CN103348614B - 处理光网络中的数据 - Google Patents

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Abstract

处理光网络中的数据。提供了一种用于处理光网络中的数据的方法设备，其中将集中式部件连接到若干分散式部件；其中将第一数据从所述集中式部件传送到至少两个分散式部件，其中所述至少两个分散式部件共享光学资源；并且其中经由至少一个分离的光学资源将第二数据从分散式部件传送到分散式部件。此外，提出了一种包括所述设备的通信系统。

Description

处理光网络中的数据
本发明涉及用于处理光网络中的数据的方法以及这种光网络的部件。
无源光网络（PON）是关于光纤到户（FTTH）、光纤到企业（FTTB）和光纤到路边（FTTC）场景的有前途的方法，特别地因为它克服了传统点到点解决方案的经济限制。
若干PON类型已经被标准化并且当前被世界各地的网络服务供应商部署。传统的PON以广播方式将下行业务从光线路终端（OLT）分发到光网络单元（ONU），同时ONU将在时间上复用的上行数据分组发送到OLT。因此，ONU之间的通信需要通过涉及电子处理（诸如缓冲和/或调度）的OLT而被传送，这引发了等待时间并且降低了网络的吞吐量。
在光纤通信中，波分复用（WDM）是一种通过使用激光的不同波长（颜色）来在单个光纤上复用多个光载波信号以承载不同信号的技术。除了实现通过一束光纤的双向通信之外，这还允许容量上的倍增。
WDM系统被划分成不同的波长模式：传统或粗糙的和密集的WDM。WDM系统在大约1550nm的石英光纤的第三传输窗口（C-波段）中提供例如多达16个信道。密集的WDM使用相同但具有较密集信道间隔的传输窗口。信道规划变化，但是典型系统可以使用100GHz间隔下的40个信道或者50GHz间隔下的80个信道。一些技术能够有25GHz间隔。放大选项使得能够将可用波长扩展到L-波段，差不多使这些数字翻倍。
光接入网络（例如相干超密集波分复用（UDWDM）网络）被视为用于未来数据接入的有前途的方法。
光谱上密集间隔开的波长的数据传输被如允许例如100Gbit/s的高数据速率的下一代光接入（NGOA）系统之类的应用所利用。
在这些光学场景中，需要大批的光波长以便个别地调制。这样的光波长可以具有几千兆赫的频谱距离，并且可以被用于比如NGOA之类的超密集波长栅格光接入系统，在其中可以给每个用户指派他自己的波长，或者可以被用于诸如100Gbit/s之类的高数据速率的传输，在其中大批的波长被捆绑并且在小的光谱范围内被传输。
US2009/0148165A1涉及一种无源光网络（PON）中的光学滤波装置，其中，多个光网络单元（ONU）连接到光线路终端（OLT）。该多个ONU共享包括光源的OLT。这里，光学滤波装置包括信号分发单元，该信号分发单元将从OLT接收的光信号划分为具有均匀输出强度的光信号以分发到ONU。此外，光学滤波装置包括复用单元，该复用单元组合具有从至少一个光网络单元接收的不同波长的多个光信号并将组合的信号输出到OLT。通过这种方式，可以降低在PON网络中将更多ONU连接到给定OLT所固有的上行链路信号的耦合损耗。
公布"Maximizing spectral utilization in WDM systems by microwavedomain filtering of Tandem single sidebands", AidithyaramNarashimha et.al.,IEEE trans. on Microwave Theory and Techniques, Vol. 49, No. 10, 2001涉及一种用于改进光网络中的频谱效率的方法。出于该目的，使用串联单边带（TSSB）调制器来在相同光载波的两个边带中传输不同信息。通过使锐截止滤波需求在电域中得以满足，减少对防护频带的需要，来实现进一步的改进。
已知单边带调制器（SSBM）生成利用用户数据调制到频谱的低频侧或高频侧上的单个边带。这样的SSBM导致相当复杂的发射器设计。
