CN103457902A - 一种wdm-pon有线/无线可选择接入系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于SSB-OFDM的WDM-PON-RoF有线/无线可选择接入系统和方法。在本发明系统中，OLT将N路4QAM-OFDM射频信号单边带调制在N个不同光载波上，并复用为下行链路信号。RN为每个ONU分配一路光OFDM信号和两路不同频率的光载波。根据用户需求不同，ONU将光OFDM信号和一路与其频率间隔较小/较大的光载波进行拍频，从而实现有线/无线接入，另一路光载波作为上行信号的调制光源。采用本发明的系统和方法，能够实现有线信号或60GHz频段无线信号的可选择性接入，并实现ONU的无光源化，降低了ONU成本和复杂性；系统采用SSB和OFDM调制技术，提高了频谱利用率。
Description
技术领域
本发明涉及光接入网技术，特别是一种基于SSB-OFDM的WDM-PON-RoF有线/无线可选择接入系统和方法。
背景技术
移动性、无线化、数字化和宽带化是当今信息业的发展趋势，超高速、超大容量成为信息传送追求的主要目标。随着社会信息化程度的深入，城域以太网、IPTV、高清晰电视、移动多媒体、视频流媒体等新业务的不断涌现，人类对带宽的需求越来越大，对服务的方便灵活性要求越来越高。
目前，接入网主要分为有线接入网和无线接入网。在有线接入技术中，基于光纤接入的波分复用无源光网络(Wavelength Division Multiplexing PassiveOptical Network,WDM-PON)具有协议透明、容量大、传输距离长、成本较低以及全业务支持等优点，具有上述优点的WDM-PON能够提供10Gb/s甚至更高速率的高质量接入，优势明显。有线接入方式能够提供巨大带宽，但其灵活性严重受限。
无线通信能够实现灵活方便的窄带接入，但由于无线信道频谱资源非常有限且易受多种损伤等因素，无法满足未来无线通信业务的大容量和多样化需求。光纤和无线通信表现出明显的优势补充特征，由于光纤射频传输(Radio overFiber，RoF)技术的引入，二者表现出相互兼容性，这促使光纤通信和无线通信技术走向融合。融合了光纤的宽带传输优势和无线接入的灵活方便优势的WDM-PON-RoF宽带有线-无线混合接入网络，不仅能够提供宽带光纤有线接入，还能够借助RoF技术为分布式天线系统长距离、低损耗地馈送宽带无线信号以实现宽带无线接入，将是未来宽带接入的有效实现方案。基于RoF技术的宽带无线接入系统需要光纤分布光载毫米波信号，其光纤网络在许多应用环境中与WDM-PON接入网重叠。如果将基于WDM-PON的宽带有线接入和基于RoF的宽带光载射频信号分布网络结合起来，由同一个光网络承载，不仅能够实现有线-无线网络的融合，简化网络结构，而且能够根据用户需要提供有线和/或无线接入，满足多样化需求。
同时，在以往的有线/无线接入系统中传输信号为开关键控(OOK)等码型，因其频谱效率低且受到光纤色散的影响而限制了系统的接入距离。采用正交频分复用(OFDM)技术相比于传统的二进制单载波调制，不仅频谱利用率高且能有效降低色散影响从而能够有效提升系统传输性能。此外，OFDM技术具有抗多径能力强、传输容量大等特点，所有这些优势使得OFDM成为未来宽带有线/无线接入系统中普遍采用的调制码型。
目前已有基于WDM-PON-RoF的混合有线/无线接入的文献报道，但现有技术中WDM-PON-RoF的混合有线/无线接入方式至少存在下述问题：只是把有线和无线信号简单耦合并传输，有线与无线接收信号相互独立，增加了频谱成分，降低了信号在光纤中的传输性能，设备与频谱的利用率也远远不够。对于数十甚至上百Gb/s数据速率的高质量传输、60GHz甚至更高频的毫米波的无线接入，同时兼顾有线/无线接入方式的可选择性，进一步简化光谱结构，提高光谱利用效率，成为目前亟待解决的关键问题。
发明内容
为解决上述有线/无线混合接入的信号传输与设备利用问题，本发明提供一种基于SSB-OFDM的WDM-PON-RoF有线/无线可选择接入系统和方法。
本发明提供一种基于SSB-OFDM的WDM-PON-RoF无线/有线可选择接入系统，不同部分对应实现下行和上行的功能。该系统包含：
光线路终端(OLT:Optical Line Terminal)，生成波分复用(WDM)的N路单边带调制光OFDM(SSB-OOFDM)信号，作为下行链路(Down-Link)信号，并由下行光纤链路传输至远端交换节点；同时，将上行光纤链路传回的上行链路(Up-Link)WDM信号，分为N路光OFDM信号，并由N个OFDM接收模块进行光电转换和解调；
OLT包含两部分：1、下行链路发射模块；2、上行链路接收模块；
其中，下行链路发射模块将二进制数据流依次经过QAM映射和OFDM调制产生基带OFDM信号，然后将基带OFDM信号加载到一个射频载波上产生射频OFDM信号，随后将N个用户的N路射频OFDM信号分别单边带(SSB)调制到具有一定波长间隔的不同光载波上，生成WDM的N路SSB-OOFDM信号，作为下行链路信号，输入至单模光纤链路中；下行发射模块包含：
