CN103354625B - 基于ofdm的堆叠波分时分复用的无源光网络传输*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于OFDM的堆叠波分时分复用的无源光网络传输***，包括：光线路终端、馈线式光纤和若干无源光网络***，无源光网络***包括远端节点、若干分布式光纤和若干光网络单元，光线路终端通过馈线式光纤连接至远端节点，远端节点通过分布式光纤连接各光网络单元。本发明利用OFDM技术使下行传输数据具有较高的抗色散能力，提高PON***的接入能力，且具有易于在现有网络的基础上升级改造，***成本低廉的优点。

Description

基于OFDM的堆叠波分时分复用的无源光网络传输***

技术领域

本发明涉及光通信技术领，具体地，涉及一种基于OFDM的堆叠波分时分复用的无源光网络传输***。

背景技术

随着新业务的大量涌现，一些超高清HighDefinitionTelevision，HDTV电视、本地和全球存储局域网、大文件共享、云存储/云计算、社交网络等，构成了产生带宽瓶颈的威胁，对接入网上下行带宽的对称性提出了较高的要求。因此，现有的EPON/GPON技术均难以满足带宽不断增长的需求。为了提高***传输能力，满足高带宽业务发展的要求，实现PON***的高容量、大距离的传输，IEEE和ITU-TFSAN制定了XG-PON1（也称10G-GPON）标准，并已开始试商用部署。与此同时，为了满足更远期用户对带宽的需求，业界开始研究40Gb/s的NG-PON2的标准走向。2011年5月，FSAN组织开始提出了NG-PON2的明确要求。

基于时分复用和波分复用堆叠的无源光网络（TWDM-PON）的体系结构，因其实现成本相对低、可兼容性好（不改变现有ODN网络结构）等优点被认为是NG-PON2的主要发展方向。近年来，国内外的研究机构针对TWDM-PON***的研究，大都是通过简单的堆叠几个10G-PON***的基础上进行开展的。然而，在普通的TWDM-PON***中，随着上下行速率、传输距离的增加而引入的色散将会极大地限制***性能。同时，在TWDM-PON***中，为了实现高调制速率的无色ONU，***成本则是一个重要问题。

正交频分复用OrthogonalFrequencyDivisionMultiple，OFDM引其具有较好抵抗色散和偏振模色散能力被认为是下一代光接入网中的一种有潜力的调制和复用方式。因此，为了克服高速率、长距离传输的无源光网络***中的色散问题，可以将OFDM技术引入TWDM-PON***。目前，基于OFDM堆叠的TWDM-PON***结构相关文献报道相对较少。有关TWDM-PON的***结构的报道都是基于传统的OOK调制方式。

经对现有文献检索发现，北京大学BangjiangLin,JuhaoLi等人在2012年发表在Opto-ElectronicsandCommunicationsConference(OECC)会议上的“PerformanceStudyof40-Gb/sOFDM-PONBasedonPolarizationInterleaving”（基于偏振交织的40-Gb/s的OFDM-PON***性能的研究）。该文献中，作者提出了一种交织的偏振复用的OFDM-PON结构。为了实现下行高速的调制速率，作者首现将不同的数据调制不同的波带上，不同波带之间的OFDM数据同时被调制在不同的偏振态，调制好的数据通过光带通滤波器后被滤除一个边带进而形成偏振交织的OFDM信号。在该结构的ONU端，为了检测下行数据，需要偏振接收机和相应多输入多输出的数字信号处理来分离不同波带和不同偏振态的数据。该结构虽然能够实现下行40-Gb/s的传输，但是该结构中，OLT端需要额外的偏振复用的装置和射频源对信号上变频，ONU单元中需要偏振解复用器、两个光电探测器和相应的多输入多输出的数字信号处理模块等来实现。因此，该结构相对比较复杂，ONU的成本相对比较高，不满足升级接入网所需要的低成本要求。

