CN104363532A - 在光接入网络中使用无色无光光网络单元的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在光接入网络中使用无色无光光网络单元的方法和系统，该方法包括：在光线路终端将二进制下行原始信号和与该下行原始信号正交的上行种子信号叠加在一起，并调制到光载波上，然后将经过调制的下行组合光信号传输到多个光网络单元，光网络单元不包括光源；光网络单元接收下行组合光信号，并对该信号进行处理，得到下行原始信号；光网络单元将二进制上行原始信号调制到下行组合光信号上，并将经调制的上行调制信号传输到光线路终端；光线路终端接收来自光网络单元的上行调制信号，然后恢复出上行原始信号。下行信号和上行信号采用同一个波长光源；下行信号无需擦除；在上行信号接收时，可以消除瑞利散射所带来的拍频噪声。

Description

在光接入网络中使用无色无光光网络单元的方法和系统

技术领域

本发明涉及光接入方法和系统，具体而言，涉及一种在光接入网络中使用无色无光光网络单元的方法和系统。

背景技术

近年来，无源光网络(Passive Optical Network，PON)技术以带宽高，成本低，维护简单，可靠性好等优点，被广泛认为是解决宽带光接入需要的最佳策略，并已在全世界得到广泛应用。无源光网络包括三个部分：光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)，光分线节点(Optical Division Node，ODN)，光网络单元(Optical Network Unit，ONU)。整个网络是一个OLT对应多个ONU的双向光纤传输系统。其中，ONU设置在用户端，面向广大的接入用户，数量多，因此需要成本低，简单易操作，方便维护；OLT设置在网络的局端，而且一个网络通常只有一台，所以成本较高，技术复杂；ODN设置在分路端，用于连接OLT和ONU。PON网络所谓的无源，实际上是指ODN中不含有任何有源器件，而是由诸如光纤、光分路器(Splitter)、光耦合器等无源器件组成。

网络信号的传输是从OLT传输下行信号到各个ONU，每个ONU都可以接收下行信号，并把该ONU的用户信号即上行信号传输到OLT。下行传输是一点对多点的方式，上行传输是多点对一点的方式。

PON网络中成本最高的是有源光电子器件，如激光器，探测器，光放大器，光调制器等，为了降低成本和方便维护，一般在ONU尽可能少放光学器件，尤其是多波长光源。

通常，在ONU不放置光源的技术被称为无色无光ONU技术，不包括光源的ONU也相应地称为无色无光ONU。

ONU所实现的功能有两部分，一部分是接收从OLT来的下行光信号，并转换成电信号，另外一部分是发射上行光信号。所以，一般而言，ONU需要光探测器和上行光源。为了实现无色无光ONU技术，一般采用把ONU需要的上行光源搬移到OLT，也就是将ONU所需要的上行光源和OLT的下行光源均设置于OLT，并从OLT发射ONU所需要的上行光源的光信号和OLT的下行光源的光信号，两种光信号传输到ONU后，ONU将所述上行光源的光信号单独提取出来，再将上行数据调制到上行光源的光信号上，并回传到OLT，这就是目前常见的无色无光ONU技术的实现方法。

为了实现上下行光信号在同一个光纤中传输，并且不发生相互干扰和串扰，目前有下面两种方法：

1、下行和上行光信号采用不同的光波长，也就是，上行和下行光信号的光谱不一样。可以在OLT采用宽谱光源，用光谱分割的方法，将分割后的光源，一个作为下行信号光，一个作为上行信号光。还可以采用可调谐光源的方法，副载波调制的方法，基于注入种子光锁定的RSOA、FP-LD等方法，上述这些方法虽然在ONU没有设置光源，但是，在OLT需要放置不同光谱的光源，增加了系统的成本和复杂度。

2、下行和上行是同一个波长的光源，也就是在OLT设置一个光源，发射一个波长的光，先把下行信号调制上去，传输到ONU，然后，把所述波长的光(光载波)恢复出来，再调制上行信号上去，这样无需在OLT设置不同光谱的光源，可以大大减少波长的使用数量，是目前的主要采用的方法。

这种用同一个光源的方法虽然可以减少光源数量，大大降低成本，方便维护，但是由于同一个波长的光在同一根光纤中对向传输，必然会导致上下行信号之间光的干涉，对两个信号带来拍频噪声，同时，反射回来的光和传输光的瑞利散射光相互作用，导致很多噪声的产生；同时在ONU要恢复光载波也是一个比较复杂的问题。目前有采用正交调制，以及下行信号擦除后再把上行信号调制上去两种方法来实现单一波长的双向传输。

其中，正交调制是在将上行和下行两种信号分别调制到两个不同维度的信号上，比较常见的是：下行信号采用相位调制或者频率调制的方法将信号调制到光载波上，当该信号传输到ONU后，再把上行信号通过幅度调制到同一光源上，无需擦除下行信号。这种方式中，虽然下行信号无需擦除，但是，需要上行信号有很高的消光比，同时，上行只能用幅度调制，所以，调制速率不能达到很高，采用这种方式目前最高可以实现上行速率2.5Gbps，下行速率10Gbps。

