CN104301811A - 相干无源光网络系统及信号的发送、接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相干无源光网络系统及信号的发送、接收方法，涉及光接入网络，该方法包括以下步骤：下行方向，OLT中k个多载波信号收发装置都具有高速DAC，每个多载波信号收发装置通过数字方法产生N个下行数字信号，k个多载波信号收发装置和一个k路的波分复用与解复器联合产生密集/超密集波分复用信号，该密集/超密集波分复用信号经过功率分配器后，由相干ONU进行选择性接收：相干ONU通过调节相干检测的LO波长，来实现通道的选择。本发明中相干无源光网络系统成本低、结构简单、灵敏度高，适合于超密集波分复用网络。

Description

相干无源光网络系统及信号的发送、接收方法

技术领域

本发明涉及光接入网络，具体是涉及一种相干无源光网络系统及信号的发送、接收方法。

背景技术

随着光通信产业的技术升级，相干光检测技术正逐步取代传统的直接检测技术。从技术角度来讲，相干光检测技术相比直接检测技术具有更高的频谱效率、更高的接收灵敏度、更强的线性失真补偿能力。因此，在光骨干网传输应用中，基于相干检测的100-Gb/s DP-QPSK(Duel Polarization Quadratic Phase Shift Keying，双偏振4相移键控)方案已经受到业界一致认可。但是，在其它应用场合，例如在光接入网的应用中，该技术方案的成本代价偏高，因此亟待一种低成本的相干解决方案来实现光接入网产业的升级换代。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种相干无源光网络系统及信号的发送、接收方法，能够减少OLT端的光源数量、减少ONU端的光源数量、降低相干接收机对激光器的性能要求，从而降低整个相干无源光网络系统的实现成本，简化系统结构，提高接收灵敏度。

本发明提供一种相干无源光网络系统，包括光线路终端OLT、干线光纤、功率分配器、分布式光纤以及M个相干光网络单元ONU，M为正整数，所述OLT包括k个多载波信号收发装置和一个k路的波分复用与解复用器，每个多载波信号收发装置都具有高速数模转换器DAC，通过数字方法产生N路下行数字信号，多载波信号收发装置用于同时接收N路上行光载波信号，M＝k*N，k、N均为正整数；每个相干ONU均包括相干信号收发装置，每个多载波信号收发装置均与波分复用与解复用器相连，波分复用与解复用器通过干线光纤与功率分配器的输入端相连，功率分配器的输出端通过分布式光纤与M个相干ONU相连，每个多载波信号收发装置至少支持N个相干ONU，相干ONU中的相干信号收发装置一次只接收一个上行光子载波上的数据；

下行方向，OLT中的k个多载波信号收发装置和一个k路的波分复用与解复器联合产生密集/超密集波分复用信号，该密集/超密集波分复用信号经过功率分配器后，由相干ONU进行选择性接收：下行方向，相干ONU通过调节相干检测的本地振荡器LO波长，来实现通道的选择；上行方向，各ONU产生的上行光载波信号经过功率分配器后产生密集/超密集波分复用信号，该密集/超密集波分复用信号由OLT中k路的波分复用与解复器解复用后，分别由OLT中的k个多载波信号收发装置进行接收。

在上述技术方案的基础上，所述多载波信号收发装置包括第一光环形器、第一信号源、IQ调制器、第一3dB光耦合器、激光源、第一相干接收机、第一模数转换器和第一数字处理模块，第一光环形器的上行输出端口与第一相干接收机的信号端口相连，激光源、第一3dB光耦合器、IQ调制器顺次相连，IQ调制器的光输出端口与第一光环形器的下行输入端口相连，第一3dB光耦合器还与第一相干接收机的LO端口相连，第一相干接收机的输出端口与第一模数转换器相连，第一模数转换器与第一数字处理模块相连；

下行方向，激光源首先由第一3dB光耦合器分成2路，其中一路作为下行光载波，另一路作为上行相干检测的LO；下行光载波经IQ调制器后加载由高速DAC产生的第一信号源，即：下行多载波信号由数字方法产生，且每个子载波均采用幅移键控ASK调制格式；调制后的光信号经第一光环形器和波分复用与解复用器后接入下行链路；