N个用于输出下行SSB-OOFDM信号的WDM子系统；
将N路下行SSB-OOFDM信号合为一路光信号的波分复用器；
更具体地，每个WDM子系统包含：
一个MQAM映射模块，将二进制数据信号B1进行M进制星座映射；
一个OFDM调制模块，将M路子载波的数据进行IFFT变换，然后并串变换，加入保护间隔，再经过DAC，得到I1(t)、Q1(t)两路信号，I1(t)、Q1(t)信号分别携有基带OFDM信号的实部和虚部信息；
一个电域I/Q调制器，将OFDM调制模块产生的I1(t)、Q1(t)两路信号，与一个射频信号进行正交调制，产生射频OFDM电信号S1(t)；
一个发送端激光器，生成特定频率的光载波，用于把射频OFDM信号调制到光频；
一个90°相移器，用于对一路射频OFDM信号进行90°相移处理；
一个双电极铌酸锂马赫-曾德尔调制器（LN-MZM），两臂之间的直流偏置电压调整在LN-MZM直流半波电压的1/2，激光器发出特定频率的光载波注入到该调制器中，S1(t)信号分为S11(t)、S12(t)两个等幅支路，并利用相移器在S11(t)和S12(t)信号之间引入90°相移，实现等幅正交驱动LN-MZM的两个电极，产生SSB-OOFDM信号E1(t)；
更具体地，该波分复用器将N个WDM子系统产生的SSB-OOFDM信号E1(t)、E2(t)、...、EN(t)，复用为一路光信号E(t)，作为下行链路信号在单模光纤中传输；
其中，上行链路接收模块通过解复用器将N个HONU传回的SSB-OOFDM波分复用上行信号分为N路光OFDM信号并由N个OOFDM接收模块接收；上行链路接收模块包含：
波分解复用器，用于将上行链路光信号分为N路光信号，每路光信号包含一个光载波和一个基带OOFDM信号，分别传输至N个OOFDM接收模块；
N个OOFDM接收模块；
更具体地，每个OOFDM接收模块包括：
一个光探测器，接收到的光信号通过PD探测器进行光电转换；
一个带通滤波器，滤出射频OFDM电信号；
一个射频OFDM接收模块，将射频OFDM信号，通过I/Q解调器，得到基带OFDM信号；然后再通过模数转换器、OFDM解调器、QAM解调器和判决器，得到原始的二进制数据信号；
进一步地，该系统包含：
远端交换节点，以下行的N路SSB-OOFDM信号为基础，采用波长解复用技术为每个用户产生一路组合信号，该组合信号包括一路基带OOFDM信号和两路适当波长的光载波，由光纤链路传输至混合光网络单元(HONU:HybridOptical Network Unit)；同时，将从N个HONU传回的上行SSB-OOFDM信号复用为上行链路WDM信号，经过单模光纤(SMF)传输至OLT；
远端交换节点包含两部分：1、下行链路信号重组模块；2、上行链路WDM模块；
其中，下行链路信号重组模块将下行链路复用信号分离为N路基带OOFDM信号和2N路光载波，为每个用户产生一路组合信号，该组合信号由一路基带OOFDM信号和两路适当波长的光载波耦合形成，其中选择两路光载波的要求是：在光电探测时能分别与基带OOFDM信号外差拍频产生高频和低频的OFDM电信号；如此形成N路组合信号，经交换单元和光纤链路分别传输至N个HONU；下行链路信号重组模块包含：
一个光波分解复用器，将接收到的复用信号分离为2N路光信号，其中包括N路光载波和N路光OFDM信号；
N个光功分器，分别将N路光载波一分为二，总共输出2N路光载波；
N个光耦合器，选择一路光OFDM信号和两路经过光功分器的光载波，耦合成一路光信号，采用该方法可得到N路组合信号；
其中，上行链路WDM模块，将N路上行SSB-OOFDM信号合为一路光信号，通过光纤传输至OLT，同时抑制产生频谱混叠的成分；
进一步地，该系统包含：
混合光网络单元(HONU:Hybrid Optical Network Unit)，根据不同的用户需求实现有线或无线接入；同时，产生SSB-OOFDM上行链路信号，经过单模光纤传回远端交换节点；
HONU包含两部分：1、下行链路无线/有线接入模块；2、上行链路无线/有线发射模块；
其中，下行链路无线/有线接入模块根据不同的用户需求实现有线或无线接入；对有线接入，基带OOFDM信号跟与其频率间隔较小的光载波通过光电探测器进行外差拍频探测产生低频的OFDM信号，通过模数转换和DSP转换为数字基带信号；对无线接入，基带OFDM光信号跟与其频率间隔较大的光载波通过光电探测器进行外差拍频探测产生高频的OFDM信号，并通过天线发射给无线接入用户；下行链路无线/有线接入模块包含：
光开关，用户根据需求，选择无线接入或有线接入；
无线接入模块，实现用户的无线接入；
有线接入模块，实现用户的有线接入；
更具体地，无线接入模块包括：
一个波长间差滤波器（IL），将接收到的组合信号分为两路光信号：1、基带OOFDM信号和一个与其频率间隔较大的光载波；2、另一个光载波；
一个光电探测器，接收到的光信号通过PD探测器进行光电转换，得到OFDM电信号，为简化HONU结构，有线接入模块与无线接入模块将共用该光电探测器；
一个带通滤波器，滤出高频OFDM电信号；
天线，用于发射无线下行高频OFDM信号；
更具体地，有线接入模块包括：