又经检索发现，2007年法国Orange实验室的T.Duong,N.Genay等人在欧洲光通信会议（EuropeanConferenceandExhibitionsofOpticalCommunication，ECOC）上发表的“LowcostMultiBand-OFDMforremotemodulationofcolorlessONUinhybridWDM/TDM-PONarchitecture”（混合WDM/TDM-PON***中低成本多带OFDM用于远程调制的无色ONU）。该文章主要提出了一种基于OFDM上行重调制的无色ONU结构。该结构中，下行采用普通的OOK调制方式，上行采用基于SOA擦除下行信号的重调制结构，上行信号通过采用多带的OFDM方式将不同ONU的数据调制不同波带上进而实现上行传输。该***结构虽然采用下行光源重用机制克服了ONU无色光源的问题，但是***结构的远端节点采用光阵列波导光栅来实现上/下行数据的合/分路。阵列波导光栅的放置将会改变已铺设网络***中的光分布式网络的结构，这与NG-PON2的升级方案中明确规定粘合剂的方向是不相符的，因此不能用作NG-PON2的方案。同时，文章采用将OFDM调制在同一波长的不同波带上，在OLT端的上行接收过程将会产生较大的光拍频噪声的干扰，该干扰是无法抑制。因而，该体系结构不利于下一代无源光网络的扩容和升级。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于OFDM的堆叠波分时分复用的无源光网络传输***，该***下行采用几个波长堆叠的OFDM调制方式，可以充分利用OFDM技术带来的抗色散、频谱效率高等优点；且远端节点采用光分路/合路器，该结构可不改变现有的TDM-PON***的光分布式网络的结构，完全兼容与现有的TDM-PON***，易于实现和升级改造；上行ONU端采用直接调制DFB激光器作为发射机，且上行采用普通OOK调制方式，可以较好地克服上行的光拍频噪声的影响；在ONU端，采用同一个光带通滤波器实现上行直调激光器的啁啾管理和下行OFDM数据的选择。

根据本发明的一个方面，提供一种基于OFDM的堆叠波分时分复用的无源光网络传输***，包括：光线路终端、馈线式光纤和若干无源光网络***，无源光网络***包括远端节点、若干分布式光纤和若干光网络单元，光线路终端通过馈线式光纤连接至远端节点，远端节点通过分布式光纤连接各光网络单元，其特征在于：

光线路终端包括若干下行OFDM数据发射模块、若干上行NRZ数据接收模块、第一阵列波导光栅、第二阵列波导光栅、第一光环形器和掺饵光纤放大器，其中:下行OFDM数据发射模块连接至第一阵列波导光栅，第一阵列波导光栅的输出连接第一光环形器的第1端口，第一光环形器的第2端口连接掺饵光纤放大器以实现下行数据的发射；上行NRZ数据接收模块与第二阵列波导光栅连接，第二阵列波导光栅连接至第一光环行器的第3端口，第一光环形器的第2端口连接掺饵光纤放大器实现上行NRZ数据的接收；

光网络单元包括光可调滤波器、光环行器、光电探测器、下行OFDM数据信号处理模块、上行数据信号和上行直接调制的DFB激光器，光可调滤波器的一端连接光环行器的第2端口，光环行器的第3端口输出后连接光电探测器，光电探测器的输入连接至下行OFDM数据信号处理模块，以完成下行信号的解调；上行数据信号驱动直接调制的DFB激光器的输出连接到光环行器的第1端口，上行信号通过光环行器的第2端口进入光可调滤波器进而实现上行数据的输出。

优选地，下行OFDM数据发射模块包括：下行光源DFB、马赫曾德调制器和OFDM信号产生模块，马赫曾德调制器分别与下行光源DFB和OFDM信号产生模块连接，其中：下行光源DFB用于将下行光载波连接到马赫曾德调制器，OFDM信号产生模块产生电域内的OFDM信号以作为下行调制信号用于驱动马赫曾德调制器，通过偏置电压，使马赫曾德调制器工作在其传输曲线的线性区，进而实现下行OFDM数据的发射。

优选地，光可调滤波器用于下行信号的波带选择和直接调制的上行信号的啁啾管理，其使上下行信号处于同一个滤波器的不同位置即具有一定波长间隔，即下行信号通过滤波器位于其中心载波的位置，上行信号位于光滤波器的谱型的上升沿或者下降沿。