而擦除下行信号的方法是，在ONU先将接收到的下行光信号中的下行信号擦除，再调制上行信号，这种方式要求下行信号具有一定的消光比。并且，这种方式需要利用RSOA或FP-LD等的增益饱和特性，将注入的下行信号饱和放大，擦除其幅度信息，从而获得等幅的光载波，然后再把上行信号调制上去。这种方式仅适用于下行信号是幅度调制的情况下。目前有通过级联RSOA的方式，降低了对下行信号消光比的要求，并获得到了更好的信号质量，在下行信号消光比为5dB的时候，增加了10dB的功率预算。这种用增益饱和反射型半导体光放大器RSOA，并让RSOA工作在增益饱和区，这样需要RSOA有特殊结构，同时，RSOA的必须工作在增益饱和区，必然减少RSOA的工作寿命和调制速率，使得目前RSOA的商用调制速率只有1.25Gb/s，无法实现对称PON的传输。

由于上下行光信号工作在同一波长，瑞利散射是一个重大的影响因素，所以必须使用一定的方法来进行抑制。目前分别采用下行信号交换注入以及编码减少低频分量的方法来减少瑞利散射噪声对系统的影响。

发明内容

为了解决上述技术问题之一，根据本发明的一方面，提供了一种在光接入网络中使用无色无光光网络单元的方法，包括：在光线路终端将二进制下行原始信号和与该下行原始信号正交的上行种子信号叠加在一起，并调制到光线路终端发射的光载波上，然后将经过调制的下行组合光信号传输到多个光网络单元，其中，光网络单元不包括光源；光网络单元接收下行组合光信号，并对该信号进行处理，得到下行原始信号；光网络单元将二进制上行原始信号调制到下行组合光信号上，并将经调制的上行调制信号传输到光线路终端；光线路终端接收来自光网络单元的上行调制信号，然后恢复出上行原始信号。

根据本发明实施例的方法，可选地，上行种子信号包括由1和-1构成的编码组。

根据本发明实施例的方法，可选地，上行种子信号的速率与下行原始信号的速率相等或者为下行原始信号速率的整数倍分之一。

根据本发明实施例的方法，可选地，从光线路终端发送到各个光网络单元的上行种子信号包括相同的编码序列。

根据本发明实施例的方法，可选地，在将下行原始信号和上行种子信号叠加之前，用与上行种子信号同步的由1构成的编码序列对下行原始信号进行调制。

根据本发明实施例的方法，可选地，光网络单元对下行组合光信号的处理包括：将下行组合光信号分成两路，一路光信号在转变成电信号后通过低通滤波器，从而得到下行原始信号。

根据本发明实施例的方法，可选地，光网络单元利用下行组合光信号的另一路光信号对上行原始信号进行调制，得到上行调制信号。

根据本发明实施例的方法，可选地，在用下行组合光信号的另一路光信号对上行原始信号进行调制之前，先对该另一路光信号进行光放大。

根据本发明实施例的方法，可选地，上行种子信号的速率与上行原始信号的速率相等或者为上行原始信号速率的整数倍。

根据本发明实施例的方法，可选地，在光线路终端恢复出上行原始信号包括：将上行调制信号转换成电信号；将转换得到的电信号与本地编码序列相乘并积分，恢复出上行原始信号，其中，本地编码序列与上行种子信号的编码序列相同并同步。

根据本发明的另一方面，提供了一种在光接入网络中使用无色无光光网络单元的系统，包括：光线路终端，多个光网络单元，其中，光网络单元不包括光源，光线路终端包括叠加器，光发射机和与多个光网络单元对应的多个光接收机，叠加器将待发送给光网络单元的二进制下行原始信号和与该下行原始信号正交的上行种子信号叠加在一起，形成下行组合电信号，并由对应的光发射机将该下行组合电信号调制到光线路终端发射的光载波上，形成下行组合光信号，然后将下行组合光信号经光纤传输到对应的光网络单元；光网络单元接收下行组合光信号，并对该信号进行处理，得到下行原始信号；光网络单元将二进制上行原始信号调制到下行组合光信号上，并将经调制的上行调制信号传输到光线路终端；光线路终端接收来自光网络单元的上行调制信号，然后恢复出上行原始信号。

根据本发明实施例的系统，可选地，上行种子信号包括由1和-1构成的编码组。

根据本发明实施例的系统，可选地，上行种子信号的速率与下行原始信号的速率相等或者为下行原始信号速率的整数倍分之一。

根据本发明实施例的系统，可选地，从光线路终端发送到各个光网络单元的上行种子信号包括相同的编码序列。

根据本发明实施例的系统，可选地，在通过叠加器将下行原始信号和上行种子信号叠加之前，用与上行种子信号同步的由1构成的编码序列对下行原始信号进行调制。

根据本发明实施例的系统，可选地，光网络单元包括：光分路器，光电探测器，低通滤波器和判决器，光分路器将下行组合光信号分成两路，一路光信号在由光电探测器转变成电信号后通过低通滤波器，再经判决器进行判决，从而得到下行原始信号。

根据本发明实施例的系统，可选地，光网络单元还包括光调制器，通过光调制器用下行组合光信号的另一路光信号对上行原始信号进行调制，得到上行调制信号。

根据本发明实施例的系统，可选地，光网络单元进一步包括光放大器，在通过光调制器用下行组合光信号的另一路光信号对上行原始信号进行调制之前，用光放大器先对该另一路光信号进行光放大。

