专利名称：波分复用无源光网络中选择性传送视频业务的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种光通信技术领域的装置和方法，具体是一种波分复用无源光 网络系统中选择性传送视频业务的装置和方法。
背景技术：
波分复用无源光网络是一种新兴的光通信技术，因其结构简单、成本低廉、 配置灵活，已经成为用户实现宽带接入的最有竞争力的方案。它利用现有的低成 本光器件，可以增加系统传输容量，延伸覆盖范围，以及提供可升级的宽带接入 服务。传统的波分复用无源光网络采用阵列波导光栅提供虚拟的点对多点的连接， 为提高波分复用无源光网络系统的实用性，最近，同时支持点对点数据业务和点 对多点的视频业务的多种研究方案也被提出。但是在这些方案中，不管用户是不 是订购了视频服务，这些视频业务都将被所有的终端用户接收到。而在实际的系 统配置中，通常并不是所有的用户都订购视频业务，另外，有些用户也只是在某 一特定的时间段订购视频业务。因而这种传统的接入网络不但浪费了系统资源， 增加了配置成本和网络路由的复杂性，也使得网络接入缺乏灵活性。因此，在波 分复用无源光网络系统中，迫切需要设计一种动态的网络接入方案实现选择性的 视频业务传送。
经对现有技术文献的检索发现，Ning Deng等人发表在EC0C2007 European Conference on Optical Communication Conference (欧洲光通信会议)'中的文 章"A TOM-PON Architecture with Selective-Broadcast Overlay"(实现选择 性广播业务叠加的波分复用无源光网络结构)，该文中提及采用正交的混合调制 码型来实现视频业务的选择性传输。该方案中，采用反转归零码(IRZ)和非归零 码来携载点对点的数据业务，而用差分相移键控调制码型携载点对多点的视频业 务。对于没有订购视频业务的用户，采用混合的非归零码/差分相移键控码型分 别携载下行数据业务和视频业务；对于订购了视频业务的用户，采用混合的反转归零码/差分相移键控码型分别携载下行数据业务和视频业务，通过控制下行数据 业务的调制格式，实现选择性的视频业务传输。但不足之处在于1、在电域产生 反转归零码以及两种码型的切换需要高速逻辑器件；2、差分相移键控码型的接收 机结构复杂，增加了系统的配置成本。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种波分复用无源光网 络系统中选择性传送视频业务的装置和方法，使其基于信号的消光比控制技术， 采用传统的接收机配置，就可以同时实现点对点的数据业务传输和选择性地传送 点对多点的视频业务，满足不同用户的需求。
本发明是通过以下技术方案实现的
本发明涉及的波分复用无源光网络中选择性传送视频业务的装置，包括光 线路终端、远程节点和光网络单元，光线路终端包括下行数据发射机、视频业务 发射机和上行数据接收机，远程节点为一个第二阵列波导光栅，其中下行数据 发射机的输出端口和视频业务发射机的输入端口相连接，视频业务发射机的输出 端口通过光纤传输与远程节点处的第二阵列波导光栅的一个输入端口相连，第二 阵列波导光栅的一个输出端口连接到相应波长信道的光网络单元的输入端口，光 网络单元的输出端口和第二阵列波导光栅的另一个输入端口连接，第二阵列波导 光栅的另一个输出端口通过光纤传输与上行数据接收机的输入端口相连；
所述的下行数据发射机产生N路波分复用的下行数据业务，包括N个激光器、
N个第一信号发生器、N个第一马赫曾德调制器、 一个第一阵列波导光栅，其中
N个激光器的输出端口分别与相应的第一马赫曾德调制器的输入端口相连，第一
信号发生器输出端口分别与相应的第一马赫曾德调制器的射频输入端口相连，第
一信号发生器负责产生N路下行数据业务并传输给相应的第一马赫曾德调制器， N个第一马赫曾德调制器的输出端口和第一阵列波导光栅的N个相应的输入端口 连接，从第一阵列波导光栅输出端口输出波分复用的下行数据业务。
所述的视频业务发射机，包括一个第二信号发生器， 一个第二马赫曾德调制
器和一个混频器，其中第二马赫曾德调制器的输入端口和第一阵列波导光栅输