优选地，上行直接调制的DFB激光器为10-Gb/sDFB激光器，其具有温度可调谐功能，用以实现光网络单元的无色化。

优选地，远端节点为1:N光分路/合路器，其用以将下行基于OFDM的下行信号通过分布式光纤分发给与之相连的各个光网络单元；同时，不同光网络单元的不同波长的上行NRZ数据通过分布式光纤由合路器耦合，耦合后的上行数据通过馈线式光纤上传到光线路终端进行处理。

优选地，上述的N取64、128、256或512。

优选地，下行OFDM数据发射模块和上行NRZ数据接收模块的数量均为M个，M取4、8或10。

优选地，下行光源DFB为分布反馈式激光器DFB。

优选地，上行NRZ数据接收模块为光电探测器。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明改变了普通的TWDM-PON网络***的下行的调制和复用技术，利用OFDM技术使下行传输数据具有较高的抗色散能力，提高PON***的接入能力；同时，该***可以沿用已存在的光纤分布式网络即不改变现有接入网***中的远端节点结构，可以与现有的无源光网络实现完全兼容，易于在现有网络的基础上升级改造；在光网络单元端，采用温度可调谐的直接调制的DFB激光器作为上行光源，一方面可以一定程度降低无色光网络单元的成本，另一方面由于DFB激光器的温度可调谐性可以较好地实现上行资源的灵活接入；单一的可调光滤波器可以同时用作下行信号选择和上行信号的啁啾管理，充分利用资源可以一定程度上节约***成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明基于OFDM的堆叠波分时分复用的无源光网络传输***的结构示意图；

图2为下行OFDM数据的发射模块的结构原理图；

图3为滤波器、上下行信号通过滤波器的谱型图；

图4为上行信号没有经过光滤波器进行啁啾管理的信号眼图；

图5为上行信号经过光滤波器进行啁啾管理后的信号眼图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例包括：光线路终端、馈线式光纤和若干无源光网络***，无源光网络***包括远端节点、若干分布式光纤和若干光网络单元，其中：所述光线路终端与馈线式光纤的一端相连，馈线式光纤的另一端连接远端节点，远端节点为1:N光分路/合路器（N取64、128、256或512），光分路/合路器（Splitter）通过分布式光纤连接光网络单元1、光网络单元2、……,光网络单元N。具体地，N值取决于光分路合路器的分光比，N可取64、128、256或512。

光线路终端主要由M个下行OFDM数据发射模块、M个上行NRZ数据接收模块、第一阵列波导光栅、第二阵列波导光栅、第一光环形器、掺饵光纤放大器构成。其中:M个下行OFDM数据发射模块连接到第一阵列波导光栅第一阵列波导光栅的输出连接第一光环形器第1端口，第一光环形器的第2端口连接掺饵光纤放大器进而实现下行数据的发射；上行NRZ数据到达光线路终端连接到掺饵光纤放大器，掺饵光纤放大器的连接第一光环形器的第2端口，第一光环行器第3端口连接到第二阵列波导光栅，经过第二阵列波导光栅后直接连接到上行NRZ数据接收模块。具体的M值取决于升级的PON***中的下行速率，M可取4、8或10。

下行OFDM数据发射模块产生M路（M=4或8或者10）调制在不同波长上的下行信号，经过第一阵列波导光栅后，通过第一光环行器由掺饵光纤放大器放大后输入到馈线式光纤进行传输；由各个ONU（光网络单元）发射的基于OOK调制的上行数据经由第一掺饵光纤放大器、第一光环路器由第二阵列波导光栅解复用后达到相应的上行NRZ数据接收模块。

进一步地，上行NRZ数据接收模块为光电探测器。下行OFDM数据发射模块的结构如图2所示，主要由下行光源DFB、马赫曾德调制器和OFDM信号产生模块组成，其中：下行光源DFB为分布反馈式激光器DFB，用于下行光载波连接到马赫曾德调制器，OFDM信号产生模块产生电域内的OFDM信号作为下行调制信号用于驱动马赫曾德调制器，通过偏置电压，使马赫曾德调制器工作在其传输曲线的线性区，进而实现下行OFDM数据的发射。

