CN105141374B - 基于rsoa的无源光网络光线路终端接收机及其解调模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种性能优化的基于RSOA的无源光网络光线路终端接收机的解调模块，以及使用该解调模块的光线路终端接收机，利用RSOA作为光调制器，发挥其功率放大、再调制、成本低以及无色化光源管理等优点，使得经RSOA后同时存在的强度调制和相位调制下，在接收机中，能够通过数字信号处理采用三种解调方式进行解调，根据系统传输性能指标判决后，在不同系统参数下光线路终端接收机性能都能达到最优。

Description

基于RSOA的无源光网络光线路终端接收机及其解调模块

技术领域

本发明涉及光通信技术，特别涉及光网络技术。

背景技术

无源光网络PON作为固网“超宽带接入”的主流技术已经被世界范围内广泛用于高速宽带接入网。随着新兴的多媒体业务，如数字高清电视、视频电话等业务对网络带宽需求的急剧增长，终端用户带宽需求每年的增长都在以50％以上增长，然而，时分复用PON由于需要昂贵的、高速的光学器件和复杂的成帧技术，在向单波长10Gb/s以上速率升级将面临技术和成本的双重挑战。2012年，全业务接入组织FSAN经将WDM接入技术引入NG-PON2，波分复用WDM的引入已经是大势所趋。

反射式半导体光放大器RSOA由于具有功率放大作用、成本低、可用于实现光网络单元ONU的无色化管理，因此基于RSOA的WDM-PON被认为是WDM-PON最具发展潜力的方案之一。现有的研究主要是将RSOA作为强度调制器，集中于在ONU中利用RSOA实现强度调制，光线路终端OLT进行直接探测。然而，这种基于RSOA的反射型PON，即通过RSOA对下行信号再调制的上行传输方式。这种方式虽然解决了ONU无色化问题却带来一个比较大的问题就是功率预算的问题。现有的PON需要至少28dB的功率预算，而基于RSOA的反射式PON经过光纤传输、再调制等，无法满足功率预算要求。从原理上讲，上行信号通过RSOA的调制是一种简单的电流调制，本质上会同时产生强度调制和相位调制信号。因此，为了解决功率预算问题，对于这类反射型PON系统的OLT引入了自相干检测，一方面可以提升接收灵敏度，增加功率预算，另一方面自相干检测中光载波与本振光来自同一激光器，成本低、相干性能好。由于自相干检测的引入，使得OLT的接收机可以接收并解调相位调制信号。由于基于RSOA的调制同时产生强度调制和相位调制信号，使得光线路终端接收机(上行接收机)无法判断采用强度信息或者相位信息哪种方式解调下的性能更优。并且，相干检测对相位噪声敏感，本振光与光载波即使来自相同的激光器，随着几十公里的光纤传输，发射和接收的激光器相位噪声不相关，相干性下降，将导致传输性能的恶化。因此，为了使得上行传输达到最优，有必要对OLT接收机进行优化设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种性能优化的基于RSOA的无源光网络光线路终端接收机的解调模块，以及使用该解调模块的光线路终端接收机。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，基于RSOA的无源光网络光线路终端接收机解调模块，包括强度解调单元、相位解调单元、数字相干叠加解调单元、判决模块、解调信号输出单元，

所述强度解调单元，用于接收上行信号，根据信号强度对上行信号进行解调并输出；

所述相位解调单元，用于接收上行信号，根据信号相位对上行信号进行解调并输出；

所述数字相干叠加解调单元，用于接收上行信号，对信号进行数字相干叠加解调并输出；

所述判决模块，用于接收强度解调单元、相位解调单元以及数字相干叠加解调单元输出的三路解调信号，并根据每路解调信号的误码率，控制解调信号输出单元选择传输性能最好的一路解调信号作为解调信号输出单元的输出；