出端口相连，第二信号发生器产生视频业务和时钟信号并分别送入到混频器的两个输入端口，混频器的输出端口和第二马赫曾德调制器的射频输入端口连接，视 频业务发射机输出波分复用的光双边带信号。
所述的光网络单元，包括上行数据发射机、光滤波器、光分路器、视频业 务接收机、下行数据接收机，其中上行数据发射机的输出端口和第二阵列波导 光栅的输入端口连接，光滤波器的输入端口和第二波导路由光栅的输出端口相连， 光滤波器接收到射频业务发射机输出的光双边带信号，光滤波器的两个输出端口 分别连接到视频业务接收机和光分路器的输入端口，光分路器的两个输出端口分 别和下行数据接收机和上行数据发射机的输入端口连接。
所述的上行数据发射机，包括一个第三马赫曾德调制器和一个第三信号发生 器，第三马赫曾德调制器的输入端口和光分路器的中一个输出端口相连，第三信 号发生器产生下行数据业务并输入到第三马赫曾德调制器的射频输入端口 。
所述光滤波器由一个光环行器和一个级联的光纤布拉格光栅构成，环行器的 输出端口和光纤布拉格光栅的输入端口相连。
本发明涉及的波分复用无源光网络中选择性传送视频业务的方法，包括如下 具体步骤
步骤一，在光线路终端，将N个第一马赫曾德调制器均偏置在其传输曲线的 中间位置，产生幅移键控光信号，并通过第一信号发生器控制下行数据业务的幅 度来调节幅移键控信号的消光比，由下行数据发射机产生N路波长信道的下行数 据业务；
步骤二，将步骤一产生的N路波长信道的下行数据业务输入到第一阵列波导 光栅，进行波分复用，合成一路从阵列波导光栅输出；
所述阵列波导光栅，进行波分复用，将N路波长信道的光信号合成一路，也 可将波分复用后的光信号进行解复用，得到N路波长信道的光信号。
步骤三，合成一路后的下行数据信号送入到视频业务发射机，被第二马赫曾 德调制器调制，用副载波视频业务驱动第二马赫曾德调制器，第二马赫曾德调制 器偏置在传输曲线的中间位置，得到波分复用的光双边带信号，光双边带信号包 括光载波和两个光边带，光载波只包含下行数据业务，两个光边带是下行数据业 务和视频业务的叠加；所述副载波视频业务，由视频业务和时钟信号通过电混频器进行混频得到。
步骤四，通过控制下行数据发射机中的第一马赫曾德调制器输出的幅移键控 光信号的消光比，调节光边带上的视频业务，实现在设定的波长信道中选择性的 动态分配视频业务。
所述实现在设定的波长信道中选择性的动态分配视频业务，具体为当下行 数据业务的消光比低于5dB的门限值时，位于光边带上的下行数据业务对视频业 务的干扰很小，能够正确的恢复视频业务，保证用户能够接收到；当下行数据业 务的消光比高于设定的门限值时，位于光边带上的下行数据业务对视频业务产生 严重干扰，无法正确的恢复出视频业务，每个波长信道的下行数据业务的消光比 可以独立的调节，在N个波长信道f，某些波长的下行数据业务消光比调节到较 高的值，而其它波长的下行数据业务的消光比调节到较低的值。
步骤五，波分复用的光双边带信号在远程节点被第二阵列波导光栅解复用， 得到N路波长信道的光双边带信号，然后每一路波长信道上的光双边带信号路由 到各自的光网络单元。
步骤六，在每一个光网络单元，用一个光滤波器分离出光双边带信号中的光 载波和两个光边带，其中两个光边带上的信号送到视频业务接收机恢复出视频业 务，而光载波上的信号被光分路器分成两路。
步骤七，分成两路的光载波上的信号， 一路送到下行数据接收机恢复出下行 数据业务，另一路输入到上行数据发射机，被第三马赫曾德调制器调制，由上行 数据业务驱动第三马赫曾德调制器，第三马赫曾德调制器偏置在传输曲线的中间 位置，得到上行幅移键控光信号；
所述步骤七中，位于光载波上的信号只有在下行数据业务的消光比低于5dB 的门限值时，其中的一部分才能被上行数据业务重调制，此时，上行数据业务需 要具备较高的消光比(大于10dB)。
步骤八，上行数据业务经过光纤传输到光线路终端，被上行数据接收机接收， 恢复出上行数据业务。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果本发明的装置中发射机部分采 用了两个普通的马赫曾德调制器和一个电混频器；接收机只需要普通的幅移键控信号接收机，因而结构更加简单，降低了成本。而Ning Deng等人的方案发射机 部分采用了一个马赫曾德调制器和一个相位调制器，以及一个高速与门；接收机 需要分别采用普通的幅移键控信号接收机和复杂的相移键控信号接收机，系统的 配置成本高。另外，本发明采用幅移键控信号的消光比调节技术来实现动态的选 择性的传送视频业务，发射机和接收机的控制方便，实现方法简单，易于在实际 环境中进行配置。
