光纖通信系統的製作方法
2023-09-10 23:02:20
專利名稱：光纖通信系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光纖通信系統，特別地涉及一種能夠同時運載寬帶信號和諸如電話和ISDN這樣的交互信號的光纖通信系統。
在光學發送系統中，所使用的輻射不一定是電磁波譜中的可見譜區域，因此本說明中所使用的詞彙「光學的」和「光」並不意味著限定於可見光譜。例如，通過矽光纖發送的優選波長就位在波譜的紅外區域內，這是因為矽光纖的最小損耗發生在約1.3μm和1.5μm處。
光學發送系統可以用來分配諸如電話和ISDN這樣的交互服務和諸如電視頻道、可視電話這樣的寬帶服務以及諸如圖像視頻內容的信息服務。一般地說，至少從目前的訂戶線路方面而言。基本的服務是電話。不過，可以看到對光學發送系統日益增漲的要求是能夠同時運載交互服務和寬帶服務。
有各種不同的技術可以用來分離在同一線路上傳送的不同服務，例如所發送的信號可以是時間復用、波長復用、或者是副載波頻率復用的。在不同的服務中使用不同波長的波分復用，在擴充服務種類和需要附加頻道時將要求配備附加的光學發送機和接收機。
普通的寬帶服務設備，例如有線電視公司所提供的設備，利用了振幅調製(AM)發送。不幸的是，由於信噪比的限制和由光學發送機引入的交互調製失真，AM發送不適用於被動光學網絡(PON)。雖然正在開發具有能滿足這兩個領域的性能要求的前景的雷射器，但由於可達到的光學預算仍是十分有限的，所以信號的光學分離將很少會被採用。
本發明提供一種光纖通信系統，它包括一個通過一個光纖網絡與n個用戶相連接的頭端，該頭端包括一個發送機單元和一個接收機單元，每個用戶都有一個包括一個光學接收機和一個發送機單元的光學網絡單元，頭端發送機和接收機單元通過至少一個被動光學網絡分別與備用戶光學網絡單元的接收機和發送機單元相連接，上述至少一個被動光學網絡構成了光纖網絡，其中頭端發送機單元由一個被一個副載波復用器所驅動的光學發送機構成，該副載波復用器有多個頻率不同的輸入副載波，上述副載波中的一個運載由另一個發送機單元所提供的交互信號，而其餘的各個副載波則運載寬帶服務信號，其中每個用戶發送機單元含有一個光學發送機和用來綜合各個交互信號以及控制信號以驅動上述光學發送機的裝置，而且其中頭端含有一個系統控制單元，用來根據頭端接收機單元從用戶發送機單元所接收到的控制信號來控制頭端發送機單元的寬帶服務發送。
有利的安排是，頭端光學發送機工作於第一預定波長，而各個用戶光學發送機工作於第二預定波長。優選的做法是，第一預定波長位在1500nm至1650nm範圍內，第二預定波長位在1260nm至1360nm範圍內。
在一個優選實施例中，上述至少一個被動光學網絡由分立的第一和第二單重被動光學網絡組成，每個單重網絡都有一個n路分支器，第一單重被動光學網絡把頭端發送機單元連接到用戶光字網絡單元的接收機上，而第二單重被動光學網絡把頭端接收機單元連接到用戶光學網絡單元的發送機單元上。或者，上述至少一個被動光學網絡也可以由一個帶有n路分支器的雙重被動光學網絡構成。在該情形下，頭端發送機單元和頭端接收機單元通過一個波分復用器(WD M)連接到雙路被動光學網絡上，而各個用戶的接收機和發送機單元通過各自的WD M連接到雙路被動光學網絡上。
該系統最好還包括一個視頻伺服器，用來向運載寬帶服務信號的副載波提供電視電影信號信息。在該情形下，該系統還可以再包括一個開關，用來控制視頻伺服器向運載寬帶服務信號的副載波提供電視電影信號信息。有利的做法是，該系統再包括一個廣播分配網絡，用來通過上述開關向運載寬帶服務信號的副載波提供廣播電視頻道。廣播分配網絡和視頻伺服器最好用一個SDH(同步數字系統)環連接到開關上。
方便的做法是，在每個用戶光學網絡單元的接收機上都配有各自的接收機/調諧器單元，該接收機/調諧器單元設計得用來把接收到的電視電影信號信息轉換成適合於電視設備接收的形式。
有利的做法是，交互信號用數字相位調製方式調製到上述副載波上。優選的做法是，寬帶服務信號用頻率調製方式調製在上述其餘各個副載波上。或者，寬帶服務信號用數字相位調製方式調製在上述其餘各個副載波上。不論在哪一種情形中，在把信號以數字相位調製方式調製到上述副載波上時都可以用平方相移鍵控(PQSK)技術。
