CN103402146B - 正交频分复用无源光网络的下行节能的传输*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种正交频分复用无源光网络的下行节能的传输***，包括光线路终端、馈线式光纤和无源光网络***；无源光网络***包括远端节点、分布式光纤和光网络单元。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至各个光网络单元。本发明在传统光网络单元中增加了定时器模块控制模数转换器的关断时间，在不需要媒体接入控制的调度和管理下，直接在物理层实现光网络单元中模数转换器的选择性采样功能；同时在模数转换器关断过程中，还可以关闭后续的其它数字信号处理模块，进一步降低光网络单元的功耗。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体地，涉及一种正交频分复用无源光网络的下行节能的传输***。
背景技术
随着接入网中超带宽业务、大数据服务和长距离接入等需求的出现，传统的时分复用TimeDivisionMultiple,TDM无源光网络已经不能满足现阶段的需求。正交频分复用OrthogonalFrequencyDivisionMultiple,OFDM具有频谱效率高，抗色散和偏振模色散等特点被认为是下一代光接入网中一种非常有潜力的技术。利用多个相互正交的子载波传输用户数据，可以获得子波长粒度的灵活动态带宽分配；结合传统的时分复用技术，其带宽分配可以更加灵活；采用高速的数字信号处理技术，可以实现低成本的光OFDM收发机。
由于接入网中用户数量的不断增加，光网络单元OpticalNetworkUnit,ONU的功耗也急剧上升，已经占据了整个光接入网功耗的60％。在自然灾害等紧急情况下，由于常用电池损坏只能使用ONU的备用电池，此时ONU的功耗直接影响到其基本功能得到服务的时间。因此，降低ONU的功耗显得越来越重要。HungkeiChow等人提出了比特交织的时分复用无源光网络来降低ONU的功耗。它修改了吉比特无源光网络GigabitPassiveOpticalNetwork,GPON协议，在下行广播数据帧中将用户数据按照一定的规则进行组合。ONU接收到广播数据帧后，按照规则只提取它自己的数据，从而减少了许多不必要的数据处理，降低了ONU的功耗。但它只适用于基于TDM的GPON中，对于采用OFDM调制方式的无源光网络并不适用。
正交频分复用无源光网络中的ONU功耗主要来源于模数转换器AnalogDigitalConvertor,ADC和快速傅里叶变换FastFourierTransform,FFT模块。特别是对于高速的下行广播数据链路，ONU的ADC和FFT模块都必须始终工作在高速模式下以解调整个下行数据，然后再根据子载波提取对该ONU有用的数据。在2013年的光通信会议OpticalFiberCommunicationOFC上，KonstantinosKanonakis提出利用媒体接入控制MediaAccessControl,MAC层的调度和模块化的数字信号处理模块来降低ONU的功耗。根据下行信号中用户数据所占带宽的大小，设置模数转换器的个数以及快速傅里叶变换的点数，从而动态改变ONU接收机中的工作模块数量，达到降低ONU功耗的目的，但该方法需要MAC层的调度配合。
又经文献检索发现，PeterA.Milder在65nm标准元件库下对25Gb/s光OFDM收发机集成电路进行了分析。在不同的调制格式，不同的FFT点数以及不同的ADC量化精度下，对接收机的功耗进行了全面分析。作者指出，FFT点数的大小对OFDM收发机集成电路的大小和功耗有更大的影响。C.Kachris等人对数据中心网络中的光OFDM功耗进行了研究，并采用自适应的调制格式降低光OFDM收发机的功耗。但所有这些方法中，每个ONU中的接收机都必须接收所有的下行广播数据，需要对每个广播数据帧进行处理；而处理之后的所有数据中，只有少量数据对该ONU是有用的，造成ONU接收机的使用效率比较低。
发明内容
针对现有正交频分复用无源光网络中节能技术的缺陷，本发明的目的是在正交频分复用无源光网络中提供一种节能的下行传输机制，降低光网络单元的功耗。该机制不需要媒体接入控制层的调度和管理，完全在物理层实现下行节能传输，对以往调度和管理不会带来任何影响；其次，它仅需要在原有光网络单元中增加一个定时器，来控制光网络单元中模数转换器的关断时间，易于实现。同时，借助于正交频分复用***中不可或缺的同步模块，将下行广播数据帧的目的地址信息包含在同步头中，实现下行节能传输。
根据本发明的一个方面，提供一种正交频分复用无源光网络的下行节能的传输***，包括依次连接的光线路终端、馈线式光纤、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至光网络单元，其中，
