CN103178904B

CN103178904B - 全双工高速单纤双向波分复用无源光接入网络

Info

Publication number: CN103178904B
Application number: CN201310099591.8A
Authority: CN
Inventors: 刘端; 邓磊; 温殿强; 唐明; 付松年; 刘德明
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: CN103178904A

Abstract

本发明提供了一种全双工高速单纤双向波分复用无源光接入网络。它包括光网络单元ONU、双向光纤链路和光链路终端OLT，双向光纤链路一端连接ONU，另一端连接OLT；其特征在于：所述OLT包括光源、色散补偿模块、光带通滤波模块、光电探测模块、实时采样模块和编码数据处理模块。本发明采用了数字信号处理技术，能够在单根光纤链路上实现10Gb/s以上的上下行对称速率的双向业务传输。本发明混合了波分复用技术、色散补偿技术、电均衡和前向纠错技术，通信速率高，传输距离长，并能大大提高上行业务的传输速率，解决接入网络上行业务带宽瓶颈问题。

Description

全双工高速单纤双向波分复用无源光接入网络

技术领域

本发明涉及光纤接入网以及无源光接入网络技术领域，尤其涉及波分复用无源光网络架构、相干接收方法及离线数据处理方法。

背景技术

新世纪以来，由于互联网新业务以及高清视频/会议等业务所刺激的接入网络带宽需求的不断快速增长。目前全球已有60亿移动电话用户和23亿互联网用户，其网络均建立在光纤通信基础上。随着互联网和移动通信网用户和业务的迅猛增长，对带宽需求日益迫切。为了适应未来的通信容量需要，波分复用无源光接入网络(WDM-PON)逐渐被众多研究人员视为光纤接入网络的终极解决方案。然而，其高昂的成本一直阻碍了它的大范围推广。而反射式半导体光放大器(RSOA)的应用，为波分复用无源光接入网络中实现无色的光网络单元提供了可能性方案。为了进一步的降低WDM-PON的每户每带宽成本，必须要提出具有成本效益的解决方案来进一步提升系统的传输容量达10Gb/s以上以及进一步增加系统覆盖范围至100公里。然而，基于RSOA的WDM-PON系统中的上行传输业务却受限于RSOA的较窄的电域带宽（1-2GHz）所带来的符号间干扰(ISI)以及与光纤色散联系在一起RSOA的高的啁啾（4-10）。为了解决这个难题，在OLT端的接收器中采用电均衡方法来提高系统上行业务传输质量。近期，相关文献已经报道的电均衡方法包括前向反馈均衡器(FFE)，判决反馈均衡器(DFE)，以及最大相似序列估算(MLSE)等方法。在众多的均衡器中，MLSE具有对于ISI最强的补偿能力。而它主要的缺点是它的复杂程度随着信道的存储长度呈指数增加。

对于基于RSOA的单纤链路WDM-PON来说，除了ISI之外，另一个受限因素是其传输质量对反射的脆弱性。由于下行种子光与传播方向的相反上行光路共享同一根光纤链路，由于瑞利背向散射（RB）与分立的反射噪声（RN）会与信号光发生干扰。虽然用单纤链路来同时传输上行与下行业务能够节约成本，但由于各种反射所引起的带内串扰会严重的劣化信号传输质量同时限制最大传输距离。正是因为这种原因，一些抑制瑞利散射噪声的方法被提出。它们主要是利用频率抖动或者相位调制的方式来展宽信号谱线以抑制瑞利散射。然而，这些办法要么只适用于低速范围(<3Gb/s)，要么还需要复杂的收发器件。在这种网络结构中，下行光信号与连续光信号都是来自OLT中，却安排在不同的波段上。下行信号与连续光在传输到远端之前复用到一起，在ONU处分别被接收。经过解复用之后，连续光波被输入到RSOA中进行放大和调制。进而上行信号通过RSOA的反射之后通过同一光纤链路反向传输到OLT端。由于上行信号与其种子光被调制在同一个光载波上，被反射后的连续光波与上行光信号一同在单根光纤链路中传播，因此会引入干涉串扰。于此相反，下行光信号仅仅会受到双重的RB噪声或者是双重的反射的影响，而其噪声的功率小到基本可以忽略不计。因此，RN仅仅会影响到上行光信号的传输质量。典型的WDM-PON网络中的OLT结构如图2所示，由OLT与ONU之间通过光纤链路对每一对光发射机与光接收机分配一个/一对波长通道。然而，由于现有的技术大多采用的是RSOA在远端ONU复用部分下行光路并重调制进行上行传输，而RSOA受制于其较窄的电域带宽(通常为1～2GHz)很难传输大于10GHz的上行信号。因此，在现有的大多数WDM-PON结构中，上行传输速率大多小于5GHz。即便高速上行信号能传输到OLT端，其信号传输质量往往难以得到保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高速单纤双向波分复用无源光接入网络，实现高速接入网的多种不同业务传输，覆盖距离长，并能大大提高上行业务的传输速率，解决接入网络上行业务带宽瓶颈问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：高速单纤双向波分复用无源光接入网络它包括光网络单元(ONU)、双向光纤链路和光链路终端(OLT)，ONU与双向光纤链路的一端相连，双向光纤链路的另一个端口与OLT相连。