根据本发明实施例的系统，可选地，上行种子信号的速率与上行原始信号的速率相等或者为上行原始信号速率的整数倍。

根据本发明实施例的系统，可选地，光线路终端包括相关运算电路，该相关运算电路包括：移位寄存器，乘法器和加法器，光线路终端的光接收机包括光电探测器和模/数转换器，光电探测器对上行调制信号进行探测转换为电信号，然后由模/数转换器将该电信号转换成数字信号；存储在移位寄存器的数字信号通过乘法器与本地编码序列相乘并通过加法器进行积分，从而恢复出上行原始信号，其中，本地编码序列与上行种子信号的编码序列相同。

根据本发明实施例的系统，可选地，系统还包括光分线节点，该光分线节点通过光纤连接于光线路终端和多个光网络单元之间，以实现光线路终端和多个光网络单元之间的光信号传输，其中，光分线节点不包括有源器件。

在本发明技术方案中，下行信号和上行信号采用同一个波长的光源；在ONU，下行信号无需擦除，直接调制上行信号；在上行信号接收时，采用相关接收的方法，一方面可以消除瑞利散射所带来的拍频噪声，另一方面可以带来编码增益，提高上行信号的传输距离和速率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1示出了根据本发明实施例的在光接入网络中使用无色无光光网络单元的方法的基本流程；

图2为根据本发明实施例的在光接入网络中使用无色无光光网络单元的系统的示意性结构图；

图3为图2所示系统中的OLT光发射机的结构示意图；

图4为图2所示系统中的ONU光接收部分的结构示意图；

图5为图2所示系统中的OLT光接收机的结构示意图；

图6为图2所示系统中的OLT的相关运算电路的结构示意图。

附图标记

100 光线路终端

101 叠加器

102 光合路器

103 光分路器

104 光环形器

110 光发射机

111 数/模转换器

112 激光器

113 光调制器

120 光接收机

121 光电探测器

122 模/数转换器

130 相关运算电路

131 移位寄存器

132 乘法器

133 加法器

200 光网络单元

201 光分路器

202 光电探测器

203 低通滤波器

204 光调制器

205 光放大器

206 判决器

207 光环形器

300 光分线节点

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

根据本发明的实施例，提出了一种在光接入网络中使用无色无光ONU的方法。具体而言，在OLT，用一组特定的编码组形成的编码序列作为上行种子信号，该编码组与下行信号的编码是相互正交的，在OLT两个编码序列叠加在一起，然后，调制到同一个波长的光源上，从OLT传输到ONU。在ONU，通过光分路器一分为二，一路通过一个低通滤波器，滤出下行光，送到探测器中，接收。另外一路，被调制上行信号后，回传到OLT端，在OLT端经过光探测器后，做相关运算，恢复出原始上行信号。

在本发明技术方案中，下行信号和上行信号采用同一个波长的光源，在ONU，下行信号无需擦除，直接调制上行信号，在上行信号接收时，采用相关接收的方法，一方面可以消除瑞利散射所带来的拍频噪声，另一方面可以带来编码增益，提高上行信号的传输距离和速率。

本发明提出的方法可以适用于任何调制方式，也就是上下行信号可以采用幅度调制，也可以采用相位调制，只要上下行原始信号是二进制信号就可以。

图1示出了根据本发明实施例的在光接入网络中使用无色无光光网络单元的方法的基本流程。

如图1所示，根据本发明实施例的方法，主要包括S1～S4四个步骤：在OLT的上行种子信号发射和下行信号调制(S1)；在ONU的下行信号接收(S2)；在ONU的上行信号调制(S3)；在OLT的上行信号接收(S4)。以下分别具体描述所述四个步骤。

在步骤S1，首先，在光线路终端OLT将输入的二进制原始下行信号叠加上行种子信号，从而生成下行组合电信号，再将该下行组合电信号经过数/模转换而转换成模拟信号。下行原始信号是二进制信号，也就是说，由0和1组成的编码序列。上行种子信号是与下行原始信号相互正交的编码序列。

可选地，上行种子信号可以是码长为2位的编码组连续重复形成的编码序列，也可以是码长为4位的编码组连续重复形成的编码序列；还可以是码长为8位的编码组连续重复形成的编码序列，等等。

一般编码组的码长为M位的序列有2^M种组合，上行种子信号的编码组可以从中选择M个相互正交的组合，其中一个组合{1,1,1,1,1……}用于调制下行原始信号(见下面说明)，其余的M-1种组合可以作为上行种子信号。

如果上行种子信号是码长为2位的编码组连续重复形成的编码序列，则该编码组为{1，-1}，也就是说，由1和-1不断连续重复形成的编码序列，例如，1，-1，1，-1，1，-1……。特别地，对于编码组{1，-1}而言，编码组{-1，1}与之实质上是相同的，因此，编码序列也可以是-1，1，-1，1，-1，1……。

如果上行种子信号是码长为4位的编码组连续重复形成的编码序列，则该编码组可以是{1，1，-1，-1}；{1，-1，-1，1}；{1，-1，1，-1}，也就是说，分别以这三个编码组之一不断连续重复形成的编码序列，例如，1，1，-1，-1，1，1，-1，-1，1，1，-1，-1……；1，-1，-1，1，1，-1，-1，1，1，-1，-1，1……。

