基于濾波器多載波調(diào)制技術(shù)的無源光網(wǎng)絡(luò)上行傳輸系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于濾波器(組)多載波調(diào)制技術(shù)的無源光網(wǎng)絡(luò)上行傳輸系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)接入用戶以及終端規(guī)模的不斷擴大，創(chuàng)新2.0時代“互聯(lián)網(wǎng)+ ”扶持政策的出臺，各種網(wǎng)絡(luò)新型業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，比如虛擬現(xiàn)實、在線游戲平臺、云存儲、云計算等，用戶以及市場的上行帶寬需求正在迅速增長。作為信息業(yè)務(wù)基礎(chǔ)傳輸設(shè)施的光網(wǎng)絡(luò)面臨著前所未有的壓力，其中作為“最后一公里”的光接入網(wǎng)成為制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大瓶頸。由于目前全網(wǎng)頻譜資源緊張、用戶帶寬需求大的特點，因此高速、高頻譜效率、低成本、靈活可配置將成為下一代光接入網(wǎng)的發(fā)展趨勢。
[0003]無源光網(wǎng)絡(luò)(Passive Optical Network, PON)以光無源器件可以低成本、高性能地解決用戶終端到光纖的接入問題，是目前光接入網(wǎng)的主流方案。鑒于速率增加帶來的光電器件的成本、調(diào)度算法的復(fù)雜性的增加，目前大量鋪設(shè)的EP0N/GP0N系統(tǒng)已難以滿足用戶的需求。目前傳統(tǒng)的基于OOK調(diào)制的無源光網(wǎng)絡(luò)上行系統(tǒng)仍面臨色散容限低、頻譜效率低、靈活性差等重要問題，因此需要適用于下一代無源光網(wǎng)絡(luò)上行傳輸系統(tǒng)的新型調(diào)制碼型。
[0004]正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequency Divis1n Multiple，0FDM)技術(shù)為目前4G標(biāo)準(zhǔn)的空口調(diào)制技術(shù)，在光通信中因其抗色散性能好、易于進(jìn)行信道估計，可實現(xiàn)靈活的頻譜資源管理等優(yōu)點，被行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為是下一代光網(wǎng)絡(luò)很有潛力的調(diào)制和復(fù)用技術(shù)，將其與無源光網(wǎng)絡(luò)結(jié)合將會有很好的應(yīng)用前景。然而，OFDM在光系統(tǒng)的應(yīng)用中仍面臨著一些挑戰(zhàn)，首先OFDM需要利用循環(huán)前綴(Cyclic Prefix, CP)去對抗光纖色散帶來的符號間干擾(ISI)，一般CP占用數(shù)據(jù)幀的比例高達(dá)25%，造成資源的嚴(yán)重浪費；再者，OFDM的時域矩形窗成型函數(shù)對應(yīng)頻域的sine函數(shù)，它具有很高的邊模效應(yīng)，會導(dǎo)致帶內(nèi)功率泄漏，造成嚴(yán)重的子載波間干擾(ICI)，因而將會對PON上行系統(tǒng)的時域/頻域同步性提出非常嚴(yán)格的要求，為了避免用戶間干擾則需加入一定的保護間隔，使頻譜效率下降，而且提升了系統(tǒng)的接收成本與復(fù)雜度。
[0005]基于濾波器(組)的多載波調(diào)制技術(shù)利用濾波器(組)技術(shù)對OFDM的信號帶按子載波或者信號帶或者資源塊等進(jìn)行濾波器處理，可以將OFDM低于20dB的邊模抑制比提升至超過40dB?；跒V波器(組)的多載波調(diào)制技術(shù)在保留傳統(tǒng)的OFDM抗色散性能好、速率高、帶寬靈活分配的基礎(chǔ)上，不僅對ISI和ICI有很好的性能，提升了系統(tǒng)的接收性能；在此基礎(chǔ)上，由于基于濾波器(組)的多載波調(diào)制技術(shù)去除了添加CP帶來譜資源利用率低的問題，且利用濾波器組降低了信號的帶外功率泄漏，因此相比0FDM，它可以實現(xiàn)更高的頻譜效率和傳輸速率。
[0006]經(jīng)過對現(xiàn)有文獻(xiàn)的檢索，來自美國NEC實驗室的Cvijetic, N等人于2012年在Journal of Lightwave Technology期干丨J上發(fā)表論文“Terabit Optical Access Based onWDM-OFDMA-PON (基于WDM-OFDMA-PON的T比特級光接入網(wǎng))”。該文獻(xiàn)中作者第一次展示可以1.2Tb/s對稱傳輸?shù)腤DM-0FDMA-P0N的傳輸系統(tǒng)。然而，由于OFDM本身很低的邊模抑制比，該系統(tǒng)為了保證來自各個ONU的上行信號不發(fā)生干擾，需要保留一定的頻域保護間隔，降低了接入網(wǎng)的頻譜效率以及靈活性，而且此處OFDM中CP的加入降低了系統(tǒng)的有效數(shù)據(jù)速率，不利于上行系統(tǒng)傳輸速率的提升。
