專利名稱：全雙工高速單纖雙向波分復(fù)用無(wú)源光接入網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖接入網(wǎng)以及無(wú)源光接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及波分復(fù)用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、相干接收方法及離線數(shù)據(jù)處理方法。
背景技術(shù)：
新世紀(jì)以來，由于互聯(lián)網(wǎng)新業(yè)務(wù)以及高清視頻/會(huì)議等業(yè)務(wù)所刺激的接入網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的不斷快速增長(zhǎng)。目前全球已有60億移動(dòng)電話用戶和23億互聯(lián)網(wǎng)用戶，其網(wǎng)絡(luò)均建立在光纖通信基礎(chǔ)上。隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)用戶和業(yè)務(wù)的迅猛增長(zhǎng)，對(duì)帶寬需求日益迫切。為了適應(yīng)未來的通信容量需要，波分復(fù)用無(wú)源光接入網(wǎng)絡(luò)(WDM-PON)逐漸被眾多研究人員視為光纖接入網(wǎng)絡(luò)的終極解決方案。然而，其高昂的成本一直阻礙了它的大范圍推廣。而反射式半導(dǎo)體光放大器(RSOA)的應(yīng)用，為波分復(fù)用無(wú)源光接入網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)無(wú)色的光網(wǎng)絡(luò)單元提供了可能性方案。為了進(jìn)一步的降低WDM-PON的每戶每帶寬成本，必須要提出具有成本效益的解決方案來進(jìn)一步提升系統(tǒng)的傳輸容量達(dá)lOGb/s以上以及進(jìn)一步增加系統(tǒng)覆蓋范圍至100公里。然而，基于RSOA的WDM-PON系統(tǒng)中的上行傳輸業(yè)務(wù)卻受限于RSOA的較窄的電域帶寬(l-2GHz)所帶來的符號(hào)間干擾(ISI)以及與光纖色散聯(lián)系在一起RSOA的高的啁啾(4-10)。為了解決這個(gè)難題，在OLT端的接收器中采用電均衡方法來提高系統(tǒng)上行業(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量。近期，相關(guān)文獻(xiàn)已經(jīng)報(bào)道的電均衡方法包括前向反饋均衡器(FFE)，判決反饋均衡器(DFE)，以及最大相似序列估算(MLSE)等方法。在眾多的均衡器中，MLSE具有對(duì)于ISI最強(qiáng)的補(bǔ)償能力。而它主要的缺點(diǎn)是它的復(fù)雜程度隨著信道的存儲(chǔ)長(zhǎng)度呈指數(shù)增加。對(duì)于基于RSOA的單纖鏈路WDM-PON來說，除了 ISI之外，另一個(gè)受限因素是其傳輸質(zhì)量對(duì)反射的脆弱性。由于下行種子光與傳播方向的相反上行光路共享同一根光纖鏈路，由于瑞利背向散射(RB)與分立的反射噪聲(RN)會(huì)與信號(hào)光發(fā)生干擾。雖然用單纖鏈路來同時(shí)傳輸上行與下行業(yè)務(wù)能夠節(jié)約成本，但由于各種反射所引起的帶內(nèi)串?dāng)_會(huì)嚴(yán)重的劣化信號(hào)傳輸質(zhì)量同時(shí)限制最大傳輸距離。正是因?yàn)檫@種原因，一些抑制瑞利散射噪聲的方法被提出。它們主要是利用頻率抖動(dòng)或者相位調(diào)制的方式來展寬信號(hào)譜線以抑制瑞利散射。然而，這些辦法要么只適用于低速范圍(<3Gb/s)，要么還需要復(fù)雜的收發(fā)器件。在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，下行光信號(hào)與連續(xù)光信號(hào)都是來自O(shè)LT中，卻安排在不同的波段上。下行信號(hào)與連續(xù)光在傳輸?shù)竭h(yuǎn)端之前復(fù)用到一起，在ONU處分別被接收。經(jīng)過解復(fù)用之后，連續(xù)光波被輸入到RSOA中進(jìn)行放大和調(diào)制。進(jìn)而上行信號(hào)通過RSOA的反射之后通過同一光纖鏈路反向傳輸?shù)絆LT端。由于上行信號(hào)與其種子光被調(diào)制在同一個(gè)光載波上,被反射后的連續(xù)光波與上行光信號(hào)一同在單根光纖鏈路中傳播，因此會(huì)引入干涉串?dāng)_。