專利名稱：一種基于光碼分復(fù)用的光纖無線RoF無源光網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種基于光碼分復(fù)用(OCDM)的光載無線通信(RoF)無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著計算機(jī)、通信等技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，廣大用戶對視頻點播、數(shù)字電視、遠(yuǎn)程會議等各種業(yè)務(wù)的需求不斷增加，而傳統(tǒng)的銅線接入網(wǎng)顯然已經(jīng)不能滿足這一要求，這就使得寬帶光纖接入網(wǎng)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，成為通信技術(shù)領(lǐng)域的一個研究熱點。無源光網(wǎng)絡(luò)(Passive Optical Network，PON)的概念從20世紀(jì)90年代中期出現(xiàn)至今已10多年了。PON系統(tǒng)采用點到多點的樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即一個光線路終端(Optical Line Terminal, 0LT)通過由光分路器、光合路器等無源器件組成的光分配網(wǎng)絡(luò)(Optical Distribution Network,0DN)與多個光網(wǎng)絡(luò)單元(Optical Network Unit,0NU)相連，從而突破了傳統(tǒng)點到點的接入模式，與寬帶接入網(wǎng)的業(yè)務(wù)特征相匹配。另外，PON的無源特性使之便于運(yùn)行、維護(hù)和管理。由于PON成本低廉，容量大，并且其動態(tài)帶寬分配特性能使之高效率的承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因而PON技術(shù)引起了國內(nèi)外廣泛的關(guān)注。隨著3G時代的到來，無線通信飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)大幅度增加，使得寬帶無線信號以及其載波向更高頻率擴(kuò)展。但是，由于電子器件頻率瓶頸的限制，傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)無法實現(xiàn)高速大容量寬帶無線信號載波的遠(yuǎn)距離傳輸，于是光載無線通信(Radio over Fiber, RoF)技術(shù)遍孕育而生。RoF技術(shù)是一種將光纖通信和無線通信相結(jié)合的無線接入技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高速高頻率寬帶無線信號的遠(yuǎn)距離傳輸和有效接入。RoF系統(tǒng)運(yùn)用光纖作為中心站(Central Station,CS)與各個基站(Base Station,BS)之間的傳輸鏈路，并直接利用由CS產(chǎn)生的光載波來傳輸毫米波射頻信號。在整個系統(tǒng)中，光纖僅起到傳輸?shù)淖饔?，而交換、控制和信號的再生等都集中在CS，無線接入終端所需的寬帶無線信號通過BS對接收到的光載毫米波射頻信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、放大和天線發(fā)射來獲得。因此，RoF系統(tǒng)中復(fù)雜昂貴的設(shè)備都集中到了 CS，多個遠(yuǎn)端BS共享這些設(shè)備，從而大大的降低了 BS的功耗和成本。另外，利用光纖作為傳輸鏈路，具有低損耗、高帶寬和防止電磁干擾等特點。正是因為RoF這些無可比擬的優(yōu)點，使其在未來的寬帶無線通信中包括寬帶無線接入網(wǎng)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。將RoF技術(shù)應(yīng)用到PON系統(tǒng)中能夠有利結(jié)合這兩種技術(shù)的優(yōu)勢，目前該方向已經(jīng)成為國際研究熱點之一。但基于RoF的PON系統(tǒng)的保密性不足，無法滿足用戶終端對需求信息的高安全及保密性要求，因此，如何提高基于RoF技術(shù)的PON系統(tǒng)的抗干擾能力和保密性將是一個值得深入研究的關(guān)鍵問題。光碼分復(fù)用(OpticalCode Division Multiplexing, 0CDM)技術(shù)是目前具有高保密信息傳輸優(yōu)勢的技術(shù)之一，該技術(shù)自80年代初提出以來，倍受關(guān)注。OCDM技術(shù)將光纖介質(zhì)的超大帶寬和電碼分多址(ECDMA)的靈活性相結(jié)合，是常見PON多址接入方式之一。 