[0007]又經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，來自美國NEC實驗室的H.Ming-Fang等人于2011年在ECOC會議上發(fā)表論文“A Novel Symmetric Lightwave Centralized WDM-OFDM-PON Architecturewith OFDM-Remo du I at e d ONUs and a Coherent Receiver OLT (一種基于光源集中制的利用ONU端OFDM重調(diào)制和相干接收的WDM-0FDM-P0N系統(tǒng))”。它在上行ONU端，通過調(diào)整射頻源進(jìn)而實現(xiàn)上行信號的重調(diào)制，且在OLT端采用相干接收的裝置，可以通過光上選頻作用實現(xiàn)上行信號的接收。然而，該方案仍無法克服OFDM本身的固有問題，在系統(tǒng)OFDM中對頻率偏移非常敏感，為了保證來自重調(diào)制信號的接收質(zhì)量，犧牲了頻譜效率，而且系統(tǒng)接收端器件成本過高，不滿足升級接入網(wǎng)所需要的低成本要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于濾波器(組)多載波調(diào)制技術(shù)的無源光網(wǎng)絡(luò)上行傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)上行光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)端采用基于濾波器(組)的多載波調(diào)制技術(shù)以提升系統(tǒng)的性能和頻譜效率，并利用上行激光光源和光調(diào)制模塊作為發(fā)射機。遠(yuǎn)端節(jié)點將來自各個光網(wǎng)絡(luò)單元的信號通過饋線式光纖傳輸至光線路終端，該結(jié)構(gòu)兼容現(xiàn)有的無源光網(wǎng)絡(luò)上行傳輸系統(tǒng)，易于實現(xiàn)和升級改造。
[0009]根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于濾波器多載波調(diào)制技術(shù)的無源光網(wǎng)絡(luò)上行傳輸系統(tǒng)，包括:光線路終端、饋線式光纖、遠(yuǎn)端節(jié)點、若干分布式光纖以及若干光網(wǎng)絡(luò)單元，其中，各個光網(wǎng)絡(luò)單元將用戶信息利用基于濾波器的多載波調(diào)制后通過分布式光纖傳輸?shù)竭h(yuǎn)端節(jié)點，遠(yuǎn)端節(jié)點將來自各個光網(wǎng)絡(luò)單元的信號通過饋線式光纖傳輸?shù)焦饩€路終端，光線路終端再通過解復(fù)用將信號送入光線路終端的各個接收機實現(xiàn)信號的接收。
[0010]優(yōu)選地，所述光網(wǎng)絡(luò)單元包括依次連接的媒體接入控制模塊、基于濾波器的多載波調(diào)制模塊以及光調(diào)制模塊；
[0011]所述基于濾波器的多載波調(diào)制模塊，用于進(jìn)行所述基于濾波器的多載波調(diào)制，具體包括:產(chǎn)生電域內(nèi)的基于濾波器的多載波模擬信號以作為上行調(diào)制信號用于驅(qū)動光調(diào)制模塊，通過調(diào)制實現(xiàn)上行基于濾波器的多載波調(diào)制數(shù)據(jù)的發(fā)射。
[0012]優(yōu)選地，所述光線路終端包括若干上行用戶數(shù)據(jù)接收模塊、光電檢測器、解復(fù)用器以及光放大器，其中，上行用戶數(shù)據(jù)接收模塊、光電檢測器、解復(fù)用器、光放大器依次連接，實現(xiàn)上行數(shù)據(jù)的接收。
[0013]優(yōu)選地，所述遠(yuǎn)端節(jié)點用于實現(xiàn)不同光網(wǎng)絡(luò)單元的上行數(shù)據(jù)通過分布式光纖后通過饋線式光纖上傳到光線路終端進(jìn)行處理。
[0014]優(yōu)選地，所述基于濾波器的多載波調(diào)制，包括:濾波器組多載波調(diào)制技術(shù)FBMC、基于偏移正交調(diào)制的正交頻分復(fù)用技術(shù)0QAM-0FDM、通用濾波化多載波調(diào)制技術(shù)UFMC或者廣義頻分復(fù)用技術(shù)GFDM。