所述解调信号输出单元，接收强度解调单元、相位解调单元以及数字相干叠加解调单元输出的三路解调信号，在判决模块控制下选择一路解调信号输出。

另外，提供一种使用了上述解调模块的光线路终端接收机。

由于不同的驱动电流和调制深度下，RSOA表现出的强度调制与相位调制的强弱会有所不同，例如，在驱动电流和调制深度较大的情况下，强度调制占优，因此，在接收机中利用强度信息解调的效果可能会比较好。在较小驱动电流的情况下，信号功率相对较低，这时利用相位信息可以获得较好的解调效果，而数字相干叠加则可以有效地提升系统对激光器相位噪声的容忍性。由此可见，三种解调方法分别在不同的情况下会表现出各自独特的优点。对接收信号的强度信息、相位信息或者数字相干叠加后的信号进行解调、判决与输出控制均可在数字信号处理中实现，不需硬件的改动。

本发明的有益效果是，利用RSOA作为光调制器，发挥其功率放大、再调制、成本低以及无色化光源管理等优点，使得经RSOA后同时存在的强度调制和相位调制下，在接收机中，能够通过数字信号处理采用三种解调方式进行解调，根据系统传输性能指标判决后，在不同系统参数下光线路终端接收机性能都能达到最优。

附图说明

图1为解调模块示意图；

图2为本发明光线路终端接收机的示意图；

图3为不同调制电流下强度与相位信息解调。

具体实施方式

本发明提出一种基于反射式半导体光放大器RSOA的无源光网络光线路终端接收机的解调模块。

解调模块如图1所示，包括强度解调单元、相位解调单元、数字相干叠加解调单元、判决模块、解调信号输出单元，

强度解调单元，用于接收上行信号r(t)，根据信号强度|r(t)|²对上行信号进行解调并输出；

相位解调单元，用于接收上行信号r(t)，根据信号相位arg(r(t))对上行信号进行解调并输出；

数字相干叠加解调单元，用于接收上行信号，对信号进行数字相干叠加解调并输出，这里的数字相干解调是针对发射端信号中两部分满足复共轭，在接收机中相干叠加后，可以有效消除系统部分线性和非线性相位噪声；

所判决模块，用于接收强度解调单元、相位解调单元以及数字相干叠加解调单元输出的解调信号，并根据每路解调信号的误码率，控制解调信号输出单元选择误码率最小的一路解调信号作为解调信号输出单元的输出；

解调信号输出单元，接收强度解调单元、相位解调单元以及数字相干叠加解调单元输出的三路解调信号，在判决模块控制下选择的一路解调信号输出，该输出对应最优的传输性能。

解调模块可以完全通过数字信号处理器实现。

包含了该解调模块的光线路终端接收机可以用于WDM-PON、OFDM-PON等上行传输系统。

图2为采用本发明解调模块的WDM-PON示意图。用户端，各个ONU将所要发射的数据信息转换成正交频分复用OFDM信号，通过电光转换上变换成光信号，这里RSOA用于实现电光转换，即光调制。由于RSOA是一种简单的电流调制，因此，输入的电信号必须是实OFDM信号。实OFDM信号的产生可以采用Hermitian对称结构，由共轭子载波对组成，此时，傅里叶逆变换IFFT后只有实部，没有虚部。产生的实OFDM信号，输入至RSOA进行调制，RSOA将同时进行强度调制和相位调制，电光转换后的各ONU的光OFDM信号经复用器MUX复用后通过光纤传输到达光线路终端OLT。基于RSOA的自相干PON可以解决ONU的无色化问题，同时，由于自相干检测的引入使得这种反射型PON的功率预算问题得以解决，并且不需要额外的本振光激光器，节约了成本。

OLT接收机，包括解复用器DEMUX、多个自相干接收机、多个解调模块；解复用器的各输出端分别连接一个自相干接收机的输入端，每个自相干接收机的输出端对应连接1个解调模块的输入端。

由于各个ONU所选用RSOA的参数和系统参数配置不尽相同，传输的外界条件也不尽相同，此时，无法判断各个ONU中RSOA的强度调制或者相位调制哪个占上峰。图3(a)和(b)分别为不同调制电流下采用相位信息和强度信息解调的性能曲线。从不同驱动电流和偏置电流下获得的信噪比SNR可以看出，驱动电流和偏置电流较小时，选择相位信息进行解调的信噪比高2dB左右，而在驱动电流和偏置电流较大时，选择强度信息进行解调的信噪比较高。从仿真曲线可以看出，不同的驱动或者偏置电流下，选择相位信息或者强度信息解调时，系统传输性能有一定差别。考虑到各个ONU选用的RSOA参数不尽相同，工作环境如温度等也不完全一样，因此，在接收机中无法判断选取强度信息或者相位信息哪种方式对应更好的传输性能，并且SNR差距可达2dB或者4dB。在采用相位信息判决中，为了避免相位不确定带来的影响，需要进行平均相位补偿。此外，相干检测对相位噪声容忍性较差，虽然采用自相干检测的方式，本振光与上行光载波来自同一个激光器，无频偏，然而激光器发出的光经过分光与合光后将使得传输性能受限于激光器线宽。为了提升系统对激光器线宽的容忍性，在接收机中还将引入数字相干叠加的信号处理方法提升系统对激光器线宽的容忍性。

