專利名稱：基于奈奎斯特波分復(fù)用的無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無源光網(wǎng)絡(luò)，具體涉及基于奈奎斯特波分復(fù)用的無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
隨著各類大帶寬業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，用戶對網(wǎng)絡(luò)接入帶寬的需求大幅增長，無源光網(wǎng)絡(luò)(PON，Passive Optical Network)成為用戶接入的重要技術(shù)手段。PON系統(tǒng)包括光線路終端(OLT :0ptical Line Terminal)和光網(wǎng)絡(luò)單兀(ONU :0ptical Network Unites),各ONU通過遠端節(jié)點(RN Remote Node)與位于中心局的OLT相連。波分復(fù)用PON (WDM-PON)是一種在輸送距離、容量上極具優(yōu)勢的技術(shù)，目前已經(jīng)成為通信網(wǎng)絡(luò)的主流。WDM-PON中，各ONU工作于不同波長，在OLT向各ONU發(fā)送數(shù)據(jù)的下行 輸送中，多個波長的下行信號復(fù)用在同一根光纖中，這樣實際在OLT和所有ONU之間建立了點到點連接。位于中間的RN是光復(fù)用/解復(fù)用器，它可以將單根光纖中的多個波長耦合至RN與每個ONU之間的輸送光纖上，也可以將來自于各ONU的多根光纖上的不同波長耦合進同一根光纖進行輸送。因此，WDM-PON系統(tǒng)在擴展用戶數(shù)量時，功率損耗無增加，這有利于擴大PON的覆蓋范圍。如圖I所示的典型WDM-PON系統(tǒng)，ONU總數(shù)是N，OLT包含有對應(yīng)ONU個數(shù)的N組下行發(fā)射機和上行接收機，每個ONU包含各自的下行接收機和上行發(fā)射機。ONU上行所需的光載波，可以由本地激光器提供，亦可以通過下行光信號得到。遠端節(jié)點RN對OLT送來的下行信號進行解復(fù)用后送往各ONU ;同時，對各ONU送來的上行信號進行復(fù)用后送往0LT。雖然WDM-PON具有輸送距離遠、覆蓋范圍大等優(yōu)點，但由于通常波道間隔為50GHz或者100GHz，導(dǎo)致可以服務(wù)的用戶數(shù)量很有限。為了能夠增大用戶數(shù)量，業(yè)界提出了0FDM-P0N,以利用OFDM的高譜效率等優(yōu)勢。但是，受OFDM技術(shù)原理限制，上行信號在遠端節(jié)點進行OFDM復(fù)用時，需要保證各ONU來的符號對齊，這為其實現(xiàn)帶來很大難度。另外，OFDM的數(shù)字信號處理較為復(fù)雜，對發(fā)、收電器件的帶寬要求較高，這些也是0FDM-P0N實用化需要克服的障礙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何充分利用帶寬資源，簡單方便、低成本地增加WDM-PON系統(tǒng)用戶數(shù)量的問題。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種基于奈奎斯特波分復(fù)用的無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括OLT和N個0NU，所述OLT上設(shè)有一個多載波產(chǎn)生裝置和一個三端口光環(huán)形器，所述多載波產(chǎn)生裝置，產(chǎn)生等頻率間隔的N路光載波；下行方向，OLT上的N組下行數(shù)據(jù)分別加載到所述N路光載波上并復(fù)用成為奈奎斯特波分復(fù)用信號后經(jīng)下行饋線光纖送給ONU ;所述三端口光環(huán)形器將所述N路光載波經(jīng)上行饋線光纖輸送給ONU供上行調(diào)制使用；所述下行奈奎斯特波分復(fù)用信號到達RN后，解復(fù)用成N路分別輸送給N個ONU, ONU從收到的相應(yīng)下行信號中恢復(fù)得到下行數(shù)據(jù)；上行方向，N個ONU發(fā)出的上行信號經(jīng)所述RN復(fù)用后成為奈奎斯特波分復(fù)用信號由上行饋線光纖輸送到所述三端口光環(huán)形器，所述OLT將從所述三端口光環(huán)形器輸出的上行信號解復(fù)用并恢復(fù)得到上行數(shù)據(jù)。