OCDM系統(tǒng)利用相互正交的地址碼如光正交碼等對傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行相應(yīng)的編解碼處理，使得不同用戶的信號可以共享信道，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的容量。同時，分配給不同用戶的地址碼之間相互正交使得OCDM系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力和保密性，這一點是其他多址接入方式無法媲美的。另外，OCDM系統(tǒng)支持異步接入，因此對同步的要求較低。由于3G通信的飛速發(fā)展，各種通信基礎(chǔ)設(shè)施日趨完善，因而很容易使用OCDM技術(shù)對現(xiàn)有的通信基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行升級來增強(qiáng)通信的安全保密性，從而滿足現(xiàn)實社會人們對通信質(zhì)量安全保密化的要求。從目前專利或文獻(xiàn)調(diào)研情況來看，將具有保密性優(yōu)勢的OCDM技術(shù)應(yīng)用到基于RoF技術(shù)的PON 系統(tǒng)尚未見到報道。在2010年12月01日公布，公開號為CN101902666A，名稱為“光碼分多址無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、光分配網(wǎng)裝置及光線路終端”的發(fā)明專利中，發(fā)明人提供了一種通過在光分配網(wǎng)絡(luò)對輸入信號進(jìn)行波分復(fù)用和OCDM編解碼處理來擴(kuò)大現(xiàn)有OCDM無源光網(wǎng)絡(luò)的接入用戶容量的技術(shù)。雖然通過將多路數(shù)據(jù)調(diào)制到不同波長的光載波上并由密集波分復(fù)用器合為一路信號的處理方式能夠擴(kuò)大接入網(wǎng)用戶的容量，但是該方案需要若干不同波長的激光器和密集波分復(fù)用器，因而該方案是在犧牲成本的代價之上實現(xiàn)OCDM無源光網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容功能的，而且該方法不能支持無線接入。在2011年07月20日公布，公開號為CN102130805A， 名稱為“一種面向融合接入的多業(yè)務(wù)終端系統(tǒng)”的發(fā)明專利中，發(fā)明人提出利用RoF技術(shù)實現(xiàn)PON系統(tǒng)的多種有線和無線業(yè)務(wù)的融合接入，用戶終端可以根據(jù)需要選擇網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)。雖然該方案能夠?qū)崿F(xiàn)有線和無線業(yè)務(wù)的融合接入，但是該方案沒有考慮到信息傳輸?shù)目垢蓴_和保密性問題，即只要微彎光纖，光纖中傳輸?shù)哪M信號就很容易泄露出來，竊聽方只需要用一個光譜儀就可以獲得并破解各路信號，同時，無線信號在空氣信道中傳輸也容易被非指定用戶盜取，這顯然無法滿足有線和無線用戶終端對需求信息的安全保密性要求。另外，在文獻(xiàn)[Y. Hsueh, M. Huang, S. Fan, and G. -K. Chang, "A Novel Lightwave Centralized Bidirectional Hybrid Access Network :Seamless Integration of RoF with WDM-0FDM-P0N,，，IEEE Photon. Technol. Lett.，vol. 23，no. 15，pp. 1085-1087，Aug.， 2011.]中，作者提出一種集中波長的混合雙向無源光網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)系統(tǒng)。該方案將光載無線通信技術(shù)和波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了很好的融合，并用來傳輸正交頻分復(fù)用信號。 雖然通過上述兩種技術(shù)的融合能夠?qū)崿F(xiàn)一種有線/無線混合接入的無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，但是該方案在信號傳輸?shù)目垢蓴_和保密性上存在較大問題，同樣無法滿足有線和無線用戶終端對需求信息的安全保密性要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于OCDM具有高保密性的光纖無線 RoF無源光網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)方法，以解決接入網(wǎng)領(lǐng)域有線和無線業(yè)務(wù)的無縫融合以及有線和無線用戶終端對需求信息的高安全及保密性要求等問題，從而滿足現(xiàn)實社會人們對業(yè)務(wù)服務(wù)多元化和通信質(zhì)量安全保密化的要求。為了方便描述本發(fā)明的內(nèi)容，先對本發(fā)明內(nèi)容中出現(xiàn)的相關(guān)專業(yè)術(shù)語進(jìn)行說明PON(Passive Optical Network) : ! ^^ ；OLT (Optical Line Terminal):光線路終端;ODN(Optical Distribution Network)光分配網(wǎng)絡(luò)；ONU(Optical Network Unit):光網(wǎng)絡(luò)單元；RoF (Radio over Fiber)光載無線通信；
