专利名称：光ofdm无源接入网中基于偏振复用的onu构建方法
技术领域：
本发明涉及在光正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing, OFDM)的无源接入网中，利用偏振复用技术构建无色光网络单元(OpticalNetwork Unit, 0NU)的方法，属于光通信领域，可以应用在光OFDM调制的光无源接入网中实现无色ONU的设计。
背景技术：
随着通信技术的持续迅猛发展，人们对通信的需求已从单一的语音业务向多媒体业务迈进，使得对网络带宽的需求日益增加，高带宽应用业务不断涌现，尤其是三网合一的提出与应用，对接入网的带宽提出了更高的要求。就全球而言，互联网带宽的增长超过了摩
尔定律，10年时间增长了 1000倍，这为光接入网提供了新一轮发展机遇。在接入网加快光纤到户的部署中，无源光网络(Passive Optical Network,PON)技术获得快速发展，已成为通信网络领域的热点技术，解决了网络融合接入的瓶颈问题。国内外知名的通信运营商和电信设备生产商都十分关注新型PON的研究动向。现有的时分复用无源光网络(Time-DivisionMultiplexing Passive OpticalNetwork, TDM-P0N)(包括ΕΡ0Ν、GP0NU0G-xP0N等)随着速率的进一步提高，上行突发发送接收技术以及针对不同业务的带宽调度和成帧技术越来越难。而波分复用无源光网络(Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network,WDM-P0N)存在的问题是缺少适合各种业务的波长粒度以下的子带宽调度技术。利用光OFDM技术密集的子载波可以并行传输大容量的信息，同时还可以实现灵活的业务调度和粒度很小的动态带宽分配。利用OFDM子载波群正交的特性可以发展基于正交频分多址介质访问协议的正交频分复用无源光网络(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Passive Optical Network,0FDM-P0N)。它可以灵活地提供各种各样的业务，且实现成本较低。与WDM-PON相比，在上行链路中0FDM-P0N大大减少了接收机数目，并且不需要解复用器。系统能够为ONU动态地分配带宽，可以方便地增减ONU数目而无需太多变化硬件配置。与TDM-PON相比，0FDM-P0N利用多波长传输，进而具有更大的传输容量和更远的传输距离。可见，0FDM-P0N系统具有以下优点(1)可提高带宽利用率(例如采用16-QAM调制技术可实现2. 5GHz带宽支持IOGb/s的总数据传输率)。(2)在处理带宽资源共享方面有其独特的灵活性。(3)协议独立及服务透明(子载波子集可同时支持不同服务质量要求的数字和模拟信号)。(4) 0FDM-P0N是一个可伸缩的架构(可以与TDM-PON和WDM-PON共存)。(5)它是一种低造价的解决方案(与传统的WDM-PON相比，在光线路终端中所需的接收机数量较少)。光网络单元是光OFDM无源接入网的主要组成部分之一，由于接入网对经济性非常敏感，因而对光OFDM无源接入网中ONU的实现方法进行研究有着重要的意义。ONU中的光源可采用固定波长激光器，但由此带来的一个重要问题是系统安装时需要准备不同波长的0NU，这不仅需要保存特定波长的信息，还需要多种波长，不易进行ONU的维护。因此提出一种基于偏振复用的构建方法，实现了 ONU的无色设计。采用该设计方式无需管理ONU中的波长，使ONU变得简单，且系统中各ONU可以一致，安装和维护十分方便，可降低运维成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种光OFDM无源接入网中基于偏振复用的ONU构建方法，可以实现ONU的无色设计，且无需管理ONU中的波长，安装和维护方便，运维成本低。