WO2018232571A1 - 上行光信号调制方法、光通信节点及系统 - Google Patents

上行光信号调制方法、光通信节点及系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种上行光信号调制方法、光通信节点及系统，属于光通信技术领域，所述方法：根据激光器产生的本地载波信号，相干接收中心节点发送的下行光信号；计算本地载波信号与下行光信号的频偏估计值，频偏估计值为本地载波信号与下行光信号的中心频率的差值；根据频偏估计值对上行基带信号进行移频和数模转换处理，上行基带信号根据上行数据生成，数模转换用于将数字信号转换为模拟信号；根据本地载波信号和数模转换处理后的上行基带信号调制得到上行光信号。本申请实施例中，用户节点能够根据频率跳变情况进行及时调节；且无需对激光器进行频率调节，即使用户节点的激光器未配置频率调整接口，也能实现上行光信号调制，降低了用户节点的制造成本。

Description

上行光信号调制方法、光通信节点及系统 技术领域
本申请涉及光通信技术领域，特别涉及一种上行光信号调制方法、光通信节点及系统。
背景技术
随着高清视频以及虚拟现实(英文：Virtual Reality，简称：VR)技术的不断发展，用户对光通信系统的通信容量以及延时的需求越来越高。为了提升光通信系统的通信容量并降低延时，频分多址(英文：Frequency Division Multiple Access，简称：FDMA)技术和码分多址(英文：Code Division Multiple Access，简称：CDMA)技术被应用于光通信系统中。
以FDMA技术为例，将FDMA技术应用到光通信系统后，系统中单个波长被分割为若干个子载波，且系统中各个用户节点灵活分配波长以及波长内的通道资源。各个用户节点通过链路上的光耦合器相连，并最终与系统中的中心节点相连，从而与中心节点进行上下行光信号传输。
为了避免各个用户节点使用的子载波之间相互串扰，各个子载波之间需要预留频率保护间隔。然而在上行光信号传输过程中，由于上行光信号由各个用户节点使用各自的激光器分别进行调制，当某一用户节点的激光器发生频率偏移，且频率偏移量超过频率保护间隔时，该用户节点使用的子载波将会与相邻子载波之间发生串扰。
为了避免激光器频率偏移造成的子载波串扰，相关技术中，用户节点接收到中心节点传输的下行光信号后，根据下行光信号和激光器产生的本地载波信号，计算得到激光器的频偏估计值，从而利用该频偏估计值对激光器进行反馈调节。即使激光器发生频率偏移，通过上述调节机制，激光器产生的本地载波信号仍旧能够与下行光信号保持同步，从而避免调制出的上行光信号之间相互串扰。
然而，由于激光器进行反馈调节的速度较慢，当下行光信号或激光器发生频率跳变时，激光器将无法及时进行调节；且当用户节点的激光器未配置相应的频率调整接口时，上述反馈调节将无法执行。
发明内容
为了解决相关技术中，由于激光器进行反馈调节的速度较慢，当下行光信号或激光器发生频率跳变时，激光器将无法及时进行调节；且当用户节点的激光器未配置相应的频率调整接口时，反馈调节将无法执行的问题，本申请实施例提供了一种上行光信号调制方法、光通信节点及系统。
第一方面，本申请提供了一种上行光信号调制方法，该方法包括：
根据激光器产生的本地载波信号，相干接收中心节点发送的下行光信号；
计算本地载波信号与下行光信号的频偏估计值，频偏估计值为本地载波信号与下行光信号的中心频率的差值；
根据频偏估计值对上行基带信号进行移频和数模转换处理，上行基带信号根据上行数 据生成，数模转换用于将数字信号转换为模拟信号；
根据本地载波信号和数模转换处理后的上行基带信号调制得到上行光信号。
本实施例中，用户节点相干接收到中心节点发送的下行光信号后，计算激光器产生的本地载波信号与下行光信号的频偏估计值，并根据该频偏估计值对生成的上行基带信号进行移频处理和数模转换处理，从而根据本地载波信号和数模转换处理后的上行基带信号调制出上行光信号；由于对上行基带信号进行移频处理时，已经计入激光器的频率偏移，因此，调制出的上行光信号的中心频率不受激光器频率偏移影响，避免因激光器发生频率偏移造成的上行光信号相互串扰；同时，相较于对激光器进行频率调节，由于对上行基带信号进行移频处理的速度较快，因此在下行光信号或激光器发生频率跳变时，用户节点能够根据频率跳变情况进行及时调节；并且，整个调制过程中，无需对激光器进行频率调节，即使用户节点的激光器未配置频率调整接口，用户节点也能实现上行光信号调制，降低了用户节点的制造成本。
在一种可能的设计中，下行光信号的中心频率为f0，频偏估计值为Δf，上行基带信号为上行基带FDMA信号，且上行基带FDMA信号的中心频率为fsub；
根据频偏估计值对上行基带信号进行移频和数模转换处理，包括：
将上行基带FDMA信号的中心频率移频至fsub-Δf；
将移频处理后的上行基带FDMA信号转换为模拟信号；
根据本地载波信号和数模转换处理后的上行基带信号调制得到上行光信号，包括：