CS (Central Station):中>!>立占；BS (Base Station)基站；OCDM(Optical Code Division Multipleing)光碼分復(fù)用；ECDMA(Electrical Code Division Multiple Access)電碼分多址。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種基于OCDM的保密性光纖無線RoF無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于包括RoF中心站中的雙邊帶調(diào)制和強(qiáng)度調(diào)制、光源、射頻源、OCDM編碼、耦合、光纖傳輸、解耦合、OCDM解碼、光電探測、RoF基站中ECDMA編碼、電放大以及天線發(fā)射組成。本發(fā)明具體實現(xiàn)方法的步驟為第1步中心頻率為fO的激光光源在頻率為F的射頻源激勵下進(jìn)行雙邊帶調(diào)制， 從而產(chǎn)生頻率分別為fl = fO-F、fO和f2 = fO+F的三個載波分量；第2步用一個解復(fù)用器將雙邊帶調(diào)制得到的頻率分別為fl、fO和f2的三個載波分量分離開，將各路有線用戶數(shù)據(jù)分別調(diào)制到對應(yīng)的fO載波分量上，將各路無線用戶數(shù)據(jù)分別調(diào)制到對應(yīng)的π載波分量上，頻率為f2的載波分量不做任何處理，最后由一個復(fù)用器再將調(diào)制后的頻率為Π、fO和沒有調(diào)制的頻率為f2的三路信號復(fù)用到一起；第3步根據(jù)系統(tǒng)分配給各個用戶的唯一的OCDM地址碼，利用OCDM編碼器對強(qiáng)度調(diào)制后得到的混合信號進(jìn)行OCDM編碼，從而得到的η路并行的OCDM編碼信號，再用一個耦合器將這η路并行的OCDM編碼信號耦合為一路；第4步η路并行的OCDM編碼信號由耦合器耦合為一路后直接發(fā)射到光纖信道中，先從OLT傳輸?shù)?DN，再由ODN將信號分配給各個0NU，光放大器用來對衰減了的光信號進(jìn)行放大；第5步耦合為一路的OCDM編碼信號由位于ODN處的解耦合器分為η束，分別發(fā)送到η個對應(yīng)的0NU，每個ONU為了獲取OLT傳送給自己的信號，需要對接收到的光信號進(jìn)行OCDM解碼處理，從而提取出所需的光信號；第6步經(jīng)過OCDM解碼處理后的光信號先由一個解復(fù)用器將頻率為fl、fO和f2 的三個信號分量分離開來，攜帶有線用戶數(shù)據(jù)的頻率為fO的信號分量直接進(jìn)入光電探測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，從而得到有線用戶所需求的數(shù)據(jù)并直接發(fā)送給有線用戶終端，攜帶無線用戶數(shù)據(jù)的頻率為π的信號分量和沒有調(diào)制信號的頻率為f2的載波分量一起進(jìn)入RoF基站中的光電探測器進(jìn)行拍頻處理，從而得到無線用戶所需求的射頻頻率為2F的無線信號；第7步經(jīng)過RoF基站中光電探測器的拍頻處理即可得到無線用戶所需求的射頻信號，再根據(jù)分配給不同無線用戶的ECDMA地址碼對射頻信號進(jìn)行ECDMA編碼處理，從而確保只有擁有權(quán)限即擁有對應(yīng)ECDMA地址碼的無線用戶才能正確解碼并接收到需求的無線信號；第8步經(jīng)過ECDMA編碼后的射頻信號由一個電功率放大器放大到適合天線發(fā)射的功率水平后由天線直接發(fā)射到空氣信道中，無線用戶終端只需要在一定的距離范圍內(nèi)根據(jù)分配給自己的ECDMA地址碼進(jìn)行解碼處理就能成功接收到所需求的無線信號。