基於光正交頻分多址接入的波分復用無源光網絡傳輸系統的製作方法

2023-05-10 10:22:56 1

專利名稱：基於光正交頻分多址接入的波分復用無源光網絡傳輸系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及光通信技術領域的系統，具體地，涉及一種基於光正交頻分多址接入的波分復用無源光網絡傳輸系統。
背景技術：
隨著信息技術的迅猛發展，高清晰電視(High Definition TV, HDTV)電視、交互式遊戲、大文件共享、視頻會議等新興寬帶業務地不斷湧現和增長，對接入網的寬帶和多業務統一承載以及傳輸能力提出了更高的要求。因此，未來的接入網要求實現寬帶接入和長距離大容量通信的功能。無源光網絡(Passive Optical Network, PON)是一種光纖寬帶接入技術，是目前寬帶接入網的主流技術之一，其低成本、容量大、傳輸距離長、承載數據業務效率高等優點已經得到廣泛的共識，被認為是解決「最後一公裡」寬帶瓶頸的最佳方案之一。為了提高 PON的接入能力，降低網絡的運營維護成本，目前，PON的研究熱點方向主要集中在兩個方面全光融合城域網、接入網的長距離PON和新型的接入技術在PON中的應用。長距離PON利用光放大技術和波分復用技術，將PON的傳輸距離從20km擴展到 IOOkm以上，融合了城域網和接入網，服務了更多的網絡用戶，從而大大降低網絡運營成本， 成為一種性價比較高、易於管理的新型網絡結構。目前已提出的長距離PON體系結構主要有兩階段樹形拓撲結構和環形加樹形拓撲結構。其中，兩階段樹形拓撲結構利用波分復用技術融合了多個時分復用無源光網絡(Time Division Multiplexed Passive Optical Network, TDM PON)系統，擴展了 PON系統的覆蓋範圍和可達距離，但在網絡保護恢復方面缺乏相應的實現機制。而環形加樹形拓撲結構，綜合了兩種拓撲結構的優點，既擁有樹形結構易於擴展和升級的優點，又擁有環形拓撲生存性高，保護恢復性能好等優點，在實現城域網和接入網融合的同時，提高了網絡的可靠性；此外，該結構與城域網的環形結構相一致， 易於實現城域網和接入網的融合，擴大了無源光網絡的覆蓋範圍和接入能力。現有的無源光網絡主要分為時分復用無源光網絡和波分復用無源光網絡 (Wavelength Division Multiplexed Passive Optical Network, WDM PON)。
入技術，帶寬為用戶共享，需要複雜的調度算法和成幀技術來支持不同類型的服務。新興的波分復用無源光網絡WDM PON技術雖然可以提供較高的帶寬容量，但是需要通過追加波長的方法來增加用戶數量，這就造成了 WDM PON系統需要配備大量昂貴的可調光發射和接收模塊以及光波分復用解復用器件，進而提高了系統的成本。正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiple, OFDM)是目前在無線通信中應用較為成熟的高速傳輸技術，其基本思想是將高速數據串行分割成多個低速數據串行，並將這些數據串行同時調製在數個彼此相互正交的載波上傳送，具有高頻譜利用率、抗多徑幹擾等優點。該技術在光通信中具有較大的潛力，能提高光網絡的接入帶寬和抗色散能力。最近幾年，OFDM作為光通信中的新興技術被引入PON系統中，它在PON中的研究熱點，除了圍繞OFDM碼型調製應用的研究之外，開發基於正交頻分多址(OrthogonalFrequency Division Multiple Access, OFDMA)接入技術的無源光網絡的體系結構方面的研究也是一個重要的分支，但是有關OFDM技術的新的光接入網絡體系結構的研究較少，相關的文獻報導也較少。經對現有文獻檢索發現，F. T. An等人在《Communication Magazine(通信雜誌)》 上發表了題為"SUCCESS-HPON: A next-generation optical access architecture for smooth migration from TDM-PON to WDM-PON」 ( SUCCESS-HPON :從 TDM-PON 向 WDM-PON 平滑升級的下一代光接入網)的文章。該文提出了一種環形加樹形的PON體系結構，該網絡體系結構融合了 TDM-PON和WDM-PON兩子系統。