上行方向，光信号经波分复用与解复用器和第一光环形器后由多载波信号收发装置进行检测，波分复用与解复用器的每个输出端口对应一个多载波信号收发装置；波分复用与解复用器的每个输出端口含多路相邻的子载波信号，多路相邻的子载波信号与LO进行相干检测后由第一模数转换器采样，最后发送到第一数字处理模块进行信号解调和恢复。

在上述技术方案的基础上，所述第一数字处理模块包括4个循环滤波器组、N个第一包络检测器和N个第一多级均衡器，每个循环滤波器组包括N个输出端口，第1个循环滤波器组的第i路输出端口分别接第i个包络检测器的第1个输入端口，i＝1,2…N，N是正整数，第2个循环滤波器组的第i路输出端口分别接第i个包络检测器的第2个输入端口，第3个循环滤波器组的第i路输出端口分别接第i个包络检测器的第3个输入端口，第4个循环滤波器组的第i路输出端口分别接第i个包络检测器的第4个输入端口，每个第一包络检测器均包括4个第一平方器和1个第一加法器，N个第一包络检测器中的第一加法器与N个第一多级均衡器一一对应连接；

所述多载波信号收发装置同时检测N个相邻的上行子载波：第一相干接收机的4路输出首先经第一模数转换器采样生成数字信号，每一路数字信号分别由一个循环滤波器组进行滤波，每个循环滤波器组输出N路中频信号，其中每一路中频信号对应一个上行子载波；然后，对4个循环滤波器组的第i路输出信号进行平方求和，即包络检测，从而将第i路子载波由中频信号下变频至基带；最后，每一路子载波所对应的基带信号经过对应的第一多级均衡器实现该路子载波的数字信号恢复。

在上述技术方案的基础上，所述相干ONU中的相干信号收发装置包括第二光环形器、第二信号源、强度调制器、第二3dB光耦合器、可调激光源、第二相干接收机、第二模数转换器和第二数字处理模块，第二光环形器的下行输出端口与第二相干接收机的信号端口相连，可调激光源、第二3dB光耦合器、强度调制器顺次相连，强度调制器的光输出端口与第二光环形器的上行输入端口相连，第二3dB光耦合器还与第二相干接收机的LO端口相连，第二相干接收机的输出端口与第二模数转换器相连，第二模数转换器与第二数字处理模块相连；

相干ONU接收的光信号通过第二光环形器连接第二相干接收机的信号输入端口，接收光信号的每个子载波均采用ASK调制格式；可调激光源经过第二3dB光耦合器后，其中一路输出送往第二相干接收机的LO端口，另一路则送往强度调制器作为上行传输的光载波；第二相干接收机相干探测所得到的4路输出信号，分别经第二模数转换器采样，然后送往第二数字处理模块进行信号解调；第二信号源经强度调制器调制后所产生的上行光信号通过第二光环形器送入上行链路，第二信号源同样采用ASK调制。

在上述技术方案的基础上，所述第二数字处理模块包括4个带通滤波器、1个第二包络检测器和1个第二多级均衡器，第二包络检测器包括4个第二平方器和1个第二加法器，第二模数转换器的4个输出端口分别与4个带通滤波器的输入端口一一对应连接，4个带通滤波器的输出端口分别与4个第二平方器的输入端口一一对应连接，4个第二平方器的输出端口与第二加法器的输入端口相连，第二加法器的输出端口与第二多级均衡器相连；

第二相干接收机的4路输出首先经第二模数转换器采样生成4路数字信号，每一路数字信号分别由带通滤波器滤波，以消除相邻子载波与反射噪音的干扰；然后，通过第二包络检测器中的第二平方器、第二加法器进行平方求和，将中频信号下变频至基带；最后，基带信号经过第二多级均衡器实现信号恢复。

在上述技术方案的基础上，所述带通滤波器用于去除相邻子载波造成的串扰。

在上述技术方案的基础上，所述LO与下行光载波之间的频差≥每个下行光载波的调制信号带宽，受限于相干接收机的带宽，LO只能和相邻的下行子载波进行相干外差探测，从而实现波长选择。

本发明还提供一种基于上述相干无源光网络系统的信号的发送、接收方法，包括以下步骤：

下行方向，OLT中k个多载波信号收发装置都具有高速数模转换器DAC，每个多载波信号收发装置通过数字方法产生N个下行数字信号，k个多载波信号收发装置和一个k路的波分复用与解复器联合产生密集/超密集波分复用信号，该密集/超密集波分复用信号经过功率分配器后，由相干ONU进行选择性接收：相干ONU通过调节相干检测的LO波长，来实现通道的选择；