根據本發明所構築的兩種形式的光纖通信系統將在下面通過例子參考附圖進行說明，在附圖中，
圖1是第一系統的原理性表示；圖2是第二系統的原理性表示；圖3是圖1和圖2系統中任一種系統的修改形式的頭端的原理性表示。
參見附圖，圖1示出了一個TPON/BPON(電話被動光學網絡/寬帶被動光學網絡)光纖通信系統，它有一個包含一個BPON發送機1和一個TPON接收機2的頭端站。發送機1通過一個單重PON連接到256個用戶室(只畫了其中的一個)中，該單重PON總的用代號3表示。類似地，TPON接收機2通過一個單重PON連接到256個用戶室中，該單重PON總的用代號4表示。BPON發送機1基本上是一個配備有控制/監視電路的雷射器。如果需要，可以在該雷射器的下方配備一個光學放大器(例如光纖放大器)。一種適合的BPON發送機就是文獻「被動光學網絡上的寬帶系統」(Broadband systemson passive optical networks)(英國通信技術期刊，7卷2期115-112頁，1989年4月(British telecom technology Journal，vol.7，no，2，pages 115-122，April 1989))中所描述的那種發送機。TPON接收機2是一種標準的TPON光學接收機，其類型例如是下述文獻中所描述的那種接收機「被動光學網絡上的電話設備」(The provisionof telephony over passive optical networks)(英國通信技術期刊，7卷2期100-114頁，1989年4月。
BPON發送機1被一個FM(調頻)副載波復用器5所驅動，後者有32個輸入的副載波，每個的容量可高達40Mbit/s。這種副載波復用技術使得可以在一個光學波長上發送32路復用的副載波，這裡該光學波長選為1550nm。這些副載波的頻率範圍從950MHz到2GHz，各個副載波之間相隔27MHz。其中31個副載波中的每一個都可以是頻率調製的或是數字相位調製的。當使用頻率調製時，這31個副載波的每一個都只傳送一個模擬電視頻道。每個副載波也可以用高達40Mbit/s的比特率的QPSK進行數字相位調製，由於每個電視頻道可以壓縮到約2Mbit/s，所以31個副載波中的每一個都可以支持16至18個壓縮電視頻道，從而整個復用可以支持558個頻道。餘下的那個副載波運載來自TPON頭端6的信號，該信號提供諸如電話、ISDN、傳真等的交互服務。該TPON頭端6可以是上述文獻「被動光學網絡上的電話設備」中所描述的那種類型的TRTPON比特傳輸系統(BTS)。
TPON頭端6連接在主電話網絡上，如箭頭7所示。由BPON發射機1、TPON接收機2、副載波復用器5和TPON頭端6所成組成的整個頭端受一個控制/網絡管理系統的控制，該管理系統總的用代號8表示。
每個用戶室都含有一個光學網絡單元(ONU)9，後者包括一個BPON接收機10和一個TPON亞系統單元11。由接收機10輸出的電視頻道信息經過一個控制盒13(類似於用來調諧衛星電視信號的機頂接收器)被輸送給電視機12。BPON10是一個上述文獻「被動光學網絡上的寬帶系統」中所描述的那種類型的雪崩光電二極體(APD)。TPON亞系統單元11是一個上述文獻「被動光學網絡上的電話設備」中所描述的那種類型的標準BTS(比特傳輸系統網絡終端單元。該單元11含有一個光學發送機(例如一個法卜裡-白洛雷射器)，用來藉助於時分多重訪問(TDMA)發送技術以1300nm的波長發送視像請求信號、電話服務信號和其他交互服務信號。該單元11還含有一個光學接收機和一個射頻放大電路，用來驅動控制盒13。
TPON亞系統單元11含有一個解調器14，用來向TPON亞系統單元11提供向下方向的TDM(時分復用)TPON信號。然後TDM信號被解復用，以驅動用戶室中的設備(CPE)，例如一個電話機15。由電話機15(向上)輸出的電話信號被TPON亞系統單元11復用化，以經過PON4向頭端處的TPON接收機2進行TDMA發送。用戶發出的向上方向的視像請求信號從控制盒13傳遞到TPON亞系統單元11，然後經過PON4和TPON接收機2返回到頭端。控制盒13可以有紅外遙控單元16控制。