于此相反，下行光信號(hào)僅僅會(huì)受到雙重的RB噪聲或者是雙重的反射的影響，而其噪聲的功率小到基本可以忽略不計(jì)。因此，RN僅僅會(huì)影響到上行光信號(hào)的傳輸質(zhì)量。典型的WDM-PON網(wǎng)絡(luò)中的OLT結(jié)構(gòu)如圖2所示，由OLT與ONU之間通過光纖鏈路對(duì)每一對(duì)光發(fā)射機(jī)與光接收機(jī)分配一個(gè)/一對(duì)波長(zhǎng)通道。然而，由于現(xiàn)有的技術(shù)大多采用的是RSOA在遠(yuǎn)端ONU復(fù)用部分下行光路并重調(diào)制進(jìn)行上行傳輸，而RSOA受制于其較窄的電域帶寬(通常為I 2GHz)很難傳輸大于IOGHz的上行信號(hào)。因此，在現(xiàn)有的大多數(shù)WDM-PON結(jié)構(gòu)中，上行傳輸速率大多小于5GHz。即便高速上行信號(hào)能傳輸?shù)絆LT端，其信號(hào)傳輸質(zhì)量往往難以得到保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高速單纖雙向波分復(fù)用無(wú)源光接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)高速接入網(wǎng)的多種不同業(yè)務(wù)傳輸，覆蓋距離長(zhǎng)，并能大大提高上行業(yè)務(wù)的傳輸速率，解決接入網(wǎng)絡(luò)上行業(yè)務(wù)帶寬瓶頸問題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:高速單纖雙向波分復(fù)用無(wú)源光接入網(wǎng)絡(luò)它包括光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)、雙向光纖鏈路和光鏈路終端(OLT)，ONU與雙向光纖鏈路的一端相連，雙向光纖鏈路的另一個(gè)端口與OLT相連。OLT包括光源、色散補(bǔ)償模塊、光帶通濾波模塊、光電探測(cè)模塊、實(shí)時(shí)采樣模塊、電均衡模塊、分析模塊；光源的輸出端接至光纖環(huán)形器(OC)的端口 1，0C的端口 2接至ONU的輸入端，OC的端口 3通過一段單模光纖接至OLT的輸入端口，經(jīng)過色散補(bǔ)償模塊、光帶通濾波模塊后進(jìn)入光電探測(cè)模塊，然后再經(jīng)過實(shí)時(shí)采樣模塊、編碼數(shù)據(jù)處理模塊，最后進(jìn)入分析模塊分析傳輸性能。ONU包括高速脈沖編碼產(chǎn)生模塊與下行光復(fù)用模塊，高速脈沖編碼產(chǎn)生模塊的輸出端口與下行光復(fù)用模塊的一個(gè)端口相連，下行光復(fù)用模塊的另一個(gè)端口與雙向光纖鏈路相連。所述編碼數(shù)據(jù)處理模塊包括低通濾波器、前向?yàn)V波器、后向?yàn)V波器、三級(jí)量化器、加法器、最小均方算法(LMS)模塊和數(shù)字整流器，所述實(shí)時(shí)采樣模塊輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)入所述低通濾波器，所述低通濾波器用于濾除帶外的噪聲與干擾，所述前向?yàn)V波器、后向?yàn)V波器、三級(jí)量化器和最小均方算法模塊組成判決反饋均衡器DFE，所述判決反饋均衡器DFE用于將所述低通濾波器處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為三電平的雙二進(jìn)制信號(hào)；所述最小均方算法模塊用于調(diào)節(jié)前向、后向?yàn)V波器動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)抽頭系數(shù)；所述前向?yàn)V波器與后向?yàn)V波器的輸出信號(hào)分別被輸入到加法器完成加法操作，后向加法器輸出信號(hào)被數(shù)字整流器轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行誤碼率計(jì)算。該發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下主要優(yōu)點(diǎn):其一，以高速單纖雙向波分復(fù)用技術(shù)組建無(wú)源光接入網(wǎng)絡(luò)，有效地提高了光網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率，特別是上行業(yè)務(wù)的傳輸速率，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離、大容量的傳輸；其二，使用反射式半導(dǎo)體光放大器，波分復(fù)用無(wú)源光接入網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)了無(wú)色ONU的結(jié)構(gòu)；其三，OLT的接收器中采用基于部分響應(yīng)系統(tǒng)的均衡處理方法，大大提高了系統(tǒng)上行業(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量；其四，單根光纖傳輸上下行數(shù)據(jù)，節(jié)省了成本。