要解决的问题是克服上述缺点并且特别提供一种用于跨越光网络传送数据的高效解决方案。
根据独立权利要求的特征来解决该问题。其他实施例由从属权利要求产生。
为了克服该问题，提供了一种用于处理光网络中的数据的方法，
-其中将集中式部件连接到若干分散式部件；
-其中将第一数据从所述集中式部件传送到至少两个分散式部件，其中所述至少两个分散式部件共享光学资源；
-其中经由至少一个分离的光学资源将第二数据从分散式部件传送到分散式部件。
特别地，所述若干分散式部件中的每个都可以将其自身的光学资源用于将上行数据传送到集中式部件。优选地，下行和上行数据使用不同光学资源，例如波长或频率范围。
有利地，该方法不需要单边带调制器，该单边带调制器特别有益，因为它简化了所涉及的部件的设计。不是使用通常包括两个嵌套的马赫曾德尔（Mach Zehnder）调制器的单边带调制器（或IQ调制器），而是单个马赫曾德尔调制器就足够。这降低了集中式部件（例如光线路终端（OLT））的发射器处的复杂度，因为不是需要两个DAC和两个调制器放大器，而是需要仅单个DAC和仅一个放大器。
在一个实施例中，所述光学资源和所述至少一个分离的光学资源是不相同的并且特别占用不同带宽。
在另一实施例中，所述光学资源和所述至少一个分离的光学资源对应于至少一个载波频率周围的波长范围。
根据本发明，由所述至少两个分散式部件共享的光学资源包括双边带频谱。
在下一实施例中，在所述至少两个分散式部件处接收的第一数据被解码，并且所述第一数据的仅被寻址到特定分散式部件的部分进一步被该特定分散式部件处理。
还存在下述实施例：所共享的光学资源被用于将相等或不同量的第一数据传送到所述至少两个分散式部件中的每一个。
依据另一实施例，经由所共享的光学资源传送到所述至少两个分散式部件中的每一个的第一数据在逻辑上被分离成用于所述至少两个分散式部件中的每一个的数据部分或者用于所有所述至少两个分散式部件或所述至少两个分散式部件的组的数据部分。
应当注意的是，在下行方向上向着所述若干分散式部件传送的第一数据（特别地，经由双边带调制传送到分散式部件中的两个的第一数据）可以在分散式部件处在逻辑上被分离。例如，每个分散式部件可以使用特定码或密钥以便适当地解码该第一数据的意图由该特定分散式部件接收和处理的部分。此外，使用相同光学资源的分散式部件中的每个都可以使用该资源的恒定或变化的带宽量，例如25%、50%、80%等等。所共享的资源的量可以由集中式部件动态指派和/或由分散式部件动态请求。还存在下述选项：该资源的特定部分被用于广播或多播目的，即，第一数据的一部分可以被所有（广播）或若干（多播）分散式部件接收和处理。
根据一个实施例，集中式光学部件包括马赫曾德尔调制器、双束干涉计或迈克逊（Michelson）干涉计结构。
特别地，集中式光学部件可以是集中式电-光部件。
上述问题还由包括被布置为使得可在其上执行如本文描述的方法的处理单元的设备解决。
应当注意的是，本文阐述的方法的步骤可以也在该处理单元上执行。
还应当注意的是，所述处理单元可以包括被布置为执行本文描述的方法的步骤的至少一个（特别地，若干）装置。该装置可以在逻辑上或物理上被分离；特别地，若干逻辑上分离的装置可以被组合到至少一个物理单元中。
所述处理单元可以包括以下各项中的至少一个：处理器、微控制器、硬连线电路、ASIC、FPGA、逻辑设备。
此外，上述问题还由光网络中的下述集中式部件解决：
-其被连接到若干分散式部件，
-其包括被布置为执行下述操作的处理单元：
-经由公共的光学资源将第一数据从所述集中式部件传送到至少两个分散式部件；
-经由至少一个分离的光学资源从所述分散式部件中的至少一个接收第二数据。
根据一个实施例，所述集中式部件是被连接到若干光网络单元的光线路终端。
上文指出的问题进一步由光网络中的下述分散式部件解决：
-其被连接到集中式部件，
-其包括被布置为执行下述操作的处理单元：
-从所述集中式部件接收第一数据，所述第一数据还经由公共的光学资源而被传送到至少一个其他的分散式部件；