对本地载波信号和处理后的上行基带FDMA信号进行正交(英文：Inphase-Quadrature，简称：IQ)调制，得到上行光信号，其中，上行光信号的中心频率为f0+fsub。
本实施例中，在基于上行基带FDMA信号调制得到上行光信号时，根据频偏估计值在上行基带FDMA信号原有中心频率的基础上进行移频，使得最终调制出的上行光信号仅与下行光信号以及原始上行基带FDMA信号的中心频率有关，从而避免上行光信号受到激光器频率偏移影响。
在一种可能的设计中，下行光信号的中心频率为f0，频偏估计值为Δf，上行基带信号为上行基带CDMA信号；
根据所述频偏估计值对上行基带信号进行移频和数模转换处理，包括：
将上行基带CDMA信号的中心频率移频至-Δf；
将移频处理后的上行基带CDMA信号转换为模拟信号；
根据所述本地载波信号和数模转换处理后的上行基带信号调制得到上行光信号，包括：
对本地载波信号和处理后的上行基带CDMA信号进行IQ调制，得到上行光信号，其中，上行光信号的中心频率为f0。
本实施例中，在基于上行基带CDMA信号调制得到上行光信号时，根据频偏估计值Δf将上行基带FDMA信号的中心频率移频至-Δf，使得最终调制出的上行光信号的中心频率与下行光信号的中心频率保持同步，从而避免上行光信号受到激光器频率偏移影响。
在一种可能的设计中，根据激光器产生的本地载波信号，相干接收中心节点发送的下行光信号之后，还包括：
根据下行光信号进行信道参数估计；
根据信道参数估计结果对上行基带信号进行信道参数预补偿，信道参数估计结果包括 色散估计或光纤动态延时估计中的至少一种。
由于光信号的传输质量与信道质量相关，且上下行光信号通过同一信道传输，因此为了提高上行光信号的传输质量，本实施例中，用户节点相关接收到下行光信号后，根据下行光信号对信道参数进行估计，从而确定与中心节点间信道的信道质量，并根据信道参数估计结果，对上行基带信号进行信道参数预补偿，进而减小信道对上行光信号传输造成的影响，进一步提高上行光信号的传输质量。
在一种可能的设计中，根据激光器产生的本地载波信号，相干接收中心节点发送的下行光信号之后，还包括：
对接收到的下行光信号进行模数转换和数据信号处理，恢复下行数据，模数转换用于将模拟信号转换为数字信号。
第二方面，本申请提供了一种光通信节点，该光通信节点包括：相干接收机、模数转换器、激光器、功分器、数模转换器、调制器和数字信号处理(英文：Digital Signal Processing，简称：DSP)芯片；
功分器与激光器相连，用于将激光器产生的本地载波信号分成两路输出；
相干接收机与功分器相连，用于根据功分器输出的本地载波信号对下行光信号进行相干接收，得到下行模拟信号；
模数转换器与相干接收机相连，用于将相干接收机输出的下行模拟信号转换为下行数字信号；
DSP芯片与模数转换器相连，用于根据下行数字信号恢复下行数据，并计算激光器的频偏估计值，频偏估计值用于指示本地载波信号与下行光信号的中心频率的差值；
DSP芯片还与数模转换器相连，用于根据频偏估计值对上行基带信号进行移频处理，并向数模转换器发送移频处理后的上行基带信号，数模转换器用于将移频处理后的上行基带信号转换为上行模拟信号；
调制器分别与功分器和数模转换器相连，用于根据功分器输出的本地载波信号和上行模拟信号调制得到上行光信号。
本实施例中，光通信节点相干接收到中心节点发送的下行光信号后，通过DSP芯片计算激光器产生的本地载波信号与下行光信号的频偏估计值，并根据该频偏估计值对生成的上行基带信号进行移频处理，交由调制器对激光器产生的本地载波信号和上行模拟信号(移频处理后的上行基带信号经过数模转换后生成)调制得到上行光信号；由于对上行基带信号进行移频处理时，已经计入激光器的频率偏移，因此，调制出的上行光信号的中心频率不受激光器频率偏移影响，避免因激光器发生频率偏移造成的上行光信号相互串扰；同时，相较于对激光器进行频率调节，通过DSP芯片对上行基带信号进行数字移频处理的速度更快，因此在下行光信号或激光器发生频率跳变时，光通信节点能够根据频率跳变情况进行及时调节；并且，整个调制过程中，无需对激光器进行频率调节，即使光通信节点的激光器未配置频率调整接口，也能实现上行光信号调制，降低了光通信节点的制造成本。
在一种可能的设计中，DSP芯片中包括频偏估计单元、移频单元和基带信号生成单元；
频偏估计单元与模数转换器相连，用于计算频偏估计值；
移频单元分别与频偏估计单元和基带信号生成单元相连，用于根据频偏估计值对基带信号生成单元输出的上行基带信号进行移频处理。
在一种可能的设计中，下行光信号的中心频率为f0，频偏估计值为Δf，基带信号生成单元为FDMA信号生成单元，且输出的上行基带FDMA信号的中心频率为fsub；
移频单元，用于将上行基带FDMA信号的中心频率移频至fsub-Δf；
数模转换器，用于将移频处理后的上行基带FDMA信号转换为上行模拟信号；
调制器，用于对本地载波信号和上行模拟信号进行IQ调制，得到上行光信号，其中，上行光信号的中心频率为f0+fsub。
