CN105790879B - 一种抑制瑞利噪声的波分复用无源光网络系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制瑞利噪声的波分复用无源光网络系统，包括光线路终端的第一光接收机以及光网络单元的第一光发射机；所述第一光接收机包括光带阻滤波器和光电检测器，所述光带阻滤波器接收的光信号进行滤波处理后传送给所述光电检测器；所述第一光发射机包括差分预编码器和光调制器，所述差分预编码器将伪随机序列信号进行差分预编码，与光线路终端发射的种子光一起经过光调制器调制成改进型光双二进制信号后发射给所述第一光接收机。本发明只需对现有的WDM‑PON做很小的改动，即可达到抑制瑞利噪声的效果。

Description

一种抑制瑞利噪声的波分复用无源光网络系统及方法

技术领域

本发明涉及无源光网络技术领域，更具体涉及一种抑制瑞利噪声的波分复用无源光网络系统及方法。

背景技术

波分复用无源光网络(WDM-PON)系统的网络基础设施可以被多个用户共享，并且在中央基站和用户之间没有任何有源器件，被认为是目前最有前途的实现光接入的解决方案。由于WDM-PON系统需要为每个光网络单元(ONU)配置不同的波长，无色ONU技术是WDM-PON实施的关键技术，采用无色ONU技术能够实现ONU的一致性，便于批量生产，这将有效降低ONU成本，并且使得网络的安装和管理维护十分便利，降低运营成本。目前实现无色ONU的方案主要包括：基于光谱分割技术的无色ONU，基于波长重用的无色ONU和基于种子光源阵列下发的无色ONU。由于去除了在ONU端放置的激光器，基于种子光源阵列下发的无色ONU的WDM-PON系统因其实现的低成本性和低复杂性成为广泛被采用的方案。在此系统中，位于光线路终端(OLT)的分布反馈式激光器(DFB)下发传输上行信号需要的种子光，种子光经过光纤传输到达ONU端，在ONU端被调制加载上上行信号后上行传输到OLT端被接收。在此传输过程中，下发的种子光和上行的信号光使用相同的波长在单根光纤中相反方向传输，一些干扰信号会影响上行传输，比如：由于光纤的不均匀性(即瑞利散射效应)及无源器件可能产生一些反射(如多路复用器、分配器等的反射)，而其中两个主要的干扰信号是由瑞利散射(RB)影响引起的。在实际传输中，一个干扰信号是当上行信号注入到ONU端后，直接放大再调制并将上行信号反射到OLT端时产生的，第二个干扰信号来自ONU端的下行种子光分路上的后向散射，第一个干扰通过合理的控制光功率可以加以控制，第二个干扰严重的影响系统的传输性能。

为了抑制后向瑞利散射噪声的影响，已经对其进行了大量的研究，并提出了一些技术方案，如扩大光谱、波长偏移、频谱切片、交叉再调制技术及副载波调制技术等；这些方案均是基于频率抖动的方法，信号的传输速率是有限的，而且使用相位调制，需要复杂的发射机。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何在有效抑制瑞利噪声的同时，降低系统的复杂度。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种抑制瑞利噪声的波分复用无源光网络系统，包括光线路终端的第一光接收机以及光网络单元的第一光发射机；

所述第一光接收机包括光带阻滤波器和光电检测器，所述光带阻滤波器接收的光信号进行滤波处理后传送给所述光电检测器；

所述第一光发射机包括差分预编码器和光调制器，所述差分预编码器将伪随机序列信号进行差分预编码，与光线路终端发射的种子光一起经过光调制器调制成改进型光双二进制信号后发射给所述第一光接收机。

优选地，所述第一光发射机还包括功分器、光调制器、延时器、温控移相器、光分路器以及光合路器；

所述差分预编码器编码后的数据经过所述功分器处理分为两路，一路送入一所述光调制器，另一路由所述延时器进行2bit延时后，送入另一所述光调制器；所述光线路终端发射的种子光由所述光分路器分为两束，并分别送入两个所述光调制器；两个所述光调制器将送入的编码数据调制到下发的种子光载波后均送入所述光合路器，由所述光合路器处理后完成改进型光双二进制信号的输出。

优选地，所述光调制器为电吸收调制器。

优选地，所述延时器为2bit延时器。

优选地，所述第一光接收机还包括衰减器、低通滤波器以及误码统计器；

所述光衰减器接收上行光信号，并进行衰减处理后，传递给所述光带阻滤波器进行滤波，滤波后的光信号由所述光电检测器采集，并传递给所述低通滤波器，所述低通滤波器对光信号处理后传递给所述误码统计器进行误码统计。

