CN107743050A - 采用四阶脉幅调制和解调技术实现高速光信号全双工收发的系统 - Google Patents
采用四阶脉幅调制和解调技术实现高速光信号全双工收发的系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种采用四阶脉幅调制和解调技术实现高速光信号全双工收发的系统:在光线路终端或光网络单元将数据输入脉冲幅度序列产生器、多进制脉冲幅度产生器产生基带四阶脉幅调制信号,并以连续波激光器生成的光波作为光载波源,将产生的基带4‑PAM信号加载到马赫增德尔调制器(MZM)上,从而生成4‑PAM光信号;然后经过长距离的单模光纤实现上下行链路的全双工传输;在光网络单元或光线路终端采用光电探测器把4‑PAM光信号转换为4‑PAM电信号,再用低通滤波器滤除带外噪声,随后采用多进制幅度判决器和多进制解码器将4‑PAM电信号还原成二进制信号。采用两个连续波激光器生成光载波源,使整个系统上行和下行链路均采用4‑PAM信号,有利于提高全双工双向传输光信号的频带利用率。
Description
技术领域
本发明属于在全双工光接入网络中采用四阶脉幅调制(4-PAM)和解调技术实现高速光信号收发新装置与系统。
背景技术
近年来,为了缩短不同的宽带通信服务与不同用户的距离,光纤到楼、光纤到办公室、光纤到户、光纤到桌面在无源光网络的基础上提供了“最后一公里”的解决方案。但是,未来快速增长的互联网数据流和大规模市场用户和商业应用的服务对光接入系统提出了更高容量、更高效率的需求。目前人们发现先进的调制格式和强度调制直接检测技术结合使用不但可以有效地获得更高的频谱效率以及更快的比特速率,而且可以极大的降低成本。四进制脉冲幅度调制(4-PAM)信号作为一种高谱效率的调制信号,已经在无线通信领域吸引了人们广泛的关注和兴趣。作为简单的高阶调制技术,4-PAM可以有效地提高传输速率,减少带宽需求。所以4-PAM调制和强度调制直接检测技术相结合成为长距离传输和接入系统研究的热点。
目前业界已提出在光传输系统中的4-PAM信号接收的方案,具有一定的经济效益,但是如何使其在全双工光接入系统中实现在上行和下行链路均采用
4-PAM信号,提高全双工双向传输光信号的频带利用率的收发装置尚未实现。
发明内容
本发明为解决了以上的问题,本发明设计了一种采用四阶脉幅调制和解调技术实现高速光信号全双工收发的系统。
采用的技术方案为:采用四阶脉幅调制和解调技术实现高速光信号全双工收发的系统,包括光线路终端、光网络单元、第一单模光纤和第二单模光纤;所述光线路终端,包括4-PAM光信号发送装置Ⅰ、第一光载波源生成装置、第二光载波源生成装置、光载波耦合装置、第三光波补偿器和4-PAM光信号接收装置Ⅰ;所述光网络单元,包括光载波分路器、第一滤波器、第二滤波器、第一和第二两个光波补偿器、4-PAM光信号接收装置Ⅱ和4-PAM光信号发送装置Ⅱ;数据进入光线路终端,经由4-PAM光信号发送装置Ⅰ产生基带4-PAM信号,加载到第一光载波源生成装置所生成的光载波源上生成4-PAM光信号,然后与第二光载波源生成装置所生成的光载波,经过光载波耦合装置耦合,经由第一单模光纤传输到光网络单元;光网络单元接收到第一单模光纤传输过来的信号,经由光载波分路器分成两路,一路为4-PAM光信号,另一路为未承载光信号的光载波,两路信号并分别通过第一滤波器和第二滤波器,再分别由第一光波补偿器和第二光波补偿器补偿光信号在光纤传输中的衰减;4-PAM光信号经过4-PAM光信号接收装置Ⅱ还原成二进制信号;而光网络单元接收到的数据则经过4-PAM光信号发送装置Ⅱ加载到另一路未承载光信号的光载波上生成4-PAM光信号,经过第二单模光纤传输回光线路终端;光线路终端接收到光网络单元传输过来的4-PAM光信号后,先经过第三光波补偿器补偿光信号在光纤传输中的衰减,再经由4-PAM光信号接收装置Ⅰ还原成二进制信号。
所述光线路终端中的4-PAM光信号发送装置Ⅰ与光网络单元中的4-PAM光信号发送装置Ⅱ具有相同的结构,均包括脉冲幅度序列产生器、多进制脉冲幅度产生器和马赫增德尔调制器;数据经过脉冲幅度序列产生器和多进制脉冲幅度产生器生成基带4-PAM信号,再与光载波加载到马赫增德尔调制器上,从而生成4-PAM光信号。
