CN111431659A - 一种多粒度混合的光正交模分复用接入系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于光正交模分复用，电码分复用正交频分复用的新型无源光网络接入系统，使不同的用户/服务可以同时占用相同的子载波，并且可以消除由于高代码相关性而导致的不同用户/服务之间的干扰，另外由于具有很高的码增益，可以抵抗功率分配器的损耗，从而支持更多的用户，并减轻不同用户之间的差拍噪声，同时采用多模光纤作为传输媒介，每种模式可以单独传输终端到用户的信号，并提出了光正交模分复用的方法，从而消除了模式与模式之间的串扰，大大提高了系统的信息传输质量。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种多粒度混合的光正交模分复用接入系统。
背景技术
正交频分复用无源光网络由于其高频谱效率，高色散容忍度以及多种服务供应和动态带宽分配的灵活性而被视为未来宽带接入网络的有效解决方案。近年来，许多研究和开发集中在正交频分复用无源光网络上，例如混合波分复用-正交频分复用无源光网络和混合时分复用-正交频分复用无源光网络。然而，波分复用-正交频分复用无源光网络系统需要大量的高速OFDM收发器和阵列波导光栅在光网络单元之间分配宽带，这不仅会增加系统成本和复杂度，而且缺乏根据不同服务和用户之间的需求，在多个网络之间动态分配资源的灵活性。时分复用-正交频分复用无源光网络系统支持在不同的服务和用户之间动态分配带宽，但仍需要改进，例如有下行传输引起的不同用户之间的干扰和物理层的不安全性。电码分多址技术具有许多吸引人的功能，例如高功率预算，安全的物理层，不同用户之间的干扰小以及不同信道之间的低差拍噪声。
人们已经通过利用单模光纤中的两个偏振模承载信号，来增加系统容量。然而同一芯中的多个模式，可作为对的传输信道，可称为模式复用。目前美国、日本等发达国家已经对少模光纤等新型光纤的超高容量传输进行了大量研究，并取得迅猛发展。因此基于模式复用技术的多芯光纤以成为光纤通信发展的趋势。模式复用技术是一种基于光纤波导传输模式，采用除了基本传输模式外还包括更高阶模式作为载波，进行模分复用，实现更高容量，更高传输速率的新型光通信技术。在模式复用传输系统中，由于多模光纤(一般传输模式数2～10)具有较大的模场面积，因此模式传输中受到模间色散、模间耦合以及非线性损伤的影响要比传统多模光纤更轻微，因此有很大的研究价值。
然而，由于多模光纤在制造过程中不可避免的存在着材料、工艺等造成的折射率分布缺陷，以及在铺设工程中受外力影响造成的微弯、光纤跨段失配等影响，原本正交的传输模式在传输中发生相互耦合串扰，这种耦合是随机的，造成接收端模式信号的模糊，传输性能受到限制。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种多粒度混合的光正交模分复用接入系统，以解决上述背景技术中提出的实际问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多粒度混合的光正交模分复用接入系统，包括至少一个终端数字信号处理模块，用于根据终端输入数据的数字信号处理输出，
数模转换及调制模块，用于对所述终端数字信号处理模块的输出的数字信号进行数模转换并将模拟信号加载到激光载体上；
复用解复用光纤传输模块，用于将光信号复用后通过多模光纤并解复用传输到用户端；
用户端，用于接收通过所述复用解复用光纤传输模块传输的光信号，对光信号进行解调提取数据信号。
进一步的，所述终端数字信号处理模块内配设有与用户数目相同的码片。
进一步的，所述数模转换及调制模块包括任意波发生器，所述任意波发生器将所述终端数字信号处理模块输入的数字信号进行数模转换并结合激光器、空间光调制器和马赫曾德尔调制器产生光信号。
进一步的，所述复用解复用光纤传输模块包括模式复用器、多模光纤和模式解复用器，所述模式复用器将所述马赫曾德尔调制器上转化成的光信号通过正交模式耦合到所述多模光纤中，所述多模光纤中的光信号再通过模式解复用器解复用还原光信号给所述用户端。
进一步的，所述用户端具体包括将所述模式解复用器解复用还原的光信号通过正交模式传输给空间光调制器，再经过功率分配器分配给用户。
进一步的，所述多模光纤上还设有掺饵光纤放大器。
进一步对，所述码片采用沃尔什码编码。
(三)有益效果