通過執(zhí)行上述步驟，就可以成功的實現(xiàn)本發(fā)明提供的這種具有高保密性的基于 OCDM的光纖無線RoF無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明提供的一種基于OCDM的光纖無線RoF無源光網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)方法的具體實施步驟流程圖；圖2是本發(fā)明實施實例1的原理框圖；圖3是本發(fā)明實施實例1的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖；圖4是本發(fā)明實施實例2的原理框圖；圖5是本發(fā)明實施實例2的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖；圖6是本發(fā)明實施實例1中多光源RoF-中心站的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖；圖7是本發(fā)明實施實例2中單光源RoF-中心站的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖；圖8是本發(fā)明實施實例1和2中OOTM編/解碼器陣列的原理框圖；圖9是本發(fā)明實施實例1和2中基于光纖延遲線的OCDM編/解碼器陣列的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖；圖10是本發(fā)明實施實例1和2中RoF-基站的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖；圖11是本發(fā)明實施實例1和2中RoF-中心站進(jìn)行雙邊帶調(diào)制后得到的雙邊帶載波信號的頻譜圖。
具體實施例方式本發(fā)明有兩個具體實施方式
，分別由兩個具體實施實例給出，下面將結(jié)合附圖和這兩個實施實例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。實施實例1
本發(fā)明實施實例1的原理框圖和詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖分別如圖2和圖3所示，本實施實例的特征一在于0LT用于產(chǎn)生光載波、調(diào)制有線/無線用戶信號、OCDM編碼處理以及將編碼后的η路光信號耦合到一起發(fā)射到光纖鏈路。光纖鏈路用于傳輸OLT發(fā)射的光信號。光放大器用于放大光纖鏈路中傳輸?shù)墓庑盘枴＝怦詈掀饔糜趯⒔邮盏降墓庑盘柗譃棣锹凡l(fā)送給各個0NU。多個ONU用于接收光纖鏈路傳送來的光信號、OCDM解碼處理、光電探測、 ECDMA編碼處理以及分別將有線/無線信號傳送給有線無/線用戶終端。其特征二在于 多光源RoF中心站作為OLT的一個組成部分，RoF基站作為ONU的一個組成部分，OCDM解碼器分別位于各個ONU中。所述OLT包括多光源RoF中心站，使用多個光源來產(chǎn)生傳輸有線和無線業(yè)務(wù)的光載波并將有線和無線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)調(diào)制到相應(yīng)的光載波上；OCDM編碼器陣列，用于對多光源 RoF中心站輸出的帶有用戶信號的窄光脈沖進(jìn)行編碼處理，每一個ONU分配一個唯一的地址碼，各個ONU之間的地址碼相互正交；耦合器用于將從OCDM編碼器陣列輸出的多路編碼后的光信號耦合為一路并發(fā)射到光纖鏈路。所述多光源RoF中心站的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示，其特征在于多光源RoF中心站由η個中心頻率為fO的光源，頻率為Fl、F2、-,Fn的η個射頻源，η個雙邊帶調(diào)制器， η個解復(fù)用器，η個用來調(diào)制有線用戶數(shù)據(jù)的強(qiáng)度調(diào)制器，η個用來調(diào)制無線用戶數(shù)據(jù)的強(qiáng)度調(diào)制器以及η個復(fù)用器組成。各個光源產(chǎn)生相應(yīng)的光載波，在各個射頻源的驅(qū)動下進(jìn)行雙邊帶調(diào)制，從而得到η個雙邊帶光載波信號。第i支路進(jìn)行雙邊帶調(diào)制后得到的雙邊帶載波信號的頻譜圖如圖11所示，頻率為fO的中心載波和頻率為Π、f2的兩個一階邊帶之間的頻率間隔為第i支路射頻源的頻率值Fi。每個支路的雙邊帶載波信號由一個解復(fù)用器
7將三個不同的波帶分離開，其中左邊帶fl進(jìn)入一個強(qiáng)度調(diào)制器在無線用戶數(shù)據(jù)i的驅(qū)動下進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，得到光載射頻無線信號Π，中心載波fO進(jìn)入另一個強(qiáng)度調(diào)制器在有線用戶數(shù)據(jù)i的驅(qū)動下進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，得到光載有線信號fo，然后右邊帶載波信號f2、光載射頻無線信號Π和光載有線信號f0 —起由一個復(fù)用器合到一起，得到第i支路的信號。最后，得到的η條支路的η路并行信號就是多光源RoF中心站的輸出信號。所述OCDM編碼器陣列的原理框圖如圖8所示，其特征在于包括η個并行的OCDM 編碼器。本發(fā)明采用的基于光纖延遲線的OCDM編碼器陣列的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖如圖9所示。 