OLT包括光源、色散补偿模块、光带通滤波模块、光电探测模块、实时采样模块、电均衡模块、分析模块；光源的输出端接至光纤环形器(OC)的端口1，OC的端口2接至ONU的输入端，OC的端口3通过一段单模光纤接至OLT的输入端口，经过色散补偿模块、光带通滤波模块后进入光电探测模块，然后再经过实时采样模块、编码数据处理模块，最后进入分析模块分析传输性能。

ONU包括高速脉冲编码产生模块与下行光复用模块，高速脉冲编码产生模块的输出端口与下行光复用模块的一个端口相连，下行光复用模块的另一个端口与双向光纤链路相连。

所述编码数据处理模块包括低通滤波器、前向滤波器、后向滤波器、三级量化器、加法器、最小均方算法（LMS）模块和数字整流器，

所述实时采样模块输出的数据进入所述低通滤波器，所述低通滤波器用于滤除带外的噪声与干扰，所述前向滤波器、后向滤波器、三级量化器和最小均方算法模块组成判决反馈均衡器DFE，所述判决反馈均衡器DFE用于将所述低通滤波器处理后的信号转换为三电平的双二进制信号；所述最小均方算法模块用于调节前向、后向滤波器动态调节抽头系数；所述前向滤波器与后向滤波器的输出信号分别被输入到加法器完成加法操作，后向加法器输出信号被数字整流器转换为二进制信号进行误码率计算。

该发明与现有技术相比，具有以下主要优点：

其一，以高速单纤双向波分复用技术组建无源光接入网络，有效地提高了光网络数据传输速率，特别是上行业务的传输速率，实现了长距离、大容量的传输；

其二，使用反射式半导体光放大器，波分复用无源光接入网络中实现了无色ONU的结构；

其三，OLT的接收器中采用基于部分响应系统的均衡处理方法，大大提高了系统上行业务传输质量；

其四，单根光纤传输上下行数据，节省了成本。

附图说明

图1是本发明单纤链路的无源光接入网络整体架构结构示意图。

图中：1-1.反射式半导体光放大器(RSOA)；1-2.光网络单元(ONU)；1-3.光纤链路终端(OLT)；1-4.高速脉冲编码产生模块；1-5.单模光纤(SMF)。

图2是典型的单纤链路无源光接入网络的OLT结构示意图。

图中：2-1.光发射机1(Tx₁)；2-2.光发射机n(Tx_n)；2-3.阵列波导光栅模块；2-4.光接收机1(Rx₁)；2-5.光接收机n(Rx_n)；2-6.波分复用模块(WDM);2-7.光纤环形器；2-8.连续光源。

图3是本发明的无源光接入网络的OLT的上行信号接收部分结构示意图。

图中：3-1.连续光源；3-2.光纤环形器；3-3.光纤放大器模块；3-4.色散补偿模块；3-5.光纤带通滤波器；3-6.光电探测器；3-7.实时采样示波模块；3-8.编码数据处理模块；3-9.误码仪分析模块。

图4是本发明的OLT编码数据处理模块的结构示意图。

图中：4-1.低通滤波器;4-2.前向滤波器;4-3.后向滤波器;4-4.3级量化器;4-5.最小均方算法（LMS）模块;4-6.数字整流器;4-7.加法器。

具体实施方式

本发明针对现有的波分复用无源光接入网络中上行业务传输速率较低的“瓶颈”，提出将光纤通信中的下行光通过反射式半导体放大器（RSOA）重新调制利用的技术，利用下行光复用技术灵活构建高速率无源光接入网络，大大提高单根光纤中上行业务的传输速率；同时，在光链路终端（OLT）采用独特的数字信号处理技术，混合了波分复用技术、色散补偿技术、电均衡和前向纠错技术，通信速率高，传输距离长，大大提高了上行数据的传输性能。并能有效的抑制符号干扰(ISI)与各种反射噪声(RN)对在单纤链路结构WDM-PON中传输的上下行业务传输质量的影响。

如图1所示，本发明的网络架构包括光链路终端1-3、光网络单元1-2和单模光纤1-5，光链路终端1-3的一个端口通过引导光纤与光网络单元1-2相连。光网络单元1-2包括高速脉冲编码产生模块1-4、下行光复用模块1-1，高速脉冲编码产生模块1-4的输出端口与下行光复用模块1-1的一个端口相连，下行光复用模块1-1的另一个端口与光纤链路相连。