本实施例中，在基于上行基带FDMA信号调制得到上行光信号时，移频单元根据频偏估计值，在上行基带FDMA信号原有中心频率的基础上进行移频，使得最终调制出的上行光信号仅与下行光信号以及原始上行基带FDMA信号的中心频率有关，从而避免上行光信号受到激光器频率偏移影响。
在一种可能的设计中，下行光信号的中心频率为f0，频偏估计值为Δf，基带信号生成单元为CDMA信号生成单元；
移频单元，用于将上行基带CDMA信号的中心频率移频至-Δf；
数模转换器，用于将移频处理后的上行基带CDMA信号转换为上行模拟信号；
调制器，用于对本地载波信号和上行模拟信号进行IQ调制，得到上行光信号，其中，上行光信号的中心频率为f0。
本实施例中，本实施例中，在基于上行基带CDMA信号调制得到上行光信号时，移频单元根据频偏估计值Δf将上行基带FDMA信号的中心频率移频至-Δf，使得最终调制出的上行光信号的中心频率与下行光信号的中心频率保持同步，从而避免上行光信号受到激光器频率偏移影响。
在一种可能的设计中，DSP芯片中还包括信道参数估计单元和信道参数预补偿单元；
信道参数估计单元与模数转换器相连，用于根据下行光信号进行信道参数估计，并输出信道参数估计结果，信道参数估计结果包括色散估计或光纤动态延时估计中的至少一种；
信道参数预补偿单元分别与信道参数估计单元和基带信号生成单元相连，用于根据信道参数估计结果对上行基带信号进行信道参数预补偿。
由于光信号的传输质量与信道质量相关，且上下行光信号通过同一信道传输，因此为了提高上行光信号的传输质量，本实施例中，DSP芯片相关接收到下行光信号后，通过信道参数估计单元对信道参数进行估计，从而确定与中心节点间信道的信道质量，并根据信道参数估计结果，通过信道参数预补偿单元对上行基带信号进行信道参数预补偿，进而减小信道对上行光信号传输造成的影响，进一步提高上行光信号的传输质量。
第三方面，本申请提供了一种芯片系统，用于实现第二方面或第二方面任一种可能的设计中所述光通信节点中的DSP芯片。该芯片系统可以由芯片构成，也可以包含芯片和其他分立器件。所述芯片，可以是一种专用集成电路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)，也可以是其他形式的芯片。可选的，所述芯片系统还可以包含处理器，用于支持DSP芯片实现上述方面中所涉及的功能，例如，获取/计算上述方面中所涉及的信号和/或频偏估计值，进行上述方面中的移频处理，和/或，信道参数预补偿处理过程。在一种可能的设计中，所述芯片系统还包括存储器，所述存储器，用于保存DSP芯片必要的程序指令和数据。
第四方面，本申请提供了一种光通信系统，光通信系统包括：中心节点和n个用户节 点，n个用户节点通过光耦合器与中心节点相连，n≥2，n为整数；
中心节点用于向n个用户节点发送下行光信号，n个用户节点用于向中心节点发送上行光信号；
各个用户节点包括如上述第二方面或第二方面任一种可能的设计中所述的光通信节点。
附图说明
图1示出了本申请一个实施例提供的光通信系统的系统架构图；
图2是用户节点采用不同子载波与中心节点进行光信号传输的实施示意图；
图3示出了本申请一个实施例提供的光通信节点的结构示意图；
图4示出了本申请另一个实施例提供的光通信节点的结构示意图；
图5示出了本申请另一个实施例提供的光通信节点的结构示意图；
图6示出了本申请另一个实施例提供的光通信节点的结构示意图；
图7示出了本申请一个实施例提供的上行光信号调制方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
请参考图1，其示出了本申请一个实施例提供的光通信系统的系统架构图，该光通信系统中包括中心节点110和n个用户节点120，其中，n个用户节点120通过光耦合器130(或称为光纤耦合器，英文：coupler)与中心节点110相连。
中心节点110是位于核心网(英文：core netwok)侧的光通信节点，用于将来自核心网的下行数据调制成下行光信号(通过内置激光器产生的本地载波信号进行调制)，并通过与用户节点120之间的物理信道，将下行光信号发送至用户节点120，其中，中心节点110与用户节点120之间的物理信道为光纤。
用户节点120是位于用户侧的光通信节点，用于与用户设备相连，并将来自用户设备的上行数据调制为上行光信号(通过内置激光器产生的本地载波信号进行调制)，并通过与中心节点110之间的物理信道，将上行光信号发送至中心节点110。在一种可能的设计中，用户节点110是与用户设备相连的光调制解调器(或称为光猫，英文：Optical modem，)。
为了提升光通信系统的容量并降低传输延时，图1所示的光通信系统中应用了FDMA技术或CDMA技术。
应用FDMA技术后，光通信系统中单个波长被分隔为若干个子载波(不同子载波对应不同的频率)，而各个用户节点即利用各自分配的子载波进行光信号传输，相应的，中心节点即通过不同的子载波向不同用户节点传输下行光信号，并根据子载波区分不同用户节点发送的上行光信号。