帶有用戶信號的η個窄光脈沖經(jīng)過不等長的光纖延遲線傳輸后得到編碼后的η個光脈沖信號，編碼信號的碼片周期與窄光脈沖相等，碼片的時隙位置由地址碼決定，地址碼元素“O” 和“ 1，，分別由該碼片位置光脈沖的有無表示。所述ONU其特征在于0CDM解碼器，用于對接收到的光信號進(jìn)行相應(yīng)的解碼處理， 每個ONU用分配給自己的唯一的地址碼對接收到的光信號進(jìn)行解碼，就可以得到直接所需要的信號，同時由于沒有其他用戶的地址碼而無法竊取其他用戶的信號。解復(fù)用器，用于將發(fā)送給有線用戶和無線用戶的不同光信號分離開。光電探測器，用于將接收到的光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的電信號并將有線用戶所需的電信號直接發(fā)送給有線用戶終端。RoF 基站，用于接收光纖鏈路傳送來的光信號、OCDM解碼處理、光電探測、ECDMA編碼處理以及分別將有線/無線信號傳送給有線無/線用戶終端。所述各個ONU中的OCDM解碼器分別對應(yīng)如圖8所示OCDM解碼器陣列中相應(yīng)的一個支路。本發(fā)明采用的基于光纖延遲線的OCDM解碼器陣列的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖如圖9所示。接收到的η個光脈沖信號經(jīng)過與編碼器陣列排列相反的光纖延遲線傳輸后，輸出的光信號即為解碼后的η個光脈沖信號，這η個光脈沖信號隨后就分別被發(fā)送到對應(yīng)的ONU中。所述RoF基站的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖如圖10所示，其特征在于包括光電探測器，ECDMA 編碼器，電放大器和天線。RoF基站接收到的右邊帶載波信號f2和光載射頻無線信號fl 一起直接進(jìn)入光電探測器進(jìn)行拍頻，從而得到攜帶無線用戶所需業(yè)務(wù)的射頻信號，再經(jīng)過 ECDMA編碼器處理，然后由電放大器將低功率的射頻信號放大，最后由天線發(fā)射到空氣信道中，這樣無線用戶終端就可以接收所需的射頻信號。實施實例2本發(fā)明實施實例2的原理框圖和詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖分別如圖4和圖5所示，本實施實例其特征一在于0LT用于產(chǎn)生光載波、調(diào)制有線/無線用戶信號、OCDM編碼處理以及將編碼后的η路光信號耦合到一起發(fā)射到光纖鏈路。光纖鏈路用于傳輸OLT發(fā)射的光信號。光放大器用于放大光纖鏈路中傳輸?shù)墓庑盘?。ODN用于將接收到的光信號分為若干支路并對各支路光信號進(jìn)行解碼處理。多個ONU用于接收光纖鏈路傳送來的光信號、光電探測、ECDMA 編碼以及分別將有線/無線信號傳送給有線無/線用戶終端。其特征二在于單光源RoF 中心站作為OLT的一個組成部分，RoF基站作為ONU的一個組成部分，OCDM解碼器陣列位于 ODN 中。所述OLT包括單光源RoF中心站，1個高功率光源產(chǎn)生1個雙邊帶調(diào)制器的光載波，該雙邊帶調(diào)制器在1個射頻源的驅(qū)動下進(jìn)行雙邊帶調(diào)制從而產(chǎn)生傳輸有線和無線業(yè)務(wù)的光載波并將有線和無線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)調(diào)制到相應(yīng)的光載波上，最后由1個分束器將得到的雙邊帶信號分為η條支路；OCDM編碼器陣列用于對單光源RoF中心站輸出的帶有用戶信號的窄光脈沖進(jìn)行編碼處理；耦合器用于將從OCDM編碼器陣列輸出的多路編碼后的光信號耦合為一路并發(fā)射到光纖鏈路。所述單光源RoF中心站的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示，其特征在于包括1個中心頻率為fo的高功率光源，1個頻率為F的射頻源，1個雙邊帶調(diào)制器，1個分束器，η個解復(fù)用器，η個用來調(diào)制有線用戶數(shù)據(jù)的強(qiáng)度調(diào)制器，η個用來調(diào)制無線用戶數(shù)據(jù)的強(qiáng)度調(diào)制器以及η個復(fù)用器。1個高功率光源產(chǎn)生1個雙邊帶調(diào)制器的光載波，該雙邊帶調(diào)制器在1個射頻源的驅(qū)動下進(jìn)行雙邊帶調(diào)制從而產(chǎn)生傳輸有線和無線業(yè)務(wù)的光載波并將有線和無線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)調(diào)制到相應(yīng)的光載波上，最后由1個分束器將得到的雙邊帶信號分為η條支路。