CN103812562A - 一种延长无源光纤网络传输距离的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种延长无源光纤网络传输距离的方法和装置，该方法是：接收端模数转换器的采样带宽大于所传输信号的符号速率，在对模数转换器的输出信号进行降采样时发生相应的频谱混叠，利用相互混叠的频谱含有相同信号分量的特性，将经过模数转换器采样后的信号中发射信号频率范围以外的频率成分用于补偿光纤色散后的信号中功率衰减部分的频率成分，从而实现对无源光纤网络中光纤传输色散的补偿。本发明仅仅增加了少许接收带宽，就可以方便有效的实现对无源光纤网络中光纤传输色散的补偿，实现简单，成本低，补偿效果明显，能大幅提高接收端信号质量。
Description
技术领域
本发明涉及光通信研究领域，特别涉及一种延长无源光纤网络传输距离的方法和装置。
背景技术
从目前整个网络结构来看，光纤的大量铺设以及密集波分复用（DWDM）等新技术的应用使得主干网络已经有了突破性的发展。同时由于以太网技术的进步，由其主导的局域网带宽也逐渐从10M、100M增至到1G甚至10G。而目前研究最需要突破的地方就在于连接网络主干和局域网以及家庭用户之间的一段，也就是常说的“最后一公里”，这是个瓶颈。要打破这一瓶颈，目前比较公认的解决方案就是无源光纤网络。无源光纤网络不含任何电子器件及电子电源，光配线网全部由光分路器等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。无源光纤网络的突出优点是消除了户外的有源设备，所有的信号处理功能均在交换机和用户宅内设备完成，无须另设机房，维护容易，因此在保证带宽的同时大大的降低了成本。但它的传输距离比有源光纤接入系统的短，覆盖的范围较小，因此提高无源光纤网络的传输距离是亟待解决的技术难题。
在光接入网中，光信号主要受到光纤介质引入的损耗和色散的影响。损耗是由光纤铺设过程中的弯曲、光纤对光的散射和吸收引起，目前商用光纤的损耗小于0.2dB/Km。在无源光纤网络中对损耗的补偿，主要是在发射端增大光信号的发射功率。色散是由于在光纤中传输时，不同波长光波对应不同群速度，从而传输产生不同的群时延的一种物理效应。由于传输的光信号不可能只包含一个波长（否则不携带任何信息），而不同波长分量的信号在传输过程中将经历不同的群时延，从而在接收端表现为信号时域展宽。
在非相干探测光纤通信系统中，由于色散的存在，不同波长成分的光信号将经历不同的相位延迟（该相位延迟对应时域上的时延，与波长、光纤长度和光纤色散系数有关）。若接收端采用平方律探测器，不同波长光波之间进行干涉相加。当两个光波经历的相位延迟差为圆周率的奇数倍时，这两个光波干涉相消，光强度为零。因此，光纤色散还会对非相干探测系统中的信号引入频率选择性衰落，从而限制接入网的接入距离和接入带宽。
因此，提供一种能够有效补偿色散的方法，用以提高无源光纤网络的传输距离将具有极大的研究和应用价值。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种延长无源光纤网络传输距离的方法，该方法可以方便、有效地补偿光纤色散对传输光信号的影响，从而大幅提高无源光纤网络的传输距离和覆盖区域。
本发明的另一个目的在于提供一种实现上述延长无源光纤网络传输距离的方法的装置。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种延长无源光纤网络传输距离的方法，接收端模数转换器的采样带宽大于所传输信号的符号速率，在对模数转换器的输出信号进行降采样时发生相应的频谱混叠，利用相互混叠的频谱含有相同信号分量的特性，将经过模数转换器采样后的信号中发射信号频率范围以外的频率成分用于补偿光纤色散后的信号中功率衰减部分的频率成分，从而实现对无源光纤网络中光纤传输色散的补偿。
优选的，所述模数转换器的采样率为采样带宽的两倍以上。从而可使采样得到的信号中部分高频镜像频谱得以保留。
具体的，所述对模数转换器的输出信号进行如下操作：对信号先进行时钟恢复，再对信号进行数字降采样，在降采样过程中，残余的高频镜像边带频谱将与信号频谱发生混叠。由于残余的高频镜像边带与所混叠的信号具有相同的特性，在混叠之后，色散引起的功率衰减即可得到有效补偿。最后，经过信道估计和相位均衡，恢复出原始信号。
更进一步的，所述对信号进行降采样得到的是一倍符号速率的信号。
具体的，由于模数转换器（ADC）采样得到的信号其带宽大于所传输信号的一倍符号速率，在将该信号数字降采样到一倍符号速率时，由采样定理，信号就会发生频率混叠，大于一倍符号速率的这部分高频镜像边带将与基带信号的频谱发生混叠。
优选的，接收端模数转换器（ADC）的采样带宽为所传输信号的符号速率的1.1～1.4倍，具体倍率取决于传输的光纤长度。
