專利名稱：一種光網(wǎng)絡單元中無光源無射頻源的ofdm-pon系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光通信技術領域，更為具體地講，涉及一種光網(wǎng)絡單元中無光源無射頻源的OFDM-PON系統(tǒng)。
背景技術：
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,即正交頻分復用)的思想在20世紀的六七十年代就被學者提出來，其通過將高速串行比特流進行串并變換，轉為若干并行的低速數(shù)據(jù)流，再映射到不同的正交子載波上傳輸，OFDM技術具有頻譜利用率高等優(yōu)勢。將OFDM技術應用到無源光網(wǎng)絡(Passive Optical Network,簡稱PON)系統(tǒng)中，可以將OFDM信號在光纖系統(tǒng)中傳輸?shù)母哳l率利用率、強抗色散性能等特點與PON系統(tǒng)的大容量、低成本特點相結合，因而0FDM-P0N系統(tǒng)得到了國內外研究者的高度重視。近年來，各大研究機構和各個高校的研究團隊針對0FDM-P0N系統(tǒng)最為顯著的特征即低成本和高能效進行了大量的研究工作，提出了很多有效降低0FDM-P0N系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)能效的方案。在文獻[C.Chow, C. Yeh, C. Wang, F. Shih, and S. Chi, “Signal remodulation ofOFDM-QAM for long reach carrier distributed passive optical networks,，，IEEEPhoton. Technol. Lett.，vol. 21，no. 11，pp. 715-717，Jun. 2009.]中，作者提出一個光網(wǎng)絡單元(Optical Network Unit,簡稱0NU)端信號重新調制的思想來實現(xiàn)光網(wǎng)絡單元光域無源的特點，從而減少了各個光網(wǎng)絡單元關于激光器的成本，進而降低整個0FDM-P0N系統(tǒng)的成本。但是對于0FDM-P0N系統(tǒng)中的各個光網(wǎng)絡單元來說，雖然通過上述方法能夠減少關于激光器的成本，但是仍然需要一個價格不菲的射頻源來完成下行射頻OFDM信號的下變頻以及上行基帶OFDM信號的上變頻過程，因而并沒有徹底實現(xiàn)各個光網(wǎng)絡單元的無源特性。在2011年03月02日公布的、公布號為CN101982983A、名稱為“采用半導體光放大器產(chǎn)生毫米波及其在光載微博通信系統(tǒng)中的應用方法與裝置”的發(fā)明專利申請中，申請人提出一種利用半導體光放大器的四波混頻效應產(chǎn)生毫米波信號的方法，同時產(chǎn)生的毫米波信號可以有幾種不同的頻率選擇。該發(fā)明專利申請為光載無線系統(tǒng)提供了多頻毫米波信號，不過并沒有體現(xiàn)出其實現(xiàn)基站用戶單元無源、降低基站用戶單元成本的優(yōu)勢。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種光網(wǎng)絡單元中無光源無射頻源的0FDM-P0N系統(tǒng)，以徹底地實現(xiàn)0FDM-P0N系統(tǒng)中光網(wǎng)絡單元的無源特性，從而進一步降低整個0FDM-P0N系統(tǒng)的成本。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明光網(wǎng)絡單元中無光源無射頻源的0FDM-P0N系統(tǒng)由光線路終端和多個光網(wǎng)絡單元組成，其特征在于，光線路終端包括、
