CN103517163B - 高功率预算的正交频分复用无源光网络下行传输系统 - Google Patents

Abstract

一种高功率预算的正交频分复用无源光网络下行传输系统，包括依次连接的光线路终端、馈线式光纤、若干无源光网络系统，无源光网络系统包括远端节点、若干分布式光纤和若干光网络单元，光线路终端通过馈线式光纤连接至远端节点，远端节点通过分布式光纤连接至光网络单元，光线路终端包括依次连接的第一媒体接入控制模块、下行数据发射模块、周期性滤波器和光放大器，第一媒体接入控制模块用以控制下行原始数据信号的产生和处理；下行数据发射模块用以将下行原始数据信号转换成正交频分复用光信号作为下行传输信号；周期性滤波器用于下行传输信号啁啾管理。本发明成本低、易于实现、功率预算较高，可部署在下一代支持长距离、高分支比的接入网系统。

Description

高功率预算的正交频分复用无源光网络下行传输系统

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体地，涉及一种高功率预算的正交频分复用无源光网络下行传输系统。

背景技术

随着用户带宽需求不断提高、用户数量不断增加，接入网系统面临着超带宽业务、大数据服务和高分支比及长距离接入等要求。传统的时分复用(Time Division Multiple,TDM)无源光网络已经难以满足未来发展的需求。正交频分复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiple,OFDM)具有频谱效率高、抗色散能力强等特点，被认为是下一代光接入网中一种非常具有潜力的技术。该技术利用多个正交的子载波传输数据，支持灵活的动态带宽分配。另外，还可以结合成熟的高速数字信号处理技术，较低成本地实现光OFDM收发机。

为了支持高分支比和长距离的接入，提高接入网系统的功率预算显得越来越重要，有效提高功率预算的方法之一就是提高接收机的接收灵敏度，而提高接收灵敏度可以从多个方面进行。目前，国内外研究机构针对相关问题已经做了一系列研究。在接入网系统中，信号通过系统传输会受到光纤非线性、色散、噪声等作用影响，造成接收信号质量变差从而导致接收灵敏度降低。研究表明，信道估计和补偿是提高接收灵敏度简单有效的方法。

信道估计可按是否利用辅助数据分为盲信道估计和基于导频的信道估计。在实际系统中，多使用基于导频的信道估计。而基于导频的信道估计根据导频插入方式的不同又可以分为块状导频、梳状导频等。根据研究发现，由于光纤信道比较稳定，基于块状导频的信道估计能够很好的对光纤信道参数进行估计，但是一般的块状导频信道估计需要较高的导频开销才能获得较为精确的估计。经文献检索发现，Xiang Liu等提出了符号内频域平均的信道估计算法，通过在一个符号内频域平均的信道估计方法，有效的减少了导频的开销，但是其估计的精度在接收光功率较低时有很大的限制。又经检索发现，J.Zhao等人提出了基于快速迭代的信道估计算法，其将光纤信道看作是由静态响应以及色散等作用的结果，该算法可以在得知静态响应后，通过几次快速的迭代获得比较准确的信道估计结构。但该算法必须事先获得较为准确的静态信道响应,一定程度上缺乏灵活性，光链路稍有变化则信道估计结果基本不可取。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种高功率预算的正交频分复用无源光网络下行传输系统，目的是在正交频分复用无源光网络中提供一种低成本、高速率、高功率预算的下行传输机制。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高功率预算的正交频分复用无源光网络下行传输系统，包括依次连接的光线路终端、馈线式光纤、若干无源光网络系统，其中无源光网络系统包括远端节点、若干分布式光纤和若干光网络单元，光线路终端通过馈线式光纤连接至远端节点，远端节点通过分布式光纤连接至光网络单元，所述光线路终端包括第一媒体接入控制模块、下行数据发射模块、周期性滤波器和光放大器，它们依次连接，其中，第一媒体接入控制模块用以控制下行原始数据信号的产生和处理；下行数据发射模块用以将原始数据信号转换成正交频分复用光信号作为下行传输信号；周期性滤波器用于下行传输信号啁啾管理。

