CN1099174C - 光纤通信系统 - Google Patents
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Abstract
一种光纤通信系统包括一个通过一个光纤网络与n个用户相连接的头端。该头端包括一个发送机单元(1,5)和一个接收机单元(2),并且每个用户都有一个包括一个光学接收机(10)和一个发送机单元(11)的光学网络单元(9)。头端发送机和接收机单元(1和2)通过至少一个被动光学网络(3,4或3’)分别与用户光学网络单元(9)的接收机(10)和发送机单元(11)相连接。头端发送机单元由一个被一个副载波复用器(5)所驱动的光学发送机(1)构成,该副载波复用器有多个不同频率的输入副载波。这些副载波中的一个副载波运载由另一个发送机单元(6)所提供的交互信号。其余的副载波运载宽带服务信号。每个用户发送机单元(11)都含有一个光学发送机以及用来综合各交互信号和控制信号以驱动上述光学发送机的装置。头端含有一个系统控制单元(8),用来根据头端接收机单元(2)从用户发送机单元(11)所接收到的控制信号来控制头端发送机单元(1,5)的宽带服务发送。
Description
本发明涉及一种光纤通信系统,特别地涉及一种能够同时运载宽带信号和诸如电话和ISDN这样的交互信号的光纤通信系统。
在光学发送系统中,所使用的辐射不一定是电磁波谱中的可见谱区域,因此本说明中所使用的词汇“光学的”和“光”并不意味着限定于可见光谱。例如,通过硅光纤发送的优选波长就位在波谱的红外区域内,这是因为硅光纤的最小损耗发生在约1.3μm和1.5μm处。
光学发送系统可以用来分配诸如电话和ISDN这样的交互服务和诸如电视频道、可视电话这样的宽带服务以及诸如图像视频内容的信息服务。一般地说,至少从目前的订户线路方面而言。基本的服务是电话。不过,可以看到对光学发送系统日益增涨的要求是能够同时运载交互服务和宽带服务。
有各种不同的技术可以用来分离在同一线路上传送的不同服务,例如所发送的信号可以是时间复用、波长复用、或者是副载波频率复用的。在不同的服务中使用不同波长的波分复用,在扩充服务种类和需要附加频道时将要求配备附加的光学发送机和接收机。
普通的宽带服务设备,例如有线电视公司所提供的设备,利用了振幅调制(AM)发送。不幸的是,由于信噪比的限制和由光学发送机引入的交互调制失真,AM发送不适用于被动光学网络(PON)。虽然正在开发具有能满足这两个领域的性能要求的前景的激光器,但由于可达到的光学预算仍是十分有限的,所以信号的光学分离将很少会被采用。
下述文献描述了一些已知的宽带光纤通信系统:EP-A-0386466、EP-A-0380945、光波技术斯刊,11卷1期,1993年1月,美国纽约,第60-68页(Journalof Lightwave Technology,vol.11,no.1,January 1993,New York US;pages 60-68)(作者Olshanky等人)、以及光波技术期刊,11卷1期,1993年1月,美国约纽,第106-115页(Journal of Lightwave Technology,vol.11,no.1,January 1993,New York US;pages 106-115)(作者Tsuchiya等人)。
本发明提供一种光纤通信系统,它包括一个通过一个光纤网络与多个用户相连接的头端,该头端包括一个发送机单元和一个接收机单元,每个用户都有一个包括一个光学接收机和一个发送机单元的光学网络单元,头端发送机和接收机单元通过至少一个被动光学网络分别与各用户光学网络单元的接收机和发送机单元相连接,上述至少一个被动光学网络构成了光纤网络,其中头端发送机单元由一个被动光学网络构成了光纤网络,其中头端发送机单元由一个被一个副波复用器所驱动的光学发送机构成,该副载波复用器有多个频率不同的输入副载波,上述副载波中的一个运载由另一个发送机单元所提供的时分复用交互信号,而其余的各个副载波则运载宽带服务信号,其中每个用户发送机单元含有一个光学发送机和用来综合各个交互信号以及控制信号以驱动上述光学发送机的装置,而且其中头端含有一个系统控制单元,用来根据头端接收机单元从用户发送机单元所接收到的控制信号来控制头端发送机单元的宽带服务发送,以及,其中的向上方向发送利用了基带上的时分多重访问。