一个IL，将接收到的耦合信号Z1(t)，分为O12(t)、L12(t)两路信号，O12(t)包括基带OOFDM信号和一个与其频率间隔较小的光载波，L12(t)则为上行的光载波；
一个与无线接入模块共用的光电探测器，接收到的光信号O12(t)通过PD探测器进行光电转换，得到电信号P12(t)；
一个带通滤波器，电信号P12(t)通过中心频率为fL1＝fRF1的带通滤波器(BPF)，得到低频OFDM电信号D12(t)；
一个射频本振，低频OFDM信号D12(t)与射频本振拍频，得出含有基带OFDM信号成分的电信号J12(t)，为简化HONU结构，该射频本振还用于有线上行基带信号的调制；
一个低通滤波器，从J12(t)中滤出基带OFDM信号，传送至有线接入用户。
其中，上行链路无线/有线发射模块利用无线和有线接入都剩余的一个光载波，将其分别用作无线或有线上行链路的光载波，承载由天线接收的上行无线信号或由有线接入用户传来的有线信号，并通过光纤链路经远端交换节点传回OLT；上行链路无线/有线发射模块包含：
无线发射模块，用于无线接入中上行链路信号的光调制；
有线发射模块，用于有线接入中上行链路信号的光调制；
更具体地，无线发射模块包括:
天线，用于接收用户的上行无线OFDM信号W1(t)；
一个双电极铌酸锂马赫-曾德尔调制器，权利7中所述的光载波L11(t)注入到该调制器中，W1(t)信号分为两个支路等幅正交驱动调制器，通过合理调整LN-MZM的参数，产生SSB-OOFDM信号Wso1(t)，为简化ONU结构，有线发射模块与无线发射模块将共用该LN-MZM；
更具体地，有线发射模块包括：
一个与无线接入模块共用的射频本振，把用户端的基带OFDM信号调制为上行射频OFDM电信号Y1(t)；
一个与无线接入模块共用的双电极铌酸锂马赫-曾德尔调制器，参数调整与之一致，权利7中所述的光载波L12(t)注入到调制器中，Y1(t)信号分为两个支路等幅正交驱动调制器，产生SSB-OOFDM信号Yso1(t)；
本发明提供一种基于SSB-OFDM的WDM-PON和RoF可选择性无线/有线接入的方法，具体如下：
下行：
OLT的下行链路发射端中，包含N（N为大于或等于2的整数）个用于输出SSB-OOFDM信号的WDM子系统。以第一个子系统为例，二进制数字信号B1首先经过MQAM调制进行符号映射；然后经过OFDM调制器生成I1(t)、Q1(t)两路电信号，I1(t)、Q1(t)信号分别携有基带OFDM信号的实部和虚部信息。I1(t)、Q1(t)两路电信号通过I/Q调制器和频率为fRF1的本振进行正交调制，得到射频OFDM电信号S1(t)。激光器发出频率为fo1的光载波注入双电极铌酸锂马赫-曾德调制器(LiNbO3Mach-Zehnder modulator,LN-MZM)；S1(t)信号分为S11(t)和S12(t)两个支路，S11(t)信号不变，S12(t)信号经过90°相移，等幅驱动LN-MZM的两极。适当调整调制器的参数，使输出光载射频信号E1(t)为SSB-OOFDM信号，主要包括光载波和一阶边带光OFDM信号，其中光载波频率为fo1，光OFDM信号中心频率为(fo1+fRF1)；两个WDM子系统的频率间隔为fC，N路子系统输出的光载射频信号E1(t)，E2(t)，...，EN(t)，通过复用器合路为下行链路的光信号E(t)，其中包括N个光载波和N个光OFDM信号；
在下行传输链路中，E(t)经过单模光纤（SMF）传输至远端交换节点的下行链路信号重组模块。接收到的复用信号E(t)首先在该模块中通过一个光波分解复用器分离为2N路光信号，它包括N路光OFDM信号A1(t)，A2(t)，...，AN(t)和N路光载波C1(t)，C2(t)，...，CN(t)；N路光载波再分别通过N个光分路器分别得到2N路光载波C11(t)、C12(t)，C21(t)、C22(t)，...，CN1(t)、CN2(t)。然后适当选择一路光OFDM信号，如A1(t)，和两路经过光功分器的光载波，如C11(t)、CM2(t)(1<M<＝N)，耦合成一路光信号Z1(t)，其中A1(t)信号中心频率为fo1＋fRF1，C11(t)、CM2(t)光载波信号频率分别为fo1和fo1＋M×fC(1<M<＝N)。其余N－1路组合光信号Z2(t)、Z3(t)、...、ZN(t)均采用该方法生成。N路组合光信号分别传输至N个HONU；
以组合光信号Z1(t)为例，在信号进入HONU之后经一个光开关，根据用户的选择Z1(t)进入无线接入模块或有线接入模块；
在无线接入模块中，一个IL将Z1(t)分为O11(t)、L11(t)两路光信号，O11(t)包括基带OOFDM信号和一个与其频率间隔较大的光载波，L11(t)则为另一个光载波，它将用作上行数据的载波；
接收到的光信号O11(t)通过光电探测器进行光电转换，得到电信号P11(t)；
电信号P11(t)通过中心频率为fH1＝M×fC－fRF1的带通滤波器(BPF)，得到高频OFDM电信号D11(t)；
D11(t)通过天线发送至无线接入用户，完成无线的下行接入；
