专利名称：光网络单元和光线路终端及无源光纤接入网及其传输方法
技术领域：
本发明涉及光接入网(OAN，optical access network)技术领域，具体涉及一种光网络单元(ONU，Optical Network Unit)和光线路终端(OLT，Optical Line Terminal)及无源光纤接入网(PON，Passive Optical Network)及其传输方法。
背景技术：
OCDMA(Optical Code Division Multiple Access，光码分多址)技术是目前比较新的一种光通讯技术，在数学上的理论基础和无线通讯中的CDMA技术是一样的，其基本原理是在光域构造出一系列正交码(或者是准正交码)作为用户的扩频地址码(扩频地址码可以是光波长序列，光脉冲延时序列甚至光相位偏移序列等，只要它们在数学上符合正交或者是准正交)，在发送端用户的基带信号被这些扩频地址码调制(光扩频)后发送出去。所有用户的光信号可以共享一个光传输通道(光纤)。接收端使用无源光器件和特定的扩频地址码对光信号进行相关接收(光解扩)，只有使用同样扩频地址码调制的光信号被解调出来并转换为电信号输出。需要特别指出的是上述的光扩频和光解扩是光器件在光域实现的，电域中的信号始终为基带信号。OCDMA的关键技术是地址码的构造以及光调制器(光扩频器)，光解调器(光解扩器)的制造。
现有的PON在传输数据时，下行方向采用基于TDM(Time DivisionMultiplexing，时分复用)的广播方式，即OLT向所有ONU广播发送，ONU只接受发给自己的数据；在上行方向是基于TDMA(Time DivisionMultiple Address，时分多址)的技术，即不同的ONU只能在指定的时隙里向OLT发送数据。
TDM/TDMA技术存在着固有频率较低的缺点，同时TDMA方式的上行方向信道带宽较窄，单个用户带宽受限，使双向大带宽形式的应用受到限制，系统容量不理想；要求全网时间同步，实现难度大；扩充性差，资源浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种光网络单元和光线路终端及无源光纤接入网，克服现有技术的无源光纤接入网在传输数据时，在上行方向只能基于TDMA方式进行传输的缺点。
本发明的网络结构与现有的PON结构类似，在下行方向亦采用TDM广播方式，但是在上行方向，ONU发送数据采用OCDMA方式，并且数据的扩频采用无源光器件实现，同样在OLT的接收端(实际上是一个接收阵列)同样采用无源光器件完成数据的解扩。
本发明采用如下的技术方案一种光网络单元，包括光发送装置和光接收装置，光发送装置包括多波长光源和光扩频器，多波长光源与光扩频器相连，多波长光源用于将电信号转换为多波长光信号并传送到光扩频器，光扩频器用于根据扩频地址码将多波长光信号调制成扩频光信号，并发送扩频光信号。
所述的光网络单元，其中光扩频器设为基于布喇格光栅的二维光扩频器。
所述的光网络单元，其中多波长光源设为多波长激光器或者多波长激光器阵列。
所述的光网络单元，其中多波长光源的信号调制方式设为通断键控调制方式。
一种光线路终端，包括至少一个光接收器、光分配器和光发送器，光分配器分别与光接收器、光发送器相连，光接收器包括光解扩器、光电转换模块，光解扩器和光电转换模块相连，光解扩器用于接收扩频光信号，根据扩频地址码解调出光信号，并将相应的光脉冲序列传送给光电转换模块，光电转换模块用于将光脉冲序列转换为电信号。
所述的光线路终端，其中光接收器设为基于布喇格光栅的二维光解扩器。