有利的安排是,头端光学发送机工作于第一预定波长,而各个用户光学发送机工作于第二预定波长。优选的做法是,第一预定波长位在1500nm至1650nm范围内,第二预定波长位在1260nm至1360nm范围内。
在一个优选实施例中,上述至少一个被动光学网络由分立的第一和第二单向被动光学网络组成,每个单向网络都有一个n路分支器,第一单向被动光学网络把头端发送机单元连接到用户光字网络单元的接收机上,而第二单向被动光学网络把头端接收机单元连接到用户光学网络单元的发送机单元上。或者,上述至少一个被动光学网络也可以由一个带有n路分支器的双向被动光学网络构成。在该情形下,头端发送机单元和头端接收机单元通过一个波分复用器(WDM)连接到双路被动光学网络上,而各个用户的接收机和发送机单元通过各自的WDM连接到双路被动光学网络上。
该系统最好还包括一个视频服务器,用来向运载宽带服务信号的副载波提供电视电影信号信息。在该情形下,该系统还可以再包括一个开关,用来控制视频服务器向运载宽带服务信号的副载波提供电视电影信号信息。有利的做法是,该系统再包括一个广播分配网络,用来通过上述开关向运载宽带服务信号的副载波提供广播电视频道。广播分配网络和视频服务器最好用一个SDH(同步数字系统)环连接到开关上。
方便的做法是,在每个用户光学网络单元的接收机上都配有各自的接收机/调谐器单元,该接收机/调谐器单元设计得用来把接收到的电视电影信号信息转换成适合于电视设备接收的形式。
有利的做法是,交互信号用数字相位调制方式调制到上述副载波上。优选的做法是,宽带服务信号用频率调制方式调制在上述其余各个副载波上。或者,宽带服务信号用数字相位调制方式调制在上述其余各个副载波上。不论在哪一种情形中,在把信号以数字相位调制方式调制到上述副载波上时都可以用平方相移键控(QPSK)技术。
在一个优选实施例中,另一个发送机单元是一个TPON头端发送机。有利的做法是,该TPON头端发送机是一个比特传输系统(BTS)发送机,该比特传输系统发送机最好按比特来交织多个通讯数据信号流。
根据本发明所构筑的两种形式的光纤通信系统将在下面通过例子参考附图进行说明,在附图中,
图1是第一系统的原理性表示;
图2是第二系统的原理性表示;
图3是图1和图2系统中任一种系统的修改形式的头端的原理性表示。
参见附图,图1示出了一个TPON/BPON(电话被动光学网络/宽带被动光学网络)光纤通信系统,它有一个包含一个BPON发送机1和一个TPON接收机2的头端站。发送机1通过一个单向PON连接到256个用户室(只画出了其中的一个)中,该单向PON总的用代号3表示。类似地,TPON接收机2通过一个单向PON连接到256个用户室中,该单向PON总的用代号4表示。BPON发送机1基本上是一个配备有控制/监视电路的激光器。如果需要,可以在该激光器的下方配备一个光学放大器(例如光纤放大器)。一种适合的BPON发送机就是文献“被动光学网络上的宽带系统”(Broadband Systemsonpassiveopticalnetworks)(英国通信技术期刊,7卷2期115-122页,1989年4月(British TelecomTechnology,Journal,vol.7,no.2,pages115-122,April(1989))中所描述的那种发送机。TPON接收机2是一种标准的TPON光学接收机,其类型例如是下述文献中所描述的那种接收机:“被动光学网络上的电话设备(Theprovisionoftelephonyoverpassiveopticalnetworks)”(英国通信技术期刊,7卷2期100-114页,1989年4月。
