CN105959080B - 单边带无载波幅度相位调制的波分复用无源光网络系统 - Google Patents

单边带无载波幅度相位调制的波分复用无源光网络系统 Download PDF

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Abstract

单边带无载波幅度相位调制的波分复用无源光网络系统，包括光发送机、光分配网络和若干光网络单元；该光发送机设有信号源、两宽带功率放大器、激光源、光双臂和掺铒光纤放大器；该两宽带功率放大器分别与信号源的两输出端相连以分别进行功率放大；该光双臂的两臂分别连接两功率放大器的输出端以实现单边带信号调制；该激光源与光双臂相连用于产生连续的光载波；该掺铒光纤放大器与光双臂相连用于进行光信号放大；该光分配网络接收来自光发送机的光信号并结合多路波分复用技术，耦合进光纤链路进行传输；该光网络单元采用直接检测系统进行光信号恢复。本发明可以有效提高带宽利用率和降低传输功率。

Description

单边带无载波幅度相位调制的波分复用无源光网络系统
技术领域
本发明涉及光纤通信领域，特别是一种单边带无载波幅度相位调制的波分复用无源光网络系统。
背景技术
波分复用无源光网络(WDM-PON)是单信道速率超过10-Gb/s和下一代大容量异构移动通信网络的首选方案。为进一步改善系统在数字领域的损耗，将
WDM-PON系统与多个副载波复用技术结合，例如：与正交频分复用技术(OFDM)和无载波幅度相位调制(CAP)技术结合已被提出。特别的，基于CAP的多信道调制技术被认为是实现光接入网高频谱利用率的一个有效途径。结合
Nyquist-FDM以及副载波调制等技术，高速WDM-PON信道能够实现CAP调制。但此技术的缺点在于多信道CAP调制极大展宽了信号频谱，且以往的CAP调制技术均基于双边带调制，在直接检测系统中的信号经过光纤传输后，展宽的频谱信号极易受到频率衰落效应，某些频率点位置的WDM-PON信道也将受到极大损伤。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种提高频带的有效性和利用率，降低频率衰落和传输功率的单边带无载波幅度相位调制的波分复用无源光网络系统。
本发明采用如下技术方案：
单边带无载波幅度相位调制的波分复用无源光网络系统，其特征在于：包括光发送机、光分配网络和若干光网络单元；该光发送机设有信号源、两宽带功率放大器、激光源、光双臂和掺铒光纤放大器；该信号源用于产生4路基于直接检测的下行信号信道并进行处理得到一路宽带信号和一路希尔伯特变换信号；该两宽带功率放大器分别与信号源的两输出端相连以分别进行功率放大；该光双臂的两臂分别连接两功率放大器的输出端以实现单边带信号调制；该激光源与光双臂相连用于产生连续的光载波；该掺铒光纤放大器与光双臂相连用于进行光信号放大；该光分配网络接收来自光发送机的光信号并结合多路波分复用技术，耦合进光纤链路进行传输；该光网络单元采用直接检测系统进行光信号恢复。
优选的，所述的信号源包括可编程逻辑阵列和模数转换器，该可编程逻辑阵列控制用于产生所述4路基于直接检测的下行信号信道，并将4路信号分别进行独立数据映射、奈奎斯特滤波和上/下变频后送至模数转换器转变为模拟信号，再分为两路，一路为所述宽带信号，另一路进行希尔伯特变化。
优选的，所述的光双臂采用马赫-曾德调制器。
优选的，所述的光分配网络包括单模光纤和光纤分支器，该单模光纤输入端与所述掺铒光纤放大器输出端相连，其输出端与光纤分支器的输入端相连，该光线分支器的输出端分别连接有所述光网络单元以将传输的信号分到若干个所述光网络单元。
优选的，所述光网络单元包括可调光滤波器、直接检测光接收机、模数转换和信号处理装置；该可调光滤波器的输入端与所述分配网络相连，输出端与直接检测光接收机输入端相连，用于对光信号进行波长选择、解波分复用处理；该直接检测光接收机输出端与模数转换和信号处理装置输入端相连，用于将光信号转变为电信号，再进行解调和补偿得到基带信号输出；该模数转换和信号处理装置用于将基带信号进行模数转换，再进行数字信号处理实现相位恢复。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、采用奈奎斯特频率复用(Nyquist-FDM)技术整合数字希尔伯特变换单边带(H-SSB)无载波幅度相位调制(CAP)格式。可以避免所占光带宽翻倍和将能量浪费在载波上，同时可以直接避免直接检测系统中的频率衰落效应。因此该系统可以有效提高带宽利用率和降低传输功率。
2、单光载波系统只需采用一个独立光源、一个高速模数转换器(DAC)、一个光双臂马赫-曾德调制器(MZM)便可以同时产生4个基于直接检测的10-Gb/s16-QAM WDM-PON下行单边带信号信道。
附图说明
图1为光发送机的组成示意图。
图2为信号源产生4路单边带信号的原理图。
图3为光发送机处的4路单边带信号频谱图。
