一種光網絡單元中無光源無射頻源的ofdm-pon系統的製作方法

2023-07-14 15:13:41

專利名稱：一種光網絡單元中無光源無射頻源的ofdm-pon系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於光通信技術領域，更為具體地講，涉及一種光網絡單元中無光源無射頻源的OFDM-PON系統。
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並變換，轉為若干並行的低速數據流，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勢。將OFDM技術應用到無源光網絡(Passive Optical Network,簡稱PON)系統中，可以將OFDM信號在光纖系統中傳輸的高頻率利用率、強抗色散性能等特點與PON系統的大容量、低成本特點相結合，因而0FDM-P0N系統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系統最為顯著的特徵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系統成本、提高系統能效的方案。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，作者提出一個光網絡單元(Optical Network Unit,簡稱0NU)端信號重新調製的思想來實現光網絡單元光域無源的特點，從而減少了各個光網絡單元關於雷射器的成本，進而降低整個0FDM-P0N系統的成本。但是對於0FDM-P0N系統中的各個光網絡單元來說，雖然通過上述方法能夠減少關於雷射器的成本，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，因而並沒有徹底實現各個光網絡單元的無源特性。在2011年03月02日公布的、公布號為CN101982983A、名稱為「採用半導體光放大器產生毫米波及其在光載微博通信系統中的應用方法與裝置」的發明專利申請中，申請人提出一種利用半導體光放大器的四波混頻效應產生毫米波信號的方法，同時產生的毫米波信號可以有幾種不同的頻率選擇。該發明專利申請為光載無線系統提供了多頻毫米波信號，不過並沒有體現出其實現基站用戶單元無源、降低基站用戶單元成本的優勢。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種光網絡單元中無光源無射頻源的0FDM-P0N系統，以徹底地實現0FDM-P0N系統中光網絡單元的無源特性，從而進一步降低整個0FDM-P0N系統的成本。為實現上述發明目的，本發明光網絡單元中無光源無射頻源的0FDM-P0N系統由光線路終端和多個光網絡單元組成，其特徵在於，光線路終端包括、
一波長為λ I的雷射器LD-1，用於產生波長為λ I的光載波；一頻率為fc的射頻源，用於產生頻率為fc射頻信號一強度調製器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)雙邊帶調製,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、一強度調製器頂-2以及一個合束器Cl，間隔為2fc的四個光載波經過光環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形器，然後經光環形器輸入到強度調製器IM-2進行強度調製，將各個光網絡單元(Optical Network Unit,簡稱0NU)單元所需要的由OFDM發射機產生的基帶OFDM信號調製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後與得到的光載OFDM信號在合束器Cl中合為一束光信號,並輸出；一個波長為λ 2的雷射器LD-2和一合束器C2，雷射器LD_2產生的波長為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，從而產生整個0FDM-P0N系統的下行傳輸光信號，並通過光纖傳輸一定距離後，被一個分束器SI分為若干束,每一束分別進入一個光網絡單元；光網絡單元包括一個光濾波器(Optical Filter，簡稱OF)，將光網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，藉助產生的2fc純射頻源信號進行下變頻處理、模/數轉換以及OFDM解調，得到下行數據； 一 OFDM發射機，上行數據送入OFDM發射機中進行OFDM調製、數/模轉換、並藉助產生的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；強度調製器頂-3，波長為λ 2的光載波輸入到強度調製器頂-3中，用2fc的上行射頻OFDM信號進行強度調製，得到波長為λ 2的上行光載波；各個光網絡單元的上行光載波匯合到一起後構成上行信號，並經過光纖傳輸到達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，分別與雷射器LD-2分出的波長為λ 2的光載波以及該波長為λ 2的光載波經過相位跳轉90度後的光載波進行混合，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射頻信號經過二倍頻後的信號的幫助下進行下變頻處理，最後進行OFDM解調得到上行數據。本發明的發明目的是這樣實現的本發明光網絡單元中無光源無射頻源的OFDM-PON系統，通過在光線路終端，SPOLT端使用半導體光放大器(SOA)產生四波混頻(FWM)效應來產生多個光載波，從而在光網絡端通過拍頻產生不同射頻頻率的純射頻源信號，以實現各個光網絡端(ONU)無射頻源；同時，結合集中光源技術、光濾波分離技術實現了各個光網絡端(ONU)無光源，這樣使得光 網絡端(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絡端(ONU)的成本，進而降低了整個OFDM-PON系統的成本。此外，半導體光放大器(SOA)可以與調製器進行有效的集成，可以降低光線路終端(OLT)的複雜度和成本。