每個支路的雙邊帶載波信號由一個解復(fù)用器將中心頻率分別為Π，fO和f2的三個不同的波帶分離開來，其中左邊帶Π進(jìn)入一個強(qiáng)度調(diào)制器在無線用戶數(shù)據(jù)i的驅(qū)動下進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制， 得到光載射頻無線信號Π，中心載波fO進(jìn)入另一個強(qiáng)度調(diào)制器在有線用戶數(shù)據(jù)i的驅(qū)動下進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，得到光載有線信號fO，然后右邊帶載波信號f2、光載射頻無線信號Π和光載有線信號fO —起由一個復(fù)用器合到一起，得到第i支路的信號。最后，得到的η條支路的η路并行信號就是單光源RoF中心站的輸出信號。所述OCDM編碼器陣列的原理框圖如圖8所示，包括η個并行的OCDM編碼器。本發(fā)明采用的基于光纖延遲線的OCDM編碼器陣列的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖如圖9所示。帶有用戶信號的η個窄光脈沖經(jīng)過不等長的光纖延遲線傳輸后得到編碼后的η個光脈沖信號，編碼信號的碼片周期與窄光脈沖相等，碼片的時隙位置由地址碼決定，地址碼元素“O”和“1”分別由該碼片位置光脈沖的有無表示。所述ODN包括解耦合器，用于將接收到的光信號分為η路并直接送入OCDM解碼器陣列；OCDM解碼器陣列，用于對接收到的帶有用戶信號的η路并行光信號進(jìn)行解碼處理。所述OCDM解碼器陣列的原理框圖如圖8所示，包括η個并行的OCDM解碼器。本發(fā)明采用的基于光纖延遲線的OCDM解碼器陣列的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖如圖9所示。接收到的η 個光脈沖信號經(jīng)過與編碼器陣列排列相反的光纖延遲線傳輸后，輸出的光信號即為解碼后的η個光脈沖信號，這η個光脈沖信號隨后就分別被發(fā)送到對應(yīng)的ONU中。所述ONU包括解復(fù)用器，用于將發(fā)送給有線用戶和無線用戶的不同光信號分離開；光電探測器，用于將接收到的光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的電信號并將有線用戶所需的電信號直接發(fā)送給有線用戶終端；RoF基站，用于對接收到的光載射頻無線信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、ECDMA編碼處理并經(jīng)過電放大器放大后由天線發(fā)射到無線用戶終端。所述RoF基站的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖如圖10所示，包括光電探測器，ECDMA編碼器，電放大器和天線。RoF基站接收到的右邊帶載波信號f2和光載射頻無線信號Π —起直接進(jìn)入光電探測器進(jìn)行拍頻，從而得到攜帶無線用戶所需業(yè)務(wù)的射頻頻率為2F的無線信號，再經(jīng)過ECDMA編碼器處理，然后由電放大器將低功率的射頻信號放大后由天線發(fā)射到空氣信道中，這樣無線用戶終端就可以接收所需的射頻信號。所述RoF中心站中第i支路進(jìn)行雙邊帶調(diào)制后得到的雙邊帶載波信號的頻譜圖如圖11所示，包括頻率為fO的中心載波，頻率為fl = fO-Fi的左邊帶和頻率為f2 = fO+Fi 的右邊帶三個頻率分量。這三個頻率分量的峰值功率都在-20daii左右，比雙邊帶調(diào)制產(chǎn)生的其他高階邊帶的峰值功率高出20多個dB。本發(fā)明的有益效果
將RoF技術(shù)與PON技術(shù)緊密結(jié)合，實現(xiàn)了有線業(yè)務(wù)和無線業(yè)務(wù)的無縫融合；在光纖鏈路采用OCDM接入技術(shù)，顯著增強(qiáng)了融合業(yè)務(wù)在光纖鏈路傳輸?shù)目垢蓴_能力和安全保密性能，讓多種業(yè)務(wù)可以共享信道，擴(kuò)大了系統(tǒng)的容量，同時也降低了系統(tǒng)對同步的要求，且擁有公平的帶寬分配機(jī)制，組網(wǎng)靈活；在無線鏈路采用ECDMA技術(shù)，增強(qiáng)了無線業(yè)務(wù)在無線鏈路傳輸?shù)目垢蓴_能力和安全保密性能；可以根據(jù)無線用戶的需求，在OLT端使用不同頻率的射頻源來使不同的用戶獲得不同射頻頻率的無線信號；提供了兩種具體的實施方式， 可以適應(yīng)不同需求的應(yīng)用場合；易在現(xiàn)有3G基礎(chǔ)設(shè)施上進(jìn)行相應(yīng)的升級，可以極大的降低普及建設(shè)成本。盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實施方式
進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實施方式
的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
權(quán)利要求
