CN103297169A - 基于梳状光源再生技术的ofdm-pon长距离传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于梳状光源再生技术的OFDM-PON长距离传输方法，包括以下步骤：发送端利用第一梳状光载波生成器将单光源生成多路光载波；一路光载波作为保留光载波，采用OFDM调制格式将信号分别调制在其他多路光载波上形成多路信号光；保留光载波与多路信号光合波形成波分复用信号；远端节点解复用波分复用信号，分离出保留光载波和多路信号光，利用第二梳状光载波生成器将保留光载波生成多路再生光载波，并分别与多路信号光组合后送往不同PON分支；用户处采用直接检测方式进行信号接收。本发明基于梳状光载波再生技术，只需要一个光源即完成了密集波分复用形式的下行信号发送，频谱效率远高于传统的DDO-OFDM方案。

Description

基于梳状光源再生技术的OFDM-PON长距离传输方法
技术领域
本发明涉及接入网领域的长距离无源光网络传输，具体涉及基于梳状光源再生技术的OFDM-PON长距离传输方法。
背景技术
长距离无源光网络（简称LR-PON），可以通过远端节点（RN）将大量的用户同时连接到核心网络，进而实现将传统的城域网和接入网进行整合，减少其节点数量与交换成本。如图1所示，长距离无源光网络通过采用光放大与波分复用（WDM）技术，可以将传输距离从传统的20km延长到60-100km，同时还能保持1:32或更高的分光比。
但是，由于LR-PON传输距离的延长、用户带宽的增加与总用户数量的增长，导致系统要求更大的容量（单波长/汇聚）、更高的频谱效率、更简单灵活的色散补偿和带宽分配机制。
正交频分复用(OFDM)是一种多载波调制技术，其主要优点表现在：
（1）、频谱利用率高。与传统的单载波和多载波系统相比，O-OFDM通过采用多个正交的子载波实现数据的并行传输，缩小了信道间保护间隔，提升了频谱利用效率。
（2）、减小光纤色散(CD)和偏振模式色散(PMD)效果明显。由于使用了循环前缀和频域均衡技术，CD、PMD引起的符号问干扰ISI和信号星座图偏移可以得到有效矫正。
（3）、有效减少光纤非线性影响。光纤非线性影响主要取决于光功率的大小，而在O-OFDM系统中，接收端色散补偿方便且有效，降低了对链路中光信号分段补偿和放大的要求，允许光纤色散引起较大的脉冲展宽，这样可以显著降低光信号的功率，从而减小非线性影响。
O-OFDM系统主要分为两种形式，直接检测光正交频分复用（DDO-OFDM）和相干检测。其中，DDO-OFDM结构更为简单方便，它将光载波携带的OFDM信号送入PD进行光电检测，并送入接收机中进行接收。因此，DDO-OFDM技术是近年来的热门研究方向，该技术继承了OFDM的高谱效率和带宽灵活优点，同时还能在数字域进行自适应的色散补偿，其本身的循环前缀也拥有一定的抗色散能力。
DDO-OFDM系统发送端包括OFDM基带处理、RF上变频和光调制部分，接收端包括光探测，RF下变频，OFDM基带接收和解调部分。在发送端，输入二进制串行数字信号通过串／并变换(S／P)分为N路并行数据，对每路数据采用M进制PSK或QAM方法进行调制，并利用星座图将所得信号映射(mapping)为对应的复数，再对复数作快速傅立叶反变换(IFFT)得到N路并行载波，通过并／串转换(P／S)将N路并行载波变为串行并作为一个OFDM符号，在每个符号前加入循环前缀cP(cyclic prefix)，然后经数模转换(DAC)将符号变为模拟信号，即得到OFDM基带信号。然后把基带信号调制到一RF载频上，再经过外调制器(MZM)调制到光载波，然后经过单模光纤传输。接收端信号处理基本是发送端的逆过程，探测器(PD)从接收到的光信号上检测出RF信号，再从RF信号上解调出OFDM基带信号，经模数转换(ADC)变为数字信号，然后移除循环前缀(CP remove)并作串／并变换，再对所得并行信号作快速傅里叶变换(FFT)，在FFT输出端对每路复数信号进行频域均衡，均衡后的信号映射为M进制PSK或QAM星座点并作对应方式的解调，得到的并行数据作并／串变换后恢复成二进制串行数据。
虽然，DDO-OFDM系统结构简单，但是为了避免干扰，通常需要在光载波和OFDM子载波间插入保护带宽，这样就会降低频谱效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是LR-PON系统频谱效率低的问题。