-经由至少一个分离的光学资源将第二数据传送到所述集中式部件。
在又一实施例中，所述分散式部件是被连接到光线路终端的光网络单元。
此外，上述问题由包括如本文描述的设备中的至少一个的通信系统解决。
在下面的图中示出并图示本发明的实施例：
图1示出如可以由OLT提供的信号生成装置的示意图；
图2A示出包括位于离基频f0给定（频率）距离处的载波频率周围的下行信道（从OLT到若干ONU）的光域中的频谱的示意图（频率规划）；
图2B示出包括考虑到基频f0的上行信道（从若干ONU到OLT）的光域中的频谱的示意图（频率规划）；
图3示出光域中的示例性频率图；
图4A到4D中的每个示出利用电带通滤波器处理特定信号的ONU的接收器处的电域中的频率图（描绘考虑到频谱密度的电频率）；
图5示出OLT的接收器处的电域中的频率图（描绘考虑到频谱密度的电频率）；
图6示出可位于OLT中的N载波收发器的示例性图。
本文提出的解决方案描述了一种生成和/或检测具有例如（仅）几GHz的频谱距离的大批个别调制的光波长的方法，其中可以基于单个激光源来生成该光波长。
针对这种超密集波长栅格的应用可以是比如NGOA之类的光接入系统，其针对每个用户或订户提供波长（或波长范围）。
应当注意的是，例如超密集波长栅格光接入系统可以被称为NGOA，其可以针对每个订户、用户或服务（或其组）提供分离的波长（即，至少一个波长范围）。此外，特定波长（即，波长范围）可以被指派给至少一个订户、用户或服务。
该解决方案还允许广播数据和个体（用户）数据之间的任意分割。此外，可以高效地实现以相同波长量在下行方向上传输的两个信道之间的成对分割。
因此，可以在下行方向上两次创建光调制的载波作为双边带频谱，由此使数据速率翻倍（例如1Gb/s到2Gb/s）；因此，每个信号包括用于两个光网络单元（ONU）的信息。可以例如在逻辑上进行经由相同光频率（波长）传送的两个不同下行信号的分离：例如，
-可以给第一ONU指派奇数字节并且可以给第二ONU指派偶数字节；
-可以给第一ONU指派数据的总计为X的百分比并且可以给第二ONU指派100-X的百分比；
-可以使用ONU个体解码机制以便确保仅正确的ONU能够解码用户数据。
应当注意的是，可以根据系统、用户和/或操作者的特定需求来灵活地调整这些示例。
因此，不存在对单边带调制器的需要。这是有益的，因为它简化了所涉及的部件的设计。不是使用通常包括两个嵌套的马赫曾德尔调制器的单边带调制器（或IQ调制器），而是可以使用单个马赫曾德尔调制器。这降低了集中式部件（例如光线路终端（OLT））的发射器处的复杂度，因为不是需要两个DAC和两个调制器放大器，而是需要仅单个DAC和仅一个放大器。
尽管信道数据速率被翻倍，但是调制器的带宽能力不必须两倍高，因为它主要取决于最高的载波频率。
因为ONU可以被成对地指派给上边带信道和下边带信道，所以可以经由外差接收器来实现在上行方向上从ONU传送到OLT的业务的分离，这是由于每个ONU可以使用不同的光载波频率。
图1示出如可以由OLT提供的信号生成装置的示意图。
光源101（例如激光源，特别地，激光器二极管）被连接到调制器102，调制器102可以被实现为马赫曾德尔调制器。光源101的信号被馈送到耦合器103并且进一步经由相位调整104和相位调制器105而被馈送到耦合器107。相位调整104是可以经由偏置信号110来控制的。耦合器103的输出还经由相位调制器106而被传送到所述耦合器107。
调制器102由电信号108控制，该电信号108包括若干数据信号（例如，在电域中利用N/2个载波的若干信道1……N）。
图2A示出包括位于离基频f0给定（频率）距离处的载波频率周围的下行信道（从OLT到若干ONU）的光域中的频谱的示意图（频率规划）。例如，信道Ch3位于离基频f0 +8GHz和-8GHz的载波频率处。信道Ch3被用于将下行业务传送到ONU5和ONU6。信道Ch2位于离基频f0 +5GHz和-5GHz的载波频率处。信道Ch2被用于将下行业务传送到ONU3和ONU4。信道Ch1位于离基频f0 +2GHz和-2GHz的载波频率处。信道Ch1被用于将下行业务传送到ONU1和ONU2。
