CN104935383A - 基于滤波器多载波调制的副载波复用光网络上行传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于滤波器多载波调制的副载波复用光网络上行传输系统，包括依次相连的接入控制模块、基于滤波器多载波调制模块、副载波调制模块、复用模块、馈线式光纤、光放大器、解复用模块、光电探测器、副载波解调模块、上行数据接收模块。本发明对接入控制模块产生的数据利用基于滤波器多载波调制方法进行调制，并利用光载波的射频副载波调制将调制后的用户数据调制到不同的光副载波上进行传输，对来自不同单元的数据复用到上行的光纤信道上。本发明利用基于滤波器多载波调制技术结合副载波复用技术使上行链路的频谱资源得到高效的利用，同时对抗上行用户间的符号间干扰和子载波间干扰有很好的性能，从而可支持更高传输速率和频谱效率。
Description
技术领域
本发明属于光通信技术领域，具体地，涉及一种基于滤波器(组)多载波调制技术的副载波复用光网络上行传输系统。
背景技术
随着国务院“宽带中国”战略的部署与实施，宽带首次成为国家的战略性公共基础设施。目前，宽带互联网的发展日新月异，伴随“三网融合”战略的深入，运营商的宽带网络将面临从低带宽需求、非实时、固定的业务接入向超高带宽需求、实时多业务平台服务体系的演进。作为网络传输的管道，为了应对目前上行接入带宽的迅速增长趋势，光网络面临着前所未有的压力，有效地利用有限的带宽资源，提升频谱效率，降低带宽成本是光网络未来主要的发展趋势。
为了满足人们日益增长的上行带宽需求，以波分复用(Wavelength DivisionMultiplexing，WDM)技术为基础的光接入技术可以有效地解决目前的带宽“瓶颈”问题。而且，以WDM技术为基础的无源光网络(Passive Optical Network，PON)中，通过波分复用技术在光频域上已很大程度提升了光网络的接入能力，而对波分复用的波长间隔的合理利用仍然可以进一步提升网络的频谱利用效率。副载波调制技术(Sub-carrier Modulation，SCM)利用光载波的射频副载波调制将用户数据调制到不同的光副载波上进行传输，被利用于对波长间隔内的频谱资源实现进一步的划分与复用，以开发光纤的传输容量，提升光网络的接入能力。因此，为了对副载波调制技术进行进一步开发利用以满足目前网络发展需求，目前的光网络亟需一种支持高传输速率、高频谱效率、灵活可配置的副载波复用光网络上行传输系统。
多载波调制技术因其对抗光纤色度色散的性能好、支持更高的传输速率等优点被行业内看作下一代光网络很有潜力的调制和复用技术，其中正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiple，OFDM)技术作为很有前景的技术，在光通信系统中的研究在近几年逐步展开，并引起人们的注意。然而，以OFDM为代表的传统的多载波调制技术在面向应用仍有需要改进的地方，其中由于多载波信号频域函数sinc旁瓣很高，提升了多载波信号带外的进行发射的功率水平，导致多载波信号在光网络系统中传输时需要添加频域的保护间隔以克服带外功率泄漏带来的用户间干扰的问题，因此导致了频谱效率的下降。由于传统的多载波技术的旁瓣抑制比很低，因此它对符号间干扰(ISI)和子载波间干扰(ICI)较为敏感，加大了系统接收的复杂度与成本。而且，由于以OFDM为代表的传统的多载波调制技术需要利用循环前缀(CP)来对抗ISI，因此导致了符号传输有效速率的下降。如果OFDM等多载波技术的带外功率泄漏能够得到很好的抑制，那么来自各个用户的信号带便可以实现更密集的复用，频谱效率得以提升，光网络也支持更多上行用户的接入。基于滤波器(组)的多载波调制技术利用发射端预先设计的滤波器(组)对以OFDM为代表的传统的多载波信号按子载波或者信号带或资源块等进行滤波处理，可以将OFDM低于20dB的旁瓣抑制比提升至超过40dB。基于滤波器(组)的多载波调制技术在保留传统的多载波技术对抗光纤色度色散的性能好、支持更高的传输速率、易于进行接收端估计与均衡的基础上，不仅对ISI和ICI有很好的性能，而且，由于基于滤波器(组)的多载波调制技术去除了添加CP或ZP带来符号传输有效速率低的问题，且利用滤波器组降低了信号的带外功率泄漏，因此相比OFDM，它可以实现更高的频谱效率和传输速率。