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光OFDM无源接入网中基于偏振复用的ONU构建方法，包括利用偏振分束器PBS将激光器产生的光信号分为偏振方向相互垂直的两路偏振光信号;对其中一路偏振光信号进行光OFDM调制，获得光OFDM信号，另一路不进行调制； 经偏振合束器PBC将已调制的偏振光信号和未经调制的偏振光信号合路，再经波分复用器复用至单模光纤传输至ONU ；在ONU先将两路偏振信号分离，将已调制的偏振光信号送至光OFDM直接检测接收机，未经调制的偏振光信号作为上行传输的光载波。 进一步地，首先将待发送数据转换为基带OFDM信号，然后利用基带OFDM信号对一路偏振光信号进行强度调制，得到光OFDM信号。进一步地，利用OFDM发生装置将待发送数据转换为基带OFDM信号，具体的方法为通过串并转换单元将待发送的信源原始串行数据转换成并行子信道数据；通过子载波调制单元对并行子信道数据进行调制；通过快速傅里叶反变换单元采用IFFT算法实现对子载波调制之后数据的傅里叶反变换；通过并串转换单元将调制后的子信道数据转换为串行数据；通过加循环前缀单元将串行数据末尾处数据复制到数据开始处之前，形成循环前
三双；通过D/A转换单元将数字信号转换成模拟信号。进一步地，所述利用基带OFDM信号对一路偏振光信号进行强度调制，得到光OFDM信号的方法具体为利用基带OFDM信号驱动马赫-曾德调制器，对光载波进行强度调制，得到光OFDM信号。进一步地，所述马赫-曾德调制器对光载波进行强度调制的方法为所用马赫-曾德调制器加直流偏压，偏置于正交偏置点，实现强度调制。进一步地，光OFDM直接检测接收机对接收到的已调制的偏振光信号进行的处理包括通过光电检测单元，将光信号转换成模拟电信号；通过模/数转换单元，将模拟电信号转换成数字电信号；通过去循环前缀单元，将发射中所加的循环前缀去掉；
通过串并转换单元，将串行数据转换成并行子信道数据；通过快速傅里叶变换单元，利用FFT算法对并行的子信道数据进行傅里叶变换，实现正交频分复用解调制；通过子载波解调单元，以对应发射所采用的调制方式，对数据进行解调、判决；通过并串转换单元，将判决后的并行的子信道数据转换为串行数据。 进一步地,对于未经调制的偏振光信号,作为上行传输光载波，用以传输光网络单元用户数据。进一步地，将所述光网络单元用户数据调制至光域所采用的调制方式是幅度键控或相干光正交频分复用调制。
本发明具有以下优点采用基于偏振复用的设计方法，同时利用光OFDM技术抗色散、抗衰落的特点，简化了光OFDM无源接入网结构，实现了无源无色ONU的构建；采用光OFDM调制提升了光接入网的信息传输速率，实现50km单模光纤下行速率10Gb/s，上行速率5Gb/s传输；偏振复用技术与OFDM技术相结合，极大提高了光波信号的频谱利用率，利用单一波长就可实现双向数据传输。
图I为本发明的光OFDM无源接入网中基于偏振复用的ONU构建方法的流程示意图。图2为应用本发明的WDM-0FDM-P0N系统的结构示意图。图3为本发明OLT光OFDM发生装置示意图。图4为本发明ONU光OFDM直接检测接收机结构示意图。图5为应用本发明的OFDM-PON系统的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。本发明针对光OFDM无源接入网提出一种新的基于偏振复用的ONU构建方法，其中心思想是利用光OFDM技术抗色散、抗衰落的特点，在同一波长的两个偏振态上双向传输数据，进而实现无源无色ONU的构建，简化了光OFDM无源接入网得结构。其具体实现方法为首先在光线路终端(Optical Line Terminal, 0LT)利用偏振分束器将激光器产生的光信号分为两路偏振光信号，对一路进行光OFDM调制，获得光OFDM信号，另一路不进行调制，经偏振合束器将两路信号合路，再经波分复用器复用至单模光纤传输至0NU。