在上述系統(tǒng)中，所述下行饋線光纖工作于單向模式，將所述下行信號經(jīng)所述RN輸送給各ONU ;所述上行饋線光纖工作于雙向模式，將所述上行信號送往0LT，并將N路光載波從OLT經(jīng)RN送往各0NU，供上行調(diào)制使用。在上述系統(tǒng)中，所述RN上設(shè)有第一、第二光復(fù)用解復(fù)用器，所述第一光復(fù)用解復(fù)用器將所述下行信號解復(fù)用為N路送給N個ONU ;所述第二光復(fù)用解復(fù)用器將所述N路光載波解復(fù)用后分別輸送給N個0NU，并將各ONU發(fā)出的上行光信號復(fù)用成為奈奎斯特波分復(fù)用信號后傳送給0LT。在上述系統(tǒng)中，所述上行信號調(diào)制所需的光載波由OLT經(jīng)上行饋線光纖送至各0NU,并通過各ONU中的偏振無關(guān)型調(diào)制裝置進行調(diào)制。 在上述系統(tǒng)中，所述偏振無關(guān)型調(diào)制裝置由一個PBS，第一、第二光環(huán)形器，第一、第二調(diào)制器組成，OLT提供的光載波到達ONU后，由PBS分成兩個偏振相互正交的兩路，其中PBS的第一端口輸出水平偏振，第二端口輸出垂直偏振，水平偏振進入第一環(huán)形器的端口 I，從端口 2輸出至第一調(diào)制器進行調(diào)制后，由第二環(huán)形器的端口 3進入并從端口 I輸出，再進入PBS的第二端口 ；垂直偏振經(jīng)過調(diào)制后進入PBS的第一端口 ；最后經(jīng)PBS偏振合束后送入上行饋線光纖輸送。本發(fā)明還提供了一種基于奈奎斯特波分復(fù)用的無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)方法，
通過OLT上的多載波產(chǎn)生裝置產(chǎn)生等頻率間隔的N路光載波；
下行方向0LT上的N組下行數(shù)據(jù)分別加載到所述N路光載波上并復(fù)用成為奈奎斯特波分復(fù)用信號后經(jīng)下行饋線光纖送給RN ;所述三端口光環(huán)形器將所述N路光載波經(jīng)上行饋線光纖輸送到各0NU，供上行調(diào)制使用；所述下行N路奈奎斯特波分復(fù)用信號經(jīng)RN解復(fù)用后分別輸送給N個ONU，N個所述ONU從下行信號中恢復(fù)得到下行數(shù)據(jù)；上行方向=NfONU發(fā)出的上行信號經(jīng)所述RN復(fù)用成奈奎斯特波分復(fù)用信號后由上行饋線光纖輸送到所述三端口光環(huán)形器，所述OLT將從所述三端口光環(huán)形器輸出的上行信號解復(fù)用并恢復(fù)得到上行數(shù)據(jù)。本發(fā)明提出的基于奈奎斯特波分復(fù)用的新型無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及實現(xiàn)方法，通過OLT上的多載波產(chǎn)生裝置產(chǎn)生等頻率間隔的N路光載波，利用上行饋線光纖實現(xiàn)了光載波的分配，上、下行都采用奈奎斯特波分復(fù)用技術(shù)，既保持了 WDM-PON的優(yōu)勢，又利用其高譜效率大大增加了可服務(wù)的用戶數(shù)量，并且實現(xiàn)簡單。


圖I典型WDM-PON系統(tǒng)示意 圖2本發(fā)明提供的基于奈奎斯特波分復(fù)用的無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)示意 圖3本發(fā)明系統(tǒng)中的ONU示意 圖4本發(fā)明系統(tǒng)中用于ONU的偏振無關(guān)型調(diào)制裝置的實施例示意具體實施方式
本發(fā)明提供的基于奈奎斯特(Nyquist)波分復(fù)用的無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(Nyquist-WDM-PON)及實現(xiàn)方法，上、下行都采用奈奎斯特波分復(fù)用技術(shù)，既保持了 WDM-PON的優(yōu)勢，又利用其高譜效率大大增加了可服務(wù)的用戶數(shù)量，同時還利用其實現(xiàn)較為簡單的特點避開了 OFDM-PON的實現(xiàn)難點。Nyquist-WDM技術(shù)是一種超密集的波分復(fù)用技術(shù)，理想情況下其頻譜效率和OFDM相同。根據(jù)Nyquist第一準(zhǔn)則，在滿足無碼間干擾(ISI)的各種系統(tǒng)特性中，理想低通特性的基帶系統(tǒng)可以用0. 5Rs的帶寬傳輸波特率最高為Rs的信號，或者相應(yīng)的帶通系統(tǒng)可以用Rs的帶寬傳輸波特率最高為Rs的信號，所以帶通系統(tǒng)在無ISI條件下能夠達到的最高頻帶利用率就是I Baud/Hz。