所述光线路终端中的4-PAM光信号接收装置Ⅰ与光网络单元中的4-PAM光信号接收装置Ⅱ具有相同的结构,均包括光电检测器、低通滤波器、多进制幅度判决器和多进制解码器;所述光电检测器把4-PAM光信号转换为4-PAM电信号,经过所述低通滤波器滤除带外噪声,再由所述多进制幅度判决器和多进制解码器将4-PAM电信号还原成二进制信号。
所述第一光载波源生成装置为光线路终端中的基带4-PAM信号提供光载波源用于生成承载4-PAM光信号的光载波,所述第二光载波源生成装置为光网络单元中的基带4-PAM信号提供光载波源用于生成承载4-PAM光信号的光载波,从而实现光信号全双工收发。第一光载波源生成装置和第二光载波源生成装置选用连续波激光器实现。
所述第一单模光纤和第二单模光纤分别用于进行光线路终端和光网络单元之间的上行和下行的全双工通信。
所述光载波耦合装置选用3dB光耦合器,用于将第一光载波源生成装置生成的4-PAM光信号和第二光载波源生成装置生成的未承载光信号的光载波耦合。
所述光载波分路器选用3dB光分路器,用于分别将光线路终端中被光载波耦合装置耦合的承载4-PAM光信号的光载波通过第一滤波器滤出,未承载光信号的光载波通过第二滤波器滤出。第一滤波器和第二滤波器选用贝塞尔光滤波器。
光线路终端中所述光波补偿器选用掺铒光纤放大器,用于补偿光载波在光纤传输中的衰减。
本发明的优点及有益效果:
1.在光线路终端采用两个连续波激光器生成两路光载波,同时满光纤光线路终端和光网络单元的4-PAM光信号的承载需求,使得上行和下行链路均采用4-PAM信号,有利于提高全双工双向传输光信号的频带利用率(相比较传统的非归零码(NRZ)信号而言)。
2.光线路终端的4-PAM光信号发送装置与光网络单元的4-PAM光信号发送装置结构相同,光线路终端的4-PAM光信号接收装置与光网络单元的4-PAM光信号接收装置结构相同,有利于在实际中中互相替换放置,更便于实际应用中进行维护和测试。
3.4-PAM信号是多阶幅度调制信号,不涉及信号的相位变换情况,在检测时只需要对幅度判决即可,相比多阶相位调制检测而言实现起来较容易。
附图说明
图1为本发明中光接入系统在实际网络中的应用图;
图2为本发明中双向4-PAM信号在无源光接入应用中的传输系统框图;
图3为本发明中下行4-PAM信号传输前后电谱及光谱图;
图4为本发明中上行4-PAM信号传输前后电谱及光谱图;
图5为本发明中上下行传输前后的眼图和上下行4-PAM接收信号BER性能比较图。
具体实施方式
下面将结合发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
图1为本发明在实际网络中的应用图。接入网主要涉及核心网到用户驻地网之间的所有设备,被形象的称为“最后一公里”接入网络;通常包含光线路终端、光网络单元和其中的单模光纤等。核心网主要包含电视网、公用电话网络和因特网等网络,这些网络通过交换机与光线路终端相连;在接入网中,通常采用单模光纤进行光线路终端和光网络单元之间的上下行全双工通信;光网络单元可以与许多面向用户应用的设备相连,如服务器、无线访问点、摄像机、传真机等。光纤接入信道与其他接入信道(如铜双绞线、同轴电缆、五类线、无线等)相比,最大优势在于可用带宽大,还有传输质量好、传输距离长、抗干扰能力强、网络可靠性高等特点。
图2为全双工收发和传输4-PAM信号的处理过程。
图1核心网的数据传输到光线路终端1中,通过脉冲幅度序列产生器Ⅰ5和多进制脉冲产生器Ⅰ6生成基带4-PAM信号,再与连续波激光器Ⅰ8生成的光波作为光载波源通过马赫增德尔调制器Ⅰ7加载,从而生成承载4-PAM光信号的光载波。同时,另一连续波激光器Ⅱ9生成未承载光信号的光载波,与承载4-PAM光信号的光载波,通过3dB光耦合器10耦合并通过第一单模光纤3发送到光网络单元2。
光网络单元2接收到从光线路终端发送来的光载波,通过3dB光分路器11分成两路,一路为承载4-PAM光信号的光载波,另一路为未承载光信号的光载波。承载4-PAM光信号的光载波通过贝塞尔滤波器Ⅰ12,再通过掺铒光纤放大器Ⅰ14补偿光信号在光纤传输中的衰减;另一路未承载光信号的光载波通过贝塞尔滤波器Ⅱ13滤出,再通过掺铒光纤放大器Ⅱ15来补偿光信号在光纤传输中的衰减。