因此，利用基于滤波器(组)的多载波调制技术适宜用于提升副载波复用光网络上行传输系统的频谱效率和数据速率，以提升光网络的接入能力。
经文献检索发现，来自台湾交通大学的C.W.Chow等人于2010年在SelectedAreas in Communications期刊上发表论文“Studies of OFDM Signal for BroadbandOptical Access Networks(OFDM在宽带光接入网中的研究)”。该文献中，作者展示了利用十个副载波调制来自各自用户的OFDM调制数据的光网络上行传输系统，最终实现十个副载波的解调与信号恢复。然而，该系统中，对每个占用带宽为2.5GHz的OFDM信号保留了0.5GHz的频域保护间隔，浪费了20％的频谱资源，而且从最终的误码率性能可以观察出十个副载波之间依然因为OFDM的带外功率泄漏产生了用户间的干扰等问题。
又经文献检索发现，来自佐治亚理工大学的Yu-Ting Hsueh等人于2013年在Photonics Technology Letters期刊上发表论文“A Novel Lightwave CentralizedBidirectional Hybrid Access Network:Seamless Integration of RoF WithWDM-OFDM-PON(一种新型的RoF与WDM-OFDM-PON无缝融合的光源集中制接入网)”。该文献中，作者利用17GHz的射频本振源实现了11.52-Mb/sOFDM上行信号和17.28-Mb/s WiMax下行信号的混合传输。明显地，该文虽然实现了上行下行异构网络信号的传输，但是频谱效率浪费现象严重，并没有很好地利用副载波调制的优点。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中副载波复用光网络上行传输系统存在的缺点和不足，提供一种基于滤波器多载波调制的副载波复用光网络上行传输系统。本发明中每个用户利用基于滤波器多载波调制进行滤波化的多载波调制然后进行光副载波复用进行上行传输，不仅结构简单，而且具有频谱效率和传输速率高、灵活可配置等优点。
根据本发明提供的一种基于滤波器多载波调制的副载波复用光网络上行传输系统，包括依次相连的：多个第一模块组、一复用模块、一馈线式光纤、一光放大器、一解复用模块、多个第二模块组；第一模块组与第二模块组一一对应；
第一模块组包括依次连接的接入控制模块、基于滤波器的多载波调制模块、副载波调制模块，副载波调制模块连接至复用模块；
第二模块组包括依次连接的光电探测器、副载波解调模块、上行数据接收模块；光电探测器连接至解复用模块；
所述接入控制模块，用于控制用户数据的产生与时序管理；
所述基于滤波器的多载波调制模块，用于对接入控制模块产生的用户数据利用基于滤波器的多载波调制技术进行调制；
所述副载波调制模块，用于利用光载波的射频副载波调制将调制后的用户数据调制到不同的光副载波上进行传输；
所述复用模块，用于对来自不同第一模块组中副载波调制模块的用户数据复用到一根光纤信道上；
所述馈线式光纤，用于作为光纤信道对用户数据进行传输；
所述光放大器，用于对经过馈线式光纤衰减后的用户数据进行光放大；
所述解复用模块，用于将从接收自光放大器接的光信号解复用送入对应第二模块组的光电探测器；
所述光电探测器，用于将光信号解调为电信号；
所述副载波解调模块，用于对电信号进行解调恢复，得到上行数据；