如果上行种子信号是码长为8位的编码组连续重复形成的编码序列，则该编码组可以是{1，1，1，1，-1，-1，-1，-1}；{1，1，-1，-1，-1，-1，1，1}；{1，1，-1，-1，1，1，-1，-1}；{1，-1，-1，1，1，-1，-1，1}；{1，-1，-1，1，-1，1，1，-1}；{1，-1，1，-1，-1，1，-1，1}；{1；-1；1；-1；1；-1；1；-1}。

为了保证正交性，下行原始信号速率与上行种子信号的速率为相等或者是上行种子信号的速率的整数倍，且在一个码元周期内保持同步。这是因为，一般地，下行信号速率不低于上行信号速率，由于上行原始信号要调制在上行种子信号上再向上传输，因此，上行种子信号的速率不能超过下行原始信号的速率且与下行原始信号的速率成整数倍关系。所以，在应用于光接入网中时，例如，下行原始信号速率为10Gb/s的EPON、GPON信号，上行种子信号的速率可以是622Mb/s,1.25Gb/s，2.5Gb/s，10Gb/s的EPON或者GPON信号。

为了实现下行信号与上行种子信号同步，可选地，选取与上行种子信号的编码序列同步且相互正交的由1组成的编码序列作为下行原始信号的调制编码序列，如前所述。下行原始非归零码信号被该序列调制后，仍为非归零码信号，即下行原始信号所含有的信息并未受到该调制的影响。实际上，由于用于调制下行原始信号的所述编码序列与上行种子信号同步，因此可以实现经调制得到的下行信号与上行种子信号的同步。上行种子信号与所述调制编码序列的速率关系可以是相等或者为其整数倍数分之一。优选地，在生成上行种子信号的同时，生成该用于调制下行原始信号的编码序列，这样更易于实现两个编码序列的同步；另外，使得所述两编码序列的速率相等也可以简化信号生成过程。

如前所述，经调制的下行信号和上行种子信号叠加后产生的组合电信号经过数模转换，接下来，将数模转换得到的模拟信号通过光调制器调制到光载波上，生成下行组合光信号。

然后，将下行组合光信号送入光纤中传输，到达各个光网络单元ONU。由于在PON系统中，OLT采用广播的方式向ONU发送下行组合信号(电信号以及经过光调制的对应的光信号)，因此，从OLT发送给各个ONU的下行原始信号和上行种子信号都是相同的，各个ONU所需的下行信号信息通过时分复用的方式包括于下行原始信号中，由各个ONU从接收的下行组合信号后分时选择获取，这样可以节省资源，降低调制/解调的复杂度。

接下来，在步骤S2，光网络单元ONU接收到下行组合信号后，通过处理获得原始的下行信号。

首先，将下行组合光信号分成两部分信号。一部分信号由光网络单元ONU接收，另一部分信号用于调制上行原始信号。

具体而言，下行组合光信号的一部分由光网络单元ONU直接探测转化成电信号，然后经过低通滤波器，滤除上行种子信号，再经判决后恢复出原始的二进制下行信号。

低通滤波器的带宽选择取决于下行信号的带宽。由于ONU接收下行组合(电)信号时，组合信号包括经调制的下行原始信号(下行调制信号)和上行种子信号，而这两个信号的频谱是不一样的，上行种子信号是由1和-1重复产生的连续信号，是载波，频谱是一条直线，而下行调制信号是调制后的信号，其频谱很宽，所以，利用一个低通滤波器就可以把上行种子信号滤出，低通滤波器的带宽与下行调制信号的带宽一致就可以了。

组合信号经过低通滤波器后的信号再可以通过阈值判决(例如，用1/2电平作为判决阈值)来恢复原始的二进制下行信号。

在步骤S3，在光网络单元ONU将上行信号调制到下行组合光信号上，并将该调制信号发送到光线路终端OLT。

如前所述，下行组合光信号被分成了两部分。可选地，先对下行组合光信号的另一部分进行光放大处理，这样，将接收到的光信号进行放大以后再调制上行原始信号，使调制后产生的上行调制信号的功率可以满足OLT对信号的接收要求。是否需要对所述另一路光信号进行光放大，可以根据系统的结构确定，如果ONU的数量很多，则需要放大，若ONU数量少则可以不用放大，直接调制上行原始信号。

然后用经放大的光信号(所述另一部分下行组合光信号)调制(例如2.5Gb/s)的上行原始信号。

如前所述，通过用与上行种子信号编码序列同步且正交的由1构成的编码序列对原始的下行信号进行调制，并设置上行种子信号与下行原始信号的速率倍数关系(包括相等或整数倍分之一)，来实现上行种子信号与下行信号的同步和正交。由于上行种子信号和下行信号的正交性，可以用下行组合光信号对原始上行信号直接进行调制，而无需擦除下行信号，处理更简单。因此，调制后的上行信号实际上包括了调制到上行种子信号的上行原始信号以及下行原始信号的信息，但由于正交性的原因，调制到上行种子信号的上行原始信号与该下行原始信号信息，以及对向传输来的下行光信号(仍为下行组合光信号)不会发生串扰和干扰。