在有线接入模块中，一个IL将Z1(t)分为O12(t)、L12(t)两路光信号，O12(t)包括基带OOFDM信号和一个与其频率间隔较小的光载波，L12(t)则为另一个光载波，它将用作上行数据的载波；
光信号O12(t)通过PD探测器进行光电转换，得到电信号P12(t)；
电信号P12(t)通过中心频率为fL1＝fRF1的带通滤波器(BPF)，得到低频OFDM电信号D12(t)，该信号通过I/Q解调器，得到基带OFDM电信号，传至有线接入用户，完成有线的下行接入；
上行：
上行数据也可通过HONU的上行链路无线/有线发射模块，分有线或者无线两种方式接入；
在无线接入方式中，用户端的上行射频OFDM无线信号W1(t)经过天线的接收，驱动双电极LN-MZM调制该HONU从下行组合信号分离出来的光载波L11(t)，产生SSB-OOFDM信号WSO1(t)；
在有线接入方式中，首先将用户端的基带信号调制为上行射频OFDM信号Y1(t)，驱动双电极LN-MZM调制该HONU从下行组合信号中分离出来的光载波L12(t)，产生SSB-OOFDM信号YSO1(t)；
这样，N个HONU产生N路上行SSB-OOFDM信号XSO1(t)、XSO2(t)、…、XSON(t)，其中X可为W或者Y，代表各HONU的接入方式为无线或者有线；
这N个用户发送的N路上行SSB-OOFDM信号传输至远端交换节点，利用波分复用器，合为一路上行链路光信号Up(t)，通过光纤传输至OLT；
OLT利用一个波分解复用器，将Up(t)分为N路光信号Up1(t)、Up2(t)、...、UpN(t)，每路信号包含一个光载波和一个基带OOFDM信号，分别传输至N个光OFDM接收模块；
光信号Up1(t)、Up2(t)、...、UpN(t)分别在每个光OFDM接收模块中，依次通过光电探测、带通滤波、模数转换、I/Q解调器，基带OOFDM解调、MQAM解调，得到原始的二进制数据信号。
附图说明
图1所示为本发明中所提出的基于SSB-OFDM的WDM-PON和RoF混合接入的下行/上行链路原理图。
图2所示为本发明中二进制数字信号经过4QAM符号映射和OFDM调制器后，产生的包含基带OFDM信号的实部信息的I支路信号频谱图。
图3所示为本发明中二进制数字信号经过QAM符号映射和OFDM调制器后，产生的包含基带OFDM信号的虚部信息的Q支路信号频谱图。
图4所示为本发明中I、Q两路基带OFDM信号和fRF=12GHz射频信号进行正交调制，产生电域射频OFDM信号的频谱图，图1中位置(i)测得。
图5所示为本发明中两路射频OFDM信号等幅反相驱动双电极铌酸锂马赫-曾德尔调制器，产生SSB-OOFDM信号光谱图，图1中位置(ii)测得。
图6所示为本发明中5个WDM复用子系统输出的SSB-OOFDM信号，通过复用器后得到的一路融合光信号的光谱图，图1中位置(iii)测得。
图7至图11所示分别为本发明中复用信号在经过25km光纤传输后，在远端交换节点处适当选择两路光载波信号和一路光OFDM信号合路形成送往不同HONU端的的组合光信号的光谱，图1中位置(iv)测得。
图12至图15以一路下行组合光信号为例，若用户选择无线接入，则信号经过IL在(v)处分离成两路：
一路如图12所示，为光OFDM信号和与其频率间隔较大的光载波的频谱，再经过光电探测、带通滤波，得到60GHz射频OFDM信号，测得在(vi)处频谱如图13；
另一路为剩下的一光载波，其频谱如图14，该光载波会用来承载上行信号，如果用户端上行接入是12GHz的射频OFDM信号，仍旧采用LN-MZM调制产生SSB-OOFDM信号，在(vii)处测得上行信号光谱如图15所示。
图16至图19以下行一路组合光OFDM信号为例，若用户选择有线接入，则信号经过IL在(viii)处分离成两路：
一路如图16所示，为光OFDM信号和与其频率间隔较小的光载波的频谱，再经过光电探测、带通滤波，得到12GHz射频OFDM信号，测得在(ix)处频谱如图17；
另一路为剩下的一光载波，其频谱如图18，该光载波会用来承载上行信号，如果用户端上行接入是12GHz的射频OFDM信号，仍旧采用LN-MZM调制产生SSB-OOFDM信号，在(vii)处测得上行信号光谱如图19所示。
图20是有线接入时，经过25km光纤传输后信号的星座图。
图21是无线接入时，经过25km光纤传输后信号的星座图。
具体实施方式
本发明提供一种基于SSB-OFDM的WDM-PON-RoF有线/无线可选择接入系统和方法。在远端交换节点处，将一路光OFDM信号和两路光载波信号耦合成一路组合信号，根据用户的不同需求，光OFDM信号选择与其中之一光载波拍频，分别产生用于无线业务和有线业务的射频OFDM信号，剩下的一路光载波可用作调制上行链路信号。
如图1所示为本应用示例的一种系统原理图。
下行：
首先在OLT端，包含5个用于输出SSB-OOFDM信号的WDM子系统，一个用于将5个子系统输出的信号进行耦合的耦合器，以及5个激光器。5个激光器输出的光波频率分别为fo1＝193.100THz、fo2＝193.124THz、fo3＝193.148THz、fo4＝193.172THz、fo5＝193.196THz，信道频率间隔为fC=24GHz。