图4为光分配网络的组成示意图。
图5为光网络单元的组成示意图。
图6为本发明系统的组成示意图。
其中：
1-信号源
2-宽带功率放大器
3-激光源
4-光双臂
5-掺铒光纤放大器
6-带宽信号
66-希尔伯特变换信号
7-光发送机输出的单边带信号
8-光发送机
9-可编程逻辑阵列
10-16-QAM独立数据映射
11-奈奎斯特滤波和上变频(或下变频)
12-模数转换器
13-希尔伯特变换
14-预均衡
15-单模光纤
16-光纤分支器
17-光网络单元
18-光分配网络
19-可调光滤波器
20-直接检测光接收机
21-模数转换和信号处理装置。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
参照图1至图6，单边带无载波幅度相位调制的波分复用无源光网络系统，包括光发送机8、光分配网络18和若干光网络单元17。该光发送机8设有信号源1、两宽带功率放大器2、激光源3、光双臂4和掺铒光纤放大器5。该信号源1包括可编程逻辑阵列8(FPGA)和模数转换器12(DAC)，该可编程逻辑阵列8控制用于产生4路基于直接检测的10-Gb/s 16-QAMWDM-PON下行信号信道。参照图2，该信号源1对每个10-Gb/s信号信道进行16-QAM独立数据映射10、奈奎斯特滤波和上变频(或下变频)11，即上变频至上边带或下变频至下边带，保证所有信号信道在同一单边带即可，从而实现了输出携带完整传输信息的单边带信号，图中的∑为对四路信号进行复用。参照图3，单边带的子信道的频谱形状为方形，这是信号频谱利用率的最大实现形式，子信道之间的保护间隔设置为0.1-GHz。然后针对光电器件的频率响应不平坦现象，对信号进行预均衡14处理，为其在信道传输前高频部分失真做预补偿。信号预补偿处理后，将无载波幅度相位调制(CAP)信号分为两路：一路为宽带信号6，直接用于驱动光双臂4(MZM)的一臂；另一路作希尔伯特变换13，得到希尔伯特变换信号66，用于调制另一臂。保证适当的调制幅度和偏置电压，直接实现宽带无载波幅度相位调制(CAP)信号的光单边带调制。该光双臂4(MZM)采用马赫-曾德调制器。
该两宽带功率放大器2分别与信号源1的两输出端相连，其主要作用是对得到的宽带信号6和希尔伯特变换信号66实现功率放大。该光双臂4的两臂分别连接两宽带功率放大器2的输出端，其主要作用是在上下两臂驱动信号的作用下，对两个信号分别进行了相位调制，然后对两调相波相互干涉，转换为强度调制。该激光源3与光双臂4相连用于产生连续的光载波，该掺铒光纤放大器5与光双臂4相连用于进行光信号放大，最后输出单边带信号7。
该光分配网络18接收来自光发送机8的光信号并结合多路波分复用技术耦合进光纤链路进行传输。光分配网络18包括单模光纤15和光纤分支器16，该单模光纤15输入端与掺铒光纤放大器5输出端相连，其输出端与光纤分支器16的输入端相连，采用80-km标准单模光纤，其主要作用是对信号进行一定距离传输。该光线分支器的输出端分别连接有多个光网络单元17以将传输的信号分到若干个光网络单元17。
该光网络单元17采用直接检测系统进行光信号恢复。光网络单元17包括可调光滤波器19、直接检测光接收机20、模数转换和信号处理装置21。该可调光滤波器19的输入端与分配网络相连，输出端与直接检测光接收机20输入端相连，用于对光信号进行波长选择、解波分复用处理。该直接检测光接收机20输出端与模数转换和信号处理装置21输入端相连，其主要作用是将光信号经过光电探测器，使光信号变成电信号，再对其进行解调和补偿算法，得到基带信号输出。该模数转换和信号处理装置21其主要作用是将的得到的基带信号进行模数转换，再对信号进行采样和色散补偿处理，利用多恒模算法解偏振复用，利用最小均方算法进行相位恢复。
本发明原理如下：系统通过Nyquist-FDM技术整合H-SSB-CAP格式，实现对光载波进行高效率带宽调制。该系统由现场可编程逻辑阵列8(FPGA)和高速模数转换器12(DAC)组成信号源1，利用FPGA控制DAC同时产生4个基于直接检测的10-Gb/s 16-QAM WDM-PON下行信号信道。在光发送机8内，对每个10-Gb/s信号信道进行16-QAM独立数据映射10、奈奎斯特(Nyquist)滤波、上变频至上边带等，从而实现了携带完整传输信息的单边带信号。再对信号进行预均衡14处理，为其在信道传输前高频部分失真做预补偿。信号预补偿处理后，将CAP信号分为两路：一路为宽带信号6，直接用于驱动双臂MZM的一臂；另一路为希尔伯特变换信号66，然后调制另一臂。保证适当的调制幅度和偏置电压，直接实现宽带CAP信号的光单边带调制。再分配网络中，结合多路波分复用技术，耦合进光纤链路传输后。在光网络单元17的采用结构简单、成本低、对激光器相位噪声不敏感的直接检测系统进行光信号恢复。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (4)