所述上行数据接收模块，用于对解调恢复的上行数据进行数字信号处理。
优选地，所述基于滤波器的多载波调制技术，包括：滤波器组多载波调制技术FBMC、通用滤波化多载波调制技术UFMC或者广义频分复用技术GFDM；其中滤波器采用FIR滤波器、升余弦滤波器或者贝塞尔滤波器，且滤波器包括通带宽度、截止频率在内的参数能够调节。
优选地，所述副载波调制模块采用的副载波调制方法包括：
-先产生射频副载波并将滤波化多载波数据调制上去，然后再调制到光载波上；或者
-先利用射频副载波调制到光上产生光副载波，再结合滤波器将每个用户的数据调制到光副载波上。
优选地，所述复用模块采用的复用方式包括：波分复用、堆叠波分复用或者时分波分复用。
优选地，所述基于滤波器多载波调制的副载波复用光网络上行传输系统或者采用基于相干光系统的结构。
优选地，光放大器为光纤放大器或者半导体。
优选地，馈线式光纤的长度为10km、20km或者50km。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明改造了现有的副载波复用光网络的上行传输系统，提出利用基于滤波器(组)的多载波调制技术解决目前网络的带宽瓶颈，通过该技术的引入，可以使现有的副载波复用光网络上行传输系统有更高的频谱效率，支持更高的传输速率，并且由于基于滤波器(组)的多载波调制技术可以将传统的多载波技术的旁瓣抑制比由20dB提升至超过40dB，因此上行各个单元间的符号间干扰和子载波间干扰得到很好的抑制。而且，由于滤波器(组)的设置取代了循环前缀和添零前缀等的功能，因此系统支持更高的有效数据速率。
2、每个用户利用基于滤波器(组)的多载波调制技术进行滤波化的多载波调制然后进行光副载波复用进行上行传输，结合滤波器(组)多载波调制技术和副载波调制技术的优点，不仅易于实现，而且具有频谱效率和传输速率高、灵活可配置等优点。
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为本发明系统的结构示意图。
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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种基于滤波器多载波调制的副载波复用光网络上行传输系统，包括依次相连的接入控制模块、基于滤波器多载波调制模块、副载波调制模块、复用模块、馈线式光纤、光放大器、解复用模块、光电探测器、副载波解调模块、上行数据接收模块。基于滤波器多载波调制模块用于对接入控制模块产生的数据利用基于滤波器多载波调制方法进行调制；副载波调制模块利用光载波的射频副载波调制将调制后的用户数据调制到不同的光副载波上进行传输；复用模块对来自不同单元的数据复用到上行的光纤信道上。本发明利用基于滤波器多载波调制技术结合副载波复用技术使上行链路的频谱资源得到高效的利用，同时对抗上行用户间的符号间干扰和子载波间干扰有很好的性能，从而可支持更高传输速率和频谱效率。
根据本发明提供的基于滤波器多载波调制的副载波复用光网络上行传输系统，如图1所示，包括依次相连的：多个第一模块组、一复用模块、一馈线式光纤、一光放大器、一解复用模块、多个第二模块组；第一模块组与第二模块组一一对应；第一模块组包括依次连接的接入控制模块、基于滤波器的多载波调制模块、副载波调制模块，副载波调制模块连接至复用模块；第二模块组包括依次连接的光电探测器、副载波解调模块、上行数据接收模块；光电探测器连接至解复用模块；所述接入控制模块，用于控制用户数据的产生与时序管理；所述基于滤波器的多载波调制模块，用于对接入控制模块产生的用户数据利用基于滤波器的多载波调制技术进行调制；所述副载波调制模块，用于利用光载波的射频副载波调制将调制后的用户数据调制到不同的光副载波上进行传输；所述复用模块，用于对来自不同第一模块组中副载波调制模块的用户数据复用到一根光纤信道上；所述馈线式光纤，用于作为光纤信道对用户数据进行传输；所述光放大器，用于对经过馈线式光纤衰减后的用户数据进行光放大；所述解复用模块，用于将从接收自光放大器接的光信号解复用送入对应第二模块组的光电探测器；所述光电探测器，用于将光信号解调为电信号；所述副载波解调模块，用于对电信号进行解调恢复，得到上行数据；所述上行数据接收模块，用于对解调恢复的上行数据进行数字信号处理。