如前所述，设置上行种子信号与下行原始信号的速率倍数关系(包括相等或整数倍分之一)以及上行种子信号与上行原始信号的速率倍数关系(包括相等或整数倍)，来保证上行种子信号与(经调制的)下行信号的正交性，经调制的上行光信号与下行组合光信号的正交性。例如，上行种子信号的速率为10Gb/s，上行原始信号速率为2.5Gb/s，那么上行原始信号调制到上行种子信号上后，一个码元内包含4个码片。根据本发明实施例的方案，对上行原始信号的调制方法没有限制，可以不限于幅度调制，因此速率可以更高，例如，5Gb/s，10Gb/s，对于下行原始信号的速率也无特别限制，例如，为上行原始信号速率的4倍或者8倍等，若上行原始信号速率为1.25Gb/s，则下行原始信号的速率可以为5Gb/s，10Gb/s等；若上行原始信号速率为2.5Gb/s，则下行原始信号的速率可以为10Gb/s，20Gb/s等；若上行原始信号速率为5Gb/s，则下行原始信号的速率可以为20Gb/s，40Gb/s等；若上行原始信号速率为10Gb/s，则下行原始信号的速率可以为40Gb/s，满足下一代移动通信的要求。

接下来，上行光信号(上行调制信号)被送到光线路终端OLT。

由于针对分成两路的下行组合光信号分别进行处理来获得下行原始信号和对上行原始信号进行调制，获得下行原始信号的处理和对上行原始信号的调制处理也可以是并行进行的。

在步骤S4，在光线路终端OLT恢复得到上行原始信号。具体而言，在OLT，对上行光信号进行探测转换为电信号，然后转换成数字信号，接下来进行相关运算，最后经判决得到原始上行二进制信号。具体相关运算为，将数字信号形式的上行信号与OLT本地编码序列(与对应的上行种子信号相同并同步)进行逐位相乘，然后经过加法器相加得到相关结果。可选地，在OLT生成上行种子信号的同时生成与该上行种子信号相同并同步的本地编码序列，并存储在OLT中，这样可以简化处理。

在步骤S4，除了能恢复上行原始信号外，还可以有两个方面的效果。一个方面是能够得到编码增益，理论上得到的编码增益倍数＝上行种子信号的码元长度除以上行原始信号的码元长度，例如：当一个上行种子信号的码元中含有两个上行原始信号的码元时，可以得到增益2倍，也就是在同等的条件下可以提高上行原始信号接收灵敏度约3dB。换句话说，当上行种子信号的速率是上行原始信号的整数倍时，在恢复上行原始信号时可以得到编码增益，延长上行原始信号的传输距离，提高上行原始信号的抗噪声能力。又例如，如果采用8个码片进行所述相关运算来恢复上行原始信号，也就是说，上行种子信号的速率是上行原始信号的8倍，一个上行种子信号的码元中含有八个上行原始信号的码元，因此理论上可以得到约9dB的编码增益。由于叠加的上行种子信号的幅度与(经调制的)下行信号幅度之比为0.5(上行种子信号前述的由1和-1构成的连续重复编码序列，下行信号为0和1构成的二进制编码序列(例如，可以为伪随机码))，也就是说上行信号的平均功率只有普通OOK(On-Off Keying，二进制启闭键控)的一半，所以实际的编码增益为约6dB。

第二方面是，根据本发明实施例的上行原始信号的调制、传输和恢复方法，使得当应用于单纤双向PON系统时，可以有效抑制系统的瑞利散射和拍频噪声。

图2是根据本发明的实施例在光接入网络中使用无色无光ONU的系统，图3～图6分别示出了图2所示系统的子电路的结构。

如图2所示，根据本发明实施例的在光接入网络中使用无色无光光网络单元的系统包括光线路终端(OLT)100，多个光网络单元(ONU)200，以及光分线节点(ODN)300。

由光线路终端100对二进制下行原始信号进行处理，并将前述的下行组合光信号通过光纤发送到光分线节点300，然后光分线节点300再通过与多个光网络单元200分别对应的多条光纤将各路下行组合光信号传输给多个光网络单元200。各个光网络单元200从对应的下行组合光信号中获取下行原始信号，并将上行原始信号调制到对应的下行组合光信号上，生成上行调制信号，并经光纤和光分线节点300，传输回光线路终端100，由光线路终端100恢复出上行原始信号。其中，如图2所示意的，系统中包括有N个光网络单元200，对应地在OLT有N个光发射机110和N个光接收机120。这样的数量对应关系是可调整的，例如，在OTL设置冗余的光发射机和/或光接收机。此外，光网络单元200不包括光源，也就是无色无光光网络单元；光分线节点300也不包括有源器件，也就是说采用无源光接入的方式；OTL的光发射机110与其对应的光接收机120采用同一个波长的光载波信号。如果采用广播的方式，那么发送给各个光网络单元200的下行光信号均相同，则可以在OLT设置或使用一个光发射机110。

可选地，所有的OTL光发射机110和OTL光接收机120都采用相同的波长的光源，这样可以降低设备的复杂度。

如果系统是波分复用系统光接入网络，需要将各个不同波长对应的下行组合电信号分别调制到对应波长的光发射机110上，再通过光合路器102形成下行组合光信号。

由于一个光线路终端100对应多个光网络单元200，也就是说，在光线路终端100可能要发送多路下行光信号，和接收多路上行光信号，因此，分别设置有光合路器102和光分路器103。