1.一種基于光碼分復(fù)用(OCDM)光纖無線RoF無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征一在于包括光載無線通信(RoF)中心站中的雙邊帶調(diào)制和強(qiáng)度調(diào)制、光源、射頻源、OCDM編碼、耦合、光纖傳輸、解耦合、OCDM解碼、光電探測、RoF基站中電碼分多址(ECDMA)編碼、電放大以及天線發(fā)射組成。其特征二在于RoF中心站作為光線路終端(OLT)的一個組成部分，OCDM編碼器陣列位于OLT中。其特征三在于RoF基站作為光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)的一個組成部分，OCDM 解碼器分別位于各個ONU中。一種基于OCDM光纖無線RoF無源光網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)方法，其具體實現(xiàn)步驟為 第1步中心頻率為fO的激光光源在頻率為F的射頻源激勵下進(jìn)行雙邊帶調(diào)制，從而產(chǎn)生頻率分別為fl = fO-F、fO和f2 = fO+F的三個載波分量；第2步用一個解復(fù)用器將雙邊帶調(diào)制得到的頻率分別為fl、fO和f2的三個載波分量分離開，將各路有線用戶數(shù)據(jù)分別調(diào)制到對應(yīng)的fO載波分量上，將各路無線用戶數(shù)據(jù)分別調(diào)制到對應(yīng)的Π載波分量上，頻率為f2的載波分量不做任何處理，最后由一個復(fù)用器再將信號調(diào)制后的頻率為Π、fO和沒有調(diào)制的頻率為f2的三路信號復(fù)用到一起；第3步根據(jù)系統(tǒng)分配給各個用戶的唯一的OCDM地址碼，利用OCDM編碼器對強(qiáng)度調(diào)制后得到的混合信號進(jìn)行OCDM編碼，從而得到的η路并行的OCDM編碼信號，再用一個耦合器將這η路并行的OCDM編碼信號耦合為一路；第4步η路并行的OCDM編碼信號由耦合器耦合為一路后就直接發(fā)射到光纖信道中， 先從OLT傳輸?shù)焦夥峙渚W(wǎng)(ODN)，再由ODN將信號分配給各個0NU，光放大器用來對衰減了的光信號進(jìn)行放大；第5步耦合為一路的OCDM編碼信號由位于ODN處的解耦合器分為η束，分別發(fā)送到η 個對應(yīng)的0NU，每個ONU為了獲取OLT傳送給自己的信號，需要對接收到的光信號進(jìn)行OCDM 解碼處理，從而提取出所需的光信號；第6步經(jīng)過OCDM解碼處理后的光信號先由一個解復(fù)用器將頻率為Π、fO和f2的三個信號分量分離開來，攜帶有線用戶數(shù)據(jù)的頻率為fO的信號分量直接進(jìn)入光電探測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，從而得到有線用戶所需求的數(shù)據(jù)并直接發(fā)送給有線用戶終端，攜帶無線用戶數(shù)據(jù)的頻率為Π的信號分量和沒有調(diào)制信號的頻率為f2的載波分量一起進(jìn)入RoF基站中的光電探測器進(jìn)行拍頻處理，從而得到無線用戶所需求的射頻頻率為2F的無線信號；第7步經(jīng)過RoF基站中光電探測器的拍頻處理即可得到的無線用戶所需求的射頻信號，再根據(jù)分配給不同無線用戶的ECDMA地址碼對射頻信號進(jìn)行ECDMA編碼處理，從而確保只有擁有權(quán)限即擁有對應(yīng)ECDMA地址碼的無線用戶才能正確解碼并接收到需求的無線信號；第8步經(jīng)過ECDMA編碼后的射頻信號由一個電功率放大器放大到適合天線發(fā)射的功率水平后由天線直接發(fā)射到空氣信道中，無線用戶終端只需要在一定的距離范圍內(nèi)根據(jù)分配給自己的ECDMA地址碼進(jìn)行解碼處理就能成功接收到所需求的無線信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OCDM光纖無線RoF無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征還在于所述OLT中的多光源RoF中心站，使用η個光源來產(chǎn)生傳輸有線和無線業(yè)務(wù)的光載波，η個雙邊帶調(diào)制器在η個射頻源的驅(qū)動下將有線和無線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分別調(diào)制到相應(yīng)的光載波上； OCDM編碼器陣列用于對RoF中心站輸出的攜帶用戶信號的窄光脈沖進(jìn)行編碼處理；耦合器用于將從OCDM編碼器陣列輸出的多路編碼后的光信號耦合為一路并發(fā)射到光纖鏈路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OCDM光纖無線RoF無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征還在于所述ONU包括OCDM解碼器用于對接收到的光信號進(jìn)行解碼處理；解復(fù)用器用于將發(fā)送給有線用戶和無線用戶的不同光信號分離開來；RoF基站用于對接收到的光載射頻無線信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