优选地，所述光电检测器为光电二极管。

优选地，所述系统还包括馈线光纤、远端节点以及分支光纤；

所述光线路终端还包括第二光发射机和第一光波分复用/解复用器；所述远端节点包括第二波分复用/解复用器；所述光网络单元还包括第二光接收机；

所述馈线光纤连接所述第一光波分复用/解复用器和所述第二波分复用/解复用器，用于实现所述第一光波分复用/解复用器和所述第二波分复用/解复用器之间信号的交互传递；

所述第一光波分复用/解复用器连接所述第一光接收机和第二光发射机，用于对第二光发射机发射的下行信号和种子光信号共同复用后输出给所述馈线光纤以及对接收的所述馈线光纤传送来的信号进行解复用后输送给所述第一光接收机；

所述分支光纤将各个所述光网络单元连接到所述第二波分复用/解复用器，所述第二波分复用/解复用器通过分支光纤将解复用信号输送给所述第二光接收机，将所述分支光纤传送来的信号进行复用后送入所述馈线光纤。

优选地，所述第二光发射机包括分布式反馈DFB阵列种子光源，用于发射所述种子光。

一种波分复用无源光网络系统中抑制瑞利噪声的方法，包括以下步骤：

S1、光线路终端下发种子光，经过光纤传输到光网络单元；

S2、所述光网络单元的光发射机对接收的伪随机序列信号进行差分预编码；

S3、所述步骤S2得到的差分预编码后的数据和所述种子光由光调制器进行调制得到改进型光双二进制信号；

S4、所述光调制器调制后的改进型光双二进制信号由光纤传输到光线路终端的光接收机；

S5、所述光接收机对接收的光信号通过光带阻滤波器进行滤波。

优选地，得到调制后的所述改进型光双二进制信号包括以下步骤：

S21、所述伪随机序列信号由差分预编码器进行差分预编码；

S22、所述步骤S21得到的编码后的数据由功分器分为两路，一路送入一光调制器，另一路由延时器进行2bit延时后，送入另一光调制器；

S23、所述种子光由光分路器分为两束，并分别送入两个所述光调制器；

S24、两个所述光调制器对送入的编码数据和激光进行处理后均送入一光合路器；

S25、所述光合路器将送入的光信号进行合并处理后，完成改进型光双二进制信号的输出。

(三)有益效果

本发明提供了一种抑制瑞利噪声的波分复用无源光网络系统及方法，该发明只需对现有的WDM-PON做很小的改动，即可达到抑制瑞利噪声的效果；

本发明的第一发射机输出的改进型光双二进制信号，由于特殊的编码方式，具有良好的抗色散效应，，同时还具有频谱带宽窄和低频抑制的等特性，其中低频抑制的特性使信号经过带阻滤波器滤波后引起的信号损伤较小，因此本发明的方案在有效抑制瑞利噪声的同时保证接收机的灵敏性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种抑制瑞利噪声的波分复用无源光网络系统的结构示意图；

图2为本发明中第一光接收机结构示意图；

图3为本发明中第一光发射机结构示意图；

图4为WDM-PON系统中瑞利噪声示意图；

图5为本发明中第一光发射机在调制信号速率是40Gb/s时的频谱图；

图6为现有技术中发射机抗色散效应与本发明中第一光发射机抗色散效应示意图；

图7为本发明的系统抗瑞利噪声效果示意图；

图8为一种波分复用无源光网络系统中抑制瑞利噪声的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

本发明公开了一种抑制瑞利噪声的波分复用无源光网络系统，包括多个光接收机以及多个光发射机，其中位于光线路终端101的光接收机为第一光接收机1012，位于光网络单元105的光发射机为第一光发射机1052；所述第一光接收机包括光带阻滤波器，所述光带阻滤波器首先对输入的光信号进行滤波处理后传送给所述第一光接收机的光电检测器；所述第一光发射机包括差分预编码器，所述差分预编码器将伪随机序列信号进行差分预编码，与光线路终端发射的种子光一起经过光调制器调制成改进型光双二进制信号后发射出来。所述伪随机序列信号由位于所述述第一光发射机端的述伪随机序列信号源产生。

该发明只需对现有的WDM-PON做很小的改动，即可达到抑制瑞利噪声的效果。

所述第一光发射机还包括功分器、光调制器、延时器、温控移相器、光分路器以及光合路器，如图3所示；所述差分预编码器将伪随机序列信号编码后的数据经过所述功分器处理分为两路，一路送入一所述光调制器，另一路由所述延时器进行延时后，送入另一所述光调制器；所述光线路终端发射的种子光由所述光分路器分为两束，并分别送入两个所述光调制器；两个所述光调制器对送入的编码数据和激光进行处理后均送入所述光合路器，由所述光合路器处理完成改进型型光双二进制信号的输出。所述光调制器为电吸收调制器(EAM调制器)。所述延时器为2bit延时器，对信号延时2bit。