远端节点的光分路/合路器用以将下行基于OFDM的下行信号通过分布式光纤分发给与之相连的各个光网络单元；同时，不同光网络单元的不同波长的上行NRZ数据通过分布式光纤由合路器耦合，耦合后的上行数据通过馈线式光纤上传到光线路终端进行处理。

再如图1所示，任一光网络单元主要由光可调滤波器、光环行器、光电探测器、下行OFDM数据信号处理模块、上行数据信号、上行直接调制的DFB激光器组成。其中，光可调滤波器的一端连接光环行器的第2端口，光环行器的第3端口输出后连接光电探测器，光电探测器的输入到下行数据信号处理模块，进而完成下行信号的解调；上行数据信号驱动直接调制的DFB激光器，DFB激光器输出连接到光环行器第1端口，上行信号通过光环行器的第2端口进入光可调滤波器进而实现上行数据的输出。

下行OFDM数据接收模块由PD和OFDM解调模块构成；上行的DFB激光器为10-Gb/s的DFB激光器，具有温控的波长可调谐功能和上行NRZ数据的调制功能，用以实现光网络单元的无色化，可实现将不同ONU的数据调制不同波长。可调光滤波器具有下行OFDM数据信号的选择和上行直调NRZ数据的啁啾管理功能。下行OFDM数据信号通过分布式光纤到达光网络单元之后，通过可调光滤波器而实现下行信号的选择，经由第二光环行器到达下行OFDM数据信号接收模块，进而实现下行信号的检测。调制了上行数据的DFB激光器通过第二环形器到达可调光滤波器，利用光滤波器谱型的上升沿或者下降沿滤除啁啾带来的频谱展宽进而实现上行啁啾管理。滤波器之后的上行数据输入到分布式光纤进行上行传输。

光网络单元中的光可调滤波器可用于下行信号的波带选择和直接调制的上行信号的啁啾管理。经过实验验证该方案的可行性，其滤波器的谱型图、经过滤波器的下行OFDM信号光谱、没有经过滤波器的上行直接调制的NRZ数据的光谱、经过滤波器下降沿后的上行直接调制的NRZ数据的光谱，如图3所示。图3中的光可调滤波的3dB带宽为100GHz。在该可调光滤波器中，同一个ONU的上、下行信号之间最优的波长间隔是0.4nm。图4展示了上行10-Gb/s直接调制的NRZ数据信号没有经过该光滤波器和经过滤波器传输25km的光纤后的眼图。由该图可知，如果不经过啁啾管理的上行信号经过光纤传输后，其性能较差，不可能获得零误码的情况。

本实施例采用基于堆叠的OFDM技术的时分波分复用的下行传输技术以及时分波分复用的上行传输技术，具有以下的优点：

1）该体系结构下行采用OFDM技术，可较好地提高下行高速的传输时***抗色散能力，且可以充分利用OFDM灵活弹性的接入能力，实现下行多业务弹性接入功能。

2)该体系结构不改变现有铺设的无源光网络的光纤分布式网络的结构，且可沿用现有PON***中的远端节点结构，因而可在现有的PON***进行平滑升级，且完全与现有PON***兼容，进而可在一定程度上降低PON升级成本。

3）光网络单元采用温度可调谐的直接调制的DFB激光器作为上行信号发射机，可以较好解决ONU无色化问题，同时，直接调制激光器使用可以降低光网络单元本身的成本问题。

4）光网络单元采用单一的光滤波器同时实现下行信号波带的选择和上行直接调制信号的啁啾管理，可充分利用***资源，一定程度上降低光网络单元的成本；同时，上下行信号处于同一个滤波器的不同位置即具有一定波长间隔，因而可以较好的避免因上下信号带来后向瑞利散射对***性能的影响。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种基于OFDM的堆叠波分时分复用的无源光网络传输***，包括：光线路终端、馈线式光纤和若干无源光网络***，所述无源光网络***包括远端节点、若干分布式光纤和若干光网络单元，所述光线路终端通过所述馈线式光纤连接至所述远端节点，所述远端节点通过分布式光纤连接各光网络单元，其特征在于：

