CN103686474B - 基于远程差频检测的波分复用ofdm-pon传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的基于远程差频检测的波分复用OFDM‑PON传输系统，包括依次连接的光线路终端、馈入式光纤网络、远端节点、若干分布式光纤网络、若干光网络单元；光网络单元用于对下行OFDM信号进行处理，分离出用于调制上行OFDM信号的特定X偏振光载波；光网络单元实现下行OFDM信号和下行本振光信号的外差检测的同时通过分布式光纤网络将上行OFDM信号输出至远端节点及光线路终端，光线路终端接收上行OFDM信号并对上行OFDM信号进行自零差检测。本发明采用OFDM和WDM复用方式增加了有效传输信道和数据传输速率，实现更大传输容量；同时采用差频检测技术提高了接收灵敏度，实现更远距离的传输。

Description

基于远程差频检测的波分复用OFDM-PON传输系统

技术领域

本发明涉及的是一种光通信技术领域的系统及方法，具体地，是一种基于远程差频检测的波分复用OFDM-PON传输系统。

背景技术

信号在OLT接收端产生的光拍频干扰，以及实现上下行高速率、大容量、高稳定性的OFDM-PON，一些学者提出了将WDM技术融入OFDM-PON。目前，基于WDM技术的OFDM-PON系统（WDM-OFDM-PON）被认为是一种比较理想、极有发展前景的光接入网技术。而WDM-OFDM-PON带来的多波长光源问题将会引起系统成本上升，因此ONU的无色化技术是WDM-OFDM-PON系统的关键技术。

经对现有文献检索发现，Jianjun,Y.H等人在2008Photonics Technology Letters（光子技术快报）上发表了题为“Centralized Lightwave WDM-PON Employing16-QAM Intensity Modulated OFDM Downstream and OOK Modulated UpstreamSignals”（采用16进制正交振幅强度调制的正交频分复用下行信号和上行OOK信号的光波集中式波分复用无源光网络）的文章，该文章提出光线路终端OLT主要由N个分布式反馈DFB激光器和强度调制器IM组成，OLT端采用集中式光源。下行采用相位调制技术将OFDM信号加载到下行数据上，实现了10G/s数据传输。由于下行OFDM信号的波形类似于归零码RZ信号，上行数据可利用强度重调制技术实现OFDM-PON系统的ONU的无色化传输。然而该方案仅是将OFDM的调制技术应用到了WDM-PON系统中，直接载波重调制带来消光比的劣化会对传输性能造成严重影响，其上下行双纤传输模式也增加了系统升级成本。

又经检索发现，Wei,J.L.在2010于Opt.Express（光学快讯）上发表了题为“Wavelength reused bidirectional transmission of adaptively modulated optical OFDMsignals in WDM-PONs incorporating SOA and RSOA intensity modulators”（在混合SOA和RSOA强度调制器的波分复用无源光网络系统中使用自适应调制光正交频分复用信号的波长重利用的双向传输）的文章，该文章提出了自适应光正交频分复用AMOOFDM，基于RSOA强度重调制实现了ONU无色化。然而该方案的单纤双向传输带来的瑞利后向散射限制了系统的性能特别是传输距离的进一步延伸。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明在结合了TDM/WDM-PON优势技术的基础上，提出了一种新型的基于远程差频检测的波分复用OFDM-PON传输系统，以实现长距离、大容量、高速率、带宽动态可调的光接入网能力。系统采用OFDM和WDM复用方式增加有效传输信道和数据传输速率，实现更大传输容量；同时采用差频检测技术提高接收灵敏度，实现更远传输距离。

本发明提供的系统将下行数据和控制信令调制在双边带抑制载波模块产生的一个光载波上，然后与另一个未调制的光载波（下行本振光）耦合后一起传送给光网络单元ONU，并在光网络单元处通过普通光电探测器实现远程外差检测，减小因直接检测带来的拍频噪声对系统的影响；且外差检测中的本振光源在光线路终端OLT端产生，解决了相干检测造成用户接入端成本上升的问题，在不增加用户端ONU成本的前提下实现了低成本、长距离、大容量的信息传送。上行方向，设计了OLT端的自零差相干接收机，以实现ONU用户到OLT的大容量、长距离上行接入。采用种子光源外激励的无色ONU方案，并利用成本较低的直调激光器发送数据。ONU共享多波长资源，在增加ONU上行接入带宽的同时，提高了波长利用率。由于相干接收装置部署在OLT端，在保持现有ODN网络的基础上，仅仅需要改变OLT、ONU的收发结构就可实现较低成本的接入网性能升级。同时该系统利用偏振分束器和45度法拉第旋光镜使上行单偏振种子光源的偏振态为X，上行注入锁定OFDM光信号和OLT端用于上行自零差检测的本振光的偏振态为Y，偏振态实现正交，可以减小种子光源后向散射对上行传输性能的影响。

