CN106549715A - 一种基于块交织频分多址的无源光网络传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于块交织频分多址的无源光网络传输方法，包括以下步骤：通过DSP方法测量信道响应；在发射端：对用户信息进行调制；对下行链路，在OLT端符号块做前置信道补偿，上行链路中，通过插入训练序列对OLT端做后置信道补偿；将已调制的长度为P的符号块重复K次；长度为P×K的符号块分别经过M路不同的移位因子的作用，生成的M路信号分别乘以对应的相移因子，将相移输出相加得到B‑IFDM符号块；添加循环前缀，成形滤波，再发射信号；在接收端：经过滤波、下变频、解映射、解码等操作，恢复出传送的原始比特信息。本发明降低ONU端发射机对调制器和放大器的要求，节约了用户端成本，B‑IFDMA实现方式简单，减少了发射端的算法和器件的复杂程度。

Description

一种基于块交织频分多址的无源光网络传输方法
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种基于块交织频分多址的无源光网络传输方法。
背景技术
2009年瑞典皇家科学院诺贝尔奖委员会宣布，将2009年度诺贝尔物理学奖授予一名中国香港科学家高琨(Charles K.Kao)和两名美国科学家。科学家Charles K.Kao因为“在光学通信领域中光的传输的开创性成就”而获奖。众所周知，光纤通信技术已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用，极大地影响着人们的日常生活。光纤通信的原理是：在发送端，首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。光纤通信容量大、传输距离远，一根光纤的潜在带宽可达20THz。近年来，由于光纤的大量铺设和波分复用等新技术的应用使得主干光纤网络在几年之内已经有了突破性的发展。
目前大家所关注的是连接网络主干和局域网以及家庭用户之间的一段，这就是常说的“最后一公里”，这也是“长途跋涉”后关键的一步。人们迫切需要一种经济、简单、易升级、能够综合传输语音、数字和视频业务的新的接入网络技术。在各种技术中，无源光网络(PON)技术获得了广泛的关注。
PON技术概念起源于20世纪90年代中期。PON的无源特性使之具有运行维护方便，成本低廉。目前PON技术主要有采用异步转移模式(ATM)的无源光网络APON、以太网无源光网络(EPON)、千兆比特无源光网络(GPON)和波分复用无源光网络(WDM-PON)等几种，其主要差异在于采用了不同的传输技术。其中，前三种PON技术都是基于时分复用的，而WDM-PON是基于波分复用的。
1)无源光网络
无源光网络中最主要的三部分包括位于局端的OLT(Optical Line Terminal，光线路终端)、终端ONU(Optical Network Unit，光网络单元)、以及ODN(OpticalDistribution Network，光配线网)。PON“无源”是指ODN全部由光分路器(Splitter)等无源器件组成，不含有任何电子器件及电源，其网络体系结构如图1所示。
2)基于时分复用(TDM)的PON技术(EPON和GPON)
TDM-PON是指基于时分多址接入技术的PON结构，其基本原理是：下行方向通过TDM广播的方式发送给各ONU数据，并用特定的标示来指示各时隙是属于哪个ONU的。再有所有ONU的全部信息的光信号功率在光分路器处被分成若干份经各分支到达各个ONU，各ONU根据相应的标识收取属于自己的下行信息数据，其它时隙的信息数据就丢弃。
上行方向通过TDMA方式实现接入。各ONU在OLT的控制下，只在OLT指定的时隙发送自己的信息数据。各ONU的时隙在光合路器处汇合，PON系统的测距和多址接入控制保证上行各ONU的信息数据部发生冲突。
基于TDM的PON主要分为APON/BPON(ATMPON/宽带PON)、EPON(以太网PON)和GPON(千兆比特PON)，但只有后两者目前有广泛的应用。其中，EPON非常适合IP业务的宽带接入，商用化程度最高。2004年，IEEE批准EPON标准为802.3ah，它支持上下行最高速率1.25Gb/s传输，最大分路比为64。EPON的优点主要有：(1)以太网技术成熟，设备成本低；(2)设备价格低，通用性好；(3)出去了IP数据传输的协议和格式转换，效率高，管理简单，可灵活支持基于PI的综合业务和多种服务质量管理。其缺点在于传送高质量保证的实时性业务比较复杂，服务质量问题和流量控制待加强。