BPON发送机1被一个FM(调频)副载波复用器5所驱动,后者有32个输入的副载波,每个的容量可高达40Mbit/s。这种副载波复用技术使得可以在一个光学波长上发送32路复用的副载波,这里该光学波长选为1550nm。这些副载波的频率范围从950MH攬z攭到2GH攬z攭,各个副载波之间相隔27MH攬z欚。其中31个副载波中的每一个都可以是频率调制的或是数字相位调制的。当使用频率调制时,这31个副载波的每一个都只传送一个模拟电视频道。每个副载波也可以用高达40Mbit/s的比特率的QPSK进行数字相位调制,由于每个电视频道可以压缩到约2Mbit/s,所以31个副载波中的每一个都可以支持16至18个压缩电视频道,从而整个复用可以支持558个频道。余下的那个副载波运载来自TPON头端6的信号,该信号提供诸如电话、ISDN、传真等的交互服务。该TPON头端6可以是上述文献“被动光学网络上的电话设备”中所描述的那种类型的TRTPON比特传输系统(BTS)。
TPON头端6连接在主电话网络上,如箭头7所示。由BPON发射机1、TPON接收机2、副载波复用器5和TPON头端6所成组成的整个头端受一个控制/网络管理系统的控制,该管理系统总的用代号8表示。
每个用户室都含有一个光学网络单元(ONU)9,后者包括一个BPON接收机10和一个TPON亚系统单元11。由接收机10输出的电视频道信息经过一个控制盒13(类似于用来调谐卫星电视信号的机顶接收器)被输送给电视机12。BPON10是一个上述文献“被动光学网络上的宽带系统”中所描述的那种类型的雪崩光电二极管(APD)。TPON亚系统单元11是一个上述文献“被动光学网络上的电话设备”中所描述的那种类型的标准BTS(比特传输系统网络终端单元。该单元11含有一个光学发送机(例如一个法卜里—白洛激光器),用来借助于时分多重访问(TDMA)发送技术以1300nm的波长发送视像请求信号、电话服务信号和其他交互服务信号。该单元11还含有一个光学接收机和一个射频放大电路,用来驱动控制盒13。
TPON亚系统单元11含有一个解调器14,用来向TPON亚系统单元11提供向下方向的TDM(时分复用)TPON信号。然后TDM信号被解复用,以驱动用户室中的设备(CPE),例如一个电话机15。由电话机15(向上)输出的电话信号被TPON亚系统单元11复用化,以经过PON4向头端处的TPON接收机2进行TDMA发送。用户发出的向上方向的视像请求信号从控制盒13传递到TPON亚系统单元11,然后经过PON4和TPON接收机2返回到头端。控制盒13可以有红外遥控单元16控制。
TPON头端6的BTS接收从线路7到达的、作为带有请求信号的2Mbit/s的PCM数据流的一部分的语音和数据频道。在TPON头端6中,30个64Kbit/s语音和数据频道的统计地复用的指示信号被转换成可以提供给各个ONU9的形式。格式化成为8Kbit/s频道的每个语音和数据频道的指示信号例如用来控制响铃和提供环路切断探测。然后,每个64Kbit/s的语音和数据频道及其相关的8Kbit/s指示信号频道被与其他29个频道复用化,以形成一个2.16Mbit/s(=30×(64+8)Kbit/s的信号,该信号和一些备用比特一起,形成了对TPON头端6的2.352Mbit/s的界面。语音和数据信号以及相关的指示信号的组合叫做通讯数据。TPON头端6的作用就是向ONU9或从ONU9无损失地传送这个通讯数据。在TPON头端6中,该2.352Mbit/s的数据流和从其他7个PCM数据流导出的相似数据流是按比特交织在一起的,这样总共的比特率成为18.816bit/s,当加上控制信号后,在PON3上比特率变成20.48Mbit/s。
PON3的固有特性保证了所有的ONU9都可以接收到全部的20.48Mbit/s的数据流。每个特定的ONU9可以在TPON头端6的指令之下从复用信号中任何地点开始选出它自己的通讯数据,并提取出在原始的2.352Mbit/s数据流中相邻接的给定数目的8Kbit/s频道。在语音频道的情形下,一个ONU9选出9个8Kbit/s频道,其中64Kbit/s是语音的,8Kbit/s是相关指示信号的。然后该ONU9把这些频道转换成可与电话机15相连接的形式。