上述承载4-PAM光信号的一路光载波,通过光电检测器Ⅰ16把4-PAM光信号转换为4-PAM电信号,再用低通滤波器Ⅰ17滤除带外噪声,随后采用多进制幅度判决器Ⅰ18和多进制解码器Ⅰ19将4-PAM电信号还原成二进制信号,发送给图1的用户驻地网。或者采用误码率测试仪进行测试试验。误码率测试仪与多进制解码器Ⅰ19连接。
同时,光网络单元2接收用户驻地网中的数据,通过脉冲幅度序列产生器Ⅱ20和多进制脉冲产生器Ⅱ21生成基带4-PAM信号,与先前分路出来的未承载光信号的光载波,经过马赫增德尔调制器Ⅱ22生成承载4-PAM光信号的光载波,并通过第二单模光纤4传输回光线路终端1;通过光线路终端1的掺铒光纤放大器Ⅲ23补偿光信号在光纤传输中的衰减,再通过光电检测器Ⅱ24把4-PAM光信号转换为4-PAM电信号,再用低通滤波器Ⅱ25滤除带外噪声,随后采用多进制幅度判决器Ⅱ26和多进制解码器Ⅱ27将4-PAM电信号还原成二进制信号,发送给图1的核心网。或者采用误码率测试仪进行测试试验。误码率测试仪与多进制解码器Ⅱ27连接。
测试结果如附图3所示,其中图(a)和图(b)分别为下行10Gb/s的4-PAM信号传输前后电谱,图(c)和图(d)分别为下行4-PAM信号传输前后光谱。从图(a)和图(b)中可以看出,下行4-PAM信号的电谱测试带宽为5GHz。图(c)显示了采用两个连续波激光器生成两路光载波(在光线路终端),其中一路光载波承载下行的4-PAM光信号和另一路未承载光信号的光载波通过3dB光耦合器耦合后的光谱,其中:中心频率为193.1THz的光载波上承载了下行的4-PAM光信号,中心频率为193.16THz的光载波未承载光信号(传输至光网络单元后进行上行4-PAM光信号承载);图(d)为在光网络单元采用3dB光分路器将下行光信号分成两路后,其中一路通过一个贝塞尔滤波器滤出下行的4-PAM光信号并经过掺铒光纤放大器后测得的光谱。上述结果证明:测试的电谱带宽在传输前后都未有变化,且占用带宽为传统二进制信号占用带宽的一半,这将在一定程度上提升接入信号的频带利用率;测试的光谱说明了下行传输前后,下行的4-PAM光信号被有效滤出。
附图4为本发明中上行4-PAM信号传输前后电谱及光谱图,其中图(a)和图(b)分别为上行4-PAM信号传输前后电谱,图5(c)和图(d)分别为上行4-PAM信号传输前后光谱。与图3中(a)和(b)类似,上行4-PAM信号的电谱测试带宽也为5GHz。图(c)为在光网络单元采用3dB光分路器将下行光信号分成两路后,其中一路通过另一个贝塞尔滤波器(区别于前面所述用到的贝塞尔滤波器)滤出下行的未承载光信号的光载波放大后,并在光网络单元中级联马赫增德尔调制器承载上行4-PAM信号测得的光谱。图(d)为上行4-PAM光信号经过20km单模光纤传输并经过掺铒光纤放大器后的4-PAM上行信号的光谱。
附图5为本发明中上下行传输前后的眼图和上下行4-PAM接收信号BER性能比较,其中插图(a)和(b)分别为下行传输前后的眼图,插图(c)和(d)分别为上行传输前后的眼图。从上下行传输前后的眼图可以看出,传输后的眼图虽然张开较大,但相对传输前的眼图还是有轻微的劣化,因为经过20km光纤传输信号将受到信道噪声的影响。为了进一步获得上下行4-PAM信号的接收性能,分别对上下行链路测得了不同接受光功率时,背靠背情况下和传输20km光纤情况下4-PAM接收信号的BER值。我们将前向纠错码极限值(1×10-3)与接收BER值作比较来测试灵敏度,从图中不难得出结论:当误码率为10-3时,对于上行传输,传输后的信号接受功率比较传输前有1.3dBm的功率损失,对于下行传输,传输后的信号接受功率比较传输前有1.2dBm的功率损失。总之,采用10Gb/s四阶脉幅调制技术生成的全双工信号在无源光接入系统中进行双向传输时,上下行4-PAM信号均能在误码率低于前向纠错码极限值的情形下进行接收。
Claims (10)