示意性的，如图2所示，用户节点1利用中心频率为f1的子载波与中心节点进行光信号传输，用户节点2利用中心频率为f2的子载波与中心节点进行光信号传输，用户节点N利用中心频率为fN的子载波与中心节点进行光信号传输，且由于各个子载波之间互不相同，因此中心节点接收到的上行光信号之间互不串扰。
而应用CDMA技术后，光通信系统中单个波长被分割为多个扩频码通道(不同扩频码通道对应不同的扩频码)，各个用户节点即利用各自分配的扩频码通道进行光信号传输，而中心节点即根据不同的扩频码区分不同用户节点发送的上行光信号。由于各个用户节点使用的扩频码通道相互正交，因此中心节点接收到的上行光信号之间互不串扰。
将FDMA或CDMA技术应用到光通信系统后，光通信节点中激光器的频率精度和稳定性将直接影响到光信号的传输质量。
以FDMA为例，在下行光信号传输过程中，由于所有的下行光信号均由中心节点的单个激光器调制发送，因此，当激光器发生频率偏移时，各个子载波的频率均向同一方向偏移，各个子载波之间不会发生串扰；而在上行光信号传输过程中，由于各个用户节点均通过各自的激光器进行上行光信号调制，当某一用户节点的激光器发生频率偏移时，该用户节点发送的上行光信号将与其他用户节点发送的上行光信号产生串扰。示意性的，如图2所示，当用户节点2中的激光器发生频率偏移时，用户节点2通过子载波2发送的上行光信号将发生频率偏移，从而与用户节点1发送的上行光信号产生串扰。
虽然可以通过在子载波间设置频率保护间隔的方式，来降低激光器频率偏移所造成的影响，但是由于目前的商用激光器存在较高的频率偏移(高达±2.5GHz)，导致单个波长仅能够被分隔成少量子载波(需要设置足够大的频率保护间隔)，即单个波长仅能够被少量用户节点所使用，造成波长的使用率较低。以单个波长为50GHz，每个子载波的频率范围为2.5GHz，激光器的频率偏移为±2.5GHz为例，该波长只能分隔成7个2.5GHz的子载波，每个子载波之间的频率保护间隔为5Ghz。
而在CDMA中，当用户节点中的激光器发生频率偏移时，用户节点使用的扩频码通道间非正交，导致扩频码通道间相互干扰，影响中心节点对上行光信号的正常接收。
为了解决上述问题，相关技术中，各个用户节点接收到中心节点传输的下行光信号后，计算激光器产生的本地载波信号与下行光信号的频偏估计值，从而根据该频偏估计值对激光器的频率进行反馈调节，使得各个激光器产生的本地载波信号与下行光信号的中心频率保持同步。后续利用频率调节后的激光器调制上行光信号时，即不会出现上行光信号串扰的问题。
但是，对激光器进行反馈调节时，由于需要对激光器的光源进行调制，而对光源进行调制的速度较慢，导致激光器反馈调节不及时，在下行光信号或激光器发生频率跳变(即短时间内频率多次变化)时，激光器无法实时跟踪频率跳变；并且，激光器必须设置相应的频率调整接口才能够完成频率调整，导致上述调整方式的适用范围较小。
本申请实施例中，光通信系统中各个用户节点的DSP芯片具备移频功能，通过该移频功能，DSP芯片根据计算得到的频偏估计值对产生的上行基带信号进行数字移频处理，并交由调试器对激光器产生的本地载波信号和数字移频处理后的上行基带信号进行调制，从而消除激光器频率偏移造成的影响。同时，由于数字移频处理的速率优于对激光器光源进行调制的速率，因此，用户节点能够在下行光信号或激光器发生频率跳变时，对上行基带信号进行及时移频处理，而不再需要对激光器的光源进行调整，适用于未配置频率调整接口的激光器。下面采用示意性的实施例进行说明。
请参考图3，其示出了本申请一个实施例提供的光通信节点的结构示意图。该光通信节 点可以实现成为图1所示光通信系统中的用户节点120，该光通信节点包括：相干接收机310、模数转换器320、激光器330、功分器340、数模转换器350、调制器360和DSP芯片370。
图3所示的光通信节点采用单光源实现上下行光信号传输，即光通信节点中仅包含一个激光器330。为了利用单一激光器产生的本地载波信号实现下行光信号接收和上行光信号调制发送，激光器330与功分器340相连，其中，该功分器340为两路功分器，用于将激光器330产生的本地载波信号分成两路输出，且功分器340输出的两路本地载波信号的功率相同。
激光器330在工作过程中，通过本振产生本地载波信号，并向功分器340输入本地载波信号。由于激光器330存在一定的频率偏移，因此，输出的本地载波信号的频率在频率偏移范围内浮动。比如，激光器330的预定频率为20GHz，且频率偏移范围为±2.5GHz时，激光器330输出的本地载波信号的频率即在17.5GHZ至22.5GHz之间浮动。
功分器340的第一功率输出端与相干接收机310相连，用于向相干接收机310输入激光器330产生的本地载波信号。
相应的，通过物理信道传输的下行光信号达到相干接收机310后，相干接收机31即利用本地载波信号对该下行光信号进行相干接收，从而得到下行模拟信号。其中，相干接收机310可以采用光通信领域成熟的相干接收技术进行相干接收，本申请实施例并不对此进行限定。