图2B示出包括考虑到基频f0的上行信道（从若干ONU到OLT）的光域中的频谱的示意图（频率规划）。在上频带中，ONU1使用载波频率f0+3GHz，ONU3使用载波频率f0-6GHz，并且ONU5使用载波频率f0+9GHz。在下频带中，ONU2使用载波频率f0-1GHz，ONU4使用载波频率f0-4GHz，并且ONU6使用载波频率f0-7GHz。
在图2A和图2B中指示的频率规划可以基于奈奎斯特-香农定理（Nyquist-Shannon-Theorem）而确定。然而，可以使用总计最大频率1.2倍大的采样率。
可以如下确定信号带宽fs：
fs>1/Ts，
其中Ts是符号的持续时间。有利地，可以基于信号需要总计1.5/Ts的带宽的假设来使用（模拟或数字）带通滤波器。
下面示出包括针对数据速率、调制格式、符号率和所占用的带宽的示例性值的表格。这允许考虑防护频带和滤波器不完善度。
参数A指示任意数据速率。
图3示出光域中的示例性频率图。OLT处的本地振荡器频率301（也被称为fLO_OLT）是针对其他频率的参考频率。该图示出沿从ONU到OLT的上行方向的信号（诸如303）以及沿从OLT到ONU的下行方向的信号（诸如305）。每个信号具有特定带宽。大信号303、305包括用户数据，而小信号304、306是背反射。
沿向下方向指向的箭头302指示ONU处的本地振荡器的载波频率。这些载波频率被布置在频率301周围，也如图2B中所指示的那样：根据图3的上行信号被表示为“1up”到“10up”，其中信号“1up”和“2up”被分离频率“4Δ”，其中Δ可以取决于针对上行和下行信号而占用的带宽。其余的邻近上行信号被分离总计“3Δ”的频率。
在下行方向上，信号“1down”到“10down”被对称地布置在频率301周围（也见图2A）。应当注意的是，双边带调制可以被用于在下行方向上传送业务。
图4A示出利用电带通滤波器401处理信号“1down”402的ONU的接收器处的电域中的频率图（描绘考虑到频谱密度的电频率）。
该图进一步示出信号2down 403、3down 404、4down 405、5down 406、6down 407和7down408。此外，描绘了背反射的信号，特别地，信号1up的反射409、信号3up的反射410、信号2up的反射411、信号5up的反射412、信号4up的反射413、信号7up的反射414和信号6up的反射415。
反射可以包括仅仅反射和/或背散射，例如瑞利散射。
图4B示出利用电带通滤波器416处理信号“2down”403的ONU的接收器处的电域中的频率图（描绘考虑到频谱密度的电频率）。
该图进一步示出信号4down 405、1down 401和6down 407、8down 404和3down 419以及背反射的信号，特别地，信号2up的反射411、信号4up的反射413、信号1up的反射409、信号6up的反射415、信号3up的反射410、信号8up的反射418和信号5up的反射412。
图4C示出利用电带通滤波器420处理信号“3down”404的ONU的接收器处的电域中的频率图（描绘考虑到频谱密度的电频率）。此外，示出了信号3up的反射410。
图4D示出利用电带通滤波器422处理信号“4down”405的ONU的接收器处的电域中的频率图（描绘考虑到频谱密度的电频率）。此外，示出了信号4up的反射413。
图5示出OLT的接收器处的电域中的频率图（描绘考虑到频谱密度的电频率）。数据信号1up到10up中的每个都被带通滤波器501（由虚线指示）滤波。下行信号的背反射也被示出在数据信号之间的带隙内。信号1down的反射被称为R1down等。
基于这些图中示出的频率规划并且考虑到针对上行和下行信号而占用的带宽不应相同这一事实，可以如下确定信号（也被称为（逻辑）信道）的分配：