圖1是本發(fā)明單纖鏈路的無(wú)源光接入網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1-1.反射式半導(dǎo)體光放大器(RSOA) ；1-2.光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU) ;1_3.光纖鏈路終端(OLT) ；l-4.高速脈沖編碼產(chǎn)生模塊；1-5.單模光纖(SMF)。圖2是典型的單纖鏈路無(wú)源光接入網(wǎng)絡(luò)的OLT結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:2-1.光發(fā)射機(jī)I (Tx1) '2-2.光發(fā)射機(jī)n(Txn) ;2_3.陣列波導(dǎo)光柵模塊；2_4.光接收機(jī)I (Rx1) ；2-5.光接收機(jī)n (Rxn) ；2-6.波分復(fù)用模塊(WDM) ; 2-7.光纖環(huán)形器；2-8.連續(xù)光源。圖3是本發(fā)明的無(wú)源光接入網(wǎng)絡(luò)的OLT的上行信號(hào)接收部分結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:3-1.連續(xù)光源；3-2.光纖環(huán)形器；3-3.光纖放大器模塊；3_4.色散補(bǔ)償模塊；3-5.光纖帶通濾波器；3-6.光電探測(cè)器；3-7.實(shí)時(shí)采樣示波模塊；3-8.編碼數(shù)據(jù)處理模塊；3-9.誤碼儀分析模塊。圖4是本發(fā)明的OLT編碼數(shù)據(jù)處理模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:4-1.低通濾波器；4-2.前向?yàn)V波器；4-3.后向?yàn)V波器；4_4.3級(jí)量化器；4-5.最小均方算法(LMS)模塊；4-6.數(shù)字整流器；4-7.加法器。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的波分復(fù)用無(wú)源光接入網(wǎng)絡(luò)中上行業(yè)務(wù)傳輸速率較低的“瓶頸”，提出將光纖通信中的下行光通過反射式半導(dǎo)體放大器(RSOA)重新調(diào)制利用的技術(shù)，利用下行光復(fù)用技術(shù)靈活構(gòu)建高速率無(wú)源光接入網(wǎng)絡(luò)，大大提高單根光纖中上行業(yè)務(wù)的傳輸速率；同時(shí)，在光鏈路終端(OLT)采用獨(dú)特的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，混合了波分復(fù)用技術(shù)、色散補(bǔ)償技術(shù)、電均衡和前向糾錯(cuò)技術(shù)，通信速率高，傳輸距離長(zhǎng)，大大提高了上行數(shù)據(jù)的傳輸性能。并能有效的抑制符號(hào)干擾(ISI)與各種反射噪聲(RN)對(duì)在單纖鏈路結(jié)構(gòu)WDM-PON中傳輸?shù)纳舷滦袠I(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量的影響。如圖1所示，本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括光鏈路終端1-3、光網(wǎng)絡(luò)單元1-2和單模光纖1-5，光鏈路終端1-3的一個(gè)端口通過引導(dǎo)光纖與光網(wǎng)絡(luò)單元1-2相連。光網(wǎng)絡(luò)單元1-2包括高速脈沖編碼產(chǎn)生模塊1-4、下行光復(fù)用模塊1-1，高速脈沖編碼產(chǎn)生模塊1-4的輸出端口與下行光復(fù)用模塊1-1的一個(gè)端口相連，下行光復(fù)用模塊1-1的另一個(gè)端口與光纖鏈路相連。