其中在每个WDM复用子系统中（以第一个子系统为例），10Gbit/s的二进制NRZ数字信号B1通过MQAM的星座图映射和OFDM调制得到I1(t)、Q1(t)两路电信号，I1(t)、Q1(t)分别携有基带OFDM信号的实部和虚部信息；I1(t)、Q1(t)两路电信号通过I/Q调制器和频率为fRF1=12GHz的射频本振进行正交调制，得到一路中心频率在12GHz的射频OFDM电信号S1(t)；第一个激光器输出频率为fo1=193.100THz的光波，并注入到LN-MZM；S1(t)信号分为S11(t)和S12(t)两个支路，S11(t)信号不变，S12(t)信号经过90°相移，等幅驱动LN-MZM的两极；设置LN-MZM的半波电压Vπ=4V，两个直流偏置电压分别为VDC1=0V、VDC2=2V，则产生如图5所示的光载射频信号E1(t)，E1(t)包含频率为fo1的光载波和中心频率为fo1+fRF1的一阶边带光OFDM信号，从而实现了OFDM信号的单边带光调制。类似地，其他四个子系统输出信号频率分别为fo2和fo2+fRF2、fo3和fo3+fRF3、fo4和fo4+fRF4以及fo5和fo5+fRF5。这5路信号通过一个波分复用器，输出一路下行链路光信号E(t)，频谱图如图6所示。
在下行传输链路中，E(t)通过单模光纤传输至载远端交换节点的下行链路信号重组模块。在该模块中，E(t)首先通过一个光波分解复用器，分离为10路光信号，它包括中心频率分别为fo1+fRF1、fo2+fRF2、fo3+fRF3、fo4+fRF4和fo5+fRF5的5路单独的光OFDM信号A1(t)，A2(t)，...，AN(t)，以及频率分别为fo1、fo2、fo3、fo4和fo5的5路光载波C1(t)，C2(t)，...，CN(t)；5路光载波再分别通过5个光分路器得到10路光载波C11(t)、C12(t)，C21(t)、C22(t)，...，CN1(t)、CN2(t)。然后适当选择一路光OFDM信号，如A1(t)，和两路经过光功分器的光载波，如C11(t)、C42(t),通过光耦合器耦合成一路光信号Z1(t)，频谱图如图7所示。其中A1(t)信号中心频率为fo1＋fRF1＝193.112THz，C11(t)、C42(t)光载波信号频率分别为fo1＝193.100THz和fo1＋4×fC＝193.172THz。
类似地，其余4路信号均采用该方法生成：C21(t)、C52(t)和A2(t)耦合成信号Z2(t)，C31(t)、C12(t)和A3(t)耦合成信号Z3(t)，C41、C22(t)和A4(t)耦合成信号Z4(t)，C51(t)、C32(t)和A5(t)耦合成信号Z5(t)。然后Z1(t)、Z2(t)、Z3(t)、Z4(t)和Z5(t)5路组合信号分别传送至5个HONU。
在每个HONU中，以组合信号Z1(t)为例，Z1(t)进入HONU后首先遇到一个光开关，根据用户的选择Z1(t)进入无线接入模块或有线接入模块；
在无线接入模块中，一个IL将Z1(t)分为O11(t)、L11(t)两路光信号，O11(t)包括基带OOFDM信号和一个与其频率间隔较大的光载波，L11(t)则为另一个光载波，它将用作上行数据的载波；对于Z1(t)，分离为的O11(t)、基带光信号和L11(t)的中心频率分别为fo1＝193.100THz、fo1＋fRF1＝193.112THz和fo1＋4×fC＝193.172THz；
接收到的光信号O11(t)通过PD探测器进行光电转换，得到电信号P11(t)；
电信号P11(t)通过中心频率为fH＝4×fC－fRF1＝60GHz的带通滤波器(BPF)，得到高频OFDM电信号D11(t)；
D11(t)通过天线发送至无线接入用户，完成无线的下行接入；
在有线接入模块中，一个IL将Z1(t)分为O12(t)、L12(t)两路光信号，O12(t)包括基带OOFDM信号和一个与其频率间隔较小的光载波，L12(t)则为另一个光载波，它将用作上行数据的载波；
光信号O12(t)通过PD探测器进行光电转换，得到电信号P12(t)；
电信号P12(t)通过中心频率为fL1＝fRF1＝12GHz的带通滤波器(BPF)，得到低频OFDM电信号D12(t)，该信号通过I/Q解调器，得到基带OFDM电信号，传至有线接入用户，完成有线的下行接入；
上行：
上行数据也可通过HONU的上行链路无线/有线发射模块，选择有线或者无线两种方式接入；
在无线接入方式中，用户端的上行射频OFDM无线信号W1(t)经过天线的接收，驱动双电极LN-MZM调制该HONU下行组合信号分离出来的单个光载波L11(t)，产生SSB-OOFDM信号WSO1(t)；
在有线接入方式中，首先将用户端的基带信号调制为上行射频OFDM信号Y1(t)，驱动的双电极LN-MZM的调制该HONU下行组合信号分离出来的单个光载波L12(t)，产生SSB-OOFDM信号YSO1(t)；
这样，N个HONU产生N路上行SSB-OOFDM信号XSO1(t)、XSO2(t)、…、XSON(t)，其中X可为W或者Y，代表各个HONU的接入方式为无线或者有线；