[0015]優(yōu)選地，上行用戶的復(fù)用方式采用波分復(fù)用WDM、波長堆疊的波分復(fù)用Stacked-WDM、時分復(fù)用TDM或者時分/波分復(fù)用TWDM。
[0016]優(yōu)選地，基于濾波器多載波調(diào)制技術(shù)的無源光網(wǎng)絡(luò)上行傳輸系統(tǒng)采用基于直接檢測光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，或者采用基于相干光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
[0017]優(yōu)選地，所述光網(wǎng)絡(luò)單元的濾波器采用FIR濾波器、升余弦濾波器或者高斯濾波器。
[0018]優(yōu)選地，所述光調(diào)制模塊采用強度調(diào)制方式，或者直接調(diào)制方式。
[0019]優(yōu)選地，所述遠(yuǎn)端節(jié)點為光分路/合路器，采用1:N光分路/合路器，N為無源光網(wǎng)絡(luò)中的光網(wǎng)絡(luò)單元的數(shù)量，N取值為64、128、256、512或者1024 ；
[0020]光分布式光纖和饋線式光纖的長度為10km、20km、50km等；
[0021]所述光放大器用于對經(jīng)過光纖后衰減的信號進(jìn)行放大；
[0022]解復(fù)用模塊為光分路器或者陣列波導(dǎo)光柵；
[0023]所述基于濾波器的多載波調(diào)制模塊為光電檢測器。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0025]本發(fā)明改造了現(xiàn)有的無源光網(wǎng)絡(luò)上行的調(diào)制技術(shù)，以多載波技術(shù)抗色散能力強、易于進(jìn)行信道估計等特點為基礎(chǔ)，首次提出利用基于濾波器(組)的多載波調(diào)制技術(shù)提升光接入網(wǎng)的上行接入能力，以實現(xiàn)更高的上行速率和頻譜效率。與基于正交頻分復(fù)用的無源光網(wǎng)絡(luò)相比，本發(fā)明將信號功率譜的邊模抑制比提升30dB以上，降低了上行各個用戶之間的干擾，使得無源光網(wǎng)絡(luò)上行傳輸系統(tǒng)對抗符號間干擾(ISI)和子載波間干擾(ICI)有更好的性能，提升了系統(tǒng)的性能。同時，由于節(jié)省了循環(huán)前綴(CP)的加入，本發(fā)明支持更高的傳輸速率，滿足目前無源光網(wǎng)絡(luò)對更高速率和帶大帶寬的需求。
【附圖說明】
[0026]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0027]圖1為本發(fā)明基于濾波器(組)的多載波調(diào)制無源光網(wǎng)絡(luò)的上行傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為舉例說明基于WDM-PON和SWDM-PON的網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，以證明本發(fā)明對不同無源光網(wǎng)絡(luò)的兼容性。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0030]本發(fā)明提供了一種基于濾波器(組)多載波調(diào)制技術(shù)的無源光網(wǎng)絡(luò)上行傳輸系統(tǒng)，包括:光線路終端、饋線式光纖、遠(yuǎn)端節(jié)點、若干分布式光纖和若干光網(wǎng)絡(luò)單元，其中各個光網(wǎng)絡(luò)單元將用戶信息利用基于濾波器(組)的多載波調(diào)制后利用光調(diào)制模塊通過分布式光纖傳輸?shù)竭h(yuǎn)端節(jié)點，遠(yuǎn)端節(jié)點將來自各個光網(wǎng)絡(luò)單元的信號通過饋線式光纖傳輸?shù)焦饩€路終端，光線路終端再通過解復(fù)用將信號送入光線路終端的各個接收機實現(xiàn)信號的接收。本發(fā)明利用基于濾波器(組)多載波調(diào)制技術(shù)使上行鏈路有較好的抗色散能力，對抗符號間干擾和子載波間干擾有很好的性能，上行系統(tǒng)可支持更高傳輸速率和頻譜效率，并且降低了上行各個用戶間的干擾。
[0031]如圖1所示，本發(fā)明提供的系統(tǒng)包括:光線路終端、饋線式光纖、遠(yuǎn)端節(jié)點、若干分布式光纖以及若干光網(wǎng)絡(luò)單元，其中:光網(wǎng)絡(luò)單元主要由媒體接入控制模塊、基于濾波器的多載波調(diào)制模塊、光調(diào)制模塊組成，光網(wǎng)絡(luò)單元-1、光網(wǎng)絡(luò)單元-2、……、光網(wǎng)絡(luò)單元-N(N可取值為64、128、256、512或1024