一波長為λ I的激光器LD-1，用于產(chǎn)生波長為λ I的光載波；一頻率為fc的射頻源，用于產(chǎn)生頻率為fc射頻信號一強度調制器IM-I，在頻率為fc的射頻信號驅動下對波長為λ I的光載波進行光學抑制載波(Optical Carrier Suppression,簡稱0CS)雙邊帶調制,得到頻率間隔為2fc的兩個光載波；一半導體光放大器(Semiconductor Optical Amplif ier,簡稱 S0A),頻率間隔為2fc的兩個光載波進入半導體光放大器進行四波混頻(Four Wave Mixing,簡稱FWM)處理，得到相鄰頻率間隔為2fc的四個光載波；—個光環(huán)形器、一個窄帶光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating,簡稱FBG)反射型濾波器、一強度調制器頂-2以及一個合束器Cl，間隔為2fc的四個光載波經(jīng)過光環(huán)形器輸入到窄帶光纖布拉格光柵反射型濾波器中；窄帶光纖布拉格光柵反射型濾波器將間隔為2fc的四個光載波中的一個反射回光環(huán)形器，然后經(jīng)光環(huán)形器輸入到強度調制器IM-2進行強度調制，將各個光網(wǎng)絡單元(Optical Network Unit,簡稱0NU)單元所需要的由OFDM發(fā)射機產(chǎn)生的基帶OFDM信號調制到被反射回來的光載波上，得到光載OFDM信號；間隔為2fc的四個光載波中的另外三個光載波直接通過窄帶光纖布拉格光柵反射型濾波器后與得到的光載OFDM信號在合束器Cl中合為一束光信號,并輸出；一個波長為λ 2的激光器LD-2和一合束器C2，激光器LD_2產(chǎn)生的波長為λ 2光載波直接與合束器Cl輸出的光信號通過合束器C2合到一起，從而產(chǎn)生整個0FDM-P0N系統(tǒng)的下行傳輸光信號，并通過光纖傳輸一定距離后，被一個分束器SI分為若干束,每一束分別進入一個光網(wǎng)絡單元；光網(wǎng)絡單元包括一個光濾波器(Optical Filter，簡稱OF)，將光網(wǎng)絡單元接收到的下行傳輸光信號分為三個部分頻率間隔為2fc兩個光載波、頻率間隔為2fc的光載波和光載OFDM信號、波長為λ 2的光載波；光電探測器ro-Ι，頻率間隔為2fc的光載波和光載OFDM信號進入光電探測器PD-I進行拍頻，得到頻率為2fc的下行射頻OFDM信號；光電探測器ro-2，頻率間隔為2fc兩個光載波光電探測器ro-2進行拍頻，得到頻率為2fc純射頻源信號；一 OFDM接收機，2fc的下行射頻OFDM信號送入OFDM接收機中，借助產(chǎn)生的2fc純射頻源信號進行下變頻處理、模/數(shù)轉換以及OFDM解調，得到下行數(shù)據(jù)； 一 OFDM發(fā)射機，上行數(shù)據(jù)送入OFDM發(fā)射機中進行OFDM調制、數(shù)/模轉換、并借助產(chǎn)生的2fc純射頻源信號進行上變頻處理，得到頻率為2fc的上行射頻OFDM信號；強度調制器頂-3，波長為λ 2的光載波輸入到強度調制器頂-3中，用2fc的上行射頻OFDM信號進行強度調制，得到波長為λ 2的上行光載波；各個光網(wǎng)絡單元的上行光載波匯合到一起后構成上行信號，并經(jīng)過光纖傳輸?shù)竭_光線路終端進行相干接收；光線路終端還包括分束器S2以及光電探測器Η)-3、Η)-4，將上行信號分為兩束，分別與激光器LD-2分出的波長為λ 2的光載波以及該波長為λ 2的光載波經(jīng)過相位跳轉90度后的光載波進行混合，得到兩路混合信號；兩路混合信號分別進入光電探測器ro-3和ro-4進行拍頻，拍頻得到的兩路信號再分別作為光線路終端上行OFDM接收機的I和Q路信號，在頻率為fc射頻信號經(jīng)過二倍頻后的信號的幫助下進行下變頻處理，最后進行OFDM解調得到上行數(shù)據(jù)。