CN103117979A - 一种无源光接入网络用户上行信号传输方法及其系统 - Google Patents

Abstract

一种无源光接入网络用户上行信号传输方法及其系统，属于光纤通信技术领域，解决目前用户上行信号冲突的问题，并提高传输速率。本发明的传输方法将用户信息分别调制到N个正交波形发生器上，再通过激光器转换成混合输出光信号；接收的混合输出光信号转换为混合电信号，对N路相同的子混合电信号分离恢复出N路不同的用户信息。本发明的传输系统中，信号发射端包括N个不同的正交波形信号产生电路、电合路器以及激光器；信号接收端包括光电探测器、电分路器、N个相关电路、N个判决再生电路以及N个正交波形发生器。本发明对频偏和相位噪声要求较低，减少对电子芯片的依赖，大大提高用户端数据的接入能力，并简化无源光网络的结构和协议。

Description

一种无源光接入网络用户上行信号传输方法及其系统

技术领域

本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及一种光纤到户系统中无源光接入网络用户上行信号传输方法及其系统。

背景技术

目前在光纤到户系统中的无源光接入网技术中，核心技术分为三个部分：下行信号发射，无源接入，上行信号的发射/接收。由于采用无源光接入网络(PON)的结构，下行信号用一发多收，而上行信号是多个用户共用一根光纤，由于是共用一根光纤，会导致各个用户在一根光纤上传输时发生冲突，为了解决多个上行信号冲突问题，目前PON的结构提出了很多种实现的方法：时分复用无源光网络(TDM-PON)、波分复用无源光网络(WDM-PON)和正交频分复用无源光网络(OFDM-PON)。

时分复用无源光网络(TDM-PON)是一种比较成熟和商用的技术，根据所承载的业务的不同分为以太网无源光网络(EPON)和广义成帧无源光网络(GPON)两种；在EPON和GPON中为了防止上行用户光网络终端(ONU)的冲突，需要将不同的时隙分配给不同的用户，这样导致系统复杂，协议很繁杂，电子处理芯片的处理速度跟不上传输速率等问题。

而采用WDM-PON系统，由于要给每个用户分配一个波长信息，就要提高ONU端用户的成本，无法实现FTTH的普及等问题，而且设备运营商也不好维护。

在OFDM-PON系统中，OFDM技术区分各个子信道的方法是利用各个子载波之间严格的正交性。频偏和相位噪声会使各个子载波之间的正交特性恶化，仅仅1％的频偏就会使信噪比下降30dB。因此，OFDM系统对频偏和相位噪声比较敏感，提高了系统的复杂度和成本。

发明内容

本发明提供一种无源光接入网络中用户上行信号传输方法，同时提供实现该方法的一种系统，解决目前用户上行信号冲突的问题，并提高传输速率，减少对目前时分复用技术中电子芯片的依赖。

本发明所提供的一种无源光接入网络中用户上行信号传输方法，包括信号发射步骤和信号接收步骤，其特征在于：

(1)所述信号发射步骤，包括下述子步骤：

(1.1)设置N个不同的正交波形发生器，N个正交波形发生器分别产生1阶、…、N阶正交波形，各阶正交波形两两相互正交；

(1.2)将N个不同用户的信息分别调制到N个正交波形发生器所产生的1阶、…、N阶正交波形上；

(1.3)将调制后的N个电正交波形信号叠加，形成一路混合电信号；

(1.4)将所述混合电信号调制到一个激光器上转换成混合输出光信号，再送入光纤中传输；

(2)所述信号接收步骤，包括下述子步骤：

(2.1)将光纤中接收的混合输出光信号通过光电探测器进行光电转换，成为混合电信号；

(2.2)将混合电信号经过电分路器分成N路相同的子混合电信号；

(2.3)对每一路子混合电信号，通过相应的相关电路得到积分信号，再经判决再生电路，分离恢复出一路用户信息，N个相关电路和对应的N个判决再生电路分离恢复出N路不同的用户信息。