N路上行SSB-OOFDM信号XSO1(t)、XSO2(t)、…、XSON(t)传输至远端交换节点，利用一个波分复用器，合为一路上行链路光信号Up(t)，通过光纤传输至OLT；
OLT利用一个波分解复用器，将Up(t)分为N路光信号Up1(t)、Up2(t)、...、UpN(t)，每路信号包含一个光载波和一个基带OOFDM信号，分别传输至N个光OFDM接收模块；
在每个光OFDM接收模块中，光信号Up1(t)、Up2(t)、...、UpN(t)分别依次通过光电探测、带通滤波、模数转换、I/Q解调器，基带OFDM解调、MQAM解调，得到原始的二进制数据信号。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种WDM-PON有线/无线可选择接入系统，其特征在于，包括：
一个光线路终端（OLT），生成波分复用(WDM)的N路单边带调制光OFDM(SSB-OOFDM)信号，作为下行链路(Down-Link)信号，并由下行光纤链路传输至远端交换节点；同时，将上行光纤链路传回的上行链路(Up-Link)WDM信号，分为N路光OFDM信号，并由N个OFDM接收模块进行光电转换和解调；以及
一个远端交换节点，以下行的N路SSB-OOFDM信号为基础，采用波长解复用技术为每个用户产生一路组合信号，该组合信号包括一路基带OOFDM信号和两路适当波长的光载波，由光纤链路传输至混合光网络单元(HONU:Hybrid Optical Network Unit)；同时，将从N个HONU传回的上行SSB-OOFDM信号复用为上行链路WDM信号，经过单模光纤(SMF)传输至OLT；以及
N个HONU，根据不同的用户需求实现有线或无线接入；同时，产生SSB-OOFDM上行链路信号，经过单模光纤传回远端交换节点；
所述传输系统中提到的N为大于等于1的正整数。
2.如权利要求1所述的WDM-PON有线/无线可选择接入系统，其中OLT，其特征在于，包括：
下行链路发射端，将二进制数据流依次经过QAM映射和OFDM调制产生基带OFDM信号，然后将基带OFDM信号加载到一个射频载波上产生射频OFDM信号，随后将N个用户的N路射频OFDM信号分别单边带(SSB)调制到具有一定波长间隔的不同光载波上，生成WDM的N路SSB-OOFDM信号，作为下行链路信号，输入至单模光纤链路中；以及
上行链路接收端，通过解复用器将N个HONU传回的SSB-OOFDM波分复用上行信号分为N路OOFDM信号并由N个OOFDM接收模块接收。
3.如权利要求1所述WDM-PON有线/无线可选择接入系统，其中远端交换 节点，其特征在于，包括：
下行链路信号重组模块，将下行链路复用信号分离为N路基带OOFDM信号和2N路光载波，为每个用户产生一路组合信号，该组合信号由一路基带OOFDM信号和两路适当波长的光载波耦合形成，其中选择两路光载波的要求是：在光电探测时能分别与基带OOFDM信号外差拍频产生高频和低频的OFDM电信号；如此形成N路组合信号，经交换单元和光纤链路分别传输至N个HONU；以及
上行链路WDM模块，将N路上行SSB-OOFDM信号合为一路光信号，同时抑制产生频谱混叠的成分。
4.如权利要求2所述WDM-PON有线/无线可选择接入系统，其中HONU，其特征在于，包括：
下行信号接收端，根据不同的用户需求实现有线或无线接入；对有线接入，基带OOFDM信号跟与其频率间隔较小的光载波通过光电探测器进行外差拍频探测产生低频的OFDM信号，通过模数转换和DSP转换为数字基带信号；对无线接入，基带OFDM光信号跟与其频率间隔较大的光载波通过光电探测器进行外差拍频探测产生高频的OFDM信号，并通过天线发射给无线接入用户；以及
上行链路无线/有线发射端，无线和有线接入都剩余一个光载波，发射端将该光载波分别用作无线或有线上行链路的光载波，承载由天线接收的上行无线信号或由有线接入用户传来的有线信号，并通过光纤链路经远端交换节点传回OLT。
5.如权利要求2所述WDM-PON有线/无线可选择接入系统，其中下行链路发射端，其特征在于，包括：
N个用于输出下行SSB-OOFDM信号的WDM子系统；
将N路下行SSB-OOFDM信号合为一路光信号的波分复用器；
其中，每个WDM子系统包括：
一个MQAM映射模块，将二进制数据信号B1进行M进制星座映射；
一个OFDM调制模块，将M路子载波的数据进行IFFT变换，然后并串变换，加入保护间隔，再经过DAC，得到I1(t)、Q1(t)两路信号，I1(t)、Q1(t)信号分别携有基带OFDM信号的实部和虚部信息；
一个电域I/Q调制器，将OFDM调制模块产生的I1(t)、Q1(t)两路信号，与一个射频信号进行正交调制，产生射频OFDM信号S1(t)；
一个发送端激光器，生成特定频率的光载波，用于把射频OFDM信号调制到光频；
一个90°相移器，用于对一路射频OFDM信号进行90°相移处理实现单边带调制；
一个双电极铌酸锂马赫-曾德尔调制器（LN-MZM），两臂之间的直流偏置电压调整在LN-MZM直流半波电压的1/2，激光器发出特定频率的光载波注入到该调制器中，S1(t)信号分为S11(t)、S12(t)两个等幅支路，并用相移器在S11(t)和S12(t)信号之间引入90°相移，实现等幅正交驱动LN-MZM的两个电极，产生SSB-OOFDM信号E1(t)；