光网络单元包括：光电探测器、跨导放大器、线性放大器、模数转换器、同步模块、定时器、去除循环前缀和串并变换模块、快速傅里叶变换模块、均衡模块、解映射模块和媒体接入控制模块，光电探测器、跨导放大器、线性放大器、模数转换器、去除循环前缀和串并变换模块、快速傅里叶变换模块、均衡模块、解映射模块和第一媒体接入控制模块依次连接，模数转换器包括两个输出端口，模数转换器的一个输出端口连接至去除循环前缀，串并变换模块的输入端口，另一个输出端口连接至同步模块的输入端口；同步模块的输出端口连接至定时器；定时器的输出端口分别与模数转换器、去除循环前缀和串并变换模块、快速傅里叶变换模块、均衡模块、解映射模块和第一媒体接入控制模块连接。
优选地，光线路终端包括第二媒体接入控制模块和下行数据发射模块，其中，第二媒体接入控制模块用以控制下行原始数据信号的产生和处理；下行数据发射模块用以将下行原始数据信号转换成正交频分复用光信号作为下行数据信号传输。
优选地，下行数据发射模块还用于自适应的调制格式的选取，以及快速反傅里叶变换点数的控制。
优选地，下行数据发射模块每次发送一个光网络单元的数据。
优选地，下行数据信号采用下行广播数据帧格式传输，下行广播数据帧包含一个光网络单元的数据和一个同步头。
优选地，同步头用于确定下行广播数据帧的起始位置以及目的地址。
优选地，定时器用于控制模数转换器的关断时间。
优选地，远端节点位于光线路终端和光网络单元之间，一端通过馈线式光纤连接光线路终端，另一端通过分布式光纤连接光网络单元，远端节点包括光分路/合路器，光分路/合路器用于下行数据信号的分发，用以将下行数据信号通过分布式光纤分发给与之相连的各个光网络单元。
优选地，光分路/合路器采用1:N光分路/合路器，N为无源光网络中的光网络单元的数量，N取值为64、128、256、512或1024(具体的ONU的个数主要依据***中的传输光纤的长度设定)。
优选地，分布式光纤和馈线式光纤加起来的总长度为几千米到100km的范围，例如20km、40km、60km、80km或者100km。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明在传统正交频分复用无源光网络***的光网络单元中增加了一个定时器模块，控制光网络单元中模数转换器的关断时间，实现选择性采样功能，降低光网络单元的功耗，同时在模数转换器关断过程中，还可以通过定时器关闭后续的其它一个或多个数字信号处理模块，进一步降低光网络单元的功耗，本发明的节能技术完全在物理层实现，不需要媒体接入控制层的调度和管理。并且，相比于睡眠，本发明不需要在光线路终端和光网络单元中增加额外存储器，对数据包的时延不会产生额外的影响。
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为本发明的正交频分复用无源光网络的下行节能的传输***的结构原理示意图；
图2为下行数据帧结构示意图；
图3为广播数据帧的目的地址是该光网络单元时的同步峰值示意图；
图4为广播数据帧的目的地址不是该光网络单元时的同步峰值示意图。
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。
请参阅图1，一种正交频分复用无源光网络的下行节能的传输***，包括依次连接的光线路终端、馈线式光纤、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至光网络单元。
光线路终端包括第二媒体接入控制模块和下行数据发射模块，其中，第二媒体接入控制模块用以控制下行原始数据信号的产生和处理；下行数据发射模块用以将下行原始数据信号转换成正交频分复用光信号作为下行数据信号传输，并用于自适应的调制格式的选取，以及快速反傅里叶变换点数的控制。例如，不同子载波采用不同的m-QAM(m阶正交幅度调制)，其中m可取4，16，32,64等，其具体取值需综合考虑传输链路中的信道特性。另外，下行数据发射模块中的快速反傅里叶变换点数N可根据实际***中的接入用户数量决定，其中N可取32，64，128，256,512等。
进一步地，下行数据发射模块仅包含一个波长，下行数据发射模块每次发送一个光网络单元的数据。下行数据信号采用下行广播数据帧格式传输，下行广播数据帧包含一个光网络单元的数据和一个同步头。同步头用于确定下行广播数据帧的起始位置以及目的地址。下行广播数据帧格式如图2所示。
远端节点包括光分路/合路器，光分路/合路器用于下行数据信号的分发，用以将下行数据信号通过分布式光纤分发给与之相连的各个光网络单元。光分路/合路器采用1:N光分路/合路器，N取值为64、128、256、512或1024，具体值需要综合考虑***中的传输距离和***的光功率预算。