可选地，在局域光通信网络中，也可以不设置光分线节点300。如前所述，如果采用广播的方式，下行光信号相同，则在保证信号功率的前提下，使用光分线节点300或OLT的下行光分路器(未示出，不同于光分路器103)均可实现。

具体而言，首先，光线路终端OLT中的叠加器101将输入的二进制原始下行信号与上行种子信号叠加，从而生成下行组合电信号，该下行组合电信号再经过光发射机110的数/模转换器(DAC)111转换成模拟信号。可选地，叠加器101由可编程逻辑芯片(FPGA)实现。上行种子信号可以通过设置于OLT内部或者外部的信号发生器(未示出)来产生，该信号发生器可以同时生成前述的由1组成的编码序列和本地编码序列。

如前所述，上行种子信号是与下行原始信号相互正交的编码序列。可选地，上行种子信号是由1和-1组成的编码组所构成的编码序列。为了保证正交性，下行原始信号速率与上行种子信号的速率为相等或者是其整数倍，且在一个码元周期内保持同步。

同样可选地，为了实现下行原始信号与上行种子信号同步，可在将上行种子信号与下行原始信号进行叠加前，用与上行种子信号的的编码序列同步且相互正交由1组成的编码序列对下行原始信号进行调制。

接下来，光调制器113将数模转换得到的模拟信号调制到光载波上，生成下行组合光信号。光源112可采用目前OLT端常见的光发射模块，例如，武汉电信器件公司生产的EPON光收发模块RTXM166-501。可选地，光调制器113可集成到包括光源112的光发射模块，RTXM166-501即可实现此集成。

然后，下行组合光信号送入光纤中传输，通过光分线节点300到达各个光网络单元200。如前所述，光分线节点300可以以广播的方式将下行组合光信号发送给各个光网络单元200。

如前所述，从OLT100发送给各个ONU200的下行原始信号是相同的；此外，为了节省资源，降低调制/解调的复杂度，OLT100发送给各个ONU200的上行种子信号可以是相同的。

下行组合光信号到达ONU200后，经光分路器201分成两路。例如，采用是50％的1分2的分路器，分光比是1:1，诸如采用光讯科技股份有限公司生产的型号为WBC-12-1550-50-09-FC-A的分路器。

具体而言，下行组合光信号的一部分由光网络单元200的光电探测器202探测转化成电信号，然后经过低通滤波器203，滤除上行种子信号，再经判决器206判决后恢复出原始的二进制下行信号。

如前所述，低通滤波器的带宽选择取决于下行信号的带宽。例如，二进制下行原始信号的速率为10Gb/s，上行种子信号为{1，-1}连续重复序列且速率为10Gb/s。在这种情况下，经调制的下行原始信号的带宽约为9GHz，上行种子信号的基频为10GHz且带宽很窄，因此可以选择低通滤波器的带宽为9GHz，这样可以在尽可能保存下行信号的基础上滤除上行种子信号和带外噪声。

光电探测器202可以用目前PON系统中常见的ONU光接收模块，型号为RTXM166-501。

可选地，低通滤波器与光模块集成在一起，这可以减少器件数量，节省空间。

接下来，从光分路器201输出的另一路下行组合光信号进入光放大器205放大。光放大器205的增益无需很多，增益在10dB左右就可以，型号可以是EDFA-SDH-HP-MB。将接收到的下行组合光信号进行放大以后再调制上行原始信号，可以使所得到的上行调制信号的功率满足OLT的接收要求。如前所述，是否需要对所述另一路光信号进行光放大，可以根据系统的结构确定，如果ONU的数量很多，则需要放大，若ONU数量少则可以不用放大，直接调制上行原始信号。

经放大后的下行组合光信号随后进入光调制器204(可以用10GHz的强度调制器，型号可以是，PMSXX-10G或者Photline MPX-LN-0.1)，直接用于调制(例如2.5Gb/s)的上行原始信号。光放大器205和光调制器204可以是分立器件，也可以集成在一起。可以用一个将光光放大器和光调制器集成在一起的SOA光放大模块来实现(例如，Oplink公司的普通半导体光放大器SOA，型号可以是：SOA-10G)。

如前所述，通过用与上行种子信号编码序列同步且正交的由1构成的编码序列对原始的下行信号进行调制，并设置上行种子信号与下行原始信号的速率倍数关系(包括相等或整数倍分之一)，来实现上行种子信号与下行信号的同步和正交。由于上行种子信号和下行信号的正交性，可以用下行组合光信号对原始上行信号直接进行调制，而无需擦除下行信号，处理更简单。因此，调制后的上行光信号实际上包括了调制到上行种子信号的上行原始信号以及下行信号的信息，但由于正交性的原因，调制到上行种子信号的上行原始信号与该下行信号信息，以及对向传输来的下行光信号(仍为下行组合光信号)不会发生串扰和干扰。