在ONU先将两路偏振信号分离，将承载信号的一路送至光OFDM直接检测接收机，另一路作为上行传输的光载波，实现用户数据的回传。在OLT利用接收机阵列对用户上传数据检测接收，从而完成ONU的构建。具体地,如图I所示首先，利用偏振分束器PBS将激光器产生的光信号分为两路偏振光信号；然后，对其中一路偏振光信号进行光OFDM调制，获得光OFDM信号，另一路不进行调制；接着，经偏振合束器PBC将经过调制的一路偏振光信号和未经调制的另一偏振光信号合路，再经波分复用器复用至单模光纤传输至ONU ；最后，在ONU先将两路偏振信号分离，将经过调制的一路偏振光信号送至光OFDM直接检测接收机，未经调制的另一路偏振光信号作为上行传输的光载波。为配合实现光OFDM无源接入网中基于偏振复用的ONU的实现，系统的OLT应包括激光器(或激光器阵列)、0FDM发生装置、光调制器、偏振分束器、偏振合束器、波分复用/解复用器、光接收机阵列。其中由激光器(或激光器阵列)产生连续光载波，光载波经偏振分束器分的X偏振和Y偏振两路偏振光。对于其中X偏振的一路光信号，利用马赫--曾德调制器(Mach-Zehnder Modulator, MZM)进行调制。对其中一路偏振光信号进行光OFDM调制的方法为利用OFDM发生装置产生基带OFDM信号，信源原始数据经串并转换单元将待发送的串行数据转换成并行子信道数据；子 载波调制单元对并行数据进行调制，若干子载波所采用的数字调制方式可以相同，也可以不同；快速傅里叶反变换(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)单兀，利用IFFT算法实现对子载波调制之后数据的反傅里叶变换，达到OFDM调制的目的；并串转换单元，用于将调制后若干子信道数据转换为串行数据；加循环前缀单元，将串行数据末尾处数据复制到数据开始处之前，以应对信道中的色散和衰落；数/模(Digital to Analog，D/A)转换单元，用于实现数字信号到模拟信号的转换。所产生的基带OFDM信号，可写为
-Nsc5 (0= Σ cke]2nftt其中，sB (t)是基带OFDM信号；ck和fk分别是第k个子载波的OFDM信息符号和频率；NS。为子载波数目；t SOFDM符号传输时间。为了说明简单只给出一个OFDM符号。将MZM加直流偏压，偏置于正交偏置点，利用MZM完成基带OFDM信号上变换至光域，得到sx {t) - ejl7cfot + aejl7C{fo +Af )t. sB (t) 其中，sx(t)是光OFDM信号A是光载波频率；Λ f是光主载波和OFDM频带间的保护带宽；α为比例系数用以描述OFDM频带能量与主载波的关系；sB(t)是给出的基带OFDM信号。经调制后的X偏振信号与未调制的Y偏振信号经偏振合束器合路，再与其它承载调制信息的合路光信号复用至光纤传输给ONU。ONU包括波分复用/解复用器、偏振分束器、光OFDM直接检测接收机、光调制器。利用波分解复用器将光纤下行传输的信号解复用，得到相应光信号。为保证接收端不产生码间串扰，应使基带OFDM信号循环前缀所产生的预留的保护间隔Ae满足-Tt|A|'^c 'B + DGDmax - Ag J O其中，&是光载波频率，c是光速，Dt是总累计色散，Nsc是子载波数目，B是子载波间隔，DGDmax是差分群时延(Different Group Delay, D⑶)最大预算值。利用偏振分束器将光信号分成X、Y偏振两路信号，其中承载调制信息的X偏振信号可表示为
权利要求