对下行光信号相关接收得到下行模拟信号后，相干接收机310将下行模拟信号输入相连的模数转换器320(英文：Analog-to-Digital Converter，简称：ADC)，由模数转换器320将下行模拟信号转换为下行数字信号。
作为光通信节点的核心部件，DSP芯片370与模数转换器320相连，用于接收模数转换器320输出的下行数字信号，并对下行数字信号进行数字信号处理，从而恢复下行光信号中调制的下行数据。
在恢复下行数据的同时，DSP芯片370根据下行光信号和激光器330产生的本地载波信号，实时计算频偏估计值，该频偏估计值即为本地载波信号与下行光信号的中心频率的差值。
在一种可能的设计中，如图3所示，DSP芯片370中包括频偏估计单元371，该频偏估计单元371即与模数转换器320相连，用于计算该频偏估计值。
示意性的，当下行光信号的中心频率为f0，且计算得到频偏估计值为Δf时，激光器330产生的本地载波信号的频率则为f0+Δf。
与相关技术中，根据计算得到的频偏估计值对激光器330进行频率调节不同，本实施例中，DSP芯片370计算得到频偏估计值后，根据该频偏估计值对上行基带信号进行数字移频处理。
在一种可能的设计中，如图3所示，DSP芯片370中还包括移频单元372和基带信号生成单元373。其中，移频单元372分别与频偏估计单元371和基带信号生成单元373相连。
基带信号生成单元373与用户设备相连，用于根据用户设备输入的上行数据生成上行基带信号，其中，该上行基带信号为数字信号。可选的，当光通信节点应用FDMA技术时，基带信号生成单元373即为上行基带FDMA信号生成单元，用于生成上行基带FDMA信号； 当光通信节点应用CDMA技术时，基带信号生成单元373即为上行基带CDMA信号生成单元，用于生成上行基带CDMA信号。
移频单元372接收到频偏估计值和上行基带信号后，即对上行基带信号进行数字移频处理，其中，数字移频处理后的上行基带信号计入了本地载波信号与下行信号的中心频率差值。由于无需对激光器330进行频率调整，因此免去了在激光器330上设置频率调整接口，进一步降低了激光器330的制造成本。
DSP芯片370对上行基带信号进行数字移频处理后，即将移频处理后的上行基带信号输入相连的数模转换器350(英文：Digital to analog converter，简称：DAC)，由数模转换器350将移频处理后的上行基带信号转换为上行模拟信号。
光通信节点中还设置有调制器360，该调制器360分别与功分器340以及数模转换器350相连。接收到数模转换器350输出的上行模拟信号后，调制器360即利用功分器340输出的本地载波信号对其进行调制，得到上行光信号，并最终通过物理信道向中心节点发送该上行光信号。其中，该调制器360为IQ调制器，用于对本地载波信号和上行模拟信号进行IQ调制。
由于经过数字移频处理后的上行基带信号中已计入频偏估计值，因此，利用激光器330产生的本地载波信号对其进行调制时，激光器330的频率偏移得以消除，从而消除激光器频率偏移对子载波频率的影响，避免相邻子载波之间相互串扰。
综上所述，本实施例中，光通信节点相干接收到中心节点发送的下行光信号后，通过DSP芯片计算激光器产生的本地载波信号与下行光信号的频偏估计值，并根据该频偏估计值对生成的上行基带信号进行移频处理，交由调制器对激光器产生的本地载波信号和上行模拟信号(移频处理后的上行基带信号经过数模转换后生成)调制得到上行光信号；由于对上行基带信号进行移频处理时，已经计入激光器的频率偏移，因此，调制出的上行光信号的中心频率不受激光器频率偏移影响，避免因激光器发生频率偏移造成的上行光信号相互串扰；同时，相较于对激光器进行频率调节，通过DSP芯片对上行基带信号进行数字移频处理的速度更快，因此在下行光信号或激光器发生频率跳变时，光通信节点能够根据频率跳变情况进行及时调节；并且，整个调制过程中，无需对激光器进行频率调节，即使光通信节点的激光器未配置频率调整接口，也能实现上行光信号调制，降低了光通信节点的制造成本。
在一种可能的设计中，将FDMA技术应用到光通信节点时，在图3的基础上，如图4所示，DSP芯片370中的基带信号生成单元373为FDMA信号生成单元373a，该FDMA信号生成单元373a即用于根据输入的上行数据生成上行基带FDMA信号，其中，该上行基带FDMA信号的中心频率为fsub。
如图4所示，光通信节点接收到的下行光信号的中心频率为f0，且频偏估计单元371计算得到的频偏估计值为Δf时，激光器330产生的本地载波信号的中心频率即为f0+Δf。
相应的，移频单元372根据接收到的频偏估计值为Δf，对上行基带FDMA信号进行数字移频处理后，输出中心频率为fsub-Δf的上行基带FDMA信号(即数字移频处理后的上行基带FDMA信号)，并交由数模转换器350将该上行基带FDMA信号转换为上行模拟信号(中心频率保持不变)。
调制器360对中心频率为f0+Δf的本地载波信号和中心频率为fsub-Δf的上行模拟信号进行IQ调制后，即输出中心频率为(f0+Δf)+(fsub-Δf)＝f0+fsub的上行光信号。