上行方向，各ONU产生的上行光载波信号经过功率分配器后产生密集/超密集波分复用信号，该密集/超密集波分复用信号由OLT中k路的波分复用与解复器解复用后，分别由OLT中的k个多载波信号收发装置进行接收。

在上述技术方案的基础上，下行方向，激光源首先由第一3dB光耦合器分成2路，其中一路作为下行光载波，另一路作为上行相干检测的LO；下行光载波经IQ调制器后加载由高速DAC产生的第一信号源，即：下行多载波信号由数字方法产生，其中每个子载波均采用ASK调制格式；调制后的光信号经第一光环形器和波分复用与解复用器后接入下行链路；第二相干接收机相干探测所得到的4路输出信号，分别经第二模数转换器采样，然后送往第二数字处理模块进行信号解调；第二信号源经强度调制器调制后所产生的上行光信号通过第二光环形器送入上行链路，第二信号源同样采用ASK调制；第二相干接收机的4路输出首先经第二模数转换器采样生成4路数字信号，每一路数字信号分别由带通滤波器滤波，以消除相邻子载波与反射噪音的干扰；然后，通过第二包络检测器中的第二平方器、第二加法器进行平方求和，将中频信号下变频至基带；最后，基带信号经过第二多级均衡器实现信号恢复。

在上述技术方案的基础上，上行方向，所述相干ONU接收的光信号通过第二光环形器连接第二相干接收机的信号输入端口，接收光信号的每个子载波均采用ASK调制格式；可调激光源经过第二3dB光耦合器后，其中一路输出送往第二相干接收机的LO端口，另一路则送往强度调制器作为上行传输的光载波；

接收光信号经波分复用与解复用器和第一光环形器后由多载波信号收发装置进行检测，多载波信号收发装置同时检测N个相邻的上行子载波；波分复用与解复用器的每个输出端口含多路相邻的光子载波信号，多路相邻的光子载波信号与LO进行相干检测后由第一模数转换器采样，最后发送到第一数字处理模块进行信号解调和恢复：第一相干接收机的4路输出首先经第一模数转换器采样生成数字信号；每一路数字信号分别由一个循环滤波器组进行滤波，每个循环滤波器组输出N路中频信号，其中每一路中频信号对应一个上行子载波；然后，对4个循环滤波器组的第i路输出信号进行平方求和，即包络检测，从而将第i路子载波由中频信号下变频至基带；最后，每一路子载波所对应的基带信号经过对应的第一多级均衡器实现该路子载波的数字信号恢复。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)本发明在OLT端可以通过一个IQ调制器同时实现多个下行子载波的信号调制，因此减少了OLT端的光源数量。OLT端的每个多载波信号收发装置通过较大的接收带宽同时检测多个上行子载波，然后通过数字信号处理对这多个上行子载波进行解调，能够有效降低OLT端的光电器件数量与系统复杂度，从而有效降低OLT端的成本。

(2)本发明ONU端的LO光源同时也作为上行信号的光载波，能够在避免上/下行信号产生串扰的同时减少ONU端的光源数量，因此能够有效降低ONU端的成本，简化系统结构。

(3)本发明所提出的数字信号处理算法结构简单，同时还能够降低相干接收机对激光器的线宽要求，从而降低整个相干无源光网络系统的实现成本，简化系统结构，而且还保留了相干接收技术在ONU端的频率选择特性、高灵敏度优点和线性失真补偿能力，是未来基于相干检测技术的UDWDM-PON(Ultra Dense Wavelength DivisionMultiplexing-Passive Optical Network，超密集波分复用-无源光网络)有力备选方案。