1.一种光OFDM无源接入网中基于偏振复用的ONU构建方法，其特征在于，包括 利用偏振分束器PBS将激光器产生的光信号分为偏振方向相互垂直的两路偏振光信号; 对其中一路偏振光信号进行光OFDM调制，获得光OFDM信号，另一路不进行调制；经偏振合束器PBC将已调制的偏振光信号和未经调制的偏振光信号合路，再经波分复用器复用至单模光纤传输至ONU ； 在ONU先将两路偏振信号分离，将已调制的偏振光信号送至光OFDM直接检测接收机，未经调制的偏振光信号作为上行传输的光载波。
2.根据权利要求I所述的光OFDM无源接入网中基于偏振复用的ONU构建方法，其特征在于，首先将待发送数据转换为基带OFDM信号，然后利用基带OFDM信号对一路偏振光信号进行强度调制，得到光OFDM信号。
3.根据权利要求2所述的光OFDM无源接入网中基于偏振复用的ONU构建方法，其特征在于，利用OFDM发生装置将待发送数据转换为基带OFDM信号，具体的方法为 通过串并转换单元将待发送的信源原始串行数据转换成并行子信道数据； 通过子载波调制单元对并行子信道数据进行调制； 通过快速傅里叶反变换单元采用IFFT算法实现对子载波调制之后数据的傅里叶反变换； 通过并串转换单元将调制后的子信道数据转换为串行数据； 通过加循环前缀单元将串行数据末尾处数据复制到数据开始处之前，形成循环前缀； 通过D/Α转换单元将数字信号转换成模拟信号。
4.根据权利要求2所述的光OFDM无源接入网中基于偏振复用的ONU构建方法，其特征在于，所述利用基带OFDM信号对一路偏振光信号进行强度调制，得到光OFDM信号的方法具体为 利用基带OFDM信号驱动马赫-曾德调制器，对光载波进行强度调制，得到光OFDM信号。
5.根据权利要求4所述的光OFDM无源接入网中基于偏振复用的ONU构建方法，其特征在于，所述马赫-曾德调制器对光载波进行强度调制的方法为 所用马赫-曾德调制器加直流偏压，偏置于正交偏置点，实现强度调制。
6.根据权利要求I所述的光OFDM无源接入网中基于偏振复用的ONU构建方法，其特征在于，光OFDM直接检测接收机对接收到的已调制的偏振光信号进行的处理包括 通过光电检测单元，将光信号转换成模拟电信号； 通过模/数转换单元，将模拟电信号转换成数字电信号； 通过去循环前缀单元，将发射中所加的循环前缀去掉； 通过串并转换单元，将串行数据转换成并行子信道数据； 通过快速傅里叶变换单元，利用FFT算法对并行的子信道数据进行傅里叶变换，实现正交频分复用解调制； 通过子载波解调单元，以对应发射所采用的调制方式，对数据进行解调、判决； 通过并串转换单元，将判决后的并行的子信道数据转换为串行数据。
7.根据权利要求I所述的光OFDM无源接入网中基于偏振复用的ONU构建方法，其特征在于，对于未经调制的偏振光信号，作为上行传输光载波，用以传输光网络单兀用户数据。
8.根据权利要求7所述的光OFDM无源接入网中基于偏振复用的ONU构建方法，其特征在于，将所述光网络单元用户数据调制至光域所采用的调制方式是幅度键控或相干光正交频分复用调制。
全文摘要
本发明公开了一种光OFDM无源接入网中基于偏振复用的ONU构建方法，利用偏振分束器将激光器产生的光信号分为两路偏振光信号；对其中一路偏振光信号进行光OFDM调制，获得光OFDM信号，另一路不进行调制；经偏振合束器将已调制的偏振光信号和未经调制的另一偏振光信号合路，再经波分复用器复用至单模光纤传输至ONU；在ONU先将两路偏振信号分离，将已调制的偏振光信号送至光OFDM直接检测接收机，未经调制的另一路偏振光信号作为上行传输的光载波。本发明利用OFDM抗色散、抗衰落的优点，简化了光OFDM无源接入网结构，实现了无源无色ONU的构建，提高了光波信号的频谱利用率，利用单一波长就可实现双向数据传输。
文档编号H04Q11/00GK102892050SQ20121001272
公开日2013年1月23日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者白成林, 罗清龙, 冯敏 申请人:聊城大学