根据本发明提供的基于远程差频检测的波分复用OFDM-PON传输系统，包括：光线路终端、馈入式光纤网络、远端节点、若干分布式光纤网络、若干光网络单元；

光线路终端与馈入式光纤网络的一端相连并输出下行OFDM信号、下行本振光信号和上行单偏振种子光源，馈入式光纤网络的另一端与远端节点相连并传输下行OFDM信号、下行本振光信号和上行单偏振种子光源，分布式光纤网络的两端分别与远端节点和光网络单元相连并传输下行OFDM信号、下行本振光信号和上行单偏振种子光源；

光网络单元用于对下行OFDM信号进行处理，分离出用于调制上行OFDM信号的特定X偏振光载波；光网络单元实现下行OFDM信号和下行本振光信号的外差检测的同时通过分布式光纤网络将上行OFDM信号输出至远端节点及光线路终端，光线路终端接收上行OFDM信号并对上行OFDM信号进行自零差检测。

优选地，所述光线路终端包括：资源调度器、上行C波段激光器阵列、下行L波段激光器阵列、抑制载波的双边带调制模块、OFDM发射模块、本振光源信号调整模块、若干第一偏振分束器、波分复用器、第一光环形器、光延时干涉仪、OFDM相干接收机阵列和第一粗波分复用器；

资源调度器的输出端连接下行L波段激光器阵列和上行C波段激光器阵列，下行L波段激光器阵列的输出端连接抑制载波的双边带调制模块的输入端，抑制载波的双边带调制模块的输出端连接OFDM发射模块和本振光源信号调整模块；上行C波段激光器阵列的输出端连接第一偏振分束器的输入端，第一偏振分束器输出的X偏振光输入波分复用器，波分复用器的输出端连接第一光环形器的第1端口；OFDM发射模块和本振光源信号调整模块的输出端与第一光环形器的第2端口的输出端复用至第一粗波分复用器，第一粗波分复用器的输出端连接馈入式光纤网络的一端，馈入式光纤网络的另一端连接远端节点；第一光环形器的第3端口连接光延时干涉仪，第一偏振分束器的输出端的Y偏振光与光延时干涉仪的输出注入OFDM相干接收机阵列；OFDM相干接收机的输出端连接资源调度器。

优选地，所述光网络单元包括第二粗波分复用器、光电二极管、OFDM信号解调与处理模块、可调光滤波器、MAC接入控制层、第二偏振分束器、第二光环形器、45度法拉第旋光镜、直接调制激光器；

分布式光纤网络的一端与第二粗波分复用器的一端相连，第二粗波分复用器的另一端连接光电二极管的输入端，光电二极管的输出端连接OFDM信号解调与处理模块，第二粗波分复用器的另一端连接可调光滤波器，MAC接入控制层控制可调光滤波器，可调光滤波器连接第二偏振分束器，第二偏振分束器输出X偏振光至第二光环形器的第1端口，第二光环形器的第2端口连接45度法拉第旋光镜，45度法拉第旋光镜连接直接调制激光器，第二光环形器的第3端口输出Y偏振光至第二偏振分束器。

优选地，所述远端节点包括1:N光分路/合路器，所述的1:N光分路/合路器N取64。

优选地，所述资源调度器包括媒体接入控制层和数据管理层。

优选地，所述直接调制激光器为DFB激光器、RSOA激光器、或FP-LD激光器。

优选地，上行C波段激光器阵列优选地为上行C波段窄线宽激光器阵列，下行L波段激光器阵列优选地为下行L波段普通激光器阵列，上行C波段窄线宽激光器和下行L波段普通激光器的数量均为M个，M取4、8或10；

下行方向，下行L波段普通激光器提供光载波，使用OFDM方式传输下行数据，增加下行数据的传送速率；

上行方向，上行C波段窄线宽激光器作为上行共享种子光源，采用OFDM接入复用方式。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1)系统的上行传输中，无色ONU在汇聚用户数据之后，根据下行的控制信令动态选择上行波长和子载波、时隙数，通过正交频分多址、波分多址以及时分多址的接入方式实现上行数据的传输。光线路终端OLT端设计的资源管理器模块，通过新颖的调度算法和下行控制信令产生机制，使每个ONU具有多粒度的接入能力，打破现有PON中以波长和时隙为粒度的资源分配方法，灵活有效地提高ONU上行接入能力。

2)在光线路终端产生上行单偏振种子光源，输入ONU端实现上行信号的注入锁定，实现ONU端的无色化，同时实现ONU上行多波长共享。上行数据的传输端位于光线路终端，节约了ONU成本问题，且将在一定程度上提高了该系统升级方案的可行性。