為了達到這個最高頻率利用率，信號頻譜應(yīng)是寬度為Rs的矩形譜。但是，該矩形譜實際不可能得到，業(yè)界研究表明，在現(xiàn)有波分復(fù)用 /解復(fù)用器件(采用AWG或Interleaver)的近似2階超高斯濾波特性下,可以以略高于Rs的帶寬(如I. IRs)無ISI地傳輸波特率是Rs的信號，從而達到接近于I Baud/Hz的最高頻譜效率，這就是Nyquist-WDM技術(shù)。如果希望WDM-PON系統(tǒng)使用的頻譜寬度是B(Hz),每個ONU需要的傳輸波特率是Rs，則采用Nyquist-WDM技術(shù)后，該PON系統(tǒng)可以支持最多B/(I. IRs)個ONU ;而不采用Nyquist-WDM技術(shù)的普通WDM-P0N，則在IOOGHz波道間隔下，僅能支持B/ (IOOGHz)個 0NU。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作出詳細的說明。如圖2所示，本發(fā)明提供的基于奈奎斯特波分復(fù)用的無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括OLT和N個ONU。OLT上設(shè)有N組OLT下行發(fā)射機和OLT上行接收機，每個ONU上設(shè)有一組ONU上行發(fā)射機和ONU下行接收機。OLT上還設(shè)有一個多載波產(chǎn)生裝置和一個三端口光環(huán)形器以及一個OLT光復(fù)用器和一個OLT光解復(fù)用器。OLT光復(fù)用器用于將N個OLT下行發(fā)射機產(chǎn)生的N路光信號復(fù)用為下行奈奎斯特波分復(fù)用信號，OLT光解復(fù)用器用于將上行奈奎斯特波分復(fù)用信號解復(fù)用為N路光信號。多載波產(chǎn)生裝置產(chǎn)生等頻率間隔的N路光載波，N路光載波既作為OLT下行發(fā)射機加載下行信號所需的光載波，又作為OLT上行接收機解調(diào)上行信號所需的本振光載波，還作為各ONU進行上行信號調(diào)制所需的光載波(經(jīng)上行光纖送至各0NU)。三端口光環(huán)形器的作用是將各ONU經(jīng)上行光纖送來的信號送往OLT光解復(fù)用器，并將ONU進行上行信號調(diào)制所需的光載波經(jīng)上行饋線光纖送往各0NU。本發(fā)明的工作過程如下
下行方向0LT上的N組OLT下行發(fā)射機將下行數(shù)據(jù)分別加載到N路光載波上，再由OLT光復(fù)用器復(fù)用為下行奈奎斯特波分復(fù)用信號，下行信號經(jīng)下行饋線光纖和RN輸送給0NU，ONU下行接收機從下行信號中恢復(fù)得到下行數(shù)據(jù)；同時，多載波產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的N路光載波由三端口光環(huán)形器的端口 I輸入，再由端口 2輸出經(jīng)上行饋線光纖輸送到RN，RN將N路光載波解復(fù)用后分別輸送給N個ONU上的ONU上行發(fā)射機。上行方向N個ONU上行發(fā)射機分別將N路上行信號輸送給RN，由RN復(fù)用成為奈奎斯特波分復(fù)用信號后經(jīng)上行饋線光纖輸送到OLT上的三端口光環(huán)形器，上行信號由三端口光環(huán)形器的端口 2輸入，由端口 3輸出到OLT光解復(fù)用器解復(fù)用為N路光信號，OLT上行接收機從上行信號中恢復(fù)得到上行數(shù)據(jù)。本發(fā)明中，下行饋線光纖工作于單向模式，其作用是將下行信號輸送給RN;上行饋線光纖工作于雙向模式，其作用有兩個，一個作用是將上行信號送往OLT，另一個作用是將N路光載波送往ONU。所以，上行饋線光纖的上行方向傳輸上行奈奎斯特波分復(fù)用信號，下行方向傳輸光載波。RN上設(shè)有第一、第二光復(fù)用解復(fù)用器，第一光復(fù)用解復(fù)用器將下行奈奎斯特波分復(fù)用信號解復(fù)用為N路送給N個ONU ;第二光復(fù)用解復(fù)用器的作用有兩個，一個作用是將N路光載波解復(fù)用后分別輸送給N個0NU，另一個作用是將各ONU發(fā)出的上行光信號復(fù)用為上行奈奎斯特波分復(fù)用信號后經(jīng)三端口光環(huán)形器傳送給0LT。眾所周知，ONU主要包 括ONU下行接收機和ONU上行發(fā)射機，其中，ONU下行接收機完成對來自于OLT的下行信號的接收，ONU上行發(fā)射機將本ONU的上行電信號經(jīng)光調(diào)制后由上行饋線光纖送往0LT。