圖I是本發明光網絡單元中無光源無射頻源的OFDM-PON系統一種具體實施方式
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調製解調原理框圖；圖4是光網絡單元產生的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明的主要內容時，這些描述在這裡將被忽略。實施例圖I是本發明光網絡單元中無光源無射頻源的OFDM-PON系統一種具體實施方式
原理圖；如圖I所示，為了徹底的實現OFDM-PON系統中光網絡單元(ONU)的無源特性，從而進一步降低整個OFDM-PON系統的成本，本發明提出了一種基於半導體光放大器SOA的四波混頻FWM效應實現OFDM-PON系統以實現光網絡單元既無光源又無射頻源。為了方便描述本發明的內容，先對本發明內容中出現的相關專業術語進行說明OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing):正交頻分復用；PON(Passive Optical Network):無源光網絡；OLT (Optical Line Terminal):光線路終端；ONU(Optical Network Unit):光網絡單兀；SOA(Semiconductor Optical Amplifier):半導體光放大器；FWM (Four Wave Mixing):四波混頻；IM(Intensity Modulator):強度調製器；LD (Laser Diode):雷射器；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):正交振幅調製；FFT (Fast Fourier Transform):快速傅立葉變換；IFFT (Inverse Fast Fourier Transform):快速傅立葉反變換；CP(Cyclic Prefix):循環前綴；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的雷射器LD-I產生強度調製器頂_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)調製，得到頻率間隔為2fc的兩個光載波。調製後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的四個光載波經過光環形器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形器LI，將各個光網絡單元所需要的由OFDM發射機產生的基帶OFDM信號調製到被反射過來的光載頻上，得到光載OFDM信號，隨後又將光載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。最後，另一個波長為λ 2的雷射器LD-2直接與上述信號通過合束器C2合到一起，從而產生整個系統的下行傳輸光信號。下行傳輸光信號經過光環形器L2輸入到光纖中,通過光纖傳輸一定距離後,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絡單兀,即0NU。在光網絡單元中，一個光濾波器OF將光網絡單元通過光環行器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，在多個光網絡單元(ONU)同時工作的0FDM-P0N系統，能夠有效減弱來個不同光網絡單元(ONU)的上行信號之間的幹擾，從而較好的提高0FDM-P0N系統的傳輸性能。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接收機後，分為I和Q兩路，在模擬的IQ混合器中，藉助產生的頻率為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/數轉換將模擬基帶OFDM信號轉換為數字基帶OFDM信號，最後進行OFDM解調從而的得到下行數據。上行數據送入OFDM發射機中進行OFDM調製、數/模轉換、並藉助產生的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；再通過強度調製器頂-3將頻率為2fc的上行射頻OFDM信調製到波長為λ 2的上行光載波上，該調製過程也是O CS調製。上行光載波經過光環形器L2輸入到光纖，各個光網絡單元的上行光載波通過分束器SI (由於光載波的方向相反，實際上為合束器)匯合到一起後構成上行信號，並經過光纖傳輸到達光線路終端進行相干接收。光線路終端中，上行信號由光環形器L2送入分束器S2，被分束器S2分為兩束，分別與雷射器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度後的光信號混合，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的射頻信號經過二倍頻後的信號的幫助下進行下變頻處理，最後進行OFDM解調得到上行數據。圖2是圖I所示的(a) (d)光載波或光信號頻譜圖；在本發明光網絡單元中無光源無射頻源的OFDM-PON系統中，下行信號的產生是基於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製器進行抑制載波雙邊帶(OCS)調製，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。