如前所述，设置上行种子信号与下行原始信号的速率倍数关系(包括相等或整数倍分之一)以及上行种子信号与上行原始信号的速率倍数关系(包括相等或整数倍)，来保证上行种子信号与(经调制的)下行信号的正交性，经调制的上行信号与下行组合信号的正交性。例如，上行种子信号的速率为10Gb/s，上行原始信号速率为2.5Gb/s，每个上行原始信号调制到上行种子信号后，一个码元内包含4个码片。根据本发明实施例的方案，对上行原始信号的调制方法没有限制，可以不限于幅度调制，因此速率可以更高，例如，5Gb/s，10Gb/s，对于下行原始信号的速率也无特别限制，例如，为上行原始信号速率的4倍或者8倍等，若上行原始信号速率为1.25Gb/s，则下行原始信号的速率可以为5Gb/s，10Gb/s等；若上行原始信号速率为2.5Gb/s，则下行原始信号的速率可以为10Gb/s，20Gb/s等；若上行原始信号速率为5Gb/s，则下行原始信号的速率可以为20Gb/s，40Gb/s等；若上行原始信号速率为10Gb/s，则下行原始信号的速率可以为40Gb/s，满足下一代移动通信的要求。

接下来，经调制的上行光信号经过光环形器207(例如，光讯科技股份有限公司生产的光环形器，产品型号为CIR-3-1550-P-09-1-00)后，送入光分线节点300的光合路器(未示出)，并经光纤传送到光线路终端100。

在OLT，首先，由光分线节点300合路传输的上行调制信号(上行光信号)经过光环形器104送入光分路器103，然后，分路传输到对应的光接收机120。光接收机120的光电探测器121对所述上行光信号进行探测转换为电信号，然后由模/数转换器122转换成数字信号。

接下来，由相关运算电路130进行相关运算，最后经判决得到原始上行二进制信号。具体相关运算为，将存储在移位寄存器131中的数字信号形式的上行信号与OLT本地编码序列(与对应的上行种子信号相同并同步)在乘法器132中进行逐位相乘，然后经过加法器(积分器)133相加得到相关运算的结果。可选地，在OLT生成上行种子信号的同时生成与该上行种子信号相同并同步的本地编码序列，并存储在OLT中，这样可以简化处理。

相关运算电路130可以是数字信号处理电路FPGA，例如，Altera公司的Stratix V系列的型号为5SGXMA7K2F40C3的芯片。

如前所述，在OLT的上述操作，除了能恢复上行原始信号外，还可以有两个方面的效果。一个方面是能够得到编码增益，理论上得到的编码增益倍数＝上行种子信号的码元长度除以上行原始信号的码元长度，例如：当一个上行种子信号的码元中含有两个上行原始信号的码元时，可以得到增益2倍，也就是在同等的条件下可以提高上行原始信号接收灵敏度约3dB。换句话说，当上行种子信号的速率是上行原始信号的整数倍时，在恢复上行原始信号时可以得到编码增益，延长上行原始信号的传输距离，提高上行原始信号的抗噪声能力。又例如，如果采用8个码片进行所述相关运算来恢复上行原始信号，也就是说，上行种子信号的速率是上行原始信号的8倍，一个上行种子信号的码元中含有八个上行原始信号的码元，因此理论上可以得到约9dB的编码增益。由于叠加的上行种子信号的幅度与(经调制的)下行信号幅度之比为0.5(前述的由1和-1构成的连续重复编码序列，下行信号0和1构成的二进制编码序列(例如，可以为伪随机码))，也就是说上行信号的平均功率只有普通OOK的一半，所以实际的编码增益为约6dB。

第二方面是，根据本发明实施例的上行原始信号的调制、传输和恢复方法，使得当应用于单纤双向PON系统时，可以有效抑制系统的瑞利散射和拍频噪声。

在图2中，OLT100包括有多个叠加器101和多个相关运算电路130。叠加器101和相关运算电路130各自的数量可以分别与光接收机120的数量相等，也可以不与光接收机120的数量存在对应关系。

可选地，光线路终端OLT中的可编程逻辑芯片(FPGA)101也可以采用Altera公司的Stratix V系列的型号为5SGXMA7K2F40C3的芯片。可选地，也可以用FPGA之外的其它具有信号处理功能的芯片或者处理器来进行该可编程逻辑芯片的操作。

可选地，考虑到用户端的成本，一般采用半导体光放大器SOA来作为光网络单元200的光放大器205。其主要功能是将接收到的光信号进行放大以后调制上行信号，使其功率达满足上行信号的接收要求。

根据本发明实施例的在光接入网络中使用无色无光光网络单元的系统，可选地，光纤采用在接入网中典型应用的G.652光纤，光分路器和合路器可以采用阵列波导光栅或者是薄膜滤波器。

前述的设置于OLT的光环形器104和设置于ONU的光环形器207应用于单纤双向PON系统中，分别将从ONU传输到OLT的光经过光环形器后送入光电探测器以及将OLT传输到ONU的光经过光环形器后送入光电探测器；如果是双纤双向PON，可以不需要光环形器，直接送入光电探测器。

在根据本发明实施例的在光接入网络中使用无色无光光网络单元的系统中，由硬件器件所实现的对信号的处理，同样可以通过软件来实现。

以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (21)

1.一种在光接入网络中使用无色无光光网络单元的方法，其特征在于，包括：

在光线路终端将二进制下行原始信号和与该下行原始信号正交的上行种子信号叠加在一起，并调制到所述光线路终端发射的光载波上，然后将所述经过调制的下行组合光信号传输到每个光网络单元，其中，所述光网络单元不包括光源；