本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明光網(wǎng)絡單元中無光源無射頻源的OFDM-PON系統(tǒng)，通過在光線路終端，SPOLT端使用半導體光放大器(SOA)產(chǎn)生四波混頻(FWM)效應來產(chǎn)生多個光載波，從而在光網(wǎng)絡端通過拍頻產(chǎn)生不同射頻頻率的純射頻源信號，以實現(xiàn)各個光網(wǎng)絡端(ONU)無射頻源；同時，結合集中光源技術、光濾波分離技術實現(xiàn)了各個光網(wǎng)絡端(ONU)無光源，這樣使得光 網(wǎng)絡端(ONU)徹底無源，即既無光源又無射頻源，從而極大的降低了光網(wǎng)絡端(ONU)的成本，進而降低了整個OFDM-PON系統(tǒng)的成本。此外，半導體光放大器(SOA)可以與調制器進行有效的集成，可以降低光線路終端(OLT)的復雜度和成本。


圖I是本發(fā)明光網(wǎng)絡單元中無光源無射頻源的OFDM-PON系統(tǒng)一種具體實施方式
原理圖；圖2是圖I所示的(a) (d)光載波或光信號頻譜圖；圖3基帶OFDM調制解調原理框圖；圖4是光網(wǎng)絡單元產(chǎn)生的2fc純射頻源信號的波形圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本發(fā)明的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。實施例圖I是本發(fā)明光網(wǎng)絡單元中無光源無射頻源的OFDM-PON系統(tǒng)一種具體實施方式
原理圖；如圖I所示，為了徹底的實現(xiàn)OFDM-PON系統(tǒng)中光網(wǎng)絡單元(ONU)的無源特性，從而進一步降低整個OFDM-PON系統(tǒng)的成本，本發(fā)明提出了一種基于半導體光放大器SOA的四波混頻FWM效應實現(xiàn)OFDM-PON系統(tǒng)以實現(xiàn)光網(wǎng)絡單元既無光源又無射頻源。為了方便描述本發(fā)明的內容，先對本發(fā)明內容中出現(xiàn)的相關專業(yè)術語進行說明OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing):正交頻分復用；PON(Passive Optical Network):無源光網(wǎng)絡；OLT (Optical Line Terminal):光線路終端；ONU(Optical Network Unit):光網(wǎng)絡單兀；SOA(Semiconductor Optical Amplifier):半導體光放大器；FWM (Four Wave Mixing):四波混頻；IM(Intensity Modulator):強度調制器；LD (Laser Diode):激光器；FBG (Fiber Bragg Grating):光纖布拉格光柵；
C (Combiner):合束器；S(Splitter):分束器；PD (Photo Diode):光電探測器；
OF (Optical Filter):光濾波器；QAM(Quadrature Amplitude Modulation):正交振幅調制；FFT (Fast Fourier Transform):快速傅里葉變換；IFFT (Inverse Fast Fourier Transform):快速傅里葉反變換；CP(Cyclic Prefix):循環(huán)前綴；OCS (Optical Carrier Suppression):光學抑制載波；如圖I所示，在光線路終端(OLT)，波長為λ I的激光器LD-I產(chǎn)生強度調制器頂_1的光載波，在頻率為fc的射頻源驅動下進行抑制載波雙邊帶(OCS)調制，得到頻率間隔為2fc的兩個光載波。