然後將得到的OCS信號作為SOA的輸入信號，通過控制SOA的注入電流來產生FWM效應，從而得到如圖1(b)所示的FWM後的頻譜圖，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形器將其中一個光載波反射後，在本實施例中，反射的是最右邊的光載頻，在該光載頻調製上基帶OFDM信號，然後再將調上信號後的光載頻與另外三個直接通過FBG而沒有調製信號的光載頻合到一起，最後再與另外一個波長為λ 2的光載波合為一束，就得到了本發明OFDM-PON系統中傳輸的下行信號。圖3基帶OFDM調製解調原理框圖；基帶OFDM調製解調原理如圖3所示。基帶OFDM信號調製過程包括串並轉換、QAM調製、IFFT、加循環前綴CP和串並轉換。首先，輸入的串行比特流由串並轉換變為若干路並行的比特流，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的格式被調製到一個對應的子載波上，對各路調製後的子載波信號進行IFFT處理並添加CP，最後由串並轉換將並行信號轉為串行信號，即實現基帶OFDM調製，得到基帶OFDM信號。基帶OFDM信號解調過程包括串並轉換、去CP、FFT、均衡、QAM解調和串並轉換。首先，串行的兩路I和Q信號由串並轉換轉為並行信號，去掉CP之後進行FFT處理，再進行均衡，然後做QAM解調，最後由串並轉換得到最終的輸出數據。圖4是光網絡單元產生的2fc純射頻源信號的波形圖。圖4是光網絡單元通過兩個純光載波拍頻後產生的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系統的上下變頻處理。儘管上面對本發明說明性的具體實施方式
進行了描述，以便於本技術領域的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限於具體實施方式
的範圍，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明的精神和範圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。
權利要求
1. 一種光網絡單元中無光源無射頻源的OFDM-PON系統由光線路終端和多個光網絡單元組成，其特徵在於， 光線路終端包括 一波長為、I的雷射器LD-1，用於產生波長為\ I的光載波； 一頻率為fc的射頻源，用於產生頻率為fc射頻信號； 一強度調製器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)雙邊帶調製,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、一強度調製器頂-2以及一個合束器Cl，間隔為2fc的四個光載波經過光環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形器，然後經光環形器輸入到強度調製器頂-2進行強度調製，將各個光網絡單元(Optical Network Unit,簡稱0NU)單元所需要的由OFDM發射機產生的基帶OFDM信號調製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後與得到的光載OFDM信號在合束器Cl中合為一束光信號，並輸出； 一個波長為、2的雷射器LD-2和一合束器C2，雷射器LD-2產生的波長為\ 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，從而產生整個0FDM-P0N系統的下行傳輸光信號，並通過光纖傳輸一定距離後，被一個分束器SI分為若干束,每一束分別進入一個光網絡單元； 光網絡單元包括 一個光濾波器(Optical Filter,簡稱OF),將光網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，藉助產生的2fc純射頻源信號進行下變頻處理、模/數轉換以及OFDM解調，得到下行數據； 一 OFDM發射機，上行數據送入OFDM發射機中進行OFDM調製、數/模轉換、並藉助產生的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； 強度調製器頂_3，波長為入2的光載波輸入到強度調製器頂-3中，用2fc的上行射頻OFDM信號進行強度調製，得到波長為\ 2的上行光載波； 各個光網絡單元的上行光載波匯合到一起後構成上行信號，並經過光纖傳輸到達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，分別與雷射器LD-2分出的波長為λ 2的光載波以及該波長為λ 2的光載波經過相位跳轉90度後的光載波進行混合，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射頻信號經過二倍頻後的信號的幫助下進行下變頻處理，最後進行OFDM解調得到上行數據。
全文摘要
本發明公開了一種光網絡單元中無光源無射頻源的OFDM-PON系統，通過在光線路終端，即OLT端使用半導體光放大器(SOA)產生四波混頻(FWM)效應來產生多個光載波，從而在光網絡端通過拍頻產生不同射頻頻率的純射頻源信號，以實現各個光網絡端(ONU)無射頻源；同時，結合集中光源技術、光濾波分離技術實現了各個光網絡端(ONU)無光源，這樣使得光網絡端(ONU)徹底無源，既無光源又無射頻源，從而極大的降低了光網絡端(ONU)的成本，進而降低了整個OFDM-PON系統的成本。此外，半導體光放大器(SOA)可以與調製器進行有效的集成，可以降低光線路終端(OLT)的複雜度和成本。
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 優先權日2012年3月22日
發明者張崇富, 邱昆, 陳晨 申請人:電子科技大學