一种实现上述延长无源光纤网络传输距离的方法的装置，包括依次相连的发送端信号输入装置、数模转换器、强度调制器、光纤、放大器、光电探测器、模数转换器和数字信号处理装置，激光器也与强度调制器相连，工作时模数转换器的采样带宽大于所传输信号的符号速率。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明仅仅增加了少许接收带宽，就可以方便有效的实现对无源光纤网络中光纤传输色散的补偿，实现简单，成本低，补偿效果明显，能大幅提高接收端信号质量，同时能大幅度提高无源光纤网络的传输距离。而且与现有的传统光纤网络兼容，特别是可以方便直接地接入多种现有业务，因此其应用前景十分光明。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是本发明实施例1中数模转换器理论上输出正弦信号的频谱示意图；
图3是本发明实施例1中正弦信号混叠后的频谱示意图；
图4是本发明实施例2中原始传输信号经过数模转换器后的频谱示意图；
图5是本发明实施例2中经过光纤传输后的信号频谱示意图；
图6是本发明实施例2中经过光纤传输后的信号经过色散补偿后的信号频谱示意图；
图7是本发明实施例2中进行信号处理的流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例采用如图1所示的装置，包括依次相连的发送端信号输入装置、数模转换器、强度调制器、光纤、放大器、光电探测器、模数转换器和数字信号处理装置，激光器也与强度调制器相连。
本实施例中，数模转换器（DAC）理论上输出的正弦信号频谱示意图如图2所示。DAC的采样频率为Fs。由于DAC的采样保持特性，经过DAC之后，DAC输出的信号除了原始信号频谱Fout外，还在高频中包含信号的镜像频谱，如一阶镜像信号频率为Fs-Fout，二阶镜像信号为Fs+Fout，三阶镜像信号为2Fs-Fout等。
图3则显示了在将信号降采样到一倍符号速率时，发生频谱混叠的过程。通过图3可以明显看出，基带信号Fs与一阶镜像信号的共轭（-Fs+Fout）发生了频谱混叠。明显的，基带信号与一阶镜像信号的共轭具有相同的特性，所以在混叠之后，信号幅度得到了增强。
实施例2
在本实施例中，图4-6是在一个实际光通信系统中，在光纤传输前（图4）、光纤传输后（图5）以及经过降采样到一倍符号速率之后（图6）的信号频谱的示例。该示例同样采用如图1所示的装置，用于实现延长无源光纤网络传输距离，包括依次相连的发送端信号输入装置、数模转换器、强度调制器、光纤、放大器、光电探测器、模数转换器和数字信号处理装置，激光器也与强度调制器相连。其与实施例1不同之处是传输的信号。本示例所传输的信号为正交频分复用（OFDM）信号。经过光纤传输后的未加色散补偿的信号，如图5所示，与图4中经过数模转换后的信号频谱相比，其信号的部分频率部分会有明显的功率衰减，本实施示例就是通过合理的利用频率混叠的特性，使其恰当的补偿接收信号中有功率衰减的部分频率成分，从而达到补偿色散，延长传输距离的目的。
具体是在接收端，模数转换器的采样带宽略大于信号符号速率，可为信号符号速率的1.1～1.4倍，具体由传输的光纤长度来决定。其采样率为采样带宽的至少两倍，然后对光电探测器输出的信号进行数字采样，使得采样得到的信号，部分高频镜像频谱得以保留。
经过模数转换器的信号进入数字信号处理装置后开始进行信号处理，处理过程如图7所示，包括时钟恢复、滤波、降采样、信道估计、相位均衡，最后完成信号恢复。过程是：先经过时钟恢复，之后对信号进行降采样，得到一倍符号速率的信号，在降采样的过程中，残余的高频镜像边带频谱将与信号频谱混叠，从而有效补偿了由于色散引起的频率选择性功率衰减，最后经过信道估计和相位均衡恢复出原始信号。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种延长无源光纤网络传输距离的方法，其特征在于，接收端模数转换器的采样带宽大于所传输信号的符号速率，在对模数转换器的输出信号进行降采样时发生相应的频谱混叠，利用相互混叠的频谱含有相同信号分量的特性，将经过模数转换器采样后的信号中发射信号频率范围以外的频率成分用于补偿光纤色散后的信号中功率衰减部分的频率成分，从而实现对无源光纤网络中光纤传输色散的补偿。
2.根据权利要求1所述的延长无源光纤网络传输距离的方法，其特征在于，所述模数转换器的采样率为采样带宽的两倍以上。
3.根据权利要求1所述的延长无源光纤网络传输距离的方法，其特征在于，所述对模数转换器的输出信号进行如下操作：对信号先进行时钟恢复，再对信号进行数字降采样，在降采样过程中，残余的高频镜像边带频谱将与信号频谱发生混叠；最后，经过信道估计和相位均衡，恢复出原始信号。
4.根据权利要求3所述的延长无源光纤网络传输距离的方法，其特征在于，所述对信号进行降采样得到的是一倍符号速率的信号。
5.根据权利要求1所述的延长无源光纤网络传输距离的方法，其特征在于，接收端模数转换器的采样带宽超过所传输信号的符号速率的多少取决于传输的光纤长度。
6.根据权利要求5所述的延长无源光纤网络传输距离的方法，其特征在于，接收端模数转换器的采样带宽为所传输信号的符号速率的1.1～1.4倍。
7.一种实现权利要求1所述的延长无源光纤网络传输距离的方法的装置，其特征在于，包括依次相连的发送端信号输入装置、数模转换器、强度调制器、光纤、放大器、光电探测器、模数转换器和数字信号处理装置，激光器也与强度调制器相连，工作时模数转换器的采样带宽大于所传输信号的符号速率。
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