本發(fā)明中，ONU上行發(fā)射機所需的光載波由OLT中的多載波產(chǎn)生裝置產(chǎn)生并經(jīng)上行饋線光纖送來，ONU通過上行電信號調(diào)制得到上行光信號，再由上行饋線光纖送往0LT。由于OLT提供的光載波在經(jīng)過上行饋線光纖的輸送后，到達ONU時的偏振方向是隨機變化的，因此，本發(fā)明中的ONU通過偏振無關(guān)型調(diào)制裝置進行上行信號的調(diào)制。如圖3所示，通過偏振無關(guān)型調(diào)制裝置對OLT提供的光載波進行調(diào)制得到上行信號，然后再由SOA (半導(dǎo)體光放大器Semiconductor Optical Amplifier)放大后進入上行光纖傳輸給0LT。以下給出了偏振無關(guān)型調(diào)制裝置的具體實施例。圖4是偏振無關(guān)型調(diào)制裝置的實施例示意圖，如圖4所示，偏振無關(guān)型調(diào)制裝置由一個PBS (偏振分束器)，第一、第二兩個光環(huán)形器和第一、第二兩個調(diào)制器組成。由OLT提供的光載波，經(jīng)過上行光纖傳輸進入PBS時的偏振方向是隨機變化的，通過PBS則分成兩個偏振相互正交的兩路，其中第一端口 X輸出水平偏振H，第二端口 Y輸出垂直偏振V，水平偏振H進入第一環(huán)形器的端口 1，從端口 2輸出至第一調(diào)制器經(jīng)上行電信號進行調(diào)制，再進入第二環(huán)形器的端口 3，最后從第二環(huán)形器的端口 I輸出，進入PBS的第二端口 Y。垂直偏振V經(jīng)過類似的調(diào)制后進入PBS的第一端口 X，于是兩個偏振的調(diào)制信號最后經(jīng)PBS偏振合束為上行信號送入上行饋線光纖傳輸至0LT。本發(fā)明還提供了一種基于奈奎斯特波分復(fù)用的無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)方法
通過OLT上的多載波產(chǎn)生裝置產(chǎn)生等頻率間隔的N路光載波；
下行方向0LT上的N組下行數(shù)據(jù)分別加載到所述N路光載波上并復(fù)用成為下行奈奎斯特波分復(fù)用信號經(jīng)下行饋線光纖送給RN ;所述三端口光環(huán)形器將所述N路光載波經(jīng)上行光纖輸送到各0NU，供上行調(diào)制使用；RN將所述下行N路奈奎斯特波分復(fù)用信號解復(fù)用后分別輸送給N個ONU，N個所述ONU分別從下行信號中恢復(fù)得到下行數(shù)據(jù)；
上行方向N個ONU發(fā)出的上行信號經(jīng)所述RN復(fù)用后成為奈奎斯特波分復(fù)用信號由上行饋線光纖輸送到所述三端口光環(huán)形器，所述OLT根據(jù)將從所述三端口光環(huán)形器輸出的上行信號解復(fù)用并恢復(fù)得到上行數(shù)據(jù)。本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人應(yīng)該得知在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于奈奎斯特波分復(fù)用的無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括OLT和N個0NU，其特征在于； 所述OLT上設(shè)有一個多載波產(chǎn)生裝置和一個三端口光環(huán)形器，所述多載波產(chǎn)生裝置，廣生等頻率間隔的N路光載波； 下行方向0LT上的N組下行數(shù)據(jù)分別加載到所述N路光載波上并復(fù)用成為下行奈奎斯特波分復(fù)用信號后經(jīng)下行饋線光纖送給ONU ;所述三端口光環(huán)形器將所述N路光載波經(jīng)上行饋線光纖輸送給ONU供上行調(diào)制使用；所述下行奈奎斯特波分復(fù)用信號到達RN后解復(fù)用成N路分別輸送給N個ONU，ONU從收到的相應(yīng)下行信號中恢復(fù)得到下行數(shù)據(jù)； 上行方向N個ONU發(fā)出的上行信號經(jīng)所述RN復(fù)用后成為奈奎斯特波分復(fù)用信號由上行饋線光纖輸送到所述三端口光環(huán)形器，所述OLT將從所述三端口光環(huán)形器輸出的上行信號解復(fù)用并恢復(fù)得到上行數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求I所述的基于奈奎斯特波分復(fù)用的無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于 所述下行饋線光纖工作于單向模式，將所述下行信號經(jīng)所述RN輸送給各ONU ； 所述上行饋線光纖工作于雙向模式，將所述上行信號送往0LT，并將所述奈奎斯特調(diào)制信號送往所述RN。