一种无源光纤接入网，包括如上所述的光线路终端、至少一个光分配网、至少一个如上所述的光网络单元，光分配网分别与所述光线路终端、所述光网络单元相连。
一种无源光纤接入网传输方法，包括步骤如上所述的无源光纤接入网在下行方向采用时分复用的广播方式传输数据，在上行方向采用光码分多址方式传输数据。
所述的无源光纤接入网传输方法，其中在下行方向，所述光线路终端的光发送器将已经完成时分复用并要发送给所有光网络单元的数据信号调制到光信号上发送给光分配网；光线路终端下传的数据中写入标识光网络单元的目的地址，光分配网将光信号分配到多根光纤并传送给每个光网络单元；每个光网络单元的光接收装置将接收到的光线路终端发送给所有光网络单元的光信号转换为电信号，每个光网络单元根据接收数据包中的目的地址信息仅处理发给自己的数据，其它数据被丢弃。
所述的无源光纤接入网传输方法，其中在上行方向，所述光网络单元的多波长光源将电信号转换为多波长光信号并传送到光扩频器，光扩频器根据扩频地址码将多波长光信号调制成扩频光信号，并将扩频光信号发送给光分配网；光分配网将收到的不同光网络单元的扩频光信号汇聚到一根光纤并传送到所述光线路终端；所述光线路终端的光解扩器接收扩频光信号，根据扩频地址码解调出光信号，并将相应的光脉冲序列传送给光电转换模块，光电转换模块将光脉冲序列转换为电信号。
采用本发明的技术方案，由于在上行方向采用OCDMA方式发送数据，使得在相同数量的不同波长光情况下，系统能够容纳的用户数以及每个用户能够使用的带宽大大增加，并且单个用户的带宽不受限制，可以让每个用户同时使用的上行带宽轻易达到兆位(Giga bit)；由于每个用户的数据被扩频地址码调制，在接收端只有使用同样的扩频地址码进行相关运算才能正确接收数据，而其它用户的光信号都被认为是噪声，所以用户数据的保密性和安全性非常好，同时能够在不影响其它用户的情况下针对特定用户进行在线检测；本发明的PON系统在安全性、保密性以及在线检测方面都大大优越于传统的TDMA-PON系统。
本发明包括如下附图图1是本发明PON结构示意图；图2是本发明ONU光发送装置和上行数据发送过程示意图；图3是本发明ONU光接收装置和下行数据接收过程示意图；图4是本发明OLT光接收器和上行数据接收过程示意图；图5是本发明OLT光发送器和下行数据发送过程示意图；图6是本发明基于布喇格光栅的二维光扩频器示意图；图7是本发明经光扩频器扩频前后的光信号对比示意图；图8是本发明基于布喇格光栅的二维光解扩器示意图；图9是本发明经光解扩器解扩前后的光信号对比示意图；图10是本发明不同用户的光信号经过光解扩器解扩前后的对比示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明如图1所示，本发明的PON系统由三部分组成一个OLT、至少一个ODN(Optical Distribute Network，光分配网)以及至少一个ONU，它们之间采用光纤连接。为了叙述方便，下面将从OLT向ONU传输数据的方向称为下行方向，反之从ONU向OLT传输数据的方向称为上行方向。
OLT有一个光发送器，将下行数据调制到光信号上发送给ODN，ODN把从下行光信号分配到多根光纤并传送到每个ONU上。下行数据传送采用广播方式，OLT下传的数据中包括标识ONU的目的地址，ONU根据接收数据包中的目的地址信息仅处理发给自己的数据。在OLT中Rx是光接收器，Tx是光发送器；由于在OLT和ODN之间使用一根光纤，上下行信号都在其中，所以光分配器的作用就在于将上行方向和下行方向的光信号耦合到这根光纤中。