图1为本发明的结构原理图；图2为本发明的实施例中只实施单个波长的结构原理图；图3为本发明的实施例结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。如图l所示，本实施例的波分复用无源光网络中选择性传送视频业务的装置， 包括光线路终端、远程节点和光网络单元，其中光线路终端包括下行数据发 射机、视频业务发射机和上行数据接收机，远程节点为一个第二阵列波导光栅， 其中下行数据发射机的输出端口和视频业务发射机的输入端口相连接，视频业 务发射机的输出端口通过光纤传输与远程节点处的第二阵列波导光栅的一个输入 端口相连，第二阵列波导光栅的一个输出端口连接到相应波长信道的光网络单元 的输入端口，光网络单元的输出端口和第二阵列波导光栅的另一个输入端口连接， 第二阵列波导光栅的另一个输出端口通过光纤传输与上行数据接收机的输入端口相连；所述的下行数据发射机产生N路波分复用的下行数据业务，包括N个激光器、 N个第一信号发生器、N个第一马赫曾德调制器、 一个第一阵列波导光栅，其中 N个激光器的输出端口分别与相应的第一马赫曾德调制器的输入端口相连，第一 信号发生器输出端口分别与相应的第一马赫曾德调制器的射频输入端口相连，第 一信号发生器负责产生N路下行数据业务并传输给相应的第一马赫曾德调制器，N个第一马赫曾德调制器的输出端口和第一阵列波导光栅的N个相应的输入端口 连接，从第一阵列波导光栅输出端口输出波分复用的下行数据业务。所述的视频业务发射机，包括一个第二信号发生器， 一个第二马赫曾德调制 器和一个混频器，其中第二马赫曾德调制器的输入端口和第一阵列波导光栅输 出端口相连，第二信号发生器产生视频业务和时钟信号并分别送入到混频器的两 个输入端口，混频器的输出端口和第二马赫曾德调制器的射频输入端口连接，视 频业务发射机输出波分复用的光双边带信号。所述的光网络单元，包括上行数据发射机、光滤波器、光分路器、视频业 务接收机、下行数据接收机，其中上行数据发射机的输出端口和第二阵列波导 光栅的输入端口连接，光滤波器的输入端口和第二波导路由光栅的输出端口相连， 光滤波器接收到射频业务发射机输出的光双边带信号，光滤波器的两个输出端口 分别连接到视频业务接收机和光分路器的输入端口，光分路器的两个输出端口分 别和下行数据接收机和上行数据发射机的输入端口连接。所述的上行数据发射机，包括一个第三马赫曾德调制器和一个第三信号发生 器，第三马赫曾德调制器的输入端口和光分路器的中一个输出端口相连，第三信 号发生器产生下行数据业务并输入到第三马赫曾德调制器的射频输入端口。所述光滤波器由一个光环行器和一个级联的光纤布拉格光栅构成，环行器的 输出端口和光纤布拉格光栅的输入端口相连。如图2所示，为实施例只实施单个波长信道中进行选择性传送视频业务的情况。波长为1549.89nm的光载波经过第一偏振控制器输入到第一马赫曾德调制器， 第一马赫曾德调制器的偏置电压约为3.1V， 1.25-Gb/s的下行数据经过第一电放大 器放大后，驱动第一马赫曾德调制器，产生幅移键控信号。当下行数据业务的电 压峰峰值为3.8V时，幅移键控信号的消光比约为5dB。当下行数据业务的电压峰峰 值增大到约为6V时，幅移键控信号的消光比约为10dB。第一马赫曾德调制器的输 出经过第二偏振控制器后输入到级联的第二马赫曾德调制器，它的偏置电压大约 为2.9V。 1.25-Gb/s的视频业务和10-GHz的时钟信号经过一个电混频器进行混频后 得到副载波信号，经过第二电放大器放大到大约5.5V的峰峰值电压，驱动第二马 赫曾德调制器，得到光双边带信号。光双边带信号用一个光放大器进行放大，并用一个可调光滤波器抑制自发辐射噪声。经过25公里的光纤传输后，用一个环行 器和一个光纤布拉格光栅组成的光滤波器分离双边带信号中的光载波和两个光边 带。分离出的信号分别送入到各自的视频业务接收机进行光电转换，恢复出原始 的信号。