所述光网络单元包括：光电探测器、跨导放大器、线性放大器、模数转换器、同步模块、去除循环前缀和串并变换模块、快速傅里叶变换模块、信道估计和补偿模块、解映射模块和第二媒体接入控制模块，其中，光电探测器、跨导放大器、线性放大器、模数转换器、去除循环前缀和串并变换模块、快速傅里叶变换模块、信道估计和补偿模块、解映射模块和第二媒体接入控制模块依次连接，模数转换器包括两个输出端口，一个输出端口连接至去除循环前缀和串并变换模块的输入端口，另一个输出端口连接至同步模块的输入端口；同步模块的输出端口分别连接至去除循环前缀和串并变换模块、快速傅里叶变换模块、信道估计和补偿模块、解映射模块和第二媒体接入控制模块。

优选地，所述下行数据发射模块中使用波长可调谐直调激光器，该激光器可通过温度控制或者电流控制调谐在合适的波长及发射光功率。

优选地，下行数据发射模块采用波长可调谐直接调制激光器，可根据需要选用不同的调制格式。

优选地，所述下行数据发射模块每次发送一个光网络单元的数据。

优选地，所述下行数据信号采用广播数据帧格式传输，每个数据帧包含一个光网络单元的数据、同步头以及导频信息，数据帧中的同步头用于确定数据帧的起始位置，并包含有数据帧的目的地址；数据帧中的导频信息用于估计光传输链路的信道参数，以便对接收到的信号做出相应的补偿。

优选地，所述远端节点位于光线路终端和光网络单元之间，一端通过馈线式光纤连接光线路终端，另一端通过分布式光纤连接光网络单元，远端节点包括光分路/合路器，光分路/合路器用于下行数据信号的分发，用以将下行数据信号通过分布式光纤分发给与之相连的各个光网络单元。

优选地，所述光分路/合路器采用1:N光分路/合路器，N为无源光网络中的光网络单元的数量，N取值为64、128、256、512或1024，具体取值主要依据系统中传输光纤的长度和系统能提供的功率预算来确定。

优选地，所述光分布式光纤和馈线式光纤加起来的总长度为几千米到100km的范围，例如20km、40km、60km、80km或者100km。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明系统，能够很好的提升数据信号经过光纤传输后的性能，明显的改善误码性能。本发明采用波长可调谐的直接调制激光器，可以提高下行发射机的发射光功率，低成本的实现发射机模块；同时，在光线路终端部署的周期性滤波器可以有效地解决直调激光器啁啾现象引起的传输系统色散容忍度降低的问题；另外，通过采用有效、快速且开销低的信道估计和补偿算法，能够有效的排除传输系统中噪声的影响，较明显地提高系统接收灵敏度，继而保证了系统功率预算的提高。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的基于直调激光器的正交频分复用无源光网络下行传输系统的结构原理示意图；

图2为下行传输信号的数据帧结构示意图；

图3为未使用信道估计和补偿算法接收到的16-QAM数据星座图；

图4为使用了提出的信道估计和补偿算法后接收到的16-QAM数据星座图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

参阅图1，一种高功率预算的正交频分复用无源光网络的下行传输系统，包括依次连接的光线路终端、馈线式光纤、若干无源光网络系统，无源光网络系统包括远端节点、若干分布式光纤和若干光网络单元，光线路终端通过馈线式光纤连接至远端节点，远端节点通过分布式光纤连接至光网络单元。