調制后的信號進入半導體光放大器SOA進行四波混頻(Four WaveMixing，簡稱FWM)處理，得到相鄰頻率間隔為2fc的四個光載波。利用一個光環(huán)形器LI和一個窄帶FBG反射型濾波器，間隔為2fc的四個光載波經(jīng)過光環(huán)形器LI輸入到窄帶光纖布拉格光柵反射型濾波器中；窄帶光纖布拉格光柵反射型濾波器將間隔為2fc的四個光載波中的一個反射回光環(huán)形器LI，將各個光網(wǎng)絡單元所需要的由OFDM發(fā)射機產(chǎn)生的基帶OFDM信號調制到被反射過來的光載頻上，得到光載OFDM信號，隨后又將光載OFDM信號與直接通過FBG的另外三個光載頻通過合束器Cl合為一束。最后，另一個波長為λ 2的激光器LD-2直接與上述信號通過合束器C2合到一起，從而產(chǎn)生整個系統(tǒng)的下行傳輸光信號。下行傳輸光信號經(jīng)過光環(huán)形器L2輸入到光纖中,通過光纖傳輸一定距離后,下行傳輸光信號被一個分束器SI分為若干束,每一束分別進入一個光網(wǎng)絡單兀,即0NU。在光網(wǎng)絡單元中，一個光濾波器OF將光網(wǎng)絡單元通過光環(huán)行器L2接收到的下行傳輸光信號分為三個部分，頻率間隔為2fc兩個光載波、頻率間隔為2fc的光載波和光載OFDM信號、波長為λ 2的光載波。在本發(fā)明中，兩個純光載波的頻率間隔為2fc，另一個純光載波和一個光載OFDM信號的頻率間隔也為2fc。在具體實施過程中，部分光網(wǎng)絡單元(ONU)也可以選擇兩個純光載波的頻率間隔為fc，另一個純光載波和一個光載OFDM信號的頻率間隔也為fc。這樣，在多個光網(wǎng)絡單元(ONU)同時工作的0FDM-P0N系統(tǒng)，能夠有效減弱來個不同光網(wǎng)絡單元(ONU)的上行信號之間的干擾，從而較好的提高0FDM-P0N系統(tǒng)的傳輸性能。頻率間隔為2fc的光載波和光載OFDM信號進入光電探測器ro-1進行拍頻，得到頻率為2fc的下行射頻OFDM信號；頻率間隔為2fc兩個光載波光電探測器Η)-2進行拍頻，得到頻率為2fc純射頻源信號；波長為λ 2的光載波則直接作為上行信號的光載波。頻率為2fc的下行射頻OFDM信號進入OFDM接收機后，分為I和Q兩路，在模擬的IQ混合器中，借助產(chǎn)生的頻率為2fc純射頻源信號進行下變頻處理，從而得到模擬基帶OFDM信號；再通過模/數(shù)轉換將模擬基帶OFDM信號轉換為數(shù)字基帶OFDM信號，最后進行OFDM解調從而的得到下行數(shù)據(jù)。上行數(shù)據(jù)送入OFDM發(fā)射機中進行OFDM調制、數(shù)/模轉換、并借助產(chǎn)生的2fc純射頻源信號進行上變頻處理，得到頻率為2fc的上行射頻OFDM信號；再通過強度調制器頂-3將頻率為2fc的上行射頻OFDM信調制到波長為λ 2的上行光載波上，該調制過程也是O CS調制。上行光載波經(jīng)過光環(huán)形器L2輸入到光纖，各個光網(wǎng)絡單元的上行光載波通過分束器SI (由于光載波的方向相反，實際上為合束器)匯合到一起后構成上行信號，并經(jīng)過光纖傳輸?shù)竭_光線路終端進行相干接收。光線路終端中，上行信號由光環(huán)形器L2送入分束器S2，被分束器S2分為兩束，分別與激光器LD-2通過分束器S3分出的光信號以及該光信號相位跳轉90度后的光信號混合，兩路混合信號分別進入光電探測器ro-3和ro-4進行拍頻，拍頻得到的信號再分別作為上行OFDM接收機的I和Q路信號，在頻率為fc的射頻信號經(jīng)過二倍頻后的信號的幫助下進行下變頻處理，最后進行OFDM解調得到上行數(shù)據(jù)。圖2是圖I所示的(a) (d)光載波或光信號頻譜圖；在本發(fā)明光網(wǎng)絡單元中無光源無射頻源的OFDM-PON系統(tǒng)中，下行信號的產(chǎn)生是基于SOA的FWM效應的。