如圖3所示，光鏈路終端1-3包括連續(xù)光源3-1、色散補(bǔ)償模塊3_4、光帶通濾波模塊3-5、光電探測(cè)模塊3-6、實(shí)時(shí)采樣模塊3-7、編碼數(shù)據(jù)處理模塊3-8、誤碼分析模塊3_9 ；連續(xù)光源3-1的輸出端接至光纖環(huán)形器3-2的端口 1，光纖環(huán)形器3-2的端口 2接至光網(wǎng)絡(luò)單元1-2的輸入端，光纖環(huán)形器3-2的端口 3通過一段單模光纖接至光纖放大器模塊3-3，經(jīng)過色散補(bǔ)償模塊3-4、光帶通濾波模塊3-5后進(jìn)入光電探測(cè)模塊3-6，然后再經(jīng)過實(shí)時(shí)采樣模塊3-7、相關(guān)編碼算法數(shù)據(jù)處理模塊3-8，最后進(jìn)入誤碼分析模塊3-9分析傳輸性能并計(jì)算系統(tǒng)誤碼率。本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)中光纖鏈路采用單纖雙向雙工傳輸方式。本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸包括上行和下行方向。在網(wǎng)絡(luò)上行方向，如圖3所示，攜帶了上行數(shù)據(jù)的光信號(hào)經(jīng)過光纖環(huán)形器3-2，由于傳輸?shù)木嚯x比較長(zhǎng)，損耗比較大，到達(dá)OLT的上行光已經(jīng)很微弱，若直接調(diào)制傳輸，則上行數(shù)據(jù)將無(wú)法探測(cè)。所以，首先通過光纖放大器模塊3-3對(duì)上行光放大；然后模塊3-4對(duì)放大后的光信號(hào)進(jìn)行色散補(bǔ)償，再經(jīng)過模塊3-5進(jìn)行整形濾波，濾除掉帶外噪聲以及反射噪聲，最后輸入光電探測(cè)器模塊3-6，進(jìn)行上行信號(hào)的探測(cè)和接收。接收后的上行數(shù)據(jù)通過電纜傳輸?shù)綄?shí)時(shí)采樣模塊3-7，實(shí)時(shí)采樣模塊3-7對(duì)電信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，然后編碼數(shù)據(jù)處理模塊3-8對(duì)接收到的電信號(hào)進(jìn)行離線數(shù)據(jù)處理，對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形和恢復(fù)。最后在誤碼分析模塊
3-9上顯示系統(tǒng)上行業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量。而在網(wǎng)絡(luò)下行方向上，與普通的WDM-PON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一樣，信號(hào)在OLT中調(diào)制到下行光上，下行光經(jīng)過環(huán)形器后，再經(jīng)過光纖鏈路到達(dá)遠(yuǎn)端ONU中的下行信號(hào)接受模塊接收下行光信號(hào)數(shù)據(jù)。OLT編碼數(shù)據(jù)處理模塊的如圖4所示，實(shí)時(shí)采樣模塊輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)入低通濾波器
4-1以濾除帶外的噪聲與干擾，隨后由前向?yàn)V波器4-2、后向?yàn)V波器4-3、3級(jí)量化器4-4和最小均方算法(LMS)模塊4-5組成判決反饋均衡器(DFE)將接收信號(hào)轉(zhuǎn)換為3電平的雙二進(jìn)制信號(hào)，通過這種均衡方式，利用部分響應(yīng)系統(tǒng)原理，在存在碼間干擾(ISI)的情況下實(shí)現(xiàn)特定抽樣時(shí)刻的無(wú)碼間干擾，達(dá)到好的誤碼傳輸性能。最小均方算法(LMS)模塊4-5用來調(diào)節(jié)各個(gè)濾波器動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)抽頭系數(shù)。最后，前向?yàn)V波器4-2與后向?yàn)V波器4-3的輸出信號(hào)分別被輸入到加法器4-7完成加法操作，其輸出信號(hào)被數(shù)字整流器4-6轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行誤碼率計(jì)算。最后所應(yīng)說明的是，以上具體實(shí)施方式
僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.高速單纖雙向波分復(fù)用無(wú)源光接入網(wǎng)絡(luò)，包括光網(wǎng)絡(luò)單元ONU、雙向光纖鏈路和光鏈路終端0LT，雙向光纖鏈路一端連接0NU，另一端連接OLT ;其特征在于:所述OLT包括光源、色散補(bǔ)償模塊、光帶通濾波模塊、光電探測(cè)模塊、實(shí)時(shí)采樣模塊和編碼數(shù)據(jù)處理模塊；所述光源的輸出端接至光纖環(huán)形器OC的端口 I，OC的端口 2接至ONU的輸入端實(shí)現(xiàn)下行信號(hào)傳輸，OC的端口 3通過一段單模光纖接至所述OLT的輸入端口完成上行信號(hào)傳輸，經(jīng)過色散補(bǔ)償模塊、光帶通濾波模塊后進(jìn)入光電探測(cè)模塊，所述光電探測(cè)模塊先后與所述實(shí)時(shí)采樣模塊和編碼數(shù)據(jù)處理模塊通過電纜連接；所述實(shí)時(shí)采樣模塊，用于對(duì)電信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，所述編碼數(shù)據(jù)處理模塊，用于對(duì)接收到的電信號(hào)進(jìn)行離線數(shù)據(jù)處理，以對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形和恢復(fù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速單纖雙向波分復(fù)用無(wú)源光接入網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:所述ONU包括高速脈沖編碼產(chǎn)生模塊與下行種子光復(fù)用模塊，所述高速脈沖編碼產(chǎn)生模塊的輸出端口與所述下行光復(fù)用模塊的一個(gè)端口相連，所述下行光復(fù)用模塊的另一個(gè)端口與雙向的單根光纖鏈路相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速單纖雙向波分復(fù)用無(wú)源光接入網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:所述編碼數(shù)據(jù)處理模塊包括低通濾波器、前向?yàn)V波器、后向?yàn)V波器、三級(jí)量化器、加法器、最小均方算法模塊和數(shù)字整流器， 所述實(shí)時(shí)采樣模塊輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)入所述低通濾波器，所述低通濾波器用于濾除帶外的噪聲與干擾，所述前向?yàn)V波器、后向?yàn)V波器、三級(jí)量化器和最小均方算法模塊組成判決反饋均衡器DFE，所述判決反饋均衡器DFE用于將所述低通濾波器處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為三電平的雙二進(jìn)制信號(hào)；所述最小均方算法模塊用于調(diào)節(jié)前向、后向?yàn)V波器動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)抽頭系數(shù)；所述前向?yàn)V波器與后向?yàn)V波器的輸出信號(hào)分別被輸入到加法器完成加法操作，后向加法器輸出信號(hào)被數(shù)字整流器轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行誤碼率計(jì)算。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種全雙工高速單纖雙向波分復(fù)用無(wú)源光接入網(wǎng)絡(luò)。它包括光網(wǎng)絡(luò)單元ONU、雙向光纖鏈路和光鏈路終端OLT，雙向光纖鏈路一端連接ONU，另一端連接OLT；其特征在于所述OLT包括光源、色散補(bǔ)償模塊、光帶通濾波模塊、光電探測(cè)模塊、實(shí)時(shí)采樣模塊和編碼數(shù)據(jù)處理模塊。本發(fā)明采用了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，能夠在單根光纖鏈路上實(shí)現(xiàn)10Gb/s以上的上下行對(duì)稱速率的雙向業(yè)務(wù)傳輸。本發(fā)明混合了波分復(fù)用技術(shù)、色散補(bǔ)償技術(shù)、電均衡和前向糾錯(cuò)技術(shù)，通信速率高，傳輸距離長(zhǎng)，并能大大提高上行業(yè)務(wù)的傳輸速率，解決接入網(wǎng)絡(luò)上行業(yè)務(wù)帶寬瓶頸問題。
文檔編號(hào)H04L1/00GK103178904SQ20131009959
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者劉端, 鄧?yán)? 溫殿強(qiáng), 唐明, 付松年, 劉德明 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)