3.如權(quán)利要求I所述的基于奈奎斯特波分復(fù)用的無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于 所述RN上設(shè)有第一、第二光復(fù)用解復(fù)用器，所述第一光復(fù)用解復(fù)用器將所述下行信號解復(fù)用為N路送給N個0NU;所述第二光復(fù)用解復(fù)用器將所述N路光載波解復(fù)用后分別輸送給N個0NU，并將各ONU發(fā)出的上行光信號復(fù)用成為奈奎斯特波分復(fù)用信號后傳送給0LT。
4.如權(quán)利要求I所述的基于奈奎斯特波分復(fù)用的無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于 所述上行信號調(diào)制所需的光載波由OLT經(jīng)上行饋線光纖送至各0NU，并通過各ONU中的偏振無關(guān)型調(diào)制裝置進行調(diào)制。
5.如權(quán)利要求4所述的基于奈奎斯特波分復(fù)用的無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于 所述偏振無關(guān)型調(diào)制裝置由一個PBS，第一、第二光環(huán)形器，第一、第二調(diào)制器組成，OLT提供的光載波到達ONU后，由PBS分成兩個偏振相互正交的兩路，其中PBS的第一端口輸出水平偏振，第二端口輸出垂直偏振，水平偏振進入第一環(huán)形器的端口 1，從端口 2輸出至第一調(diào)制器進行調(diào)制后，由第二環(huán)形器的端口 3進入并從端口 I輸出，再進入PBS的第二端口 ；垂直偏振經(jīng)過調(diào)制后進入PBS的第一端口 ；最后經(jīng)PBS偏振合束后送入上行饋線光纖輸送。
6.基于奈奎斯特波分復(fù)用的無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)方法，其特征在于 通過OLT上的多載波產(chǎn)生裝置產(chǎn)生等頻率間隔的N路光載波； 下行方向0LT上的N組下行數(shù)據(jù)分別加載到所述N路光載波上并復(fù)用成為奈奎斯特波分復(fù)用信號后經(jīng)下行饋線光纖送給RN ;所述三端口光環(huán)形器將所述N路光載波經(jīng)上行饋線光纖輸送到各0NU，供上行調(diào)制使用；所述下行N路奈奎斯特波分復(fù)用信號經(jīng)RN解復(fù)用后分別輸送給N個0NU，N個所述ONU從下行信號中恢復(fù)得到下行數(shù)據(jù)； 上行方向N個ONU發(fā)出的上行信號經(jīng)所述RN復(fù)用成奈奎斯特波分復(fù)用信號后由上行饋線光纖輸送到所述三端口光環(huán)形器，所述OLT將從所述三端口光環(huán)形器輸出的上行信號解復(fù)用并恢復(fù)得到上行數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于奈奎斯特波分復(fù)用的無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及實現(xiàn)方法，該系統(tǒng)包括OLT和N個ONU，OLT上設(shè)有一個多載波產(chǎn)生裝置和一個三端口光環(huán)形器，多載波產(chǎn)生裝置產(chǎn)生等頻率間隔的N路光載波；下行的N路奈奎斯特波分復(fù)用信號經(jīng)下行饋線光纖送給ONU；三端口光環(huán)形器將N路光載波經(jīng)上行饋線光纖輸送給ONU，供上行調(diào)制使用；來自于ONU的上行奈奎斯特波分復(fù)用信號經(jīng)上行饋線光纖輸送到OLT。本發(fā)明，上、下行都采用奈奎斯特波分復(fù)用技術(shù)，既保持了WDM-PON的優(yōu)勢，又利用其高譜效率大大增加了可服務(wù)的用戶數(shù)量，并且實現(xiàn)簡單。
文檔編號H04J14/02GK102820945SQ20121030304
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者張新全, 王素椅, 楊鑄 申請人:武漢郵電科學(xué)研究院