光线路终端包括第一媒体接入控制模块、下行数据发射模块、周期性滤波器和光放大器。其中，第一媒体接入控制模块用于控制原始下行信号的产生和处理，包括同步头和导频信息等的插入；下行数据发射模块用以将原始数据信号转换成为正交频分复用光信号作为下行信号传输，该模块可以控制选取不同的调制格式以及快速反傅里叶变换点数，以满足不同传输速率的要求和灵活的带宽分配。例如，不同的子载波可以采用不同的m-QAM（m阶正交幅度调制），其中m可以取值为4，16，32，64等，具体的取值需要考虑系统对传输速率的要求和传输链路中的信道特性。另外，下行数据发射模块中的快速反傅里叶变换点数N可以根据实际系统的接入用户数量来决定，其中N可取值为32，64，128，256，512等。周期性滤波器和光放大器用于管理下行数据信号的啁啾，经实验验证，该方案能够很好的提升数据信号经过光纤传输后的性能，明显的改善误码性能。

进一步地，下行数据发射模块工作在某一选定波长，每次发送一个光网络单元的数据。发送的下行数据信号采用广播数据帧格式传输，每一个下行广播数据帧包含一个光网络单元的数据、同步头和导频信息。导频信息在同步头后面，由若干连续的导频符号组成，每个导频符号采用特定的数据和格式。本发明中，信道估计在频域进行，估计出的信道特征经算法处理后用于对接收数据做出相应的补偿。下行广播数据帧格式如图2所示。

远端节点包括光分路/合路器，光分路/合路器用于下行数据信号的分发，用以将下行数据信号通过分布式光纤分发给与之相连的各个光网络单元。光分路/合路器采用1:N光分路/合路器，N取值为64、128、256、512或1024等，具体的取值要综合考虑系统中的传输距离和系统的分支比以及光功率预算等。

光网络单元包括：光电探测器、跨导放大器、线性放大器、模数转换器、同步模块、去除循环前缀和串并变换模块、快速傅里叶变换模块、信道估计和补偿模块、解映射模块和第二媒体接入控制模块，其中，光电探测器、跨导放大器、线性放大器、模数转换器、去除循环前缀和串并变换模块、快速傅里叶变换模块、信道估计和补偿模块、解映射模块和第二媒体接入控制模块依次连接，模数转换器包括两个输出端口，一个输出端口连接至去除循环前缀和串并变换模块的输入端口，另一个输出端口分别连接至同步模块的输入端口；同步模块的输出端口连接至去除循环前缀和串并变换模块、快速傅里叶变换模块、均衡模块、解映射模块和第二媒体接入控制模块。

如图1所示，光网络单元包括光网络单元1、光网络单元2、……,光网络单元N。具体地，N值取决于光分路/合路器的分光比，N可取64、128、256、512或1024等。

进一步地，光分布式光纤和馈线式光纤加起来的总长度为几千米到100km的范围，如5km、10km、20km、40km或者100km。

具体地，当光网络单元接收机接收到下行广播数据帧后，经过光电探测器将光信号转换为电信号，然后经过跨导放大器和线性放大器对信号进行放大。模数转换器将模拟信号转换为数字信号，并进行后续处理。首先，对接收到的信号进行同步识别，确认数据帧的起始位置，并根据同步头中携带的信息得出该数据帧的目的地址。当判定数据帧目的地址与光网络单元地址匹配时，就再从数据帧中提取导频信息进行信道估计。导频信息中包含有多个连续的导频符号，利用其中的每一个导频符号都可获得一组信道参数，然后利用降噪算法从多组参数中提取更精确的信道估计，用于对后续接收到的数据补偿。以16-QAM数据为例，图3和图4分别显示了是否采用信道估计算法和补偿接收到的星座图，结果显示，采用该信道估计和补偿算法能够有效的改善接收数据质量，对最终系统功率预算提升有几个dB的贡献。

在本实施例中，采用基于直接调制激光器的正交频分复用的下行传输系统，具有以下优点：

1）该系统采用波长可调谐的直调激光器作为下行发射机，一方面其发射光功率高，能增加系统的功率预算；另一方面，该调制器件可调谐、体积小易于集成，可降低下行发射机的成本。