GPON在高速率和多业务支持方面则有一定优势。2003年GPON被国际电联(ITU)采纳为标准G.984。GPON的优点主要有：(1)承载快速以太网和T1/E1电路不需要额外开销，也不会增加复杂性；(2)综合业务支持能力强，支持VLAN交换和其他新的以太网业务。其缺点是目前成本较EPON高，在仅承载以太网业务和语音业务时无明显优势。
3)基于波分复用的WDM-PON
WDM-PON是基于波分复用技术的，即在同一根光纤上同时采用多束不同波长的光，用不同波长的光分配给不同的业务或终端。从技术原理上来说，EPON和GPON都是功率分割型的，而WDM-PON则属于波分复用，使用光分路器识别局端(OLT)发出的各种波长，将信号分配给各路光节点(ONU)。WDM-PON优点在于可以实现较高的工作带宽，在网络管理和系统升级方面具有一定的优势，其缺点是成本很高，距离产业化和大规模应用还有很长的一段距离。
相关术语：
交织频分多址-Block Interleaved Frequency Division Multiple Access(B-IFDMA)；无源光网络-Passive Optical Network(PON)；光配线网-ODN；正交频分复用-OFDM；正交频分多址-OFDMA；块交织频分多址-B-IFDMA。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于块交织频分多址的无源光网络传输方法，降低ONU端发射机对调制器和放大器的要求，节约了用户端成本，B-IFDMA实现方式简单，减少了发射端的算法和器件的复杂程度。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种基于块交织频分多址的无源光网络传输方法，包括以下步骤：
在系统初始化阶段，通过DSP方法测量信道响应；
在发射端：
对用户信息进行调制，产生长度为P的符号块，其中P为系统为每个用户分配的子载波总数；
对下行链路，在OLT端符号块做前置信道补偿，前置信道补偿是利用初始化时测得的信道响应做信道反转，上行链路中，通过插入训练序列对OLT端做后置信道补偿；
将已调制的长度为P的符号块重复K次，产生一个长度为P×K的符号块，其中K为系统预留的总用户数；
长度为P×K的符号块分别经过M路不同的移位因子的作用，其中M为用户每个频域块中子载波数目，作用后生成的M路信号分别乘以对应的相移因子，将相移输出相加得到B-IFDM符号块；在频域上，B-IFDM符号块的频谱呈现以块为单位等间距分布，各用户的“块状”频谱交织分布在频谱资源上，实现频分多址；
添加循环前缀，进行成形滤波，再通过上变频操作将信号发射出去；
在接收端：
对接收信号进行滤波，下变频操作，再将信号通过FFT变换到频域进行子载波解映射，对上行链路，对解映射以后的数据做后置信道补偿；
IFFT变换回时域进行后续解码，恢复出传送的原始比特信息。
根据上述方案，对用户信息进行调制的方法为相移键控PSK或者正交幅度调制QAM。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)简化了ONU端的收发机结构，降低了ONU端成本，同时提供弹性的接入方式，块交织频分多址方式可以提高系统传输性能；2)本发明方法通过频分多址，提高传输速率。
附图说明
图1是PON网络体系结构示意图。
图2是本发明一种基于块交织频分多址的无源光网络传输方法发送端DSP处理框图。
图3是本发明一种基于块交织频分多址的无源光网络传输方法接收端DSP处理框图。
图4是本发明中B-IFDMA符号形成的时域和频域变换示意图。
图5是基于B-IFDMA技术的PON传输方法结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细的说明。块交织频分多址(B-IFDMA)是单载波频分复用(SC-FDMA)技术的一种时域产生方法，本质上是一种单载波技术，此技术通过为每个用户分配不同的子载波块来实现多址接入，子载波的分配是通过时域上的符号重复、循环移位和相移来实现。由于B-IFDMA也可以看成是OFDMA的扩展，故其继承了两种接入方式的优点。
B-IFDMA本质是单载波传输，其具有较低的峰均比(PAPR)，这可降低ONU端发射机对调制器和放大器的要求，节约用户端成本。B-IFDMA实现方式简单，减少发射端的算法和器件的复杂程度，这些优点恰好是PON中的ONU需要的。同时它可以自定义子载波块的大小，按需求提供灵活的带宽接入。