显然，经过上述数字移频处理后，光通信节点最终输出的上行光信号的中心频率仅与下行光信号以及上行基带FDMA信号的中心频率相关，而与激光器是否发生频率偏移无关。由于同一光通信系统中，不同用户节点接收到的下行光信号的中心频率相同(因为均由同一中心节点发送)，且不同用户节点生成的上行基带FDMA信号对应不同的子载波(即频率不同)，因此，即便用户节点中的激光器发生频率偏移，不同用户节点输出的上行光信号也不会发生串扰，确保上行光信号的传输质量。
在另一种可能的设计中，将CDMA技术应用到光通信节点时，在图3的基础上，如图5所示，DSP芯片370中的基带信号生成单元373为CDMA信号生成单元373b，该CDMA信号生成单元373b即用于根据输入的上行数据生成上行基带CDMA信号，其中，该上行基带CDMA信号的中心频率为(趋近于)0。
如图5所示，光通信节点接收到的下行光信号的中心频率为f0，且频偏估计单元371计算得到的频偏估计值为Δf时，激光器330产生的本地载波信号的中心频率即为f0+Δf。
相应的，移频单元372根据接收到的频偏估计值为Δf，对上行基带CDMA信号进行数字移频处理后，输出中心频率为-Δf的上行基带CDMA信号(即数字移频处理后的上行基带CDMA信号)，并交由数模转换器350将该上行基带CDMA信号转换为上行模拟信号(中心频率保持不变)。需要说明的是，上述数字移频处理为数学意义上的移频操作，相应的，移频处理后中心频率为负值并非代表中心频率为负，而是指示沿正频率方向的反向进行调节。
调制器360对中心频率为f0+Δf的本地载波信号和中心频率为-Δf的上行模拟信号进行IQ调制后，即输出中心频率为(f0+Δf)+(-Δf)＝f0的上行光信号。
显然，经过上述数字移频处理后，光通信节点最终输出的上行光信号的中心频率与下行光信号的中心频率保持同步，而与激光器是否发生频率偏移无关(激光器发生频率偏移不会对扩频码通道产生影响)。由于同一光通信系统中，不同用户节点对应的扩频码通道间相互正交，因此不同用户节点输出的上行光信号也不会发生串扰，确保上行光信号的传输质量。
由于光信号的传输质量与信道质量相关，且上下行光信号通过同一信道传输，因此为了提高上行光信号的传输质量，在一种可能的设计中，在图3的基础上，如图6所示，DSP芯片370中还包括信道参数估计单元374和信道参数预补偿单元375。
信道参数估计单元374与模数转换器320相连，用于根据下行光信号进行信道参数估计，并输出信道参数估计结果，其中，信道参数估计结果包括色散估计或光纤动态延时估计中的至少一种。在其他可能的实施方式中，信道参数估计单元374还可以输出其他用于指示信道质量的信道参数，本申请实施例并不对此进行限定。
在一种可能的设计中，信道参数预补偿单元375分别与信道参数估计单元374和基带信号生成单元373相连，用于根据信道参数估计结果对上行基带信号进行信道参数预补偿。可选的，信道参数预补偿单元375根据色散估计，对上行基带信号的色散进行反向调节， 从而避免光纤色散对上行光信号传输所造成的影响；信道参数预补偿单元375根据光纤动态延时估计，对上行基带信号的发送时延进行调节，从而避免光纤传输时延变换(比如温度原因导致光纤形变，进而影响光线传输时延)对上行光信号传输所造成的影响。
在其他可能的设计中，信道参数预补偿单元375设置在移频单元372之后，用于根据信道参数估计结果对数字移频后的上行基带信号进行信道参数预补偿，本申请实施例并不对信道参数预补偿单元375的具体设置位置进行限定。
本申请实施例中所述的DSP芯片或其所包含的组成部分，可以是一种电路。该电路可以由芯片系统实现。所述芯片系统可以包括：中央处理器(英文：Central Processing，简称：UnitCPU)、通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(英文：Field－Programmable Gate Array，简称：FPGA)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、分立器件、硬件部件或者上述器件的任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。所述DSP芯片也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多于一个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。
请参考图7，其示出了本申请一个实施例提供的上行光信号调制方法的流程图，本实施例以该上行光信号调制方法用于图1中各个用户节点120为例进行说明，该方法包括如下步骤。
步骤701，根据激光器产生的本地载波信号，相干接收中心节点发送的下行光信号。
本申请实施例中，用户节点采用单光源实现上下行光信号传输，因此，激光器产生的本地载波信号输入两路功分器，由该功分器将一路本地载波信号输出到相干接收机，以便相干接收机根据本地载波信号相干接收中心节点发送的下行光信号。