光网络单元包括：光电探测器、跨导放大器、线性放大器、模数转换器、同步模块、定时器、去除循环前缀和串并变换模块、快速傅里叶变换模块、均衡模块、解映射模块和媒体接入控制模块，光电探测器、跨导放大器、线性放大器、模数转换器、去除循环前缀和串并变换模块、快速傅里叶变换模块、均衡模块、解映射模块和第一媒体接入控制模块依次连接，模数转换器包括两个输出端口，模数转换器的一个输出端口连接至去除循环前缀，串并变换模块的输入端口，另一个输出端口连接至同步模块的输入端口；同步模块的输出端口连接至定时器；定时器的输出端口分别与模数转换器、去除循环前缀和串并变换模块、快速傅里叶变换模块、均衡模块、解映射模块和第一媒体接入控制模块连接。
如图1所示，光网络单元包括光网络单元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、512或1024。
进一步地，定时器用于控制模数转换器的关断时间，模数转换器工作在选择采样模式下，以降低光网络单元的功耗。
进一步地，分布式光纤和馈线式光纤加起来的总长度为几千米到100km的范围，如5km、10km、20km、40km或者100km。
具体地，当光网络单元接收机接收到下行广播数据帧后，经过光电探测器将光信号转换为电信号，然后经过跨导放大器和线性放大器对信号进行放大。模数转换器将模拟信号转换为数字信号，并进行后续处理。定时器根据同步模块处理的结果来选择模数转换器的工作状态，实现选择性采样功能，降低光网络单元的功耗。通过实验验证同步模块会产生图3和图4两种不同的同步峰值，用以区分下行广播数据帧的目的地址。
另外，在模数转换器关断过程中，还可以通过定时器关闭后续的其它一个或多个数字信号处理模块，进一步降低光网络单元的功耗。
本发明在传统正交频分复用无源光网络***的光网络单元中增加了一个定时器模块，控制光网络单元中模数转换器的关断时间，实现选择性采样功能，降低光网络单元的功耗，同时在模数转换器关断过程中，还可以通过定时器关闭后续的其它一个或多个数字信号处理模块，进一步降低光网络单元的功耗，本发明的节能技术完全在物理层实现，不需要媒体接入控制层的调度和管理。
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 (5)
1.一种正交频分复用无源光网络的下行节能的传输***，包括依次连接的光线路终端、馈线式光纤、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至光网络单元，其特征在于，
所述光网络单元包括：光电探测器、跨导放大器、线性放大器、模数转换器、同步模块、定时器、去除循环前缀和串并变换模块、快速傅里叶变换模块、均衡模块、解映射模块和媒体接入控制模块，所述光电探测器、跨导放大器、线性放大器、模数转换器、去除循环前缀和串并变换模块、快速傅里叶变换模块、均衡模块、解映射模块和第一媒体接入控制模块依次连接，所述模数转换器包括两个输出端口，所述模数转换器的一个输出端口连接至去除循环前缀，串并变换模块的输入端口，另一个输出端口连接至同步模块的输入端口；同步模块的输出端口连接至定时器；定时器的输出端口分别与所述模数转换器、去除循环前缀和串并变换模块、快速傅里叶变换模块、均衡模块、解映射模块和第一媒体接入控制模块连接；
所述光线路终端包括第二媒体接入控制模块和下行数据发射模块，其中，所述第二媒体接入控制模块用以控制下行原始数据信号的产生和处理；所述下行数据发射模块用以将下行原始数据信号转换成正交频分复用光信号作为下行数据信号传输；所述下行数据发射模块每次发送一个光网络单元的数据；
所述下行数据信号采用下行广播数据帧格式传输，所述下行广播数据帧包含一个光网络单元的数据和一个同步头；
所述同步头用于确定所述下行广播数据帧的起始位置以及目的地址；
所述定时器用于控制所述模数转换器的关断时间。
2.根据权利要求1所述的正交频分复用无源光网络的下行节能的传输***，其特征在于，所述下行数据发射模块可采用自适应的调制格式的选取，以及快速反傅里叶变换点数的控制。
3.根据权利要求1所述的正交频分复用无源光网络的下行节能的传输***，其特征在于，所述远端节点包括光分路/合路器，所述光分路/合路器用于下行数据信号的分发，用以将下行数据信号通过分布式光纤分发给与之相连的各个光网络单元。
4.根据权利要求3所述的正交频分复用无源光网络的下行节能的传输***，其特征在于，所述光分路/合路器采用1:N光分路/合路器，N取值为64、128、256、512或1024。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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