为了在OLT能够准确无误的解调各个ONU数据并使得传输性能最优化，在解调模块中将信噪比或误码率或者两者的综合作为判决条件，分别提取接收到信号的强度与相位信息实现解调。此外，按照数字相干叠加的原理，由于Hermitian下对称子载波满足共轭条件，因此，在接收机中对共轭子载波对携带的信息进行数字相干叠加，对叠加后的信号进行解调，提升系统对相位噪声的容忍型。按照误码最小或信噪比最大或综合考虑两项指标加权后的结果，对比三种不同解调方式下的系统传输性能，使得上行传输性能达到最优。

Claims (4)

1.一种基于RSOA的无源光网络光线路终端接收机解调模块，其特征在于，包括强度解调单元、相位解调单元、数字相干叠加解调单元、判决模块、解调信号输出单元；

强度解调单元、相位解调单元以及数字相干叠加解调单元的输入端接收上行信号，强度解调单元、相位解调单元以及数字相干叠加解调单元的输出端分别与解调信号输出单元的输入端以及判决模块的输入端相连，判决模块的输出端与解调信号输出单元的控制端相连；

所述强度解调单元，用于接收上行信号，根据信号强度对上行信号进行解调并输出；

所述相位解调单元，用于接收上行信号，根据信号相位对上行信号进行解调并输出；

所述数字相干叠加解调单元，用于接收上行信号，对信号进行数字相干叠加解调并输出；

所述判决模块，用于接收强度解调单元、相位解调单元以及数字相干叠加解调单元输出的三路解调信号，并计算每路解调信号的误码率，控制解调信号输出单元选择传输性能最好的一路解调信号作为解调信号输出单元的输出；

所述解调信号输出单元，接收强度解调单元、相位解调单元以及数字相干叠加解调单元输出的三路解调信号，在判决模块控制下选择一路解调信号输出。

2.如权利要求1所述一种基于RSOA的无源光网络光线路终端接收机解调模块，其特征在于，所述传输性能通过信噪比和/或误码率体现。

3.一种基于RSOA的无源光网络光线路终端接收机，包括解复用器、自相干接收机、解调模块；解复用器的一个输出端连接一个自相干接收机的输入端，一个自相干接收机的输出端与解调模块的输入端相连；

其特征在于，解调模块包括强度解调单元、相位解调单元、数字相干叠加解调单元、判决模块、解调信号输出单元；

强度解调单元、相位解调单元以及数字相干叠加解调单元的输入端接收上行信号，强度解调单元、相位解调单元以及数字相干叠加解调单元的输出端分别与解调信号输出单元的输入端以及判决模块的输入端相连，判决模块的输出端与解调信号输出单元的控制端相连；所述强度解调单元，用于接收上行信号，根据信号强度对上行信号进行解调并输出；

所述相位解调单元，用于接收上行信号，根据信号相位对上行信号进行解调并输出；

所述数字相干叠加解调单元，用于接收上行信号，对信号进行数字相干叠加解调和判决输出；

所述判决模块，用于对强度解调单元、相位解调单元以及数字相干叠加解调单元输出的三路信号进行判决，根据每路解调信号的误码率，控制解调信号输出单元选择传输性能最好的一路解调信号作为解调信号输出单元的输出；

所述解调信号输出单元，接收强度解调单元、相位解调单元以及数字相干叠加解调单元输出的三路解调信号，在判决模块控制下选择一路解调信号输出。

4.如权利要求3所述一种基于RSOA的无源光网络光线路终端接收机，其特征在于，所述传输性能通过信噪比和/或误码率体现。