在相反的方向上发生了相反的过程,从电话机15得到的(64+8)Kbit/s通讯数据加上控制信号经过与其他ONU9信号的比特交织,被发送给PON4。实际上,各个比特是由PON4进行交织的,它们在TPON头端6处表现为一个连续的、完全交织的数据流。保证出现这一情况的定位机制由TPON头端6利用20.48Mbit/s的复用信号中的控制信号来控制。在我们的欧洲专利说明书318331、318332、318333、318335、5022004和512008中对该BTS(比特传输系统)有更详细的说明。
在使用中,头端把所有32个副载波所运载的所有信息全都通过PON3发送给所有256个相应的用户。如上所述,31个副载波运载电视频道,而电话服务和其他交互服务则提供在余下的那个专门用于这些服务的副载波上。
被其余31个副载波所运载的电视频道由一个视频服务器17提供。设计的安排是该网络可以同时发送多达560个电视频道(假定每个电视频道被压缩成2Mbit/s,并且每个副载波运载18个电视频道)。如果某一特定订户希望观看某个特定的电视电影,则通过该用户的控制盒13(可能利用了遥控单元16)、相应的TPON亚系统单元11和PON4向头端发送必要的请求。指示信号信息被TPON接收机2接收,然后经过TPON头端6和控制系统8被传递给视频服务器17。其后该视频服务器17把所请求的电视电影发送到一个有空的电视频道上,以向该用户发送该电影和一个控制信号,该控制信号使得该用户的控制盒13能够接收该电视频道。
图2示出图1所示系统的一种修改形式,在那里用一个双向PON3’取代了两个单向PON3和4。这两个图中相同的部件用相同的代号表示,所以这里将仅仅详细说明其中的修改部分。在该实施例中,所有向下方向的信号发送都与图1实施例有完全相同的形式,也就是说,头端把所有32个副载波上的所有信息全都通过BPON发送机1和PON3’发送给所有256个有关的用户。然而,向上方向的信息发送也都在PON3’上运载,并且每个用户的TPON亚系统单元11通过一个WDM18连接在各自相应的光纤上。类似地,TPON接收2通过位在第一分支点上方的WDM19连接在PON3’上。和前面一样,向下发送的信号工作于1550nm,向上发送的信号工作在1300nm。
图3示出用于图1系统或图2系统中的头端的一种修改形式。在该修改的头端中,有一个开关18放置在视频服务器(或视频分配网络)17和调频副载波复用器5之间。广播分配网络19也连接在开关18上,该网络提供多达几百个压缩的数字电视频道或广播电视节目。因此,该修改的头端既可以向用户提供广播电视频道,也可以提供请求的电视电影。视频分配网络17和广播分配网络19并不需要提供在头端自身内部,而最好是通过一个同步数字系统(SDH)或SONET环连接到头端上。
可以看到,上述系统与已知的广播发送系统相比有一些优点。特别地,采用调频副载波复用具有下述优点,即:
1、具有类似于数字(基带)调制限制的光学限制;
2、由于线性度要求绞不严格,所以可使用较廉价的激光器;
3、有可能不借助于光学放大而实现高度的PON分路;
4、频带与卫星电视拉收机的频带950MH攬z欚至2000MH攬z攭相兼容;
5、所使用的设备与地面无线电系统相兼容;
6、可以采用非常小的低功率光学接收机;以及
7、由于采用BPON发送机1来发送向下方向的TPON信号,所以头端处不需要一个分立的光学TPON发送机,在ONU也不需要一个分立的光学接收机,由此大为减少了光学元部件的成本。
与已经使用的低成本卫星接收机相兼容是特别重要的。于是,用户的ONU9可以直接取代卫星碟状天线,这时该ONU9可以直接连接到机顶接收机(控制盒12)上,并且可以由该接收机的本来用于低噪声阻断器(LNB)的电源来供电。