其中，该波分复用器，将N个WDM子系统产生的SSB-OOFDM信号E1(t)、E2(t)、...、EN(t)，复用为一路信号E(t)，作为下行链路信号。
6.如权利要求3所述WDM-PON有线/无线可选择接入系统，其中下行链路信号重组模块，其特征在于，包括：
一个光波分解复用器，将接收到的复用信号E(t)分离为2N路光信号，其中包括N路光载波C1(t)、C2(t)、...、CN(t)和N路光OFDM信号A1(t)、A2(t)、...、 AN(t)；
N个光功分器，分别将C1(t)、C2(t)、...、CN(t)光载波信号一分为二，总共输出2N路光载波C11(t)、C12(t)，C21(t)、C22(t)，...，CN1(t)、CN2(t)；
N个光耦合器，选择一路光OFDM信号如A1(t)和两路经过光功分器的光载波如C11(t)、CM2(t)(1<M≤N)，耦合成一路信号Z1(t)，从而产生组合光信号。采用该方法可得到N路组合信号Z1(t)、Z2(t)、...、ZN(t)。
7.如权利要求4所述WDM-PON有线/无线可选择接入系统，其中下行链路无线/有线接入端，其特征在于，包括：
光开关，用户根据需求，选择无线接入或有线接入；
无线接入模块，实现用户的无线接入；
有线接入模块，实现用户的有线接入；
其中，无线接入模块包括：
一个波长间差滤波器（IL），将接收到的组合信号如Z1(t)分为O11(t)、L11(t)两路信号，O11(t)包括基带OOFDM信号和一个与其频率间隔较大的光载波，L11(t)则为另一个光载波；
一个光探测器，接收到的光信号O11(t)通过PD探测器进行光电转换，得到电信号P11(t)，为简化ONU结构，有线接入模块与无线接入模块将共用该光电探测器；
一个带通滤波器，电信号P11(t)通过中心频率为fH＝M×fC－fRF的带通滤波器(BPF)，得到高频OFDM电信号D11(t)；
天线，用于发射无线下行高频OFDM信号；
其中，有线接入模块包括：
一个IL，将接收到的耦合信号Z1(t)，分为O12(t)、L12(t)两路信号，O12(t)包括 基带OOFDM信号和一个与其频率间隔较小的光载波，L12(t)则为上行的光载波；
一个与无线接入模块共用的光电探测器，接收到的光信号O12(t)通过PD探测器进行光电转换，得到电信号P12(t)；
一个带通滤波器，电信号P12(t)通过中心频率为fL＝fRF的带通滤波器(BPF)，得到低频OFDM电信号D12(t)；
一个射频本振，低频OFDM信号D12(t)与射频本振拍频，得出含有基带OFDM信号成分的电信号J12(t)，为简化ONU结构，该射频本振还用于有线上行基带信号的调制；
一个低通滤波器，从J12(t)中滤出基带OFDM信号，传送至有线接入用户。
8.如权利要求4所述WDM-PON有线/无线可选择接入系统，其中上行链路无线/有线发射端，其特征在于，包括：
无线发射模块，用于无线接入中上行链路信号的光调制；
有线发射模块，用于有线接入中上行链路信号的光调制；
其中，无线发射模块包括:
天线，用于接收用户的上行无线OFDM信号W1(t)；
一个双电极铌酸锂马赫-曾德尔调制器，权利7中所述的光载波L11(t)注入到该调制器中，W1(t)信号分为两个支路等幅正交驱动调制器，通过合理调整LN-MZM的参数，产生SSB-OOFDM信号Wso1(t)，为简化ONU结构，有线发射模块与无线发射模块将共用该LN-MZM；
其中，有线发射模块包括：
一个与无线接入模块共用的射频本振，把用户端的基带OFDM信号调制为上行射频OFDM电信号Y1(t)；
一个与无线接入模块共用的双电极铌酸锂马赫-曾德尔调制器，参数调整与之 一致，权利7中所述的光载波L12(t)注入到调制器中，Y1(t)信号分为两个支路等幅正交驱动调制器，产生SSB-OOFDM信号Yso1(t)。
9.如权利要求3所述WDM-PON有线/无线可选择接入系统，其中上行链路WDM模块，其特征在于，包括：
一个波分复用器，将N个用户发送的上行SSB-OOFDM信号合为一路上行链路信号Up(t)，通过光纤传输至OLT。
10.如权利要求2所述WDM-PON有线/无线可选择接入系统，其中上行链路无线/有线接收端，其特征在于，包括：
波分解复用器，用于将上行链路信号Up(t)分为N路信号Up1(t)、Up2(t)、...、UpN(t)，每路信号包含一个光载波和一个基带OOFDM信号，分别传输至N个光OFDM接收模块；
N个光OFDM接收模块；
其中，每个光OFDM接收模块包括：
一个光探测器，接收到的光信号如Up1(t)通过PD探测器进行光电转换，得到电信号U1(t)；
一个带通滤波器，电信号U1(t)通过一个带通滤波器，得到射频OFDM电信号V1(t)；
一个射频OFDM接收模块，将射频OFDM信号，通过I/Q解调器，得到基带OFDM信号；然后再通过模数转换器、OFDM解调器、QAM解调器和判决器，得到原始的二进制数据信号。