步骤702，计算本地载波信号与下行光信号的频偏估计值，频偏估计值为本地载波信号与下行光信号的中心频率的差值。
示意性的，当用户节点采用图3所示的光通信节点结构时，DSP芯片中的频偏估计单元接收到模数转换器输入的下行数字信号时，即根据下行光信号以及本地载波信号的中心频率，计算频偏估计值。
可选的，用户节点相干接收到下行光信号后，利用内置的模数转换器对接收到的下行光信号进行模数转换，得到下行数字信号，并对该下行数字信号进行数据信号处理，从而恢复下行光信号中调制的下行数据。
步骤703，根据频偏估计值对上行基带信号进行移频和数模转换处理，上行基带信号根据上行数据生成，数模转换用于将数字信号转换为模拟信号。
在一种可能的设计中，当用户节点应用FDMA技术时，用户节点根据上行数据生成的上行基带信号为上行基带FDMA信号。示意性的，当下行光信号的中心频率为f0，频偏估计值为Δf，且生成的上行基带FDMA信号的中心频率为fsub时，用户节点即将上行基带FDMA信号的中心频率移频至fsub-Δf，并将移频处理后的上行基带FDMA信号转换为模拟信号(中心频率保持不变)。
在另一种可能的设计中，当用户节点应用CDMA技术时，用户节点根据上行数据生成的上行基带信号为上行基带CDMA信号。示意性的，当下行光信号的中心频率为f0，频偏 估计值为Δf时，用户节点将上行基带CDMA信号的中心频率移频至-Δf(原始上行基带CDMA信号的中心频率为0)，并将移频处理后的所述上行基带CDMA信号转换为模拟信号(中心频率保持不变)。
由于光信号的传输质量还与信道质量相关，且上下行光信号通过同一信道传输，因此为了提高上行光信号的传输质量，用户节点相关接收到下行光信号后，根据下行光信号进行信道参数估计，并根据信道参数估计结果对上行基带信号进行信道参数预补偿，信道参数估计结果包括色散估计或光纤动态延时估计中的至少一种。
步骤704，根据本地载波信号和数模转换处理后的上行基带信号调制得到上行光信号。
结合步骤703中第一种设计，用户节点对本地载波信号和处理后的上行基带FDMA信号进行IQ调制，得到上行光信号，其中，该上行光信号的中心频率为f0+fsub。
结合步骤703中第二种设计，用户节点对本地载波信号和处理后的上行基带CDMA信号进行IQ调制，得到上行光信号，其中，该上行光信号的中心频率为f0。
本实施例中，用户节点相干接收到中心节点发送的下行光信号后，计算激光器产生的本地载波信号与下行光信号的频偏估计值，并根据该频偏估计值对生成的上行基带信号进行移频处理和数模转换处理，从而根据本地载波信号和数模转换处理后的上行基带信号调制出上行光信号；由于对上行基带信号进行移频处理时，已经计入激光器的频率偏移，因此，调制出的上行光信号的中心频率不受激光器频率偏移影响，避免因激光器发生频率偏移造成的上行光信号相互串扰；同时，相较于对激光器进行频率调节，由于对上行基带信号进行移频处理的速度较快，因此在下行光信号或激光器发生频率跳变时，用户节点能够根据频率跳变情况进行及时调节；并且，整个调制过程中，无需对激光器进行频率调节，即使用户节点的激光器未配置频率调整接口，用户节点也能实现上行光信号调制，降低了用户节点的制造成本。

Claims (11)

  1. 一种上行光信号调制方法，其特征在于，所述方法包括：
    根据激光器产生的本地载波信号，相干接收中心节点发送的下行光信号；
    计算所述本地载波信号与所述下行光信号的频偏估计值，所述频偏估计值为所述本地载波信号与所述下行光信号的中心频率的差值；
    根据所述频偏估计值对上行基带信号进行移频和数模转换处理，所述上行基带信号根据上行数据生成，所述数模转换用于将数字信号转换为模拟信号；
    根据所述本地载波信号和数模转换处理后的上行基带信号调制得到上行光信号。
  2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下行光信号的中心频率为f0，所述频偏估计值为Δf，所述上行基带信号为上行基带频分多址FDMA信号，且所述上行基带FDMA信号的中心频率为fsub；
    所述根据所述频偏估计值对上行基带信号进行移频和数模转换处理，包括：
    将所述上行基带FDMA信号的中心频率移频至fsub-Δf；
    将移频处理后的所述上行基带FDMA信号转换为模拟信号；
    所述根据所述本地载波信号和数模转换处理后的上行基带信号调制得到上行光信号，包括：
    对所述本地载波信号和数模转换处理后的上行基带FDMA信号进行正交IQ调制，得到所述上行光信号，其中，所述上行光信号的中心频率为f0+fsub。
  3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下行光信号的中心频率为f0，所述频偏估计值为Δf，所述上行基带信号为上行基带码分多址CDMA信号；
    所述根据所述频偏估计值对上行基带信号进行移频和数模转换处理，包括：