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梳状光源再生技术的OFDM-PON长距离传输方法，包括以下步骤：
在发送端，利用第一梳状光载波生成器将单光源生成多路光载波；其中一路光载波作为保留光载波，采用OFDM调制格式将信号分别调制在其他多路光载波上形成多路信号光；将所述保留光载波与所述多路信号光合波后形成波分复用信号输出；
在远端节点，解复用所述波分复用信号，分离出所述保留光载波和所述多路信号光，利用第二梳状光载波生成器将所述保留光载波生成多路再生光载波，所述多路再生光载波与所述多路信号光相对应，所述多路再生光载波分别与所述多路信号光组合后，送往不同的PON分支；
在PON分支的用户处，采用直接检测方式进行信号接收。
在上述方法中，所述第一梳状光载波生成器包括相位调制器和波长选择开关，所述相位调制器由高功率射频时钟驱动，单光源经所述相位调制器进入所述波长选择开关，由所述波长选择开关输出所述多路光载波。
在上述方法中，所述第二梳状光载波生成器包括偏振控制器、相位调制器和波长选择开关，所述相位调制器由高功率射频时钟驱动，单光源依次经所述偏振控制器和所述相位调制器进入所述波长选择开关，由所述波长选择开关输出所述多路再生光载波。
在上述方法中，所述第一梳状光载波生成器还包括偏振控制器，单光源经所述偏振控制器进入所述相位调制器。
在上述方法中，所述再生光载波与所述信号光的组合满足传统DDO-OFDM的频率保护间隔要求。
在上述方法中，所述再生光载波的频率间隔为N，匹配后的信号光的中心频率与所述再生光载波频率的间隔为N，信号带宽不大于2/3×N，接收端PD带宽不小于4/3×N。
在上述方法中，所述再生光载波的频率间隔为N，匹配后的信号光的中心频率与所述再生光载波频率的间隔为2N，信号带宽不大于N，接收端PD带宽不小于5/2×N。
本发明，基于梳状光载波再生技术，实现了单光源大容量、高谱效率LR-PON下行传输。该方案只需要一个光源即完成了密集波分复用形式的下行信号发送，且频谱效率远高于传统的DDO-OFDM方案。
附图说明
图1是现有长距离无源光网络的结构示意图；
图2是本发明中中心机房的发送信号光谱示意图；
图3是本发明中信号中心频率与光载波频率间隔为N情况下的组合方案示意图；
图4是本发明中信号中心频率与光载波频率间隔为2N情况下的组合方案示意图；
图5是本发明中中心机房信号发送端结构图；
图6是本发明中一种梳状光载波生成器的结构图；
图7是本发明中远端节点的结构图；
图8是本发明中用户端接收机结构图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于梳状光源再生技术的OFDM-PON长距离传输方法，该方法避免了传统DDO-OFDM技术需要在光信号与光载波之间存在不小于信号带宽的保护间隔限制，能够实现单光源超大容量传输，并且不会增加用户接收端复杂度。下面结合附图对本发明做出详细的说明。
本发明提供的方法，包括以下步骤：
步骤A10：如图2所示，在发送端，利用第一梳状光载波生成器将单光源生成多路光载波；其中一路光载波作为保留光载波，采用OFDM调制格式将信号分别调制在其他多路光载波上形成多路信号光；将所述保留光载波与所述多路信号光合波后形成波分复用信号输出。
中心机房发送端的结构如图5所示，光源101首先经过第一梳状光载波生成器102生成多路光载波103，将其中一路光载波104（中心频率）保留作为保留光载波，其他多路光载波则分别通过偏振控制器105与电光调制器106进行光信号调制形成多路信号光，其中信号源107为OFDM调制格式，电光调制后的多路信号光与保留光载波104经波分复用器108复用后形成波分复用信号送往远端节点。
第一梳状光载波生成器的结构如图6所示，光源首先经过偏振控制器201（可选），然后送往相位调制器202，相位调制器由高功率射频时钟203所驱动，相位调制器的输出经波长选择开关204整形，后由光放大器205放大。
步骤A20：在远端节点，首先解复用所述波分复用信号，分离出所述保留光载波和所述多路信号光，利用第二梳状光载波生成器将所述保留光载波生成多路再生光载波，所述多路再生光载波与所述多路信号光相对应，所述多路再生光载波分别与所述多路信号光组合后，送往不同的PON分支。