3)该系统中偏振态为X的上行单偏振种子光源注入锁定前后的两次经过45度旋光偏振镜，其偏振态相对种子光源偏移90度，即为Y偏振态，Y偏振态上行信号再经过偏振分束器，进行上行传输。由于注入锁定光信号和下行的种子光源的偏振态实现正交，可以减小种子光源后向散射对上行传输性能的影响。

4)上行直调OFDM信号，在进入接收机前，先通过ODI延时干涉仪降低直调激光器的啁啾和色散的影响。实现了基于相位分集、偏振稳定功能的上行自零差相干检测。

5)ONU的直接检测PD实现了外差检测的功能，且本振光源由远端OLT模块提供，因此可以使系统升级对ONU的成本不敏感，同时能够满足保持原有接入网系统的ODN不变的设计要求。

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为本发明的结构示意图。

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。

如图1所示，本实施例中，发明提供的系统包括：光线路终端、馈入式光纤网络、远端节点、若干分布式光纤网络和若干光网络单元，其中：光线路终端与馈入式光纤网络的一端相连并输出下行OFDM（(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用）信号、下行本振光信号和上行单偏振种子光源，馈入式光纤网络的另一端与远端节点相连并传输下行OFDM信号、下行本振光信号和上行单偏振种子光源，分布式光纤网络的两端分别与远端节点和光网络单元相连并传输下行OFDM信号、下行本振光信号和上行单偏振种子光源，光网络单元对下行OFDM信号进行处理，分离出用于调制上行OFDM信号的特定x偏振光载波。光网络单元实现下行OFDM信号和下行本振光信号的外差检测的同时通过分布式光纤网络将上行OFDM信号输出至远端节点及光线路终端，光线路终端接收上行OFDM信号并对其进行自零差检测。

所述的光线路终端包括：资源调度器、上行C波段激光器阵列、下行L波段激光器阵列、抑制载波的双边带调制（DSB-SC）模块、OFDM发射模块、本振光源信号调整模块、若干第一偏振分束器、波分复用器、第一光环形器、光延时干涉仪、OFDM相干接收机阵列和第一粗波分复用器。其中，资源调度器的输出端连接下行L波段（λ_d）激光器阵列和上行C波段（λ_u）激光器阵列，下行L波段激光器阵列的输出连接抑制载波的双边带调制模块，抑制载波的双边带调制模块连接OFDM发射模块和本振光源信号调整模块；上行C波段激光器阵列的输出分别连接第一偏振分束器，第一偏振分束器输出的x偏振光输入波分复用器，波分复用器连接第一光环形器的第1端口；OFDM发射模块和本振光源信号调整模块的输出与第一光环形器的第2端口的输出端复用至第一粗波分复用器，第一粗波分复用器的输出端连接馈入式光纤网络的一端，馈入式光纤网络的另一端连接远端节点。第一光环形器的第3端口连接光延时干涉仪，第一偏振分束器的输出端的y偏振光与光延时干涉仪的输出注入OFDM相干接收机阵列；OFDM相干接收机的输出端连接资源调度器。

所述的光网络单元包括第二粗波分复用器、光电二极管、OFDM信号解调与处理模块、可调光滤波器、MAC接入控制层、第二偏振分束器、第二光环形器、45度法拉第旋光镜、直接调制激光器。其中：分布式光纤网络的一端与第二粗波分复用器的一端相连，第二粗波分复用器的另一端连接光电二极管，光电二极管的输出端连接OFDM信号解调与处理模块，第二粗波分复用器的另一端连接可调光滤波器，MAC接入控制层控制可调光滤波器，可调光滤波器连接第二偏振分束器，第二偏振分束器输出X偏振光至第二光环形器的第1端口，第二光环形器的第2端口连接45度法拉第旋光镜，45度法拉第旋光镜连接直接调制激光器，第二光环形器的第3端口输出Y偏振光至第二偏振分束器。

上行C波段激光器阵列优选地为上行C波段窄线宽激光器阵列，下行L波段激光器阵列优选地为下行L波段普通激光器阵列。所述的光线路终端中的上行C波段窄线宽激光器阵列和下行L波段普通激光器阵列均部署8个激光器（M=8）。

远端节点包括1:N光分路/合路器，所述的1:N光分路/合路器N取64。

所述的资源调度器包括媒体接入控制层和数据管理层。

所述的直接调制激光器可为DFB激光器、RSOA激光器或FP-LD激光器。

在一个优选例中，本发明提供的系统通过以下方式进行工作：8个上行C波段窄线宽激光器分别发射出波长为λ_u1～λ_u8的光载波和8个下行L波段普通激光器分别发射出波长为λ_d1～λ_d8的光载波。前者作为下行OFDM调制信号的光载波和光网络单元远程外差检测的本振光，可实现下行100Gbit/s的速率（即每单波长12.5Gbit/s）。后者注入偏振分束器后分为X偏振光和Y偏振光，此上行C波段窄线宽激光器同时作为偏振态为X的上行共享种子光源和偏振态为Y的上行OFDM数据信号的相干本振光源。上行传输采用OFDM接入复用方式，实现上行40Gbit/s的速率（单波长5Gbit/s）。所述的1:N光分路/合路器N取64即系统分光比采用1：64，实现64个光网络单元接入系统。