1.采用四阶脉幅调制和解调技术实现高速光信号全双工收发的系统,其特征在于:包括光线路终端(1)、光网络单元(2)、第一单模光纤(3)和第二单模光纤(4);所述光线路终端(1),包括4-PAM光信号发送装置Ⅰ、第一光载波源生成装置、第二光载波源生成装置、光载波耦合装置、第三光波补偿器和4-PAM光信号接收装置Ⅰ;所述光网络单元(2),包括光载波分路器、第一滤波器、第二滤波器、第一和第二两个光波补偿器、4-PAM光信号接收装置Ⅱ和4-PAM光信号发送装置Ⅱ;数据进入光线路终端,经由4-PAM光信号发送装置Ⅰ产生基带4-PAM信号,加载到第一光载波源生成装置所生成的光载波源上生成4-PAM光信号,然后与第二光载波源生成装置所生成的光载波,经过光载波耦合装置耦合,经由第一单模光纤(3)传输到光网络单元(2);光网络单元(2)接收到第一单模光纤(3)传输过来的信号,经由光载波分路器分成两路,一路为4-PAM光信号,另一路为未承载光信号的光载波,两路信号并分别通过第一滤波器和第二滤波器,再分别由第一光波补偿器和第二光波补偿器补偿光信号在光纤传输中的衰减;4-PAM光信号经过4-PAM光信号接收装置Ⅱ还原成二进制信号;而光网络单元(2)接收到的数据则经过4-PAM光信号发送装置Ⅱ加载到另一路未承载光信号的光载波上生成4-PAM光信号,经过第二单模光纤(4)传输回光线路终端(1);光线路终端(1)接收到光网络单元(2)传输过来的4-PAM光信号后,先经过第三光波补偿器补偿光信号在光纤传输中的衰减,再经由4-PAM光信号接收装置Ⅰ还原成二进制信号。
2.根据权利要求1所述的采用四阶脉幅调制和解调技术实现高速光信号全双工收发的系统,其特征在于:所述光线路终端(1)中的4-PAM光信号发送装置Ⅰ与光网络单元(2)中的4-PAM光信号发送装置Ⅱ具有相同的结构,均包括脉冲幅度序列产生器、多进制脉冲幅度产生器和马赫增德尔调制器;数据经过脉冲幅度序列产生器和多进制脉冲幅度产生器生成基带4-PAM信号,再与光载波加载到马赫增德尔调制器上,从而生成4-PAM光信号。
3.根据权利要求1所述的采用四阶脉幅调制和解调技术实现高速光信号全双工收发的系统,其特征在于:所述光线路终端(1)中的4-PAM光信号接收装置Ⅰ与光网络单元(2)中的4-PAM光信号接收装置Ⅱ具有相同的结构,均包括光电检测器、低通滤波器、多进制幅度判决器和多进制解码器;所述光电检测器把4-PAM光信号转换为4-PAM电信号,经过所述低通滤波器滤除带外噪声,再由所述多进制幅度判决器和多进制解码器将4-PAM电信号还原成二进制信号。
4.根据权利要求1所述的采用四阶脉幅调制和解调技术实现高速光信号全双工收发的系统,其特征在于:所述第一光载波源生成装置为光线路终端中的基带4-PAM信号提供光载波源用于生成承载4-PAM光信号的光载波,所述第二光载波源生成装置为光网络单元中的基带4-PAM信号提供光载波源用于生成承载4-PAM光信号的光载波,从而实现光信号全双工收发。
5.根据权利要求1所述的采用四阶脉幅调制和解调技术实现高速光信号全双工收发的系统,其特征在于:所述第一光载波源生成装置和第二光载波源生成装置选用连续波激光器实现。
6.根据权利要求1所述的采用四阶脉幅调制和解调技术实现高速光信号全双工收发的系统,其特征在于:所述第一单模光纤(3)和第二单模光纤(4)分别用于进行光线路终端和光网络单元之间的上行和下行的全双工通信。
7.根据权利要求1所述的采用四阶脉幅调制和解调技术实现高速光信号全双工收发的系统,其特征在于:所述光载波耦合装置选用3dB光耦合器(10),用于将第一光载波源生成装置生成的4-PAM光信号和第二光载波源生成装置生成的未承载光信号的光载波耦合。
8.根据权利要求1所述的采用四阶脉幅调制和解调技术实现高速光信号全双工收发的系统,其特征在于:所述光载波分路器选用3dB光分路器(11),用于分别将光线路终端(1)中被光载波耦合装置耦合的承载4-PAM光信号的光载波通过第一滤波器滤出,未承载光信号的光载波通过第二滤波器滤出。
9.根据权利要求8所述的采用四阶脉幅调制和解调技术实现高速光信号全双工收发的系统,其特征在于:所述第一滤波器和第二滤波器选用贝塞尔光滤波器。
10.根据权利要求1所述的采用四阶脉幅调制和解调技术实现高速光信号全双工收发的系统,其特征在于:光线路终端(1)中所述光波补偿器选用掺铒光纤放大器,用于补偿光载波在光纤传输中的衰减。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180227 |