无关型调制装置进行调制；

所述偏振无关型调制装置由一个PBS，第一、第二光环形器，第一、第二调制器组成，OLT提供的光载波到达ONU后，由PBS分成两个偏振相互正交的两路，其中PBS的第一端口输出水平偏振，第二端口输出垂直偏振，水平偏振进入第一环形器的端口1，从端口2输出至第一调制器进行调制后，由第二环形器的端口3进入并从端口1输出，再进入PBS的第二端口；垂直偏振经过调制后进入PBS的第一端口；最后经PBS偏振合束后送入上行馈线光纤输送。