、ECDMA編碼并經(jīng)過電放大器放大后由天線發(fā)射到無線用戶終端；光電探測器用于將接收到的有線光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并傳送給有線用戶終端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OCDM光纖無線RoF無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征還在于單光源RoF中心站由1個高功率光源，1個雙邊帶調(diào)制器和1個射頻源和1個光分束器組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OCDM光纖無線RoF無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征還在于所述ODN包括解耦合器用于將接收到的光信號分為若干支路；OCDM解碼器陣列用于對解耦合后的各支路光信號進(jìn)行解碼處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和5所述的基于OCDM光纖無線RoF無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征還在于位于各個ONU中的OCDM解碼器以陣列的形式放到ODN中，OLT通過ODN與多個元ONU 相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OCDM光纖無線RoF無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征還在于所述單光源RoF中心站，1個高功率光源產(chǎn)生1個雙邊帶調(diào)制器的光載波，該雙邊帶調(diào)制器在 1個射頻源的驅(qū)動下進(jìn)行雙邊帶調(diào)制從而產(chǎn)生傳輸有線和無線業(yè)務(wù)的光載波并將有線和無線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)調(diào)制到相應(yīng)的光載波上，最后由1個分束器將得到的雙邊帶信號分為η條支路； OCDM編碼器陣列，用于對RoF中心站輸出的帶有用戶信號的窄光脈沖進(jìn)行編碼處理；耦合器用于將從OCDM編碼器陣列輸出的多路編碼后的光信號耦合為一路并發(fā)射到光纖鏈路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OCDM光纖無線RoF無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征還在于0NU 包括有線和無線用戶終端，分別接收有線和無線信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1和8所述的基于OCDM光纖無線RoF無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征還在于無線用戶終端包括天線和ECDMA解碼器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、5、6和7所述的基于OCDM光纖無線RoF無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征還在于所述OCDM編/解碼器采用了光纖延遲線編/解碼器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光碼分復(fù)用(OCDM)光纖無線RoF無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)實現(xiàn)方法。在光線路終端(OLT)RoF中心站，信號實現(xiàn)雙邊帶調(diào)制，產(chǎn)生三路載波分量分別調(diào)制有線、無線用戶數(shù)據(jù)和不做調(diào)制處理。信號經(jīng)OCDM編碼后耦合到光纖信道，傳輸?shù)焦夥峙渚W(wǎng)絡(luò)(ODN)并將信號分配給各個光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)。ONU將接收的信號進(jìn)行OCDM解碼，然后將三路分量分離，其中一路經(jīng)光電探測后直接發(fā)送給有線用戶終端，而另外兩路進(jìn)入RoF基站，進(jìn)行拍頻得到射頻信號，再進(jìn)行電碼分多址(ECDMA)編碼并經(jīng)過電放大后由天線發(fā)射，最后無線用戶終端通過ECDMA解碼獲取所需信號。本發(fā)明為PON系統(tǒng)中實現(xiàn)有線/無線保密接入提供了一種有效途徑。
文檔編號H04Q11/00GK102413388SQ20111036712
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者張崇富, 陳晨 申請人:電子科技大學(xué)