所述第一光接收机还包括衰减器、低通滤波器以及误码统计器，如图2所示，所述光衰减器接收上行光信号，传递给所述光带阻滤波器进行滤波，滤波后的光信号由所述光电检测器采集，并传递给所述低通滤波器，所述低通滤波器对光信号处理后传递给所述误码统计器进行误码统计。所述光电检测器为光电二极管。

所述系统还包括馈线光纤FF102、远端节点RN103以及分支光纤DF104；所述光线路终端OLT还包括第二光发射机1011和第一光波分复用/解复用器1013；所述远端节点RN103包括第二波分复用/解复用器；所述光网络单元ONU还包括第二光接收机1051；如图1所示，所述馈线光纤连接所述第一光波分复用/解复用器和所述第二波分复用/解复用器，用于实现所述第一光波分复用/解复用器和所述第二波分复用/解复用器之间信号的交互；所述第一光波分复用/解复用器连接所述第一光接收机和第二光发射机，用于对第二光发射机发射的信号复用后输出给所述馈线光纤以及对接收的所述馈线光纤传送来的信号进行解复用后输送给所述第一光接收机；所述分支光纤将各个所述光网络单元连接到所述第二波分复用/解复用器，所述第二波分复用/解复用器通过分支光纤将解复用信号输送给所述第二光接收机，将所述分支光纤传送来的信号进行复用后送入所述馈线光纤。所述第二光发射机包括DFB种子激光阵列，用于发射所述种子光。图1中，Tx1，…，Txn表示光发射机，Rx1，…，Rxn表示光接收机。

下行传输方向，第一光波分复用/解复用器1013将各个第二光发射机的下行业务信号和种子光信号复用为一路送入馈线光纤FF102；上行传输方向第一光波分复用/解复用器1013接收馈线光纤FF102上行业务信号并解复用后送入到各个第一光接收机中。

馈线光纤FF 102接收第一光波分复用/解复用器1013复用的下行业务信号，将其馈入远端节点RN 103；同时接收远端节点RN103复用的上行业务信号，将其馈入第一光波分复用/解复用器1013。

远端节点RN 103由第二光波分复用/解复用器构成，与第一光波分复用/解复用器1013对应。下行传输方向，接收馈线光纤FF 102馈入业务信号并进行波分解复用后送入分支光纤DF 104；上行传输方向，接收分支光纤DF 104馈入信号并进行波分复用后，送入馈线光纤FF102。

本发明中第一发射机输出的改进型光双二进制码型具有低频抑制的特点，并且具有较好的抗色散效应。传统发射机的二进制编码方案中，数据序列{1，0，1}映射到光域为{+E，0，+E}；本发明的编码方案中，{1，0，1}序列不会产生，只能产生{-1，0，1}，映射到光信号域为{-E，0，+E}，这两种情况下的色散效应如图6所示。可以看出本发明的改进型光双二进制编码调制下的色散效应比光二进制编码调制时小。

除了较好的抗色散效应，本发明的光双二进制码型还具有频谱带宽窄和低频抑制的特性。本发明的光双二进制编码的频谱带宽只有光二进制编码频谱带宽的一半，如图5所示，是一种有发展前景的适合高速WDM-PON的调制码型。

在光纤传输系统中，瑞利散射在光纤芯径内的部分，在各个方向上是均匀分布的，但同样有沿着光纤轴向同向或反向的散射。一般情况下，沿着轴向向后传输的瑞利散射为后向瑞利散射。由于后向瑞利散射的折射率在微观上存在不均匀性，这种特性引起了光在前后两方向上产生散射，其中，它所产生的后向散射中的绝大部分为后向瑞利散射。与此同时，后向瑞利散射所改变光的性质，只是光在系统中的传输方向，而不会改变光的传输频率和偏振特性等性质。在偏振方向和频率上，后向瑞利散射光所具备的特性，与入射光在此散射点具有的特性是一样的，所以在下发种子光的WDM-PON系统中对上行信号产生干扰的瑞利散射噪声具有和直流光相似的频谱形状，噪声的干扰主要集中在信号的基带部分，如图4所示。若将具有此噪声特性的上行信号通过光带阻滤波器，光带阻滤波器将滤除大部分的噪声信号，但光带阻滤波器同时会滤除掉有用信号，引起较大的信号损伤。本发明的双二进制码型具有低频抑制的特性，通过带阻滤波器后引起的信号损伤较小，因此本发明的光双二进制编码加带阻滤波器的方案可以较好的抑制系统的瑞利噪声，如图7所示，图中改进型双二进制信号即为本发明中经过所述第一光发射机进行编码和处理后的信号。