附图说明

图1是本发明实施例中相干无源光网络系统的结构框图。

图2是本发明实施例中下行方向的信号产生与接收原理示意图。

图3是本发明实施例中上行方向的信号产生与接收原理示意图。

图4是本发明实施例中多载波信号收发装置的结构框图。

图5是本发明实施例中第一数字处理模块的结构框图。

图6是本发明实施例中相干信号收发装置的结构框图。

图7是本发明实施例中第二数字处理模块的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1所示，本发明实施例提供一种相干无源光网络系统，包括OLT(Optical Line Terminal，光线路终端)、干线光纤、功率分配器、分布式光纤以及M个相干ONU(Optical Network Unit，光网络单元)，M为正整数。其中，OLT包括k个多载波信号收发装置和一个k路的波分复用与解复用器，每个多载波信号收发装置都具有高速DAC(Digital-Analog Converter，数模转换器)，通过数字方法产生N路下行数字信号。同时，多载波信号收发装置能够同时接收N路上行光载波信号，这里M＝k*N，k、N均为正整数。每个相干ONU均包括相干信号收发装置，每个多载波信号收发装置均与波分复用与解复用器相连，波分复用与解复用器通过干线光纤与功率分配器的输入端相连，功率分配器的输出端通过分布式光纤与M个相干ONU相连，每个多载波信号收发装置至少支持N个相干ONU。相干ONU中的相干信号收发装置一次只能接收一个上行光子载波上的数据。

下行方向，OLT中的k个多载波信号收发装置和一个k路的波分复用与解复器联合产生密集/超密集波分复用信号，该密集/超密集波分复用信号经过功率分配器后，由相干ONU进行选择性接收：参见图2所示，下行方向，相干ONU通过调节相干检测的LO(LocalOscillator，本地振荡器)波长，来实现通道的选择。

参见图3所示，上行方向，各ONU产生的上行光载波信号经过功率分配器后产生密集/超密集波分复用信号，该密集/超密集波分复用信号由OLT中k路的波分复用与解复器解复用后，分别由OLT中的k个多载波信号收发装置进行接收。

参见图4所示，多载波信号收发装置包括第一光环形器、第一信号源、IQ调制器、第一3dB光耦合器、激光源、第一相干接收机、第一模数转换器和第一数字处理模块，第一光环形器的上行输出端口与第一相干接收机的信号端口相连，激光源、第一3dB光耦合器、IQ调制器顺次相连，IQ调制器的光输出端口与第一光环形器的下行输入端口相连，第一3dB光耦合器还与第一相干接收机的LO端口相连，第一相干接收机的输出端口与第一模数转换器相连，第一模数转换器与第一数字处理模块相连。

下行方向，激光源首先由第一3dB光耦合器分成2路，其中一路作为下行光载波，另一路作为上行相干检测的LO。下行光载波经IQ调制器后加载由高速DAC产生的第一信号源，即：下行多载波信号由数字方法产生，且每个子载波均采用ASK(Amplitude ShiftKeying，幅移键控)调制格式。调制后的光信号经第一光环形器和波分复用与解复用器后接入下行链路。上行方向，光信号经波分复用与解复用器和第一光环形器后由多载波信号收发装置进行检测，波分复用与解复用器的每个输出端口对应一个多载波信号收发装置。波分复用与解复用器的每个输出端口含多路相邻的子载波信号，多路相邻的子载波信号与LO进行相干检测后由第一模数转换器采样，最后发送到第一数字处理模块进行信号解调和恢复。

参见图5所示，第一数字处理模块包括4个循环滤波器组、N个第一包络检测器和N个第一多级均衡器。每个循环滤波器组包括N个输出端口，第1个循环滤波器组的第i路输出端口分别接第i个包络检测器的第1个输入端口，i＝1,2…N，N是正整数，第2个循环滤波器组的第i路输出端口分别接第i个包络检测器的第2个输入端口，第3个循环滤波器组的第i路输出端口分别接第i个包络检测器的第3个输入端口，第4个循环滤波器组的第i路输出端口分别接第i个包络检测器的第4个输入端口，每个第一包络检测器均包括4个第一平方器和1个第一加法器，N个第一包络检测器中的第一加法器与N个第一多级均衡器一一对应连接。

多载波信号收发装置同时检测N个相邻的上行子载波。第一相干接收机的4路输出首先经第一模数转换器采样生成数字信号。每一路数字信号分别由一个循环滤波器组进行滤波。每个循环滤波器组输出N路中频信号，其中每一路中频信号对应一个上行子载波。然后，对4个循环滤波器组的第i路输出信号进行平方求和，即包络检测，从而将第i路子载波由中频信号下变频至基带。最后，每一路子载波所对应的基带信号经过对应的第一多级均衡器实现该路子载波的数字信号恢复。