依据多载波滤波方法的不同，本上行系统中基于滤波器的多载波调制技术可以为滤波器组多载波调制技术(FBMC)、通用滤波化多载波调制技术(UFMC)、广义频分复用技术(GFDM)等。以FBMC模块为例，其利用FBMC调制方法对接入控制模块产生的数据进行调制，具体地，以OQAM-OFDM实现方式为例，它首先将用户数据转换成并行传输，然后依据信道情况进行M阶QAM或者PSK映射(M可为2、4、8、16等)，然后将映射后的高阶信号按实部与虚部交错半个码片后进行相位偏移，之后送入快速逆傅里叶变换实现多载波调制，最后利用滤波器组对每个子载波进行频域成型滤波处理以克服带外功率泄漏，输出数据为FBMC调制数据。再以UFMC调制模块为例，其利用UFMC调制方法对接入控制模块产生的数据进行调制，具体地，用户数据经过串并转换，依据信道情况进行M阶QAM或者PSK映射(M可为2、4、8、16等)，然后将映射后的数据分为NRB个资源块，NRB个数据资源块被送入对应的IFFT调制模块中，被转换为时域数据。之后，时域数据被送入对应的FIR滤波器中，其中每个FIR滤波器被上变频至对应RB的中心频率上，最后，NRB路并行信号合并为发送信号送至前端，输出数据为UFMC调制数据。
依据具体副载波调制方法的不同，副载波调制模块和对应的副载波解调模块也有会不同的结构。一般地，副载波调制方法可分为两类：先产生射频副载波并将数据调制上去，然后再调制到光载波上；先利用射频副载波调制到光上产生光副载波，再结合滤波器将每个用户的数据调制到光副载波上。对于第一类方法，经过滤波化多载波技术调制后的数据与第一射频时钟源利用第一电混频器相乘，实现电副载波调制，最终通过功率合成器将N个用户的数据传输到马赫曾德调制器的射频输入口进行光调制。对于第二类方法，第一马赫曾得调制器一路由射频本振源驱动，另一路由经过相位调制器的射频本振源进行驱动，通过调节相位调制器，可以产生抑制光载波的两个光副载波。两路光副载波通过可调光滤波器滤出两个光副载波分别用于第二马赫曾得调制器和第三马赫曾得调制器的光调制，其中滤波化多载波调制模块与各自的马赫曾得调制器通过第一偏振控制器和第二偏振控制器相连用于控制各自的插入损耗。其中光滤波器可以采用光纤布拉格光栅等结构实现。最终两个用户的信号传输到光合路器进行复用进行上行数据的发射。
所述的N个单波长上行发射机通过光合路器送入馈线式光纤进行传输，接收端首先利用光放大器对接收信号进行放大，然后送入阵列波导光栅解复用。每路单波长信号送入光电检测器进行检测，然后检测下来的电信号与第二射频时钟源进行电下混频，送入基于滤波化多载波解调的上行数据接收模块进行信号的接收与恢复。
优选地，本系统可为基于直接检测光系统的结构，也可采用基于相干光系统的结构。若是基于直接检测光系统的结构，上行基于滤波器的多载波数据接收光电转换模块为光电探测器，例如可采用APD光电检测器、PIN光电检测器等。若为采用相干光系统，则需要发射端的IQ调制器和接收端的90度光混频器和平衡光电探测器。
优选地，接收端光放大器用于对经过光纤后衰减的信号进行放大，其可以为光纤放大器，如掺铒光纤放大器(EDFA)，也可以为半导体及光放大器(SOA)等。
优选地，馈线式光纤的长度可以为10km、20km、50km等。
不失一般性地，以实施例为代表的以滤波器多载波调制技术作为副载波复用光网络上行传输系统的调制方案，具有以下优点：