在上行方向，同属于一个ODN的所有ONU在发送时使用同一组波长的光进行光扩频调制，同时这些ONU的扩频地址码(上行方向的ONU地址码)都不相同，每个ONU的上行光信号经过ODN汇聚到一根光纤后发送给OLT的光接收器。如图2所示，ONU的上行光发送装置包括两部分多波长光源(例如多波长激光器或者多波长激光器阵列)和光扩频器。多波长光源将需要发送的数据信号转换为多波长光信号，调制方式为OOK(On-off keying，通断键控)调制，OOK调制就是数据为“1”时多波长光源发光，为“0”时多波长光源不发光，光扩频器使用已确定的扩频地址码对该多波长光进行扩频调制。如图3所示，ONU的下行光接收装置包括光电二极管(将光信号转变为电信号)和时钟数据恢复电路(从电信号中恢复出时钟信号和数据信号)，在下行方向，将接收到的光线路终端发送给所有光网络单元的光信号转换为电信号，光网络单元根据接收数据包中的目的地址信息仅处理发给自己的数据，其它数据被丢弃。
OLT的接收端由一组接收器组成，其中每一个接收器接收对应于一种扩频地址码的光信号，OLT的接收端必须能处理所有ONU发出的扩频光信号。如图4所示，每一个接收器包括两个部分光解扩器和光电转换模块。光解扩器将采用某个扩频地址码调制的光信号解调出来变成光脉冲序列传送给光电转换模块，该光电转换模块将光脉冲序列转换为电信号。如图5所示，在下行方向，光线路终端中的数据信号首先在电域完成时分复用，OLT光发送器中的激光器将完成了时分复用的电信号调制为光信号并发送给光分配网。
本发明中的光扩频器和光解扩器可以有多种实现方式，其中的一种实现方式为使用布喇格光纤光栅(FBG)实现光跳频和扩时的二维OCDMA调制解调。事实上FBG结构的光解扩器和光扩频器几乎完全一样，相当于将光信号的输入输出接口调换。
图6是基于布喇格光栅的二维光扩频器，其中的布喇格光栅反射特定波长的光信号。图6中的波长排列顺序以及它们之间的延时就构成了二维光扩频地址码(图6中假设扩频地址码为132)。该光扩频器的工作原理如下经过OOK调制后的多波长光信号经过环形器进入光栅后，不同波长的光经过不同的延时后分别被光栅反射并经过环形器输出，这样基带信号中的比特“1”就变成了一组光脉冲信号。从图7中可以看出，扩频前所有波长的光信号均被基带电信号调制为光脉冲，它们在时间上是一致的，而经过光扩频器后，扩频地址码中没有的波长光被光吸收器吸收，而被扩频地址码选中的波长光脉冲经过延时排列形成了一串光脉冲，相比起扩频前的光信号，显然在时域上信号得到了扩展，因此这就是所谓的光扩频。
图8是基于布喇格光栅的二维光解扩器，它使用的扩频地址码和图4中的扩频地址码是一样的。扩频光信号经过解扩器的延时反射之后，不同波长的光脉冲在同一时刻叠加起来，光强达到最大，可以被光电转换模块接收并转换为电信号。经光解扩器解扩前后的光信号对比如图9所示。
而其它用户(即使用其它扩频地址码的用户)的光信号同样也会进入光解扩器，这样就会造成干扰，从图10中可以看出，假设有一个扩频地址码为425的光信号进入光解扩器后，首先波长4和波长5的光脉冲被光吸收器吸收，而只有波长2的光脉冲被反射出来，而且这两个用户的光信号不会同时到达光解扩器，因此最终该用户的光信号经过光解扩器后变成了一个幅度比较小的光脉冲，这样只要在光电转换模块中设置一个光强阈值，只有光强超过该阈值的光脉冲才被转换为电信号，就可以成功消除其它用户的信号干扰。当然当光纤信道中存在多个用户时，用户之间的相互干扰将远远比上述描述更加复杂和严重，我们可以采用改善扩频地址码码型(如增加码长，采用双极性编码)、减小光脉冲宽度、增加光发射功率、采用平衡接收甚至采用相干调制等技术手段克服干扰。