本发明还公开了一种波分复用无源光网络系统中抑制瑞利噪声的方法，如图8所示，包括以下步骤：

S1、光线路终端下发种子光，经过光纤传输到光网络单元；

S2、所述光网络单元的光发射机对接收的伪随机序列信号进行编码；

S3、所述步骤S2得到的编码后的数据和所述种子光由光调制器进行调制；

S4、所述光调制器调制后的光信号由光纤传输到光线路终端的光接收机；

S5、所述光接收机对接收的光信号通过光带阻滤波器进行滤波。

得到调制后的所述光信号包括以下步骤：

S21、所述伪随机序列信号由差分预编码器进行编码；

S22、所述步骤S21得到的编码后的数据由功分器分为两路，一路送入一光调制器，另一路由延时器进行延时后，送入另一光调制器；

S23、所述种子光由光分路器分为两束，并分别送入两个所述光调制器；

S24、两个所述光调制器对送入的编码数据和激光进行处理后均送入一光合路器；

S25、所述光合路器将送入的光信号进行并处理后射出。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种抑制瑞利噪声的波分复用无源光网络系统，包括光线路终端的第一光接收机以及光网络单元的第一光发射机；

其特征在于，所述第一光接收机包括光带阻滤波器和光电检测器，所述光带阻滤波器接收的光信号进行滤波处理后传送给所述光电检测器；

所述第一光发射机包括差分预编码器和电吸收调制器，所述差分预编码器将伪随机序列信号进行差分预编码，与光线路终端发射的种子光一起经过电吸收调制器调制成改进型光双二进制信号后发射给所述第一光接收机。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一光发射机还包括功分器、电吸收调制器、延时器、温控移相器、光分路器以及光合路器；

所述差分预编码器编码后的数据经过所述功分器处理分为两路，一路送入一所述电吸收调制器，另一路由所述延时器进行延时后，送入另一所述电吸收调制器；所述光线路终端发射的种子光由所述光分路器分为两束，并分别送入两个所述电吸收调制器；两个所述电吸收调制器将送入的编码数据调制到下发的种子光载波后均送入所述光合路器，由所述光合路器处理后射出。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述延时器为2bit延时器。

4.根据权利要求3所述系统，其特征在于，所述第一光接收机还包括光衰减器、低通滤波器以及误码统计器；

所述光衰减器接收上行光信号，传递给所述光带阻滤波器进行滤波，滤波后的光信号由所述光电检测器采集，并传递给所述低通滤波器，所述低通滤波器对光信号处理后传递给所述误码统计器进行误码统计。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述光电检测器为光电二极管。

6.根据权利要求1至5任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括馈线光纤、远端节点以及分支光纤；

所述光线路终端还包括第二光发射机和第一光波分复用/解复用器；所述远端节点包括第二波分复用/解复用器；所述光网络单元还包括第二光接收机；

所述馈线光纤连接所述第一光波分复用/解复用器和所述第二波分复用/解复用器，用于实现所述第一光波分复用/解复用器和所述第二波分复用/解复用器之间信号的交互传递；

所述第一光波分复用/解复用器连接所述第一光接收机和第二光发射机，用于对第二光发射机发射的下行信号和种子光信号共同复用后输出给所述馈线光纤以及对接收的所述馈线光纤传送来的信号进行解复用后输送给所述第一光接收机；

所述分支光纤将各个所述光网络单元连接到所述第二波分复用/解复用器，所述第二波分复用/解复用器通过分支光纤将解复用信号输送给所述第二光接收机，将所述分支光纤传送来的信号进行复用后送入所述馈线光纤。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第二光发射机包括分布式反馈阵列种子光源，用于发射所述种子光。

8.一种波分复用无源光网络系统中抑制瑞利噪声的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、光线路终端下发种子光，经过光纤传输到光网络单元；

S2、所述光网络单元的光发射机对接收的伪随机序列信号进行差分编码；

S3、所述步骤S2得到的差分预编码后的数据和所述种子光由电吸收调制器进行调制，得到改进型光双二进制信号；

S4、所述电吸收调制器调制后的改进型光双二进制信号由光纤传输到光线路终端的光接收机；

S5、所述光接收机对接收的光信号通过光带阻滤波器进行滤波。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，得到调制后的所述改进型光双二进制信号包括以下步骤：

S21、所述伪随机序列信号由差分预编码器进行编码；

S22、所述步骤S21得到的编码后的数据由功分器分为两路，一路送入一电吸收调制器，另一路由延时器进行2bit延时后，送入另一电吸收调制器；

S23、所述种子光由光分路器分为两束，并分别送入两个所述电吸收调制器；

S24、两个所述电吸收调制器对送入的编码数据和激光进行处理后均送入一光合路器；

S25、所述光合路器将送入的光信号进行合并处理后，完成改进型光双二进制信号的输出。