参见图6所示，相干ONU中的相干信号收发装置包括第二光环形器、第二信号源、强度调制器、第二3dB光耦合器、可调激光源、第二相干接收机、第二模数转换器和第二数字处理模块，第二光环形器的下行输出端口与第二相干接收机的信号端口相连，可调激光源、第二3dB光耦合器、强度调制器顺次相连，强度调制器的光输出端口与第二光环形器的上行输入端口相连，第二3dB光耦合器还与第二相干接收机的LO端口相连，第二相干接收机的输出端口与第二模数转换器相连，第二模数转换器与第二数字处理模块相连。

相干ONU接收的光信号通过第二光环形器连接第二相干接收机的信号输入端口，接收光信号的每个子载波均采用ASK调制格式；可调激光源经过第二3dB光耦合器后，其中一路输出送往第二相干接收机的LO端口，另一路则送往强度调制器作为上行传输的光载波。第二相干接收机相干探测所得到的4路输出信号，分别经第二模数转换器采样，然后送往第二数字处理模块进行信号解调。第二信号源经强度调制器调制后所产生的上行光信号通过第二光环形器送入上行链路，第二信号源同样采用ASK调制。

参见图7所示，第二数字处理模块包括4个带通滤波器、1个第二包络检测器和1个第二多级均衡器，第二包络检测器包括4个第二平方器和1个第二加法器，第二模数转换器的4个输出端口分别与4个带通滤波器的输入端口一一对应连接，4个带通滤波器的输出端口分别与4个第二平方器的输入端口一一对应连接，4个第二平方器的输出端口与第二加法器的输入端口相连，第二加法器的输出端口与第二多级均衡器相连。带通滤波器用于去除相邻子载波造成的串扰。

第二相干接收机的4路输出首先经第二模数转换器采样生成4路数字信号，每一路数字信号分别由带通滤波器滤波，以消除相邻子载波与反射噪音的干扰；然后，通过第二包络检测器中的第二平方器、第二加法器进行平方求和，将中频信号下变频至基带；最后，基带信号经过第二多级均衡器实现信号恢复。

ONU采用相干外差检测手段，LO波长与下行光载波波长存在频差。为了避免反射噪音对信号检测产生的影响，LO与下行光载波之间的频差≥每个下行光载波的调制信号带宽。受限于相干接收机的带宽，LO只能和相邻的下行子载波进行相干外差探测，从而实现波长选择。

本发明实施例还提供一种基于上述相干无源光网络系统的信号的发送、接收方法，包括以下步骤：

下行方向，OLT中k个多载波信号收发装置都具有高速数模转换器(DAC)，每个多载波信号收发装置通过数字方法产生N个下行数字信号。k个多载波信号收发装置和一个k路的波分复用与解复器联合产生密集/超密集波分复用信号，该密集/超密集波分复用信号经过功率分配器后，由相干ONU进行选择性接收：相干ONU通过调节相干检测的LO波长，来实现通道的选择。

上行方向，各ONU产生的上行光载波信号经过功率分配器后产生密集/超密集波分复用信号，该密集/超密集波分复用信号由OLT中k路的波分复用与解复器解复用后，分别由OLT中的k个多载波信号收发装置进行接收。

下面分别对下行方向、上行方向进行详细描述。

下行方向，激光源首先由第一3dB光耦合器分成2路，其中一路作为下行光载波，另一路作为上行相干检测的LO。下行光载波经IQ调制器后加载由高速DAC产生的第一信号源，即：下行多载波信号由数字方法产生，其中每个子载波均采用ASK调制格式。调制后的光信号经第一光环形器和波分复用与解复用器后接入下行链路。第二相干接收机相干探测所得到的4路输出信号，分别经第二模数转换器采样，然后送往第二数字处理模块进行信号解调。第二信号源经强度调制器调制后所产生的上行光信号通过第二光环形器送入上行链路，第二信号源同样采用ASK调制。第二相干接收机的4路输出首先经第二模数转换器采样生成4路数字信号，每一路数字信号分别由带通滤波器滤波，以消除相邻子载波与反射噪音的干扰；然后，通过第二包络检测器中的第二平方器、第二加法器进行平方求和，将中频信号下变频至基带；最后，基带信号经过第二多级均衡器实现信号恢复。