所述光线路终端包括若干下行OFDM数据发射模块、若干上行NRZ数据接收模块、第一阵列波导光栅、第二阵列波导光栅、第一光环形器和掺饵光纤放大器，其中，所述下行OFDM数据发射模块连接至所述第一阵列波导光栅，所述第一阵列波导光栅的输出连接第一光环形器的第1端口，第一光环形器的第2端口连接掺饵光纤放大器以实现下行数据的发射；所述上行NRZ数据接收模块与所述第二阵列波导光栅连接，所述第二阵列波导光栅连接至所述第一光环行器的第3端口，第一光环形器的第2端口连接掺饵光纤放大器实现上行NRZ数据的接收；

所述光网络单元包括光可调滤波器、光环行器、光电探测器、下行OFDM数据信号处理模块、上行数据信号和上行直接调制的DFB激光器，所述光可调滤波器的一端连接光环行器的第2端口，光环行器的第3端口输出后连接光电探测器，光电探测器的输入连接至所述下行OFDM数据信号处理模块，以完成下行信号的解调；上行数据信号驱动直接调制的DFB激光器的输出连接到光环行器的第1端口，上行信号通过光环行器的第2端口进入光可调滤波器进而实现上行数据的输出；

OFDM，是指正交频分复用；

NRZ，是指非归零码；

DFB，是指分布反馈。

2.根据权利要求1所述的基于OFDM的堆叠波分时分复用的无源光网络传输***，其特征在于，所述下行OFDM数据发射模块包括：下行光源DFB、马赫曾德调制器和OFDM信号产生模块，所述马赫曾德调制器分别与所述下行光源DFB和OFDM信号产生模块连接，其中：所述下行光源DFB用于将下行光载波连接到马赫曾德调制器，OFDM信号产生模块产生电域内的OFDM信号以作为下行调制信号用于驱动所述马赫曾德调制器，通过偏置电压，使所述马赫曾德调制器工作在其传输曲线的线性区，进而实现下行OFDM数据的发射。

3.根据权利要求1所述的基于OFDM的堆叠波分时分复用的无源光网络传输***，其特征在于，所述光可调滤波器用于下行信号的波带选择和直接调制的上行信号的啁啾管理，其使上下行信号处于同一个滤波器的不同位置即具有一定波长间隔，即下行信号通过滤波器位于其中心载波的位置，上行信号位于光滤波器的谱型的上升沿或者下降沿。

4.根据权利要求1所述的基于OFDM的堆叠波分时分复用的无源光网络传输***，其特征在于，所述上行直接调制的DFB激光器为10-Gb/sDFB激光器，其具有温度可调谐功能，用以实现光网络单元的无色化。

5.根据权利要求1所述的基于OFDM的堆叠波分时分复用的无源光网络传输***，其特征在于，所述的远端节点为1:N光分路/合路器，其用以将下行基于OFDM的下行信号通过分布式光纤分发给与之相连的各个光网络单元；同时，不同光网络单元的不同波长的上行NRZ数据通过分布式光纤由合路器耦合，耦合后的上行数据通过馈线式光纤上传到光线路终端进行处理。

6.根据权利要求5所述的基于OFDM的堆叠波分时分复用的无源光网络传输***，其特征在于，N取64、128、256或512。

7.根据权利要求1所述的基于OFDM的堆叠波分时分复用的无源光网络传输***，其特征在于，所述下行OFDM数据发射模块和上行NRZ数据接收模块的数量均为M个，M取4、8或10。

8.根据权利要求2所述的基于OFDM的堆叠波分时分复用的无源光网络传输***，其特征在于，所述下行光源DFB为分布反馈式激光器DFB。

9.根据权利要求1所述的基于OFDM的堆叠波分时分复用的无源光网络传输***，其特征在于，所述上行NRZ数据接收模块为光电探测器。