2）使用周期性滤波器，一定程度上抑制了啁啾，增加了系统的抗色散能力；光放大器也能补偿周期性滤波器带来的插入损耗，避免了系统功率预算降低。

3）实验表明，本方案中采用的信道估计和补偿算法，简单快速且开销低，能够明显的补偿传输链路对信号的干扰，进一步提高系统的功率预算。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种高功率预算的正交频分复用无源光网络下行传输系统，包括依次连接的光线路终端、馈线式光纤、若干无源光网络系统，所述无源光网络系统包括远端节点、若干分布式光纤和若干光网络单元，所述光线路终端通过所述馈线式光纤连接至所述远端节点，所述远端节点通过分布式光纤连接至光网络单元，其特性在于，所述光线路终端包括依次连接的第一媒体接入控制模块、下行数据发射模块、周期性滤波器和光放大器，其中，第一媒体接入控制模块用以控制下行原始数据信号的产生和处理；所述下行数据发射模块用以将下行原始数据信号转换成正交频分复用光信号作为下行传输信号；所述周期性滤波器用于下行传输信号啁啾管理；

所述下行数据发射模块采用波长可调谐直接调制激光器，所述下行原始数据信号采用广播数据帧格式传输，每个数据帧包含一个光网络单元的数据、同步头以及导频信息，所述同步头用于确定数据帧的起始位置，并包含有数据帧的目的地址，光网络单元对接收到的信号进行同步识别，并根据同步头中携带的信息得出该数据帧的目的地址，当判定数据帧目的地址与光网络单元地址匹配时，就再从数据帧中提取导频信息进行信道估计，导频信息中包含有多个连续的导频符号，利用其中的每一个导频符号都可获得一组信道参数，然后利用降噪算法从多组参数中提取更精确的信道估计，用于对后续接收到的数据补偿。

2.根据权利要求1所述的高功率预算的正交频分复用无源光网络下行传输系统，其特性在于，所述光网络单元包括依次连接的光电探测器、跨导放大器、线性放大器、模数转换器、同步模块、去除循环前缀和串并变换模块、快速傅里叶变换模块、信道估计和补偿模块、解映射模块和第二媒体接入控制模块，所述模数转换器包括两个输出端口，其中一个输出端口连接至所述去除循环前缀和串并变换模块的输入端口，另一个输出端口连接至同步模块的输入端口，同步模块的输出端口分别连接至去除循环前缀和串并变换模块、快速傅里叶变换模块、信道估计和补偿模块、解映射模块和第二媒体接入控制模块。

3.根据权利要求1所述的高功率预算的正交频分复用无源光网络下行传输系统，其特性在于，所述波长可调谐直接调制激光器能自适应地选取调制格式，以满足系统不同的传输速率需求。

4.根据权利要求1所述的高功率预算的正交频分复用无源光网络下行传输系统， 其特性在于，所述波长可调谐直接调制激光器能通过温度控制或者电流控制调谐在合适的波长及发射光功率。

5.根据权利要求1所述的高功率预算的正交频分复用无源光网络下行传输系统，其特性在于，所述下行数据发射模块每次发送一个光网络单元的数据。

6.根据权利要求1所述的高功率预算的正交频分复用无源光网络下行传输系统，其特性在于，所述导频信息用于估计光传输链路的信道参数，以便对接收到的信号做出相应的补偿。

7.根据权利要求1所述的高功率预算的正交频分复用无源光网络下行传输系统，其特性在于，所述远端节点包括光分路/合路器，所述光分路/合路器用于下行原始数据信号的分发，用以将下行数据信号通过分布式光纤分发给与之相连的各个光网络单元。

8.根据权利要求7所述的高功率预算的正交频分复用无源光网络下行传输系统，其特性在于，所述光分路/合路器采用1:N光分路/合路器，N取值为64、128、256、512或1024。

9.根据权利要求1所述的高功率预算的正交频分复用无源光网络下行传输系统，其特性在于，所述分布式光纤和馈线式光纤加起来的总长度为几千米至一百千米的范围。