遠端節點(Remote Node, RN)與相應光網絡單元(Optical Network Unit, 0NU)之間採用樹形拓撲結構，且利用TDM的接入技術。 光線路終端(Optical Line Terminal, OLT)採用WDM技術連接各個RN，OLT與RN之間採用環形拓撲結構。OLT端的可調發射器根據設計好的介質訪問控制(Media Access Control, MAC)協議和調度算法，產生下行數據幀和可供ONU調製的連續波CW，實現有效的雙向通信。 ONU端沒有配置本地光源，用SOA調製放大來自OLT的連續波CW，用於上行傳輸。該體系結構具有後向兼容和易於升級的特點，並且擁有較高的保護和恢復能力。但是，系統中的每個子PON仍需通過TDM技術接入，限制了 ONU的接入帶寬，且需要在OLT端採用複雜的資源調度算法。又經檢索發現，Dayou Qian等人在2009年的國際光纖通信會議Optical Fiber Communication Conference, OFC 上發表了題為"Optical OFDM Transmission in Metro/ Access Networks」(核心/接入網中的光正交頻分復用傳輸)的文章。提出了用OFDM技術實現ONU的接入。在該體系結構中OLT將全部可用的頻帶切割成數個相互正交的子載波， 為每一個ONU分配一個子通道(sub-charmel)，每個子通道可以為一個或者多個子載波，而部分子載波提供給特定的服務，如提供ROF(Radic) Over fiber)的服務；同時部分子載波在時間及頻譜上共享給具有不同業務模式的光網絡單元。光網絡終端在特定時間時，利用餘下沒用到的子載波，發送問詢信號，獲得每個光網絡單元欲佔用的頻帶，再去做頻帶分配的工作。該體系結構實現了多種業務接入，但是在上行數據傳輸時，不同光網絡單元最終仍需要不同的波長上傳數據，增加用戶需要追加新的波長，不利於無源光網絡的升級，同時會增加無源光網絡的成本。

發明內容
本發明針對現有技術存在的上述缺點和不足，提出了基於OFDMA的環樹形混合無源光網絡傳輸系統，採用了環樹形的拓撲結構，將OFDMA接入技術和波分復用技術同時引用到無源光網絡中，提高了無源光網絡的接入能力；環樹形的拓撲結構，可以實現城域網和接入網的融合，擴大PON系統的接入範圍，有利於降低系統成本，同時，環形拓撲有利於網絡生存和保護恢復性能的提高，進一步提高了網絡服務的可靠性。根據本發明的一個方面，提供一種基於光正交頻分多址接入的波分復用無源光網絡傳輸系統，包括光線路終端、環形接入光纖、以及η個子無源光網絡，其中，每個所述子無源光網絡包括分布式光纖、遠端節點、以及若干光網絡單元，各個所述遠端結點通過相應的所述分布式光纖分別連接N個所述光網絡單元，其中，N取決於所述遠端結點中分路合路器的分光比，η為所述光線路終端1採用的波長通道數，所述光線路終端、以及所述遠端結點與所述環形接入光纖相連，用於傳輸基於正交頻分復用調製的波分復用信號，所述波分復用信號在所述遠端結點處解復用後，傳輸到對應的所述子無源網絡，通過相應的所述分布式光纖將信息傳送到對應的所述子無源光網絡中的各個所述光網絡單元。優選地，採用環樹形拓撲結構，所述光線路終端和所述遠端結點用所述環形接入光纖相連，各所述遠端結點與若干光網絡單元採用樹形拓撲結構連接。優選地，各個所述子無源光網絡通過波分復用形式接入所述光線路終端，每個所述子無源光網絡各自具有固定波長，各個所述子無源光網絡中的光網絡單元通過正交頻分多址復用技術接入系統。優選地，所述遠端結點包括光波分復用器/解復用器以及光分路合路器，其中，所述光波分復用器/解復用器用於將不同波長的上行光載波耦合進所述環形接入光纖中，並將所述環形接入光纖中不同波長的下行光載波解復用至不同的所述子無源光網路中，所述光分路合路器用於將多個所述光網絡單元的上行光信號聚合到所述分布式光纖中，同時將所述分布式光纖中傳輸的下行光信號分發給相應的子無源光網絡的各個光網絡單元，所述遠端結點將下行信號通過所述分布式光纖分發給相應的所述子無源光網絡中的各個光網絡單元，同時將上行信號通過所述環形接入光纖傳輸到所述光線路終端。與現有技術相比，本發明具有以下優點
(1)採用波分復用和正交頻分復用多址接入混合的方法，使波分復用技術的每個波長可以同時接入更多的光網絡單元，實現了一個光線路終端連接更多的用戶，進而增加了無源光網絡的覆蓋範圍；