本发明所提供的一种无源光接入网络用户上行信号传输系统，包括信号发射端和信号接收端，所述信号发射端和信号接收端通过光纤连接，其特征在于：

(1)所述信号发射端，包括N个不同的正交波形信号产生电路、电合路器以及激光器：

所述电合路器连接N个正交波形信号产生电路，每个正交波形信号产生电路由一个调制器和i阶正交波形发生器组成，i＝1、…、N，N为正整数；N个i阶正交波形发生器分别产生1阶、…、N阶正交波形，各阶正交波形两两相互正交；

不同的用户信息分别通过调制器直接或间接调制到不同阶正交波形上，形成N个已调信号；所述电合路器将N个已调信号混合为混合电信号，对激光器进行调制，激光器输出混合光信号，送入光纤中传输；

(2)所述信号接收端，包括依次串联的光电探测器、电分路器、N个相关电路、N个判决再生电路以及N个正交波形发生器；

光电探测器将光纤中接收的混合光信号进行光电转换，成为混合电信号送至电分路器；电分路器将混合电信号分成N路相同的子混合电信号，分别送到N个相关电路，所述N个正交波形发生器分别产生1阶、…、N阶正交波形，分别送到N个相关电路，各阶正交波形两两相互正交；

每个相关电路对相应的子混合电信号和相应阶正交波形进行运算得到积分信号，送到相应判决再生电路，分离恢复出一路用户信息，N个相关电路和对应的N个判决再生电路分离恢复出N路用户信息。

所述的无源光接入网络用户上行信号传输系统，其进一步特征在于：

所述i阶正交波形发生器为任意波形发生器，其输入为i阶正交波形函数，输出为对应的i阶正交波形；

i阶正交波形函数y_i为：

$y_i=e^{-\frac{t^2}{{\mathrm{\τ}}_i^2}}-a_{i,i-1}{y}_{i-1}-a_{i,i-2}{y}_{i-2}-K-a_{i,1}{y}_1,$

其中，正交波形函数的系数a_i，m为：

$a_{i,m}=\frac{\underset{T}{\∫}{e}^{-\frac{t^2}{{\mathrm{\τ}}_i^2}}\·y_m\mathrm{dt}}{\underset{T}{\∫}{y}_m\·y_m\mathrm{dt}},m=\mathrm{1,2},\·\·\·,i-1;i=2,\·\·\·N;$

式中，

a_1，0为一阶正交波形函数的系数，为任意给定的正数，它决定脉冲的幅度；t为时间；τ_i为时间因子，决定波形的宽度，5＞τ₁＞τ₂＞…＞τ_N＞0；积分区间T为-5τ₁：5τ₁。

所述的无源光接入网络用户上行信号传输系统，其特征在于：

所述相关电路由乘法器和积分器串联组成，i路子混合电信号和i阶正交波形在乘法器中相乘，所得到电信号通过积分器积分得到第i路积分信号；

所述判决再生电路由时钟提取芯片和判决芯片组成，所述第i路积分信号输入判决芯片，用时钟提取芯片控制判决芯片提取一个码元周期的积分信号最后时刻的值，作为第i路积分值Ai，并判断Ai是否大于阈值Zi，是则输出1码，否则输出0码。

所述的无源光接入网络用户上行信号传输系统，其特征在于，所述阈值Zi通过下述步骤得到：

(1)在信号发射端，将第一组先验码作为用户信息通过调制器直接或间接调制到不同阶正交波形上，进行传输；其中，全1码调制到i阶正交波形上，其它各阶正交波形调制全0码；在信号接收端，第i个相关电路输出积分信号到示波器上，通过示波器计算出每个码元周期的积分信号最后时刻的值的平均值

(2)在信号发射端，将第二组先验码作为用户信息通过调制器直接或间接调制到不同阶正交波形上，进行传输；其中，第二组先验码为全0码，调制到各阶正交波形上；在信号接收端，第i个相关电路输出积分信号到示波器上，通过示波器计算出每个码元周期的积分信号最后时刻的值的平均值