TPON頭端6的BTS接收從線路7到達的、作為帶有請求信號的2Mbit/s的PCM數據流的一部分的語音和數據頻道。在TPON頭端6中，30個64Kbit/s語音和數據頻道的統計地復用的指示信號被轉換成可以提供給各個ONU9的形式。格式化成為8Kbit/s頻道的每個語音和數據頻道的指示信號例如用來控制響鈴和提供環路切斷探測。然後，每個64Kbit/s的語音和數據頻道及其相關的8Kbit/s指示信號頻道被與其他29個頻道復用化，以形成一個2.16Mbit/s(＝30×(64+8)Kbit/s的信號，該信號和一些備用比特一起，形成了對TPON頭端6的2.352 Mbit/s的界面。語音和數據信號以及相關的指示信號的組合叫做通訊數據。TPON頭端6的作用就是向ONU9或從ONU9無損失地傳送這個通訊數據。在TPON頭端6中，該2.352Mbit/s的數據流和從其他7個PCM數據流導出的相似數據流是按比特交織在一起的，這樣總共的比特率成為18.816bit/s，當加上控制信號後，在PON3上比特率變成20.48Mbit/s。
PON3的固有特性保證了所有的ONU9都可以接收到全部的20.48Mbit/s的數據流。每個特定的ONU9可以在TPON頭端6的指令之下從復用信號中任何地點開始選出它自己的通訊數據，並提取出在原始的2.352Mbit/s數據流中相鄰接的給定數目的8Kbit/s頻道。在語音頻道的情形下，一個ONU9選出9個8Kbit/s頻道，其中64Kbit/s是語音的，8Kbit/s是相關指示信號的。然後該ONU9把這些頻道轉換成可與電話機15相連接的形式。
在相反的方向上發生了相反的過程，從電話機15得到的(64+8)Kbit/s通訊數據加上控制信號經過與其他ONU9信號的比特交織，被發送給PON4。實際上，各個比特是由PON4進行交織的，它們在TPON頭端6處表現為一個連續的、完全交織的數據流。保證出現這一情況的定位機制由TPON頭端6利用20.48Mbit/s的復用信號中的控制信號來控制。在我們的歐洲專利說明書318331、318332、318333、318335、5022004和512008中對該BTS(比特傳輸系統)有更詳細的說明。
在使用中，頭端把所有32個副載波所運載的所有信息全都通過PON3發送給所有256個相應的用戶。如上所述，31個副載波運載電視頻道，而電話服務和其他交互服務則提供在餘下的那個專門用於這些服務的副載波上。
被其餘31個副載波所運載的電視頻道由一個視頻伺服器17提供。設計的安排是該網絡可以同時發送多達560個電視頻道(假定每個電視頻道被壓縮成2Mbit/s，並且每個副載波運載18個電視頻道)。如果某一特定訂戶希望觀看某個特定的電視電影，則通過該用戶的控制盒13(可能利用了遙控單元16)、相應的TPON亞系統單元11和PON4向頭端發送必要的請求。指示信號信息被TPON接收機2接收，然後經過TPON頭端6和控制系統8被傳遞給視頻伺服器17。其後該視頻伺服器17把所請求的電視電影發送到一個有空的電視頻道上，以向該用戶發送該電影和一個控制信號，該控制信號使得該用戶的控制盒13能夠接收該電視頻道。
圖2示出圖1所示系統的一種修改形式，在那裡用一個雙重PON3』取代了兩個單重PON3和4。這兩個圖中相同的部件用相同的代號表示，所以這裡將僅僅詳細說明其中的修改部分。在該實施例中，所有向下方向的信號發送都與圖1實施例有完全相同的形式，也就是說，頭端把所有32個副載波上的所有信息全都通過BPON發送機1和PON3』發送給所有256個有關的用戶。然而，向上方向的信息發送也都在PON3』上運載，並且每個用戶的TPON亞系統單元11通過一個WD M18連接在各自相應的光纖上。類似地，TPON接收2通過位在第一分支點上方的WD M19連接在PON3』上。和前面一樣，向下發送的信號工作於1550nm，向上發送的信號工作在1300nm。
圖3示出用於圖1系統或圖2系統中的頭端的一種修改形式。在該修改的頭端中，有一個開關18放置在視頻伺服器(或視頻分配網絡)17和調頻副載波復用器5之間。廣播分配網絡19也連接在開關18上，該網絡提供多達幾百個壓縮的數位電視頻道或廣播電視節目。因此，該修改的頭端既可以向用戶提供廣播電視頻道，也可以提供請求的電視電影。視頻分配網絡17和廣播分配網絡19並不需要提供在頭端自身內部，而最好是通過一個同步數字系統(SDH)或SONET環連接到頭端上。