上行方向，相干ONU接收的光信号通过第二光环形器连接第二相干接收机的信号输入端口，接收光信号的每个子载波均采用ASK调制格式；可调激光源经过第二3dB光耦合器后，其中一路输出送往第二相干接收机的LO端口，另一路则送往强度调制器作为上行传输的光载波。

接收光信号经波分复用与解复用器和第一光环形器后由多载波信号收发装置进行检测，多载波信号收发装置同时检测N个相邻的上行子载波。波分复用与解复用器的每个输出端口含多路相邻的光子载波信号，多路相邻的光子载波信号与LO进行相干检测后由第一模数转换器采样，最后发送到第一数字处理模块进行信号解调和恢复：第一相干接收机的4路输出首先经第一模数转换器采样生成数字信号。每一路数字信号分别由一个循环滤波器组进行滤波。每个循环滤波器组输出N路中频信号，其中每一路中频信号对应一个上行子载波。然后，对4个循环滤波器组的第i路输出信号进行平方求和，即包络检测，从而将第i路子载波由中频信号下变频至基带。最后，每一路子载波所对应的基带信号经过对应的第一多级均衡器实现该路子载波的数字信号恢复。

本发明实施例的原理详细阐述如下：

首先，通过数字方法产生宽频谱的下行数字信号。采用一个高带宽的IQ调制器，将下行数字信号调制到下行光载波上。不同于传输多载波信号产生方法，该方法仅需要一个高带宽的IQ调制器和一个光载波即可实现下行多载波光信号(指加载了下行数字信号以后的光信号)的产生，其结构简单。在ONU端，通过调节本地激光源的波长来选择需要探测的下行光载波。ONU进行相干探测后，所得的4路输出分别经过带通滤波器、第二平方器、第二加法器和第二多级均衡器，恢复出所需的下行数字信号。这里，数字信号调制方法仅针对ASK调制格式，可以简化接收端的数字处理复杂度，降低成本。

上行方向，将单路ASK信号调制到上行光载波(指没有经过调制的光)。这里，ONU的上行光载波和下行检测LO属于同一个光源。在OLT端，采用多载波接收装置对N个相邻的上行光载波同时进行检测。相关数字信号处理包含：循环滤波器组、第一平方器、第一加法器和第一多级均衡器。

传统的多载波发送装置需要多个IQ调制器和光源，结构复杂。本发明实施例中OLT的多载波信号收发装置都具有高速DAC，多载波信号由数字方法产生，由IQ调制器实现，通过高速DAC产生多个子载波，每个子载波均采用ASK调制格式。通过一个IQ调制器同时实现多个子载波的调制，能够减少OLT端的光源数量。

LO光源同时也作为上行光载波，该设置在避免上下行信号产生串扰的同时，还能够减少ONU的光源数量，因此有效的降低了ONU端成本。

上行电信号同样采用ASK调制和相干接收方式。但是由于上行光子载波信号带宽较小并且间隔较密，在OLT端，每个多载波信号收发装置通过较大的接收带宽同时检测多个上行光载波，然后通过数字信号处理对多个子载波进行解调制。该方法可以有效降低OLT端的光电器件数量与系统复杂度。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种相干无源光网络系统，包括光线路终端OLT、干线光纤、功率分配器、分布式光纤以及M个相干光网络单元ONU，M为正整数，其特征在于：所述OLT包括k个多载波信号收发装置和一个k路的波分复用与解复用器，每个多载波信号收发装置都具有高速数模转换器DAC，通过数字方法产生N路下行数字信号，多载波信号收发装置用于同时接收N路上行光载波信号，M＝k*N，k、N均为正整数；每个相干ONU均包括相干信号收发装置，每个多载波信号收发装置均与波分复用与解复用器相连，波分复用与解复用器通过干线光纤与功率分配器的输入端相连，功率分配器的输出端通过分布式光纤与M个相干ONU相连，每个多载波信号收发装置至少支持N个相干ONU，相干ONU中的相干信号收发装置一次只接收一个上行光子载波上的数据；

下行方向，OLT中的k个多载波信号收发装置和一个k路的波分复用与解复器联合产生密集/超密集波分复用信号，该密集/超密集波分复用信号经过功率分配器后，由相干ONU进行选择性接收：下行方向，相干ONU通过调节相干检测的本地振荡器LO波长，来实现通道的选择；上行方向，各ONU产生的上行光载波信号经过功率分配器后产生密集/超密集波分复用信号，该密集/超密集波分复用信号由OLT中k路的波分复用与解复器解复用后，分别由OLT中的k个多载波信号收发装置进行接收。