首先，波長為λ I的光載波先通過一個強度調制器進行抑制載波雙邊帶(OCS)調制，得到如圖I (a)所示的頻譜圖，兩個邊帶之間的頻率間隔為2fc。然后將得到的OCS信號作為SOA的輸入信號，通過控制SOA的注入電流來產(chǎn)生FWM效應，從而得到如圖1(b)所示的FWM后的頻譜圖，一共有四個不同的光載頻，相鄰兩個光載波的頻率間隔為2fc。利用一個窄帶FBG反射型濾波器和一個光環(huán)形器將其中一個光載波反射后，在本實施例中，反射的是最右邊的光載頻，在該光載頻調制上基帶OFDM信號，然后再將調上信號后的光載頻與另外三個直接通過FBG而沒有調制信號的光載頻合到一起，最后再與另外一個波長為λ 2的光載波合為一束，就得到了本發(fā)明OFDM-PON系統(tǒng)中傳輸?shù)南滦行盘?。圖3基帶OFDM調制解調原理框圖；基帶OFDM調制解調原理如圖3所示。基帶OFDM信號調制過程包括串并轉換、QAM調制、IFFT、加循環(huán)前綴CP和串并轉換。首先，輸入的串行比特流由串并轉換變?yōu)槿舾陕凡⑿械谋忍亓?，分別對應若干個相互正交的子載波，每路比特信號分別以QAM的格式被調制到一個對應的子載波上，對各路調制后的子載波信號進行IFFT處理并添加CP，最后由串并轉換將并行信號轉為串行信號，即實現(xiàn)基帶OFDM調制，得到基帶OFDM信號?；鶐FDM信號解調過程包括串并轉換、去CP、FFT、均衡、QAM解調和串并轉換。首先，串行的兩路I和Q信號由串并轉換轉為并行信號，去掉CP之后進行FFT處理，再進行均衡，然后做QAM解調，最后由串并轉換得到最終的輸出數(shù)據(jù)。圖4是光網(wǎng)絡單元產(chǎn)生的2fc純射頻源信號的波形圖。圖4是光網(wǎng)絡單元通過兩個純光載波拍頻后產(chǎn)生的2fc，即IOGHz射頻信號的波形圖。雖然該波形相對射頻源直接輸出的IOGHz信號波形有一定程度的惡化，但是利用該信號仍然可以有效的進行OFDN-PON系統(tǒng)的上下變頻處理。盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實施方式
進行了描述，以便于本技術領域的技術人員理解本發(fā)明，但應該清楚，本發(fā)明不限于具體實施方式
的范圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。
權利要求
1. 一種光網(wǎng)絡單元中無光源無射頻源的OFDM-PON系統(tǒng)由光線路終端和多個光網(wǎng)絡單元組成，其特征在于， 光線路終端包括 一波長為、I的激光器LD-1，用于產(chǎn)生波長為\ I的光載波； 一頻率為fc的射頻源，用于產(chǎn)生頻率為fc射頻信號； 一強度調制器IM-I，在頻率為fc的射頻信號驅動下對波長為X I的光載波進行光學抑制載波(Optical Carrier Suppression,簡稱0CS)雙邊帶調制,得到頻率間隔為2fc的兩個光載波； 一半導體光放大器(Semiconductor Optical Amplifier,簡稱SOA),頻率間隔為2fc的兩個光載波進入半導體光放大器進行四波混頻(Four Wave Mixing，簡稱FWM)處理，得到相鄰頻率間隔為2fc的四個光載波； 一個光環(huán)形器、一個窄帶光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating,簡稱FBG)反射型濾波器、一強度調制器頂-2以及一個合束器Cl，間隔為2fc的四個光載波經(jīng)過光環(huán)形器輸入到窄帶光纖布拉格光柵反射型濾波器中；窄帶光纖布拉格光柵反射型濾波器將間隔為2fc的四個光載波中的一個反射回光環(huán)形器，然后經(jīng)光環(huán)形器輸入到強度調制器頂-2進行強度調制，將各個光網(wǎng)絡單元(Optical