所述光网络单元接收所述下行组合光信号，并对该信号进行处理，得到所述下行原始信号；

所述光网络单元将二进制上行原始信号调制到所述下行组合光信号上，并将经调制的上行调制信号传输到所述光线路终端；

所述光线路终端接收来自所述光网络单元的上行调制信号，然后恢复出所述上行原始信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述上行种子信号包括由1和-1构成的编码组。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述上行种子信号的速率与所述下行原始信号的速率相等或者为所述下行原始信号速率的整数倍分之一。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

从所述光线路终端发送到各个所述光网络单元的所述上行种子信号包括相同的编码序列。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

在将所述下行原始信号和所述上行种子信号叠加之前，用与所述上行种子信号同步的由1构成的编码序列对所述下行原始信号进行调制。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述光网络单元对所述下行组合光信号的处理包括：将所述下行组合光信号分成两路，一路光信号在转变成电信号后通过低通滤波器，从而得到所述下行原始信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述光网络单元利用所述下行组合光信号的另一路光信号对所述上行原始信号进行调制，得到所述上行调制信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

在用所述下行组合光信号的另一路光信号对所述上行原始信号进行调制之前，对该另一路光信号进行光放大。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述上行种子信号的速率与所述上行原始信号的速率相等或者为所述上行原始信号速率的整数倍。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

在所述光线路终端恢复出所述上行原始信号包括：

将所述上行调制信号转换成电信号；

将转换得到的所述电信号与本地编码序列相乘并积分，恢复出所述上行原始信号，其中，所述本地编码序列与所述上行种子信号的编码序列相同并同步。

11.一种在光接入网络中使用无色无光光网络单元的系统，包括：光线路终端(100)，多个光网络单元(200)，其中，所述光网络单元(200)不包括光源，其特征在于，

所述光线路终端(100)包括叠加器(101)，光发射机(110)和与所述多个光网络单元(200)对应的多个光接收机(120)，

所述叠加器(101)将待发送给所述光网络单元(200)的二进制下行原始信号和与该下行原始信号正交的上行种子信号叠加在一起，形成下行组合电信号，并由对应的所述光发射机(110)将该下行组合电信号调制到所述光线路终端(100)发射的光载波上，形成下行组合光信号，然后将所述下行组合光信号经光纤传输到对应的所述光网络单元(200)；

所述光网络单元(200)接收所述下行组合光信号，并对该信号进行处理，得到所述下行原始信号；

所述光网络单元(200)将二进制上行原始信号调制到所述下行组合光信号上，并将经调制的上行调制信号传输到所述光线路终端(100)；

所述光线路终端(100)接收来自所述光网络单元的上行调制信号，然后恢复出所述上行原始信号。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，

所述上行种子信号包括由1和-1构成的编码组。

13.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，

所述上行种子信号的速率与所述下行原始信号的速率相等或者为所述下行原始信号速率的整数倍分之一。

14.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，

从所述光线路终端(100)发送到各个所述光网络单元(200)的所述上行种子信号包括相同的编码序列。

15.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，

在通过所述叠加器(101)将所述下行原始信号和所述上行种子信号叠加之前，用与所述上行种子信号同步的由1构成的编码序列对所述下行原始信号进行调制。

16.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，

所述光网络单元(200)包括：光分路器(201)，光电探测器(202)，低通滤波器(203)和判决器(206)，

所述光分路器(201)将所述下行组合光信号分成两路，一路光信号在由所述光电探测器(202)转变成电信号后通过所述低通滤波器(203)，再经判决器(206)进行判决，从而得到所述下行原始信号。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，

所述光网络单元(200)还包括光调制器(204)，

通过所述光调制器(204)用所述下行组合光信号的另一路光信号对所述上行原始信号进行调制，得到所述上行调制信号。

18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，

所述光网络单元(200)进一步包括光放大器(205)，

在通过所述光调制器(204)用所述下行组合光信号的另一路光信号对所述上行原始信号进行调制之前，用所述光放大器(205)先对该另一路光信号进行光放大。

19.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，

所述上行种子信号的速率与所述上行原始信号的速率相等或者为所述上行原始信号速率的整数倍。

20.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，

所述光线路终端(100)包括相关运算电路(130)，该相关运算电路(130)包括：移位寄存器(131)，乘法器(132)和加法器(133)，

所述光线路终端(100)的光接收机(120)包括光电探测器(121)和模/数转换器(122)，

所述光电探测器(121)对所述上行调制信号进行探测转换为电信号，然后由模/数转换器(122)将该电信号转换成数字信号；

存储在移位寄存器(131)的所述数字信号通过乘法器(132)与本地编码序列相乘并通过加法器(133)进行积分，从而恢复出所述上行原始信号，其中，所述本地编码序列与所述上行种子信号的编码序列相同。

21.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，所述系统还包括光分线节点(300)，该光分线节点(300)通过光纤连接于所述光线路终端(100)和所述多个光网络单元(200)之间，以实现所述光线路终端(100)和所述多个光网络单元(200)之间的光信号传输，其中，所述光分线节点(300)不包括有源器件。