远端节点的结构如图7所示，波分复用信号首先经波分解复用器301解复用，抽取其中的保留光载波104送往第二梳状光载波再生成器302，生成与多路信号光相对应的多路再生光载波。第二梳状光载波再生成器302与第一梳状光载波再生成器的结构与图6一致，唯一区别是偏振控制器201是必选的，该器件的作用是保证再生的光载波与信号光在相同的偏振态。波分解复用器301的输出信号303经过光放大器304后，分别与梳状光载波再生成器的输出再生光载波305进行光耦合，光耦合器306的输出信号分别送往不同的PON分支。
再生光载波与信号光的组合需满足传统DDO-OFDM的频率保护间隔要求。设光载波的频率间隔为N，第一种情况是：信号中心频率与光载波频率间隔为N，那么信号带宽不得大于2/3×N。该情况下的信号间距大于N/3，接收端PD的带宽不得小于4/3×N，见图3；如果信号中心频率与光载波频率间隔为2N，那么信号带宽理论上可以达到N（信号间距为零），因为在该情况下保护间隔至少为3/2×N，远大于信号带宽，但是，接收端PD的带宽为不得小于5/2×N（第一种情况为4/3×N），见图4。对比以上两种情况，前者对PD带宽要求较小，但是频谱效率要逊色于后者（信号间隔较大）；后者虽然频谱效率略高，但是需要精确的滤波与更大带宽的PD，会产生一定的成本代价。
步骤A30：在PON分支的用户处，采用直接检测方式进行信号接收。
用户端的接收机结构采用传统的DDO-OFDM接收机方案，含：光电转换器401，电放大器402，饱和增益控制器403，模数转换器404以及数字处理器405，如图8所示。
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 (7)

1.基于梳状光源再生技术的OFDM-PON长距离传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
在发送端，利用第一梳状光载波生成器将单光源生成多路光载波；其中一路光载波作为保留光载波，采用OFDM调制格式将信号分别调制在其他多路光载波上形成多路信号光；将所述保留光载波与所述多路信号光合波后形成波分复用信号输出；
在远端节点，解复用所述波分复用信号，分离出所述保留光载波和所述多路信号光，利用第二梳状光载波生成器将所述保留光载波生成多路再生光载波，所述多路再生光载波与所述多路信号光相对应，所述多路再生光载波分别与所述多路信号光组合后，送往不同的PON分支；
在PON分支的用户处，采用直接检测方式进行信号接收。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述第一梳状光载波生成器包括相位调制器和波长选择开关，所述相位调制器由高功率射频时钟驱动，单光源经所述相位调制器进入所述波长选择开关，由所述波长选择开关输出所述多路光载波。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述第二梳状光载波生成器包括偏振控制器、相位调制器和波长选择开关，所述相位调制器由高功率射频时钟驱动，单光源依次经所述偏振控制器和所述相位调制器进入所述波长选择开关，由所述波长选择开关输出所述多路再生光载波。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述第一梳状光载波生成器还包括偏振控制器，单光源经所述偏振控制器进入所述相位调制器。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述再生光载波与所述信号光的组合满足传统DDO-OFDM的频率保护间隔要求。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述再生光载波的频率间隔为N，匹配后的信号光的中心频率与所述再生光载波频率的间隔为N，信号带宽不大于2/3×N，接收端PD带宽不小于4/3×N。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述再生光载波的频率间隔为N，匹配后的信号光的中心频率与所述再生光载波频率的间隔为2N，信号带宽不大于N，接收端PD带宽不小于5/2×N。
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