2.如权利要求1所述的相干无源光网络系统，其特征在于：所述多载波信号收发装置包括第一光环形器、第一信号源、IQ调制器、第一3dB光耦合器、激光源、第一相干接收机、第一模数转换器和第一数字处理模块，第一光环形器的上行输出端口与第一相干接收机的信号端口相连，激光源、第一3dB光耦合器、IQ调制器顺次相连，IQ调制器的光输出端口与第一光环形器的下行输入端口相连，第一3dB光耦合器还与第一相干接收机的LO端口相连，第一相干接收机的输出端口与第一模数转换器相连，第一模数转换器与第一数字处理模块相连；

下行方向，激光源首先由第一3dB光耦合器分成2路，其中一路作为下行光载波，另一路作为上行相干检测的LO；下行光载波经IQ调制器后加载由高速DAC产生的第一信号源，即：下行多载波信号由数字方法产生，且每个子载波均采用幅移键控ASK调制格式；调制后的光信号经第一光环形器和波分复用与解复用器后接入下行链路；

上行方向，光信号经波分复用与解复用器和第一光环形器后由多载波信号收发装置进行检测，波分复用与解复用器的每个输出端口对应一个多载波信号收发装置；波分复用与解复用器的每个输出端口含多路相邻的子载波信号，多路相邻的子载波信号与LO进行相干检测后由第一模数转换器采样，最后发送到第一数字处理模块进行信号解调和恢复。

3.如权利要求2所述的相干无源光网络系统，其特征在于：所述第一数字处理模块包括4个循环滤波器组、N个第一包络检测器和N个第一多级均衡器，每个循环滤波器组包括N个输出端口，第1个循环滤波器组的第i路输出端口分别接第i个包络检测器的第1个输入端口，i＝1,2…N，N是正整数，第2个循环滤波器组的第i路输出端口分别接第i个包络检测器的第2个输入端口，第3个循环滤波器组的第i路输出端口分别接第i个包络检测器的第3个输入端口，第4个循环滤波器组的第i路输出端口分别接第i个包络检测器的第4个输入端口，每个第一包络检测器均包括4个第一平方器和1个第一加法器，N个第一包络检测器中的第一加法器与N个第一多级均衡器一一对应连接；

所述多载波信号收发装置同时检测N个相邻的上行子载波：第一相干接收机的4路输出首先经第一模数转换器采样生成数字信号，每一路数字信号分别由一个循环滤波器组进行滤波，每个循环滤波器组输出N路中频信号，其中每一路中频信号对应一个上行子载波；然后，对4个循环滤波器组的第i路输出信号进行平方求和，即包络检测，从而将第i路子载波由中频信号下变频至基带；最后，每一路子载波所对应的基带信号经过对应的第一多级均衡器实现该路子载波的数字信号恢复。

4.如权利要求1所述的相干无源光网络系统，其特征在于：所述相干ONU中的相干信号收发装置包括第二光环形器、第二信号源、强度调制器、第二3dB光耦合器、可调激光源、第二相干接收机、第二模数转换器和第二数字处理模块，第二光环形器的下行输出端口与第二相干接收机的信号端口相连，可调激光源、第二3dB光耦合器、强度调制器顺次相连，强度调制器的光输出端口与第二光环形器的上行输入端口相连，第二3dB光耦合器还与第二相干接收机的LO端口相连，第二相干接收机的输出端口与第二模数转换器相连，第二模数转换器与第二数字处理模块相连；

相干ONU接收的光信号通过第二光环形器连接第二相干接收机的信号输入端口，接收光信号的每个子载波均采用ASK调制格式；可调激光源经过第二3dB光耦合器后，其中一路输出送往第二相干接收机的LO端口，另一路则送往强度调制器作为上行传输的光载波；第二相干接收机相干探测所得到的4路输出信号，分别经第二模数转换器采样，然后送往第二数字处理模块进行信号解调；第二信号源经强度调制器调制后所产生的上行光信号通过第二光环形器送入上行链路，第二信号源同样采用ASK调制。