如图3所示，光链路终端1-3包括连续光源3-1、色散补偿模块3-4、光带通滤波模块3-5、光电探测模块3-6、实时采样模块3-7、编码数据处理模块3-8、误码分析模块3-9；连续光源3-1的输出端接至光纤环形器3-2的端口1，光纤环形器3-2的端口2接至光网络单元1-2的输入端，光纤环形器3-2的端口3通过一段单模光纤接至光纤放大器模块3-3，经过色散补偿模块3-4、光带通滤波模块3-5后进入光电探测模块3-6，然后再经过实时采样模块3-7、相关编码算法数据处理模块3-8，最后进入误码分析模块3-9分析传输性能并计算系统误码率。

本发明网络中光纤链路采用单纤双向双工传输方式。本发明的数据传输包括上行和下行方向。

在网络上行方向，如图3所示，携带了上行数据的光信号经过光纤环形器3-2，由于传输的距离比较长，损耗比较大，到达OLT的上行光已经很微弱，若直接调制传输，则上行数据将无法探测。所以，首先通过光纤放大器模块3-3对上行光放大；然后模块3-4对放大后的光信号进行色散补偿，再经过模块3-5进行整形滤波，滤除掉带外噪声以及反射噪声，最后输入光电探测器模块3-6，进行上行信号的探测和接收。接收后的上行数据通过电缆传输到实时采样模块3-7，实时采样模块3-7对电信号进行存储，然后编码数据处理模块3-8对接收到的电信号进行离线数据处理，对信号进行整形和恢复。最后在误码分析模块3-9上显示系统上行业务的传输质量。而在网络下行方向上，与普通的WDM-PON网络结构一样，信号在OLT中调制到下行光上，下行光经过环形器后，再经过光纤链路到达远端ONU中的下行信号接受模块接收下行光信号数据。

OLT编码数据处理模块的如图4所示，实时采样模块输出的数据进入低通滤波器4-1以滤除带外的噪声与干扰，随后由前向滤波器4-2、后向滤波器4-3、3级量化器4-4和最小均方算法（LMS）模块4-5组成判决反馈均衡器（DFE）将接收信号转换为3电平的双二进制信号，通过这种均衡方式，利用部分响应系统原理，在存在码间干扰（ISI）的情况下实现特定抽样时刻的无码间干扰，达到好的误码传输性能。最小均方算法（LMS）模块4-5用来调节各个滤波器动态调节抽头系数。最后，前向滤波器4-2与后向滤波器4-3的输出信号分别被输入到加法器4-7完成加法操作，其输出信号被数字整流器4-6转换为二进制信号进行误码率计算。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.高速单纤双向波分复用无源光接入网络，包括光网络单元ONU、双向单根光纤链路和光链路终端OLT，双向单根光纤链路一端连接ONU，另一端连接OLT；其特征在于：所述OLT包括光源、色散补偿模块、光带通滤波模块、光电探测模块、实时采样模块和编码数据处理模块；所述光源的输出端接至光纤环形器OC的端口1，OC的端口2接至ONU的输入端实现下行信号传输，OC的端口3通过一段单模光纤接至所述OLT的输入端口完成上行信号传输，经过色散补偿模块、光带通滤波模块后进入光电探测模块，所述光电探测模块先后与所述实时采样模块和编码数据处理模块通过电缆连接；所述实时采样模块，用于对电信号进行存储，所述编码数据处理模块，用于对接收到的电信号进行离线数据处理，以对信号进行整形和恢复；

所述编码数据处理模块包括低通滤波器、前向滤波器、后向滤波器、三级量化器、加法器、最小均方算法模块和数字整流器，

所述实时采样模块输出的数据进入所述低通滤波器，所述低通滤波器用于滤除带外的噪声与干扰，所述前向滤波器、后向滤波器、三级量化器和最小均方算法模块组成判决反馈均衡器DFE，所述判决反馈均衡器DFE用于将所述低通滤波器处理后的信号转换为三电平的双二进制信号；所述最小均方算法模块用于调节前向、后向滤波器动态调节抽头系数；所述前向滤波器与后向滤波器的输出信号分别被输入到加法器完成加法操作，加法器输出信号被数字整流器转换为二进制信号进行误码率计算。

2.根据权利要求1所述的高速单纤双向波分复用无源光接入网络，其特征在于：所述ONU包括高速脉冲编码产生模块与下行光复用模块，所述高速脉冲编码产生模块的输出端口与所述下行光复用模块的一个端口相连，所述下行光复用模块的另一个端口与双向单根光纤链路相连。