(2)環樹形的拓撲結構，將樹形結構靈活易於擴展和環形拓撲自愈能力強、生存性高的優點綜合起來，提高了網絡服務的可靠性，易於升級和擴容；該體系結構可以實現城域網和接入網的融合，可實現長距離，大容量的傳輸數據和業務，降低了網絡運營成本和操作成本 (管理較少的控制單元)；
(3)光線路終端採取固定幾個波長接入各個子無源光網絡，結構簡單，可以採用普通低廉的光源和收發裝置代替可調光源和收發裝置，各個子無源光網絡的光網絡單元使用同一波長的不同子載波上行數據，降低了網絡資源調度的複雜度，從而進一步降低了成本。


圖1為本發明結構示意圖2為基於正交頻分復用多址接入的原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖給出本發明實施例的詳細說明和
具體實施例方式各實施例以本發明所述及技術方案為前提進行實施，給出詳細的實施方式和過程，但本發明的保護範圍不限於以下實施例。如圖1所示，在本實施例中，所述基於光正交頻分多址接入的波分復用無源光網絡傳輸系統包括光線路終端1、環形接入光纖2、以及η個子無源光網絡，其中，每個所述子無源光網絡包括分布式光纖3、遠端節點、以及若干光網絡單元，各個所述遠端結點通過相應的所述分布式光纖3分別連接N個所述光網絡單元，其中，N取決於所述遠端結點中分路合路器的分光比，η為所述光線路終端1採用的波長通道數，所述光線路終端1、以及所述遠端結點與所述環形接入光纖2相連，用於傳輸基於正交頻分復用調製的波分復用信號，所述波分復用信號在所述遠端結點處解復用後，傳輸到對應的所述子無源網絡，通過相應的所述分布式光纖3將信息傳送到對應的所述子無源光網絡中的各個所述光網絡單元。優選地，所述遠端結點包括第一遠端結點、第二遠端結點、第三遠端結點、第η遠端結點。其中，第一遠端結點連接有光網絡單元1-1，1-2，……，I-N ；第二遠端結點連接有光網絡單元2-1，2-2，……，2-Ν ；第三遠端結點連接有光網絡單元3-1，3-2,……，3-Ν ；第η 遠端結點連接有光網絡單元η-1，η-2,……，η-Ν。優選地，所述基於光正交頻分多址接入的波分復用無源光網絡傳輸系統採用環樹形拓撲結構，所述光線路終端和所述遠端結點用所述環形接入光纖相連，各所述遠端結點與若干光網絡單元採用樹形拓撲結構連接，各個所述子無源光網絡通過波分復用形式接入所述光線路終端，每個所述子無源光網絡各自具有固定波長，各個所述子無源光網絡中的光網絡單元通過正交頻分多址復用技術接入系統，所述遠端結點包括光波分復用器/解復用器以及光分路合路器，其中，所述光波分復用器/解復用器用於將不同波長的上行光載波耦合進環形接入光纖2中，並將環形接入光纖2中不同波長的下行光載波解復用至不同子無源光網路中。所述光分路合路器用於將多個光網絡單元的上行光信號聚合到分布式光纖中，同時將分布式光纖中傳輸的下行光信號分發給相應的子無源光網絡的各個光網絡單元。所述遠端結點將下行信號通過所述分布式光纖分發給相應的所述子無源光網絡中的各個光網絡單元，同時將上行信號通過所述環形接入光纖傳輸到所述光線路終端。更為具體地，圖1中的每個所述遠端結點和其相應的分布式光纖3以及各個光網絡單元組成了不同的子無源光網絡。每個所述子無源光網絡分別通過波長復用技術由相應的波長通道λ ，λ 2,…，λ η接入系統，其中η為所述光線路終端1採用的波長通道數。所述光網絡單元採用正交頻分多址接入的方式由所述分布式光纖3匯聚到所述遠端結點。根據本發明的所述系統分配給每個所述子無源光網絡一個波長的同時也分配給所述子無源光網絡下的每個所述光網絡單元一部分子載波。實現了光正交頻分復用多址接入和波分復用接入技術的結合。各個遠端結點分別採用固定的波長通道(λ 1，λ 2,…，λη)接入系統，例如第一遠端結點採用固定的波長通道λ 1接入系統，又例如第二遠端結點採用固定的波長通道 λ 2接入系統，又例如第三遠端結點採用固定的波長通道λ 3接入系統，又例如第η遠端結點採用固定的波長通道λη接入系統。採用固定波長通道數降低了系統對波長復用的無源光網絡系統中的多波長可調光源的要求。由EPON標準可知，EPON結構中光線路終端(OLT) 可連接32個光網絡單元0NU，在一個優選例中，所述光線路終端1可以通過其中一個波長通道32個光網絡單元，則整個系統所能接入的光網絡單元數為32η個，即本優選例增加了接入光網絡單元數，其接入ONU的數量與採用的波長通道數成正比；進一步優選地，如若各個所述遠端結點中分路合路器的分光比增大，則使系統接入的ONU的數量將更多，而原來的多個光線路終端(OLT)在本優選例中合併成了一個。