1.单边带无载波幅度相位调制的波分复用无源光网络系统，其特征在于：包括光发送机、光分配网络和若干光网络单元；该光发送机设有信号源、两宽带功率放大器、激光源、光双臂和掺铒光纤放大器；该信号源用于产生4路基于直接检测的下行信号信道并进行处理得到一路宽带信号和一路希尔伯特变换信号；该两宽带功率放大器分别与信号源的两输出端相连以分别进行功率放大；该光双臂的两臂分别连接两功率放大器的输出端以实现单边带信号调制；该激光源与光双臂相连用于产生连续的光载波；该掺铒光纤放大器与光双臂相连用于进行光信号放大；该光分配网络接收来自光发送机的光信号并结合多路波分复用技术，耦合进光纤链路进行传输；该光网络单元采用直接检测系统进行光信号恢复所述的信号源包括可编程逻辑阵列和模数转换器，该可编程逻辑阵列控制用于产生所述4路基于直接检测的下行信号信道，并将4路信号分别进行独立数据映射、奈奎斯特滤波和上/下变频后送至模数转换器转变为模拟信号，再分为两路，一路为所述宽带信号，另一路进行希尔伯特变化。
2.如权利要求1所述的单边带无载波幅度相位调制的波分复用无源光网络系统，其特征在于：所述的光双臂采用马赫-曾德调制器。
3.如权利要求1所述的单边带无载波幅度相位调制的波分复用无源光网络系统，其特征在于：所述的光分配网络包括单模光纤和光纤分支器，该单模光纤输入端与所述掺铒光纤放大器输出端相连，其输出端与光纤分支器的输入端相连，该光纤分支器的输出端分别连接有所述光网络单元以将传输的信号分到若干个所述光网络单元。
4.如权利要求1所述的单边带无载波幅度相位调制的波分复用无源光网络系统，其特征在于：所述光网络单元包括可调光滤波器、直接检测光接收机、模数转换和信号处理装置；该可调光滤波器的输入端与所述分配网络相连，输出端与直接检测光接收机输入端相连，用于对光信号进行波长选择、解波分复用处理；该直接检测光接收机输出端与模数转换和信号处理装置输入端相连，用于将光信号转变为电信号，再进行解调和补偿得到基带信号输出；该模数转换和信号处理装置用于将基带信号进行模数转换，再进行数字信号处理实现相位恢复。
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