这是在OLT（2.488Gb/s）和ONU（1.244Gb/s）处利用DQPSK调制格式的每ONU总计1.244Gb/s的数据速率的示例性频率规划。
除了信号1和2（1up和2up以及1down和2down）之外，信号之间的信道间隔总计3Δ（4.2GHz），对于所述信号1和2来说，信道间隔总计4Δ（5.6GHz）。
因此，8个信道在光域中占用大约32GHz，并在电域中占用16GHz，导致要经由DAC和ADC处理32到38 G样本/s的采样率。
在ONU处，中频可以被设置成1.4GHz。ADC采样率因此可以处于4.1 G样本/s和小于5 G样本/s之间的范围内。
下面的表示出在OLT（2.488Gb/s）处利用DQPSK调制格式且在ONU（1.244Gb/s）处利用OOK调制格式的每ONU总计1.244Gb/s的数据速率的示例性频率规划。
上行和下行信号占用相同带宽。因此，信道间隔基本单位Δ总计：
。
除了信号1和2（1up和2up以及1down和2down）之外，信号之间的信道间隔总计3Δ（5.658GHz），对于所述信号1和2来说，信道间隔总计4Δ（7.544GHz）。
因此，8个信道在光域中占用大约43GHz，并在电域中占用21.5GHz，导致要经由DAC和ADC处理43到52 G样本/s的采样率。
在ONU处，中频可以被设置成1.886GHz；ADC采样率因此可以处于5 G样本/s的范围内。
图6示出可位于OLT中的N载波收发器的示例性图。该收发器包括收发器模块601和数字处理单元602。光输入信号“光入（Optical In）”被传送到接收器605。激光器用作本地振荡器LO 603并且经由分路器604将信号传送到调制器结构102（还见例如图1）和接收器605。
接收器605将两个模拟信号传送到A/D转换器606（处理水平偏振）、607（处理垂直偏振）。经由软件定义的无线电（SDR）608并且进一步经由处理单元609来处理由A/D转换器606、607提供的数字信号，该处理单元609产生N个数字流（或者信道）610，其中每个数字流都处于总计例如1Gbit/s的数据速率。软件定义的无线电是其功能可由软件来配置的信号处理单元的同义词。该处理单元609特别提供成帧、通用帧过程、前向纠错、OAM服务和广播能力。
在用于产生光输出信号“光出（Optical Out）”102的相反方向上，N个数字数据流（或信道）620中的每个都被馈送到处理单元617到619，并进一步经由QPSK调制单元614到616而被馈送到提供N/2个信道的载波生成和调制单元613。其输出被D/A转换器612转换成模拟信号并且被转发到调制结构102。该调制结构102提供光输出信号“光出”。偏置信号110由处理单元602来提供以便控制调制结构102的相位调整104（见图1）。
应当注意的是，光接收器可以是（平衡）偏振分集接收器。作为调制格式，可以使用DQPSK。还应当注意的是，在电域中，可以仅生成N/2个载波，但是具有2个信道的数据速率（在该示例中：2Gb/s）。
另外的优点：
所提出的解决方案允许简化的发射器设计，特别地，OLT的简化的发射器设计。还存在下述优点：不需要单边带调制器。此外，不需要高成本的电90度混合或正交正弦波生成装置。有利地，仅处理单个高频调制信号（而不是2或4 HF信号）。该方法还允许电域中仅N/2个载波的处理，但是具有两倍的数据速率。
该解决方案的另一优点是显著地简化了调制器偏置控制。
此外，有利地，下行容量可以被（例如，在从0到2Gb/s的范围内灵活地）成对分割。此外，可以实现高达2Gb/s的广播，其中，在用于广播的资源和用于个体数据传输的资源之间，灵活分割是可能的。
还存在下述优点：使用本文提出的方法，OLT处的现有接收器不必改变。
缩写词列表：
A/D 模拟到数字
ADC 模拟到数字转换器
Ch 信道
D/A 数字到模拟
DAC 数字到模拟转换器
DQPSK 差分正交相位调制
FEC 前向纠错
FTTB 光纤到企业
FTTC 光纤到路边
FTTH 光纤到户
GFP 通用帧过程
HF 高频