5.如权利要求4所述的相干无源光网络系统，其特征在于：所述第二数字处理模块包括4个带通滤波器、1个第二包络检测器和1个第二多级均衡器，第二包络检测器包括4个第二平方器和1个第二加法器，第二模数转换器的4个输出端口分别与4个带通滤波器的输入端口一一对应连接，4个带通滤波器的输出端口分别与4个第二平方器的输入端口一一对应连接，4个第二平方器的输出端口与第二加法器的输入端口相连，第二加法器的输出端口与第二多级均衡器相连；

第二相干接收机的4路输出首先经第二模数转换器采样生成4路数字信号，每一路数字信号分别由带通滤波器滤波，以消除相邻子载波与反射噪音的干扰；然后，通过第二包络检测器中的第二平方器、第二加法器进行平方求和，将中频信号下变频至基带；最后，基带信号经过第二多级均衡器实现信号恢复。

6.如权利要求5所述的相干无源光网络系统，其特征在于：所述带通滤波器用于去除相邻子载波造成的串扰。

7.如权利要求1至6中任一项所述的相干无源光网络系统，其特征在于：所述LO与下行光载波之间的频差≥每个下行光载波的调制信号带宽，受限于相干接收机的带宽，LO只能和相邻的下行子载波进行相干外差探测，从而实现波长选择。

8.基于权利要求1至7中任一项所述相干无源光网络系统的信号的发送、接收方法，其特征在于，包括以下步骤：

下行方向，OLT中k个多载波信号收发装置都具有高速数模转换器DAC，每个多载波信号收发装置通过数字方法产生N个下行数字信号，k个多载波信号收发装置和一个k路的波分复用与解复器联合产生密集/超密集波分复用信号，该密集/超密集波分复用信号经过功率分配器后，由相干ONU进行选择性接收：相干ONU通过调节相干检测的LO波长，来实现通道的选择；

上行方向，各ONU产生的上行光载波信号经过功率分配器后产生密集/超密集波分复用信号，该密集/超密集波分复用信号由OLT中k路的波分复用与解复器解复用后，分别由OLT中的k个多载波信号收发装置进行接收。

9.如权利要求8所述的信号的发送、接收方法，其特征在于：下行方向，激光源首先由第一3dB光耦合器分成2路，其中一路作为下行光载波，另一路作为上行相干检测的LO；下行光载波经IQ调制器后加载由高速DAC产生的第一信号源，即：下行多载波信号由数字方法产生，其中每个子载波均采用ASK调制格式；调制后的光信号经第一光环形器和波分复用与解复用器后接入下行链路；第二相干接收机相干探测所得到的4路输出信号，分别经第二模数转换器采样，然后送往第二数字处理模块进行信号解调；第二信号源经强度调制器调制后所产生的上行光信号通过第二光环形器送入上行链路，第二信号源同样采用ASK调制；第二相干接收机的4路输出首先经第二模数转换器采样生成4路数字信号，每一路数字信号分别由带通滤波器滤波，以消除相邻子载波与反射噪音的干扰；然后，通过第二包络检测器中的第二平方器、第二加法器进行平方求和，将中频信号下变频至基带；最后，基带信号经过第二多级均衡器实现信号恢复。

10.如权利要求8或9所述的信号的发送、接收方法，其特征在于：上行方向，所述相干ONU接收的光信号通过第二光环形器连接第二相干接收机的信号输入端口，接收光信号的每个子载波均采用ASK调制格式；可调激光源经过第二3dB光耦合器后，其中一路输出送往第二相干接收机的LO端口，另一路则送往强度调制器作为上行传输的光载波；

接收光信号经波分复用与解复用器和第一光环形器后由多载波信号收发装置进行检测，多载波信号收发装置同时检测N个相邻的上行子载波；波分复用与解复用器的每个输出端口含多路相邻的光子载波信号，多路相邻的光子载波信号与LO进行相干检测后由第一模数转换器采样，最后发送到第一数字处理模块进行信号解调和恢复：第一相干接收机的4路输出首先经第一模数转换器采样生成数字信号；每一路数字信号分别由一个循环滤波器组进行滤波，每个循环滤波器组输出N路中频信号，其中每一路中频信号对应一个上行子载波；然后，对4个循环滤波器组的第i路输出信号进行平方求和，即包络检测，从而将第i路子载波由中频信号下变频至基带；最后，每一路子载波所对应的基带信号经过对应的第一多级均衡器实现该路子载波的数字信号恢复。