虽然通过参照本发明的优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种光网络单元，包括光发送装置和光接收装置，其特征在于光发送装置包括多波长光源和光扩频器，多波长光源与光扩频器相连，多波长光源用于将电信号转换为多波长光信号并传送到光扩频器，光扩频器用于根据扩频地址码将多波长光信号调制成扩频光信号，并发送扩频光信号。
2.根据权利要求1所述的光网络单元，其特征在于光扩频器设为基于布喇格光栅的二维光扩频器。
3.根据权利要求2所述的光网络单元，其特征在于多波长光源设为多波长激光器或者多波长激光器阵列。
4.根据权利要求3所述的光网络单元，其特征在于多波长光源的信号调制方式设为通断键控调制方式。
5.一种光线路终端，包括至少一个光接收器、光分配器和光发送器，光分配器分别与光接收器、光发送器相连，其特征在于光接收器包括光解扩器、光电转换模块，光解扩器和光电转换模块相连，光解扩器用于接收扩频光信号，根据扩频地址码解调出光信号，并将相应的光脉冲序列传送给光电转换模块，光电转换模块用于将光脉冲序列转换为电信号。
6.根据权利要求5所述的光线路终端，其特征在于，光接收器设为基于布喇格光栅的二维光解扩器。
7.一种无源光纤接入网，其特征在于，包括如权利要求5所述的光线路终端、至少一个光分配网、至少一个如权利要求1至4任一所述的光网络单元，光分配网分别与所述光线路终端、所述光网络单元相连。
8.一种无源光纤接入网传输方法，其特征在于，包括步骤如权利要求7所述的无源光纤接入网在下行方向采用时分复用的广播方式传输数据，在上行方向采用光码分多址方式传输数据。
9.根据权利要求8所述的无源光纤接入网传输方法，其特征在于在下行方向，所述光线路终端的光发送器将已经完成时分复用并要发送给所有光网络单元的数据信号调制到光信号上发送给光分配网；光线路终端下传的数据中写入标识光网络单元的目的地址，光分配网将光信号分配到多根光纤并传送给每个光网络单元；每个光网络单元的光接收装置将接收到的光线路终端发送给所有光网络单元的光信号转换为电信号，每个光网络单元根据接收数据包中的目的地址信息仅处理发给自己的数据，其它数据被丢弃。
10.根据权利要求9所述的无源光纤接入网传输方法，其特征在于在上行方向，所述光网络单元的多波长光源将电信号转换为多波长光信号并传送到光扩频器，光扩频器根据扩频地址码将多波长光信号调制成扩频光信号，并将扩频光信号发送给光分配网；光分配网将收到的不同光网络单元的扩频光信号汇聚到一根光纤并传送到所述光线路终端；所述光线路终端的光解扩器接收扩频光信号，根据扩频地址码解调出光信号，并将相应的光脉冲序列传送给光电转换模块，光电转换模块将光脉冲序列转换为电信号。
全文摘要
本发明公开了一种光网络单元和光线路终端及无源光纤接入网及其传输方法，光网络单元，包括多波长光源和光扩频器，多波长光源用于将电信号转换为多波长光信号并传送到光扩频器，光扩频器用于根据扩频地址码将多波长光信号调制成扩频光信号，并发送扩频光信号。光线路终端，包括光接收器，光接收器包括光解扩器、光电转换模块，光解扩器用于接收扩频光信号，根据扩频地址码解调出光信号，并将相应的光脉冲序列传送给光电转换模块，光电转换模块用于将光脉冲序列转换为电信号。无源光纤接入网，包括光线路终端、光分配网、光网络单元。无源光纤接入网数据传输方法下行方向采用时分复用的广播方式传输数据，上行方向采用光码分多址方式传输数据。
文档编号H04B10/14GK101030822SQ200610034029
公开日2007年9月5日 申请日期2006年2月27日 优先权日2006年2月27日
发明者陈珺, 江涛, 王峰, 赵峻 申请人:华为技术有限公司