(3)计算第i路的阈值Zi：

本发明利用电正交波形信号的两两正交性，相互不干扰性，在信号发射端给每个用户分配一个特定的电正交波形，将各个不同的用户上行信号调制到不同的电正交波形信号上，然后，将各个电正交波形信号合路后，再调制到一个激光器或者几个波长不同的激光器上，送入到光纤中传输，既能解决TDM-PON中分配时隙的问题，又能使很多个用户共用一个激光器，大大降低WDM-PON的系统成本。在上行用户的信号接收端，经过光电探测后转换成电信号，然后将混合在一起的各个用户上行信号通过正交性的原理一一分离出来。虽然这个用户共享一个上行波长或者几个波长，但是由于这些电波形两两正交，所以互不干扰，这样可以解决目前信号发射端用户上行信号冲突的问题，并能提高传输速率；因为本发明利用的是波形在时域上的正交性，没有在频域中要求特定的频率分量，所以对频偏和相位噪声要求较低，减少对目前时分复用技术中电子芯片的依赖，大大提高用户端数据的接入能力，并简化无源光网络的结构和协议。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明的系统结构图；

图3为相关电路示意图；

图4为判决再生电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明信号传输方法的实施例，用于2个用户，包括信号发射步骤和信号接收步骤：

(1)所述信号发射步骤，包括下述子步骤：

(1.1)设置2个不同的正交波形发生器，2个正交波形发生器分别产生1阶、2阶正交波形，各阶正交波形两两相互正交；

(1.2)将2个不同用户的信息分别调制到2个正交波形发生器所产生的1阶、2阶正交波形上；

(1.3)将调制后的2个电正交波形信号叠加，形成一路混合电信号；

(1.4)将所述混合电信号调制到一个激光器上转换成混合输出光信号，再送入光纤中传输；

(2)所述信号接收步骤，包括下述子步骤：

(2.1)将光纤中接收的混合输出光信号通过光电探测器进行光电转换，成为混合电信号；

(2.2)将混合电信号经过电分路器分成2路相同的子混合电信号；

(2.3)对每一路子混合电信号，通过相应的相关电路得到积分信号，再经判决再生电路，分离恢复出一路用户信息，2个相关电路和对应的2个判决再生电路分离恢复出2路不同的用户信息。

本发明信号传输系统的实施例，包括信号发射端和信号接收端，所述信号发射端和信号接收端通过光纤连接：

(1)所述信号发射端，包括2个不同的正交波形信号产生电路、电合路器以及激光器：

所述电合路器连接2个正交波形信号产生电路，每个正交波形信号产生电路由一个调制器和i阶正交波形发生器组成，i＝1、2；2个i阶正交波形发生器分别产生1阶、2阶正交波形，各阶正交波形两两相互正交；

2个不同的用户信息分别通过调制器直接或间接调制到2个不同阶正交波形上，形成2个已调信号；所述电合路器将2个已调信号混合为混合电信号，对激光器进行调制，激光器输出混合光信号，送入光纤中传输；

(2)所述信号接收端，包括依次串联的光电探测器、电分路器、2个相关电路、2个判决再生电路以及2个正交波形发生器；

光电探测器将光纤中接收的混合光信号进行光电转换，成为混合电信号送至电分路器；电分路器将混合电信号分成2路相同的子混合电信号，分别送到2个相关电路，所述2个正交波形发生器分别产生1阶、2阶正交波形，分别送到2个相关电路，各阶正交波形两两相互正交；

每个相关电路对相应的子混合电信号和相应阶正交波形进行运算得到积分信号，送到相应判决再生电路，分离恢复出一路用户信息，2个相关电路和对应的2个判决再生电路分离恢复出2路用户信息。