因此,上述每一种系统都能够通过光纤直接向家庭提供高级的交互宽带服务,例如按要求的电视服务。所说明的调频BPON方法能够实现高度的光学分路,TPON技术和这个方法的结合可提供强力的交互能力。很明显,上述系统除了可以用来运载按用户请求的电视服务之外,还可以用来运载其他宽带服务。例如,上述每一种TPON/BPON系统都可以改造得能够提供广播电视、来自一个中心碟状天线的卫星电视、以及诸如电视出席、宽带电视会议、虚拟现实和电视游戏等有创新性的拨号服务。
Claims (18)
1、一种包括有一个通过光纤网络与多个用户相连接的头端的光纤通信系统,该头端包括一个发送机单元和一个接收机单元,而且每个用户有一个包括一个光学接收机和一个发送机单元的光学网络单元,头端发送机和接收机单元通过至少一个被动光学网络分别与各用户光学网络单元的接收机和发送机单元相连接,上述至少一个被动光学网络构成了光纤网络,其中,头端发送机单元由一个被一个副载波复用器所驱动的光学发送机构成,该副载波复用器有多个不同频率的输入副载波,上述各副载波中的一个运载由另一个发送机单元所提供的时分复用交互信号,其余的副载波运载宽带服务信号,其中,每个用户发送机单元都含有一个光学发送机和用来综合交互信号和控制信号以驱动上述光学发送机的装置,而且其中头端含有一个系统控制单元,用来根据头端接收机单元从用户发送机单元接收到的控制信号来控制头端发送机单元的宽带服务发送,以及,其中的向上方向发送利用了基带上的时分多重访问。
2、根据权利要求1的系统,其中头端光学发送机设计得工作于第一预定波长,每个用户光学发送机设计得工作于第二预定波长。
3、根据权利要求2的系统,其中第一预定波长位在1500nm至1650nm的范围内,第二预定波长位在1260nm至1360nm的范围内。
4、根据权利要求1至3中任一项的系统,其中上述至少一个被动光学网络由分立的第一和第二单向被动光学网络构成,每个单向被动光学网络都有一个n路分支器,第一单向被动光学网络把头端发送机单元连接到用户光学网络单元的接收机上,第二单向被动光学网络把头端接收机单元连接到用户光学网络单元的发送机单元上。
5、根据权利要求1至3中任一项的系统,其中上述至少一个被动光学网络由一个具有一个n路分支器的双向被动光学网络构成。
6、根据权利要求1的系统,其中头端光学发送机设计得工作于第一预定波长,每个用户光学发送机设计得工作于第二预定波长;并且头端发送机单元和头端接收机单元通过一个波分复用器连接到双向被动光学网络上,并且每个用户的接收机和发送机单元分别通过各自的波分复用器连接到双向被动光学网络上。
7、根据权利要求1至3中任一项的系统,它还包括一个视频服务器,用来向运载宽带服务信号的副载波提供电视电影信号信息。
8、根据权利要求7的系统,它还包括一个开关,用来控制从视频服务器向运载宽带服务信号的副载波的电视电影信号信息提供。
9、根据权利要求8的系统,它还包括一个广播分配网络,用来通过上述开关向运载宽带服务信号的副载波提供广播电视频道。
10、根据权利要求9的系统,其中广播分配网络和视频服务器通过一个同步数字系统环连接到开关上。
11、根据权利要求7中任一项的系统,其中每个用户光学网络单元的接收机都配置有一个接收机/调谐器单元,该接收机/调谐器单元设计得用来把所接收到的电视电影信号信息转换成适合于电视设备接收的形式。
12、根据权利要求1至3中任一项的系统,其中交互信号是用数字相位调制方式调制在上述一个副载波上的。
13、根据权利要求1至3中任一项的系统,其中宽带服务信号是用频率调制方式调制在上述其余的副载波上的。
14、根据权利要求1至3中任一项的系统,其中宽带服务信号是用数字相位调制方式调制在上述其余的副载波上的。
15、根据权利要求1至3中任一项的系统,其中利用QPSK来把信号以数字相位调制方式调制在上述副载波上。
16、根据权利要求1至3中任一项的系统,其中另一个发送机单元是一个电话被动光学网络头端发送机。
17、根据权利要求16的系统,其中电话被动光学网络头端发送机是一个比特传输系统发送机。
18、根据权利要求16的系统,其中其中电话被动光学网络头端发送机是一个按比特交织多个通讯数据流的比特传输系统发送机。
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