本发明方法具体实现方式如下：
在系统初始化阶段，通过DSP(数字信号处理，Digital Signal Processing)方法测量信道响应。
在发射端，首先对用户信息进行PSK(相移键控，phase-shift keying)或者QAM(正交幅度调制，Quadrature Amplitude Modulation)等任意方式的调制，产生长度为P的符号块，其中，P为系统为每个用户分配的子载波总数。对下行链路，在OLT端符号块先做前置信道补偿，前置信道补偿是利用初始化时测得的信道响应做信道反转，对上行链路ONU端该步骤省略，上行链路中通过插入训练序列来实现在OLT端的后置信道补偿。将已调制长度为P的符号块重复K次，产生一个长度为P×K的符号块，其中，K为系统预留的总用户数。接着，长度为P×K的符号块分别经过M路不同的移位因子的作用，其中，M为用户每个频域块中子载波数目，作用后生成的M路信号分别乘以对应的相移因子，将相移输出相加就得到B-IFDM符号块。
在频域上，B-IFDM符号块的频谱呈现以块为单位等间距分布，各用户的“块状”频谱交织分布在频谱资源上，从而实现了频分多址。最后，添加循环前缀，进行成形滤波，再通过上变频操作后将信号发射出去。
在接收端，首先对接收信号进行滤波，下变频操作，接着将信号通过FFT(快速傅氏变换，Fast Fourier Transformation)变换到频域进行子载波解映射，对上行链路，对解映射以后的数据做后置信道补偿，下行链路已在OLT端做前置信道补偿，故该步骤省略。再通过IFFT(快速傅里叶逆变换，Inverse Fast Fourier Transform)变换回时域进行后续解码，恢复出传送的原始比特信息。图2和图3分别对应了发射机和接收机的DSP实现框图，图4简单地演示了两个用户的B-IFDMA符号形成的时域和频域变换，其中用户二在一个帧中发送的数据量是用户一的二倍，每个频域块中的子载波数也可以根据实际需求进行调节。
本发明可用于25Gb/s及更高速率的基于B-IFDMA的PON上、下行结构方案。在已有方案中，TDM-PON是进行时分复用的，需要在OLT端采用突发模式接收。WDM-PON采用波分复用技术，需要多个激光器和接收机，另外波长管理和AWG等非常复杂。本发明通过对要传输的数据进行时域处理，以将各用户信息的频谱间隔呈块状分布，实现频分多址。
本发明中上、下行传输方法实现框图如图5所示。链路中，特定用户发射的基带数据首先进行重复、循环移位和相位偏移，这个偏移量是每个用户特定的，可以由OLT实现分配好，也可以根据不同的环境动态分配。最后信号经过波形成形，上变频一系列操作后等进入光纤传输。接收端光电检测后的电信号通过模拟下变频并滤波后，得到所需要的基带信号，经过数字信号处理，便可以得到用户发射的信号。

Claims (2)

1.一种基于块交织频分多址的无源光网络传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
在系统初始化阶段，通过DSP方法测量信道响应；
在发射端：
对用户信息进行调制，产生长度为P的符号块，其中P为系统为每个用户分配的子载波总数；
对下行链路，在OLT端符号块做前置信道补偿，前置信道补偿是利用初始化时测得的信道响应做信道反转，上行链路中，通过插入训练序列对OLT端做后置信道补偿；
将已调制的长度为P的符号块重复K次，产生一个长度为P×K的符号块，其中K为系统预留的总用户数；
长度为P×K的符号块分别经过M路不同的移位因子的作用，其中M为用户每个频域块中子载波数目，作用后生成的M路信号分别乘以对应的相移因子，将相移输出相加得到B-IFDM符号块；在频域上，B-IFDM符号块的频谱呈现以块为单位等间距分布，各用户的“块状”频谱交织分布在频谱资源上，实现频分多址；
添加循环前缀，进行成形滤波，再通过上变频操作将信号发射出去；
在接收端：
对接收信号进行滤波，下变频操作，再将信号通过FFT变换到频域进行子载波解映射，对上行链路，对解映射以后的数据做后置信道补偿；
IFFT变换回时域进行后续解码，恢复出传送的原始比特信息。
2.如权利要求1所述的一种基于块交织频分多址的无源光网络传输方法，其特征在于，对用户信息进行调制的方法为相移键控PSK或者正交幅度调制QAM。
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