本实施例中，电合路器、电分路器均采用中国电子科技集团第五十四研究所研制的电合路器；激光器采用分布反馈DFB激光器，如武汉电信器件公司的RTX-169型光发射模块。

本实施例中，所述i阶正交波形发生器为任意波形发生器，采用美国泰克公司型号AWG520的任意波形发生器；其输入为i阶正交波形函数，输出为对应的i阶正交波形，i＝1、2；

一阶正交波形函数y₁：式中a_1，0＝0.22为一阶正交波形函数的系数，τ₁＝1；

二阶正交波形函数y₂：a_2,1＝0.6325，τ₂＝0.5；积分区间T为-5～5。

本实施例中，所述相关电路由乘法器和积分器串联组成，乘法器采用美国ADI公司型号AD834的模拟乘法器；积分器可用低通滤波器来代替，其功能与积分的功能相似，如采用成都武华科技有限公司的型号为MWLABSLPF120的LC低通滤波器；1路子混合电信号和1阶正交波形在乘法器中相乘，所得到电信号通过积分器积分得到第1路积分信号；同样，得到第2路积分信号；

所述判决再生电路由时钟提取芯片和判决芯片组成，时钟提取芯片采样美国AMCC(applied mico circuit corportion)公司的S3026时钟提取芯片；判决芯片采用美国AGERE公司的LG1602判决芯片。所述第1路积分信号输入判决芯片，用时钟提取芯片控制判决芯片提取一个码元周期的积分信号最后时刻的值，作为第1路积分值A1，并判断A1是否大于阈值Z1，是则输出1码，否则输出0码。

同样，所述第2路积分信号输入判决芯片，用时钟提取芯片控制判决芯片提取一个码元周期的积分信号最后时刻的值，作为第2路积分值A2，并判断A2是否大于阈值Z2，是则输出1码，否则输出0码。

本实施例中，阈值Z1通过下述步骤得到：

(1)在信号发射端，将第一组先验码作为用户信息通过调制器直接或间接调制到不同阶正交波形上，进行传输；其中，全1码调制到1阶正交波形上，其它各阶正交波形调制全0码；在信号接收端，第1个相关电路输出积分信号到示波器上，通过示波器计算出每个码元周期的积分信号最后时刻的值的平均值

(2)在信号发射端，将第二组先验码作为用户信息通过调制器直接或间接调制到不同阶正交波形上，进行传输；其中，第二组先验码为全0码，调制到各阶正交波形上；在信号接收端，第1个相关电路输出积分信号到示波器上，通过示波器计算出每个码元周期的积分信号最后时刻的值的平均值

(3)计算第i路的阈值Z1：

同样，得到阈值Z2。

Claims (5)

1.一种无源光接入网络用户上行信号传输方法，包括信号发射步骤和信号接收步骤，其特征在于：

(1)所述信号发射步骤，包括下述子步骤：

(1.1)设置N个不同的正交波形发生器，N个正交波形发生器分别产生1阶、…、N阶正交波形，各阶正交波形两两相互正交；

(1.2)将N个不同用户的信息分别调制到N个正交波形发生器所产生的1阶、…、N阶正交波形上；

(1.3)将调制后的N个电正交波形信号叠加，形成一路混合电信号；

(1.4)将所述混合电信号调制到一个激光器上转换成混合输出光信号，再送入光纤中传输；

(2)所述信号接收步骤，包括下述子步骤：

(2.1)将光纤中接收的混合输出光信号通过光电探测器进行光电转换，成为混合电信号；

(2.2)将混合电信号经过电分路器分成N路相同的子混合电信号；

(2.3)对每一路子混合电信号，通过相应的相关电路得到积分信号，再经判决再生电路，分离恢复出一路用户信息，N个相关电路和对应的N个判决再生电路分离恢复出N路不同的用户信息。