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 (6)

1.一种基于远程差频检测的波分复用OFDM-PON传输系统，其特征在于，包括：光线路终端、馈入式光纤网络、远端节点、若干分布式光纤网络、若干光网络单元；

光线路终端与馈入式光纤网络的一端相连并输出下行OFDM信号、下行本振光信号和上行单偏振种子光源，馈入式光纤网络的另一端与远端节点相连并传输下行OFDM信号、下行本振光信号和上行单偏振种子光源，分布式光纤网络的两端分别与远端节点和光网络单元相连并传输下行OFDM信号、下行本振光信号和上行单偏振种子光源；

光网络单元用于对下行OFDM信号进行处理，分离出用于调制上行OFDM信号的特定X偏振光载波；光网络单元实现下行OFDM信号和下行本振光信号的外差检测的同时通过分布式光纤网络将上行OFDM信号输出至远端节点及光线路终端，光线路终端接收上行OFDM信号并对上行OFDM信号进行自零差检测；

所述光线路终端包括：资源调度器、上行C波段激光器阵列、下行L波段激光器阵列、抑制载波的双边带调制模块、OFDM发射模块、本振光源信号调整模块、若干第一偏振分束器、波分复用器、第一光环形器、光延时干涉仪、OFDM相干接收机阵列和第一粗波分复用器；

资源调度器的输出端连接下行L波段激光器阵列和上行C波段激光器阵列，下行L波段激光器阵列的输出端连接抑制载波的双边带调制模块的输入端，抑制载波的双边带调制模块的输出端连接OFDM发射模块和本振光源信号调整模块；上行C波段激光器阵列的输出端连接第一偏振分束器的输入端，第一偏振分束器输出的X偏振光输入波分复用器，波分复用器的输出端连接第一光环形器的第1端口；OFDM发射模块和本振光源信号调整模块的输出端与第一光环形器的第2端口的输出端复用至第一粗波分复用器，第一粗波分复用器的输出端连接馈入式光纤网络的一端，馈入式光纤网络的另一端连接远端节点；第一光环形器的第3端口连接光延时干涉仪，第一偏振分束器的输出端的Y偏振光与光延时干涉仪的输出注入OFDM相干接收机阵列；OFDM相干接收机的输出端连接资源调度器。

2.根据权利要求1所述的基于远程差频检测的波分复用OFDM-PON传输系统，其特征在于，所述光网络单元包括第二粗波分复用器、光电二极管、OFDM信号解调与处理模块、可调光滤波器、MAC接入控制层、第二偏振分束器、第二光环形器、45度法拉第旋光镜、直接调制激光器；

分布式光纤网络的一端与第二粗波分复用器的一端相连，第二粗波分复用器的另一端连接光电二极管的输入端，光电二极管的输出端连接OFDM信号解调与处理模块，第二粗波分复用器的另一端连接可调光滤波器，MAC接入控制层控制可调光滤波器，可调光滤波器连接第二偏振分束器，第二偏振分束器输出X偏振光至第二光环形器的第1端口，第二光环形器的第2端口连接45度法拉第旋光镜，45度法拉第旋光镜连接直接调制激光器，第二光环形器的第3端口输出Y偏振光至第二偏振分束器。

3.根据权利要求1所述的基于远程差频检测的波分复用OFDM-PON传输系统，其特征在于，所述远端节点包括1:N光分路/合路器，所述的1:N光分路/合路器N取64。

4.根据权利要求1所述的基于远程差频检测的波分复用OFDM-PON传输系统，其特征在于，所述资源调度器包括媒体接入控制层和数据管理层。

5.根据权利要求2所述的基于远程差频检测的波分复用OFDM-PON传输系统，其特征在于，所述直接调制激光器为DFB激光器、RSOA激光器、或FP-LD激光器。

6.根据权利要求1所述的基于远程差频检测的波分复用OFDM-PON传输系统，其特征在于，上行C波段激光器阵列优选地为上行C波段窄线宽激光器阵列，下行L波段激光器阵列优选地为下行L波段普通激光器阵列，上行C波段窄线宽激光器和下行L波段普通激光器的数量均为M个，M取4、8或10；

下行方向，下行L波段普通激光器提供光载波，使用OFDM方式传输下行数据，增加下行数据的传送速率；

上行方向，上行C波段窄线宽激光器作为上行共享种子光源，采用OFDM接入复用方式。