1)本系统上行采用基于滤波器的多载波调制技术，利用多载波技术速率高、抗色散性能好等优点，并在此基础上，利用滤波器降低了多载波信号的带外功率辐射，从而降低了副载波复用系统上行各个用户间的干扰。
2)本上行传输系统对抗上行信号之间的符号间干扰(ISI)和子载波间干扰(ICI)有很好的性能。
3)本系统通过滤波技术大幅降低了信号带的旁瓣，使频谱效率显著提高，结合副载波复用技术对波长复用间隔的资源进行合理地利用，可以更好地应对目前光网络的带宽发展“瓶颈”。
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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (7)
1.一种基于滤波器多载波调制的副载波复用光网络上行传输系统，其特征在于，包括依次相连的：多个第一模块组、一复用模块、一馈线式光纤、一光放大器、一解复用模块、多个第二模块组；第一模块组与第二模块组一一对应；
第一模块组包括依次连接的接入控制模块、基于滤波器的多载波调制模块、副载波调制模块，副载波调制模块连接至复用模块；
第二模块组包括依次连接的光电探测器、副载波解调模块、上行数据接收模块；光电探测器连接至解复用模块；
所述接入控制模块，用于控制用户数据的产生与时序管理；
所述基于滤波器的多载波调制模块，用于对接入控制模块产生的用户数据利用基于滤波器的多载波调制技术进行调制；
所述副载波调制模块，用于利用光载波的射频副载波调制将调制后的用户数据调制到不同的光副载波上进行传输；
所述复用模块，用于对来自不同第一模块组中副载波调制模块的用户数据复用到一根光纤信道上；
所述馈线式光纤，用于作为光纤信道对用户数据进行传输；
所述光放大器，用于对经过馈线式光纤衰减后的用户数据进行光放大；
所述解复用模块，用于将从接收自光放大器接的光信号解复用送入对应第二模块组的光电探测器；
所述光电探测器，用于将光信号解调为电信号；
所述副载波解调模块，用于对电信号进行解调恢复，得到上行数据；
所述上行数据接收模块，用于对解调恢复的上行数据进行数字信号处理。
2.根据权利要求1所述的基于滤波器多载波调制的副载波复用光网络上行传输系统，其特征在于，所述基于滤波器的多载波调制技术，包括：滤波器组多载波调制技术FBMC、通用滤波化多载波调制技术UFMC或者广义频分复用技术GFDM；其中滤波器采用FIR滤波器、升余弦滤波器或者贝塞尔滤波器，且滤波器包括通带宽度、截止频率在内的参数能够调节。
3.根据权利要求1所述的基于滤波器多载波调制的副载波复用光网络上行传输系统，其特征在于，所述副载波调制模块采用的副载波调制方法包括：
-先产生射频副载波并将滤波化多载波数据调制上去，然后再调制到光载波上；或者
-先利用射频副载波调制到光上产生光副载波，再结合滤波器将每个用户的数据调制到光副载波上。
4.根据权利要求1所述的基于滤波器多载波调制的副载波复用光网络上行传输系统，其特征在于，所述复用模块采用的复用方式包括：波分复用、堆叠波分复用或者时分波分复用。
5.根据权利要求1所述的基于滤波器多载波调制的副载波复用光网络上行传输系统，其特征在于，所述基于滤波器多载波调制的副载波复用光网络上行传输系统或者采用基于相干光系统的结构。
6.根据权利要求1所述的基于滤波器多载波调制的副载波复用光网络上行传输系统，其特征在于，光放大器为光纤放大器或者半导体。
7.根据权利要求1所述的基于滤波器多载波调制的副载波复用光网络上行传输系统，其特征在于，馈线式光纤的长度为10km、20km或者50km。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170711 Termination date: 20200608 |
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