    将所述上行基带CDMA信号的中心频率移频至-Δf；
    将移频处理后的所述上行基带CDMA信号转换为模拟信号；
    所述根据所述本地载波信号和数模转换处理后的上行基带信号调制得到上行光信号，包括：
    对所述本地载波信号和数模转换处理后的上行基带CDMA信号进行IQ调制，得到所述上行光信号，其中，所述上行光信号的中心频率为f0。
  4. 根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述根据激光器产生的本地载波信号，相干接收中心节点发送的下行光信号之后，还包括：
    根据所述下行光信号进行信道参数估计；
    根据信道参数估计结果对所述上行基带信号进行信道参数预补偿，所述信道参数估计结果包括色散估计或光纤动态延时估计中的至少一种。
  5. 根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述根据激光器产生的本地载波信号，相干接收中心节点发送的下行光信号之后，还包括：
    对接收到的所述下行光信号进行模数转换和数据信号处理，恢复下行数据，所述模数转换用于将模拟信号转换为数字信号。
  6. 一种光通信节点，其特征在于，所述光通信节点包括：相干接收机、模数转换器、激光器、功分器、数模转换器、调制器和数字信号处理DSP芯片；
    所述功分器与所述激光器相连，用于将所述激光器产生的本地载波信号分成两路输出；
    所述相干接收机与所述功分器相连，用于根据所述功分器输出的所述本地载波信号对下行光信号进行相干接收，得到下行模拟信号；
    所述模数转换器与所述相干接收机相连，用于将所述相干接收机输出的下行模拟信号转换为下行数字信号；
    所述DSP芯片与所述模数转换器相连，用于根据所述下行数字信号恢复下行数据，并计算所述激光器的频偏估计值，所述频偏估计值用于指示所述本地载波信号与所述下行光信号的中心频率的差值；
    所述DSP芯片还与所述数模转换器相连，用于根据所述频偏估计值对上行基带信号进行移频处理，并向所述数模转换器发送移频处理后的上行基带信号，所述数模转换器用于将移频处理后的上行基带信号转换为上行模拟信号；
    所述调制器分别与所述功分器和所述数模转换器相连，用于根据所述功分器输出的所述本地载波信号和所述上行模拟信号调制得到上行光信号。
  7. 根据权利要求6所述的光通信节点，其特征在于，所述DSP芯片中包括频偏估计单元、移频单元和基带信号生成单元；
    所述频偏估计单元与所述模数转换器相连，用于计算所述频偏估计值；
    所述移频单元分别与所述频偏估计单元和所述基带信号生成单元相连，用于根据所述频偏估计值对所述基带信号生成单元输出的所述上行基带信号进行移频处理。
  8. 根据权利要求7所述的光通信节点，其特征在于，所述下行光信号的中心频率为f0，所述频偏估计值为Δf，所述基带信号生成单元为频分多址FDMA信号生成单元，且输出的上行基带FDMA信号的中心频率为fsub；
    所述移频单元，用于将所述上行基带FDMA信号的中心频率移频至fsub-Δf；
    所述数模转换器，用于将移频处理后的上行基带FDMA信号转换为所述上行模拟信号；
    所述调制器，用于对所述本地载波信号和所述上行模拟信号进行正交IQ调制，得到所述上行光信号，其中，所述上行光信号的中心频率为f0+fsub。
  9. 根据权利要求7所述的光通信节点，其特征在于，所述下行光信号的中心频率为f0，所述频偏估计值为Δf，所述基带信号生成单元为码分多址CDMA信号生成单元；
    所述移频单元，用于将所述上行基带CDMA信号的中心频率移频至-Δf；
    所述数模转换器，用于将移频处理后的上行基带CDMA信号转换为所述上行模拟信号；
    所述调制器，用于对所述本地载波信号和所述上行模拟信号进行IQ调制，得到所述上行光信号，其中，所述上行光信号的中心频率为f0。
  10. 根据权利要求7至9任一所述的光通信节点，其特征在于，所述DSP芯片中还包括信道参数估计单元和信道参数预补偿单元；
    所述信道参数估计单元与所述模数转换器相连，用于根据所述下行光信号进行信道参数估计，并输出信道参数估计结果，所述信道参数估计结果包括色散估计或光纤动态延时估计中的至少一种；
    所述信道参数预补偿单元分别与所述信道参数估计单元和所述基带信号生成单元相连，用于根据所述信道参数估计结果对所述上行基带信号进行信道参数预补偿。
  11. 一种光通信系统，其特征在于，所述光通信系统包括：中心节点和n个用户节点，所述n个用户节点通过光耦合器与所述中心节点相连，n≥2，n为整数；
    所述中心节点用于向所述n个用户节点发送下行光信号，所述n个用户节点用于向所述中心节点发送上行光信号；
    各个用户节点包括如权利要求6至10任一所述的光通信节点。
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