圖2示出的是在本發明中單個所述子無源光網絡中的各個所述光網絡單元採用正交頻分多址接入技術接入的原理。在每個所述子無源光網絡中，各個所述光網絡單元分配到該波長通道內的一個子通道。對於不同的時隙而言，每個所述光網絡單元分配到的子通道是一個或者多個正交子載波。而在同一時隙內，不同的所述光網絡單元可分配到該波長通道內不同的子通道。此外，可以預留一些子載波給某些特定的業務，例如來自無線信號基站的數據。 本發明的優點是將正交頻分復用技術和波分復用技術結合起來，增加了無源光網絡的接入能力，避免了波分復用無源光網絡單純通過增加波長數來提高接入能力的弊端。 同時，每個子所述無源光網絡使用固定波長，降低了 OLT端對網絡資源進行調度的計算複雜度。在用戶端，由於各個所述光網絡單元利用固定的波長通道進行上行數據的傳輸，因此可以採用普通的廉價的光源。環樹形拓撲結構具有樹形拓撲結構簡單，易於升級，擴展的優點，同時還具有環形拓撲自愈能力高，生存性好的特點，提高了系統的可擴展性和可靠性。 此外，根據本發明的所述系統可以實現城域網和接入網的融合，所述系統中每個所述子無源光網絡的結構和覆蓋範圍相當於一個現有的無源光網絡，因此，本發明可以在現有的無源光網絡體系上進行升級，具有後向兼容性。該實施例在增大了網絡覆蓋範圍和接入能力的同時，降低了系統的運營和操作成本。
權利要求
1.一種基於光正交頻分多址接入的波分復用無源光網絡傳輸系統，其特徵在於，包括光線路終端、環形接入光纖、以及η個子無源光網絡，其中，每個所述子無源光網絡包括分布式光纖、遠端節點、以及若干光網絡單元，各個所述遠端結點通過相應的所述分布式光纖分別連接N個所述光網絡單元，其中，N取決於所述遠端結點中分路合路器的分光比，η為所述光線路終端1採用的波長通道數，所述光線路終端、以及所述遠端結點與所述環形接入光纖相連，用於傳輸基於正交頻分復用調製的波分復用信號，所述波分復用信號在所述遠端結點處解復用後，傳輸到對應的所述子無源網絡，通過相應的所述分布式光纖將信息傳送到對應的所述子無源光網絡中的各個所述光網絡單元。
2.根據權利要求1所述的基於光正交頻分多址接入的波分復用無源光網絡傳輸系統， 其特徵在於，採用環樹形拓撲結構，所述光線路終端和所述遠端結點用所述環形接入光纖相連，各所述遠端結點與若干光網絡單元採用樹形拓撲結構連接。
3.根據權利要求1所述的基於光正交頻分多址接入的波分復用無源光網絡傳輸系統， 其特徵在於，各個所述子無源光網絡通過波分復用形式接入所述光線路終端，每個所述子無源光網絡各自具有固定波長，各個所述子無源光網絡中的光網絡單元通過正交頻分多址復用技術接入系統。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的基於光正交頻分多址接入的波分復用無源光網絡傳輸系統，其特徵在於，所述遠端結點包括光波分復用器/解復用器以及光分路合路器，其中，所述光波分復用器/解復用器用於將不同波長的上行光載波耦合進所述環形接入光纖中，並將所述環形接入光纖中不同波長的下行光載波解復用至不同的所述子無源光網路中，所述光分路合路器用於將多個所述光網絡單元的上行光信號聚合到所述分布式光纖中，同時將所述分布式光纖中傳輸的下行光信號分發給相應的子無源光網絡的各個光網絡單元，所述遠端結點將下行信號通過所述分布式光纖分發給相應的所述子無源光網絡中的各個光網絡單元，同時將上行信號通過所述環形接入光纖傳輸到所述光線路終端。
全文摘要
本發明提供一種基於光正交頻分多址接入的波分復用無源光網絡傳輸系統，包括光線路終端、環形接入光纖、以及若干子無源光網絡，每個子無源光網絡的遠端結點通過相應的分布式光纖分別連接N個光網絡單元，光線路終端、以及遠端結點與環形接入光纖相連，用於傳輸基於正交頻分復用調製的波分復用信號，波分復用信號在遠端結點處解復用後，傳輸到對應的子無源網絡，通過相應的分布式光纖將信息傳送到對應的子無源光網絡中的各個光網絡單元。本發明實現了大容量、長距離通信，能夠充分利用正交頻分復用技術的優點，提高頻帶利用率，此外，環樹形的拓撲結構可以實現城域網和接入網的融合，提高網絡的可靠性，從而提高了無源光網絡的接入能力和服務質量。
文檔編號H04J14/02GK102281118SQ20111021539
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月29日 優先權日2011年7月29日
發明者史傑, 周釗, 朱敏, 畢美華, 肖石林, 胡衛生, 陳荷 申請人:上海交通大學