LO 本地振荡器
MZM 马赫曾德尔调制器
NGOA 下一代光接入
OAM 操作、管理和维护
OLT 光线路终端
ONU 光网络单元
OOK 启闭键控
PolMux 偏振复用
PON 无源光网络
PSK 相移键控
QPSK 正交PSK
RX 接收器
SDR 软件定义的无线电
SSB 单边带
SSBM SSB调制器
SW 软件
UDWDM 超密集WDM
WDM 波分复用

Claims (12)

1.一种用于处理光网络中的数据的方法，
-其中将集中式部件（OLT）连接到若干分散式部件（ONUS）；
-其中将第一数据（CH）从所述集中式部件（OLT）传送到至少两个分散式部件（ONUS），其中所述至少两个分散式部件共享光学资源；
-其中经由至少一个分离的光学资源将第二数据从分散式部件（ONUS）传送到所述集中式部件（OLT）；
其特征在于，由所述至少两个分散式部件（ONU）共享的光学资源包括由双边带调制生成的双边带频谱，其中所述双边带频谱具有在下行方向上对称地布置在载波频率周围的幅度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学资源和所述至少一个分离的光学资源是不相同的并且特别占用不同带宽。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述光学资源和所述至少一个分离的光学资源对应于至少一个载波频率周围的波长范围。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述至少两个分散式部件（ONUS）处接收的第一数据被解码，并且所述第一数据的仅被寻址到特定分散式部件的部分进一步被该特定分散式部件处理。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所共享的光学资源被用于将相等或不同量的第一数据传送到所述至少两个分散式部件（ONUS）中的每一个。
6.根据权利要求4所述的方法，其中经由所共享的光学资源传送到所述至少两个分散式部件（ONUS）中的每一个的第一数据在逻辑上被分离成用于所述至少两个分散式部件中的每一个的数据部分或者用于所有所述至少两个分散式部件或所述至少两个分散式部件的组的数据部分。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中集中式光学部件包括马赫曾德尔调制器（102）、双束干涉计或迈克逊干涉计结构。
8.一种光网络中的集中式部件，
-其被连接到若干分散式部件，
-其包括被布置成执行下述操作的处理单元：
-经由公共的光学资源将第一数据从所述集中式部件（OLT）传送到至少两个分散式部件（ONUS）；
-经由至少一个分离的光学资源从所述分散式部件中的至少一个接收第二数据；
其特征在于，由所述至少两个分散式部件（ONU）共享的光学资源包括由双边带调制生成的双边带频谱，其中所述双边带频谱具有在下行方向上对称地布置在载波频率周围的幅度。
9.根据权利要求8所述的集中式部件，其中所述集中式部件（OLT）是被连接到若干光网络单元（ONUS）的光线路终端。
10.一种光网络中的分散式部件，
-其被连接到集中式部件（OLT），
-其包括被布置成执行下述操作的处理单元：
-从所述集中式部件接收第一数据，所述第一数据还经由公共的光学资源而被传送到至少一个其他的分散式部件（ONUS）；
-经由至少一个分离的光学资源将第二数据传送到所述集中式部件；
其特征在于，由所述至少两个分散式部件（ONU）共享的光学资源包括由双边带调制生成的双边带频谱，其中所述双边带频谱具有在下行方向上对称地布置在载波频率周围的幅度。
11.根据权利要求10所述的分散式部件，其中所述分散式部件（ONU）是被连接到光线路终端（OLT）的光网络单元。
12.一种包括根据权利要求8到11中任一项所述的部件中的至少一个的通信系统。
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