在消光比为5dB时，数据业务和视频业务都能被用户正确接收到，这种情 况下，两个光边带直接输入到视频业务接收机恢复出视频业务，而光载波被一个 光分路器分成两路， 一路送入到下行数据接收机恢复下行数据业务，另一路经过 第三偏振控制器送入到第三马赫曾德调制器，第三马赫曾德调制器偏置电压为 2.9V，被1.25-0^3的上行数据驱动，得到上行传输的幅移键控信号，经过25公里 的光纤传输后，进入上行数据接收机恢复出上行数据业务。在消光比为10dB时， 只有位于光载波上的数据业务可以被正确接收，而边带上的视频业务被数据业务 严重干扰，无法正确恢复出来。如图3所示，是本实施例的结果图。图3 (a-i)是光双边带的频谱，其中， 光载波上只携载下行数据业务，而两个边带同时携载视频业务和下行数据业务。 光载波的光功率比两个光边带大3dB;图3 (a-ii)和(a-iii)分别是分离的光载波和 两个光边带的光谱；图3 (b-i)和(b-ii)分别是两个光边带的光眼图和电眼图，从 图中可以看出，当光边带上没有叠加任何的数据业务时，视频业务的眼图张开度 最好。在消光比为5dB时，眼图出现两层，分别对应视频业务和数据业务，此时 视频业务可以被正确检测出来；在消光比为10dB时，眼图只有一层，对应数据业 务，此时视频业务完全被数据业务所覆盖，无法正确恢复出来。图3 (c-i)和(c-ii) 分别是位于光载波上的数据业务的光眼图和电眼图，从图中可以看出，在消光比 为5dB时，眼图张开程度稍小，此时信号质量稍低；在消光比为10dB时，眼图 张开较大，此时信号质量更高，但是它们都可以在接收端被正确接收。光眼图上 的一些波纹是由于用光滤波器分离信号时，残余的其它成分所导致的。图3 (d-i) 和(d-ii)分别是在消光比为5dB时，上行数据业务的光眼图和电眼图，眼图出现两 层，分别对应上行数据业务和残留的下行数据业务，由于上行数据的消光比很高， 而下行数据的消光比只有5dB，因此上行数据业务可以被正确的检测出来。
权利要求
1、一种波分复用无源光网络中选择性传送视频业务的装置，包括光线路终端、远程节点和光网络单元，其特征在于，光线路终端包括下行数据发射机、视频业务发射机和上行数据接收机，远程节点为一个第二阵列波导光栅，其中下行数据发射机的输出端口和视频业务发射机的输入端口相连接，视频业务发射机的输出端口通过光纤传输与远程节点处的第二阵列波导光栅的一个输入端口相连，第二阵列波导光栅的一个输出端口连接到相应波长信道的光网络单元的输入端口，光网络单元的输出端口和第二阵列波导光栅的另一个输入端口连接，第二阵列波导光栅的另一个输出端口通过光纤传输与上行数据接收机的输入端口相连；所述的下行数据发射机产生N路波分复用的下行数据业务，包括N个激光器、N个第一信号发生器、N个第一马赫曾德调制器、一个第一阵列波导光栅，其中N个激光器的输出端口分别与相应的第一马赫曾德调制器的输入端口相连，第一信号发生器输出端口分别与相应的第一马赫曾德调制器的射频输入端口相连，第一信号发生器负责产生N路下行数据业务并传输给相应的第一马赫曾德调制器，N个第一马赫曾德调制器的输出端口和第一阵列波导光栅的N个相应的输入端口连接，从第一阵列波导光栅输出端口输出波分复用的下行数据业务。
2、 根据权利要求1所述的波分复用无源光网络中选择性传送视频业务的装置， 其特征是，所述的视频业务发射机，包括一个第二信号发生器， 一个第二马赫曾德调制器和一个混频器，其中第二马赫曾德调制器的输入端口和第一阵列波导光栅输出端口相连，第二信号发生器产生视频业务和时钟信号并分别送入到混频 器的两个输入端口，混频器的输出端口和第二马赫曾德调制器的射频输入端口连 接，视频业务发射机输出波分复用的光双边带信号。
3、 根据权利要求1所述的波分复用无源光网络中选择性传送视频业务的装置，其特征是，所述的光网络单元，包括上行数据发射机、光滤波器、光分路器、 视频业务接收机、下行数据接收机，其中上行数据发射机的输出端口和第二阵 列波导光栅的输入端口连接，光滤波器的输入端口和第二波导路由光栅的输出端口相连，光滤波器接收到射频业务发射机输出的光双边带信号，光滤波器的两个 输出端口分别连接到视频业务接收机和光分路器的输入端口，光分路器的两个输 出端口分别和下行数据接收机和上行数据发射机的输入端口连接。