Network Unit,簡稱0NU)單元所需要的由OFDM發(fā)射機產(chǎn)生的基帶OFDM信號調制到被反射回來的光載波上，得到光載OFDM信號；間隔為2fc的四個光載波中的另外三個光載波直接通過窄帶光纖布拉格光柵反射型濾波器后與得到的光載OFDM信號在合束器Cl中合為一束光信號，并輸出； 一個波長為、2的激光器LD-2和一合束器C2，激光器LD-2產(chǎn)生的波長為\ 2光載波直接與合束器Cl輸出的光信號通過合束器C2合到一起，從而產(chǎn)生整個0FDM-P0N系統(tǒng)的下行傳輸光信號，并通過光纖傳輸一定距離后，被一個分束器SI分為若干束,每一束分別進入一個光網(wǎng)絡單元； 光網(wǎng)絡單元包括 一個光濾波器(Optical Filter,簡稱OF),將光網(wǎng)絡單兀接收到的下行傳輸光信號分為三個部分頻率間隔為2fc兩個光載波、頻率間隔為2fc的光載波和光載OFDM信號、波長為X 2的光載波； 光電探測器ro-1，頻率間隔為2fc的光載波和光載OFDM信號進入光電探測器ro-i進行拍頻，得到頻率為2fc的下行射頻OFDM信號； 光電探測器ro-2，頻率間隔為2fc兩個光載波光電探測器ro-2進行拍頻，得到頻率為.2fc純射頻源信號； 一 OFDM接收機，2fc的下行射頻OFDM信號送入OFDM接收機中，借助產(chǎn)生的2fc純射頻源信號進行下變頻處理、模/數(shù)轉換以及OFDM解調，得到下行數(shù)據(jù)； 一 OFDM發(fā)射機，上行數(shù)據(jù)送入OFDM發(fā)射機中進行OFDM調制、數(shù)/模轉換、并借助產(chǎn)生的2fc純射頻源信號進行上變頻處理，得到頻率為2fc的上行射頻OFDM信號； 強度調制器頂_3，波長為入2的光載波輸入到強度調制器頂-3中，用2fc的上行射頻OFDM信號進行強度調制，得到波長為\ 2的上行光載波； 各個光網(wǎng)絡單元的上行光載波匯合到一起后構成上行信號，并經(jīng)過光纖傳輸?shù)竭_光線路終端進行相干接收；光線路終端還包括 分束器S2以及光電探測器H)-3、PD-4，將上行信號分為兩束，分別與激光器LD-2分出的波長為λ 2的光載波以及該波長為λ 2的光載波經(jīng)過相位跳轉90度后的光載波進行混合，得到兩路混合信號；兩路混合信號分別進入光電探測器ro-3和ro-4進行拍頻，拍頻得到的兩路信號再分別作為光線路終端上行OFDM接收機的I和Q路信號，在頻率為fc射頻信號經(jīng)過二倍頻后的信號的幫助下進行下變頻處理，最后進行OFDM解調得到上行數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光網(wǎng)絡單元中無光源無射頻源的OFDM-PON系統(tǒng)，通過在光線路終端，即OLT端使用半導體光放大器(SOA)產(chǎn)生四波混頻(FWM)效應來產(chǎn)生多個光載波，從而在光網(wǎng)絡端通過拍頻產(chǎn)生不同射頻頻率的純射頻源信號，以實現(xiàn)各個光網(wǎng)絡端(ONU)無射頻源；同時，結合集中光源技術、光濾波分離技術實現(xiàn)了各個光網(wǎng)絡端(ONU)無光源，這樣使得光網(wǎng)絡端(ONU)徹底無源，既無光源又無射頻源，從而極大的降低了光網(wǎng)絡端(ONU)的成本，進而降低了整個OFDM-PON系統(tǒng)的成本。此外，半導體光放大器(SOA)可以與調制器進行有效的集成，可以降低光線路終端(OLT)的復雜度和成本。
文檔編號H04Q11/00GK102638310SQ201210078278
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月22日 優(yōu)先權日2012年3月22日
發(fā)明者張崇富, 邱昆, 陳晨 申請人:電子科技大學