11.一种WDM-PON有线/无线可选择接入方法，实现OFDM信号的有线/无线的直接探测，降低ONU成本，采用单边带调制(SSB)技术和波分复用(WDM) 技术提高频谱利用率，其特征在于，包括下述步骤:
在OLT的下行链路发射端中，包含N（N为大于或等于2的整数）个用于输出SSB-OOFDM信号的WDM子系统。以第一个子系统为例，二进制数字信号B1首先经过MQAM调制进行符号映射；然后经过OFDM调制器生成I1(t)、Q1(t)两路电信号，I1(t)、Q1(t)信号分别携有基带OFDM信号的实部和虚部信息。I1(t)、Q1(t)两路电信号通过I/Q调制器和频率为fRF1的本振进行正交调制，得到射频OFDM电信号S1(t)。激光器发出频率为fo1的光载波注入双电极铌酸锂马赫-曾德调制器(LiNbO3Mach-Zehnder modulator,LN-MZM)；S1(t)信号分为S11(t)和S12(t)两个支路，S11(t)信号不变，S12(t)信号经过90°相移，等幅驱动LN-MZM的两极。适当调整调制器的参数，使输出光载射频信号E1(t)为SSB-OOFDM信号，主要包括光载波和一阶边带光OFDM信号，其中光载波频率为fo1，光OFDM信号中心频率为fo1+fRF；两个WDM子系统的频率间隔为fC，N路子系统输出的光载射频信号E1(t)，E2(t)，...，EN(t)，通过复用器合路为下行链路的光信号E(t)，其中包括N个光载波和N个光OFDM信号；
在下行传输链路中，E(t)经过单模光纤（SMF）传输至远端交换节点的下行链路信号重组模块。该模块首先将接收到的复用信号E(t)通过一个波分解复用器分离为2N路光信号，它包括到N路光OFDM信号A1(t)，A2(t)，...，AN(t)和N路光载波C1(t)，C2(t)，...，CN(t)；N路光载波再分别通过N个光分路器分别得到2N路光载波C11(t)、C12(t)，C21(t)、C22(t)，...，CN1(t)、CN2(t)。然后适当选择一路光OFDM信号，如A1(t)，和两路经过光功分器的光载波，如C11(t)、CM2(t)(1<M<＝N),通过光耦合器耦合成一路光信号Z1(t)，其中A1(t)信号中心频率为fo1＋fRF1，C11(t)、CM2(t)光载波信号频率分别为fo1和fo1＋M×fC(1<M<＝N)。其余N-1路组合光信号Z2(t)、Z3(t)、...、ZN(t)均采用该方法生成。N路组合信号 分别传输至N个HONU；
以组合光信号Z1(t)为例，在信号进入HONU之后经一个光开关，根据用户的选择Z1(t)进入无线接入模块或有线接入模块；
在无线接入模块中，一个IL将Z1(t)分为O11(t)、L11(t)两路光信号，O11(t)包括基带OOFDM信号和一个与其频率间隔较大的光载波，L11(t)则为另一个光载波，它将用作上行数据的载波；
接收到的光信号O11(t)通过光电探测器进行光电转换，得到电信号P11(t)；
电信号P11(t)通过中心频率为fH＝M×fC－fRF的带通滤波器(BPF)，得到高频OFDM电信号D11(t)；
D11(t)通过天线发送至无线接入用户，完成无线的下行接入；
在有线接入模块中，一个IL将Z1(t)分为O12(t)、L12(t)两路光信号，O12(t)包括基带OOFDM信号和一个与其频率间隔较小的光载波，L12(t)则为另一个光载波，它将用作上行数据的载波；
光信号O12(t)通过PD探测器进行光电转换，得到电信号P12(t)；
电信号P12(t)通过中心频率为fL＝fRF的带通滤波器(BPF)，得到低频OFDM电信号D12(t)，该信号通过I/Q解调器，得到基带OFDM电信号，传至有线接入用户，完成有线的下行接入；
上行数据也可通过HONU的上行链路无线/有线发射模块，分有线或者无线两种方式接入；
在无线接入方式中，用户端的上行射频OFDM无线信号W1(t)经过天线的接收，驱动双电极LN-MZM调制该ONU下行组合信号分离出来的单个光载波L11(t)，产生SSB-OOFDM信号WSO1(t)；
在有线接入方式中，首先将用户端的基带信号调制为上行射频OFDM信号 Y1(t)，驱动双电极LN-MZM调制该HONU从下行组合信号中分离出来的光载波L12(t)，产生SSB-OOFDM信号YSO1(t)；
这样，N个HONU产生N路上行SSB-OOFDM信号XSO1(t)、XSO2(t)、…、XSON(t)，其中X可为W或者Y，代表各HONU的接入方式为无线或者有线；
N路上行SSB-OOFDM信号XSO1(t)、XSO2(t)、…、XSON(t)传输至远端交换节点，利用波分复用器，合为一路上行链路光信号Up(t)，通过光纤传输至OLT；
OLT利用一个波分解复用器，将Up(t)分为N路光信号Up1(t)、Up2(t)、...、UpN(t)，每路信号包含一个光载波和一个基带OOFDM信号，分别传输至N个光OFDM接收模块；
在每个光OFDM接收模块中，光信号Up1(t)、Up2(t)、...、UpN(t)分别依次通过光电探测、带通滤波、模数转换、I/Q解调器，基带OFDM解调、MQAM解调，得到原始的二进制数据信号。
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