本发明据不同服务和用户之间的需求，在多个网络之间动态分配资源的灵活性，进行模分复用，实现更高容量，更高传输速率的新型光通信技术，采用正交模分复用分的方法在多模光纤的两端进行复用解复用，模式与模式之间相互正交，从而在传输过程中避免了模式之间的耦合串扰，不仅大大提高了系统的传输容量，也避免了接收端信号的模糊问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明实施例1结构示意图；
图2为本发明正交模式的生成示意图；
图3为本发明用户端下行传播的流程图；
具体实施方式
下面将结合本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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图3，以3模光纤通信系统作为本发明的实施例1，在终端首先经过星座映射后，根据用户不同的需求量分配不同的码片，下行信道用码片扩频，然后分配给给定的子载波以生成OFDM帧，该帧通过快速傅里叶逆变换实现。其中每个码片采用沃尔什码编码，沃尔什码使用阶数为2L的哈达玛矩阵定义，因此扩频矩阵为
假设u[k]和v[k]是QAM数据符号，其中k表示第k个符号。功率自适应后，编码信号通过傅里叶逆变换映射到OFDM子载波中，第k个OFDM符号可以写为
其中m是第m个用户，fi表示OFDM信号第i个子载波，N表示OFDM的子载波数，以上就生成了ECDM-OFDM信号，并上传到任意波形发生器进行数/模转换，然后加载到马赫曾德尔调制器上转化成光信号，同理另外两种模式的光信号也用此方法生成，这三种模式都是经过空间光调制器调制后生成，经过模式复用后进入少模光纤，再经过EDFA放大后(用于补偿信号传输过程中的衰减)传输到用户端，最后解复用还原为复用前的三种模式光信号。在用户端，正交模式1、正交模式2和正交模式3再分别经过空间光调制器调制为低阶模，三种模式的光信号分别经过功率分配器分配给用户。携带信息的光信号经过光电探测器转换为模拟电信号，再经过模/数转换为数字电信号，经过I-Q调制后分成两路信号，再分别经过快速傅里叶变换从子载波中提取接收信号，与其专用代码芯片相关。由于沃尔什码的正交性质，可以从下行信号中提取正确的数据，并且可以消除两个ONU的干扰。最后通过星座解映射，还原为二进制比特流。
为了进一步阐释实施例中的正交模式原理，请参阅图2，通过CCD来观察观察三种正交模式耦合后光斑的场强度，耦合后光斑场强度分布为环状，相比于传统的少模复用，每种模式与每种模式之间没有干扰，采用正交模分复用的方法，在复用端，用空间光调制器分别产生三种正交模式的光，经过复用后耦合进多模光纤，耦合后的光斑呈环状，这样模式与模式之间就没有串扰，在解复用端三种正交模式的光经过空间光调制器后解调回基模光。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (7)
1.一种多粒度混合的光正交模分复用接入系统，其特征在于：包括至少一个终端数字信号处理模块，其用于根据终端输入数据的数字信号处理输出，
数模转换及调制模块，用于对所述终端数字信号处理模块的输出的数字信号进行数模转换并将模拟信号加载到激光载体上；
复用解复用光纤传输模块，用于将光信号复用后通过多模光纤并解复用传输到用户端；
用户端，用于接收通过所述复用解复用光纤传输模块传输的光信号，对光信号进行解调提取数据信号。
2.根据权利要求1所述的一种多粒度混合的光正交模分复用接入系统，其特征在于：所述终端数字信号处理模块内配设有与用户数目相同的码片。
3.根据权利要求1所述的一种多粒度混合的光正交模分复用接入系统，其特征在于：所述数模转换及调制模块包括任意波发生器，所述任意波发生器将所述终端数字信号处理模块输入的数字信号进行数模转换并结合激光器、空间光调制器和马赫曾德尔调制器产生光信号。
4.根据权利要求3所述的一种多粒度混合的光正交模分复用接入系统，其特征在于：所述复用解复用光纤传输模块包括模式复用器、多模光纤和模式解复用器，所述模式复用器将所述马赫曾德尔调制器上转化成的光信号通过正交模式耦合到所述多模光纤中，所述多模光纤中的光信号再通过模式解复用器解复用还原光信号给所述用户端。
5.根据权利要求4所述的一种多粒度混合的光正交模分复用接入系统，其特征在于：所述用户端具体包括将所述模式解复用器解复用还原的光信号通过正交模式传输给空间光调制器，再经过功率分配器分配给用户。
6.根据权利要求4所述的一种多粒度混合的光正交模分复用接入系统，其特征在于：所述多模光纤上还设有掺饵光纤放大器。
7.根据权利要求2所述的一种多粒度混合的光正交模分复用接入系统，其特征在于：所述码片采用沃尔什码编码。
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