4、 根据权利要求1或3所述的波分复用无源光网络中选择性传送视频业务的装置，其特征是，所述的上行数据发射机，包括一个第三马赫曾德调制器和一个 第三信号发生器，第三马赫曾德调制器的输入端口和光网络单元中的光分路器的 一个输出端口相连，第三信号发生器产生下行数据业务并输入到第三马赫曾德调 制器的射频输入端口。
5、 根据权利要求1所述的波分复用无源光网络中选择性传送视频业务的装置， 其特征是，所述光滤波器由一个光环行器和一个级联的光纤布拉格光栅构成，环 行器的输出端口和光纤布拉格光栅的输入端口相连。
6、 一种波分复用无源光网络中选择性传送视频业务的方法，其特征在于，包括如下步骤步骤一，在光线路终端，将N个第一马赫曾德调制器均偏置在其传输曲线的中间位置，产生幅移键控光信号，并通过第一信号发生器控制下行数据业务的幅度来调节幅移键控信号的消光比，由下行数据发射机产生N路波长信道的下行数 据业务；步骤二，将步骤一产生的N路波长信道的下行数据业务输入到第一阵列波导 光栅，进行波分复用，合成一路从阵列波导光栅输出；步骤三，合成一路后的下行数据信号送入到视频业务发射机，被第二马赫曾 德调制器调制，用副载波视频业务驱动第二马赫曾德调制器，第二马赫曾德调制 器偏置在传输曲线的中间位置，得到波分复用的光双边带信号，光双边带信号包 括光载波和两个光边带，光载波只包含下行数据业务，两个光边带是下行数据业 务和视频业务的叠加；步骤四，控制下行数据发射机中的第一马赫曾德调制器输出的幅移键控光信 号的消光比，调节光边带上的视频业务，实现在设定的波长信道中选择性的动态 分配视频业务；步骤五，波分复用的光双边带信号在远程节点被第二阵列波导光栅解复用，得到N路波长信道的光双边带信号，然后每一路波长信道上的光双边带信号路由 到各自的光网络单元；步骤六，在每一个光网络单元，用一个光滤波器分离出光双边带信号中的光 载波和两个光边带，其中两个光边带上的信号送到视频业务接收机恢复出视频业 务，而光载波上的信号被光分路器分成两路；步骤七，分成两路的光载波上的信号， 一路送到下行数据接收机恢复出下行 数据业务，另一路输入到上行数据发射机，被第三马赫曾德调制器调制，由上行 数据业务驱动第三马赫曾德调制器，第三马赫曾德调制器偏置在传输曲线的中间 位置，得到上行幅移键控光信号；步骤八，上行数据业务经过光纤传输到光线路终端，被上行数据接收机接收， 恢复出上行数据业务。
7、 根据权利要求6所述的波分复用无源光网络中选择性传送视频业务的方法， 其特征是，所述阵列波导光栅，负责进行波分复用，将N路波长信道的光信号合 成一路，也负责将波分复用后的光信号进行解复用，得到N路波长信道的光信号。
8、 根据权利要求6所述的波分复用无源光网络中选择性传送视频业务的方法， 其特征是，所述实现在特定的波长信道中选择性的动态分配视频业务，具体为 当下行数据业务的消光比低于5dB的门限值时，位于光边带上的下行数据业务对 视频业务的干扰很小，能够正确的恢复视频业务，保证用户能够接收到；当下行 数据业务的消光比高于设定的门限值时，位于光边带上的下行数据业务对视频业 务产生严重干扰，无法正确的恢复出视频业务，每个波长信道的下行数据业务的 消光比进行独立调节。
9、 根据权利要求6所述的波分复用无源光网络中选择性传送视频业务的方法， 其特征是，所述副载波视频业务，由视频业务和时钟信号通过电混频器进行混频 得到。
全文摘要
一种光通信技术领域的波分复用无源光网络中选择性传送视频业务的装置和方法，本发明装置为下行数据发射机的输出端口和视频业务发射机的输入端口相连接，视频业务发射机的输出端口通过光纤传输与远程节点处的第二阵列波导光栅输入端口相连，第二阵列波导光栅的输出端口连接到相应波长信道的光网络单元的输入端口，光网络单元输出端口和第二阵列波导光栅的另一个输入端口连接，第二阵列波导光栅的另一个输出端口通过光纤传输与上行数据接收机的输入端口相连；本发明方法是控制下行数据发射机中第一马赫曾德调制器输出的幅移键控信号消光比，实现动态地、选择性地传送视频业务。本发明结构简单，降低成本，实现方法简便，易于在实际环境中配置。
文档编号H04Q11/00GK101227754SQ20081003329
公开日2008年7月23日 申请日期2008年1月31日 优先权日2008年1月31日
发明者昌庆江, 苏翼凯 申请人:上海交通大学