2.一种无源光接入网络用户上行信号传输系统，包括信号发射端和信号接收端，所述信号发射端和信号接收端通过光纤连接，其特征在于：

(1)所述信号发射端，包括N个不同的正交波形信号产生电路、电合路器以及激光器：

所述电合路器连接N个正交波形信号产生电路，每个正交波形信号产生电路由一个调制器和i阶正交波形发生器组成，i＝1、…、N，N为正整数；N个i阶正交波形发生器分别产生1阶、…、N阶正交波形，各阶正交波形两两相互正交；

不同的用户信息分别通过调制器直接或间接调制到不同阶正交波形上，形成N个已调信号；所述电合路器将N个已调信号混合为混合电信号，对激光器进行调制，激光器输出混合光信号，送入光纤中传输；

(2)所述信号接收端，包括依次串联的光电探测器、电分路器、N个相关电路、N个判决再生电路以及N个正交波形发生器；

光电探测器将光纤中接收的混合光信号进行光电转换，成为混合电信号送至电分路器；电分路器将混合电信号分成N路相同的子混合电信号，分别送到N个相关电路，所述N个正交波形发生器分别产生1阶、…、N阶正交波形，分别送到N个相关电路，各阶正交波形两两相互正交；

每个相关电路对相应的子混合电信号和相应阶正交波形进行运算得到积分信号，送到相应判决再生电路，分离恢复出一路用户信息，N个相关电路和对应的N个判决再生电路分离恢复出N路用户信息。

3.如权利要求2所述的无源光接入网络用户上行信号传输系统，其特征在于：

所述i阶正交波形发生器为任意波形发生器，其输入为i阶正交波形函数，输出为对应的i阶正交波形；

i阶正交波形函数y_i为：

$y_i=e^{-\frac{t^2}{{\mathrm{\τ}}_i^2}}-a_{i,i-1}{y}_{i-1}-a_{i,i-2}{y}_{i-2}-K-a_{i,1}{y}_1,$

其中，正交波形函数的系数a_i，m为：

$a_{i,m}=\frac{\underset{T}{\∫}{e}^{-\frac{t^2}{{\mathrm{\τ}}_i^2}}\·y_m\mathrm{dt}}{\underset{T}{\∫}{y}_m\·y_m\mathrm{dt}},m=\mathrm{1,2},\·\·\·,i-1;i=2,\·\·\·N;$

式中，a_1，0为一阶正交波形函数的系数，为任意给定的正数，它决定脉冲的幅度；t为时间；τ_i为时间因子，决定波形的宽度，5＞τ₁＞τ₂＞…＞τ_N＞0；积分区间T为-5τ₁：5τ₁。

4.如权利要求2或3所述的无源光接入网络用户上行信号传输系统，其特征在于：

所述相关电路由乘法器和积分器串联组成，i路子混合电信号和i阶正交波形在乘法器中相乘，所得到电信号通过积分器积分得到第i路积分信号；

所述判决再生电路由时钟提取芯片和判决芯片组成，所述第i路积分信号输入判决芯片，用时钟提取芯片控制判决芯片提取一个码元周期的积分信号最后时刻的值，作为第i路积分值Ai，并判断Ai是否大于阈值Zi，是则输出1码，否则输出0码。

5.如权利要求4所述的无源光接入网络用户上行信号传输系统，其特征在于，所述阈值Zi通过下述步骤得到：

(1)在信号发射端，将第一组先验码作为用户信息通过调制器直接或间接调制到不同阶正交波形上，进行传输；其中，全1码调制到i阶正交波形上，其它各阶正交波形调制全0码；在信号接收端，第i个相关电路输出积分信号到示波器上，通过示波器计算出每个码元周期的积分信号最后时刻的值的平均值

(2)在信号发射端，将第二组先验码作为用户信息通过调制器直接或间接调制到不同阶正交波形上，进行传输；其中，第二组先验码为全0码，调制到各阶正交波形上；在信号接收端，第i个相关电路输出积分信号到示波器上，通过示波器计算出每个码元周期的积分信号最后时刻的值的平均值

(3)计算第i路的阈值Zi：

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