可以看到，上述系統與已知的廣播發送系統相比有一些優點。特別地，採用調頻副載波復用具有下述優點，即1、具有類似於數字(基帶)調製限制的光學限制；2、由於線性度要求絞不嚴格，所以可使用較廉價的雷射器；3、有可能不藉助於光學放大而實現高度的PON分路；
4、頻帶與衛星電視接收機的頻帶950MHz至2000MHz相兼容；5、所使用的設備與地面無線電系統相兼容；6、可以採用非常小的低功率光學接收機；以及7、由於採用BPON發送機1來發送向下方向的TPON信號，所以頭端處不需要一個分立的光學TPON發送機，在ONU也不需要一個分立的光學接收機，由此大為減少了光學元部件的成本。
與已經使用的低成本衛星接收機相兼容是特別重要的。於是，用戶的ONU9可以直接取代衛星碟狀天線，這時該ONU9可以直接連接到機頂接收機(控制盒12)上，並且可以由該接收機的本來用於低噪聲阻斷器(LNB)的電源來供電。
因此，上述每一種系統都能夠通過光纖直接向家庭提供高級的交互寬帶服務，例如按要求的電視服務。所說明的調頻BPON方法能夠實現高度的光學分路，TPON技術和這個方法的結合可提供強力的交互能力。
很明顯，上述系統除了可以用來運載按用戶請求的電視服務之外，還可以用來運載其他寬帶服務。例如，上述每一種TPON/BPON系統都可以改造得能夠提供廣播電視、來自一個中心碟狀天線的衛星電視、以及諸如電視出席、寬帶電視會議、虛擬實境和電視遊戲等有創新性的撥號服務。
權利要求
1.一種包括有一個通過光纖網絡與n個用戶相連接的頭端的光纖通信系統，該頭端包括一個發送機單元和一個接收機單元，而且每個用戶有一個包括一個光學接收機和一個發送機單元的光學網絡單元，頭端發送機和接收機單元通過至少一個被動光學網絡分別與各用戶光學網絡單元的接收機和發送機單元相連接，上述至少一個被動光學網絡構成了光纖網絡，其中，頭端發送機單元由一個被一個副載波復用器所驅動的光學發送機構成，該副載波復用器有多個不同頻率的輸入副載波，上述各副載波中的一個運載由另一個發送機單元所提供的交互信號，其餘的副載波運載寬帶服務信號，其中，每個用戶發送機單元都含有一個光學發送機和用來綜合交互信號和控制信號以驅動上述光學發送機的裝置，以及，其中頭端含有一個系統控制單元，用來根據頭端接收機單元從用戶發送機單元接收到的控制信號來控制頭端發送機單元的寬帶服務發送。
2.根據權利要求1的系統，其中頭端光學發送機設計得工作於第一預定波長，每個用戶光學發送機設計得工作於第二預定波長。
3.根據權利要求2的系統，其中第一預定波長位在1500nm至1650nm的範圍內，第二預定波長位在1260nm至1360nm的範圍內。
4.根據權利要求1至3中任一項的系統，其中上述至少一個光學被動網絡由分立的第一和第二單重被動光學網絡構成，每個單重被動光學網絡都有一個n路分支器，第一單重被動光學網絡把頭端發送機單元連接到用戶光學網絡單元的接收機上，第二單重被動光學網絡把頭端接收機單元連接到用戶光學網絡單元的發送機單元上。
5.根據權利要求1至3中任一項的系統，其中上述至少一個被動光學網絡由一個具有一個n路分支器的雙重被動光學網絡構成。
6.根據從屬於權利要求2時的權利要求5的系統，其中頭端發送機單元和頭端接收機單元通過一個WD M連接到雙重被動光學網絡上，並且每個用戶的接收機和發送機單元分別通過各自的WD M連接到雙重被動光學網絡上。
7.根據權利要求1至6中任一項的系統，它還包括一個視頻伺服器，用來向運載寬帶服務信號的副載波提供電視電影信號信息。
8.根據權利要求7的系統，它還包括一個開關，用來控制從視頻伺服器向運載寬帶服務信號的副載波的電視電影信號信息提供。
9.根據權利要求8的系統，它還包括一個廣播分配網絡，用來通過上述開關向運載寬帶服務信號的副載波提供廣播電視頻道。
10.根據權利要求9的系統，其中廣播分配網絡和視頻伺服器通過一個SDH環連接到開關上。
11.根據權利要求7至10中任一項的系統，其中每個用戶光學網絡單元的接收機都配置有一個接收機/調諧器單元，該接收機/調諧器單元設計得用來把所接收到的電視電影信號信息轉換成適合於電視設備接收的形式。
12.根據權利要求1至11中任一項的系統，其中交互信號是用數字相位調製方式調製在上述一個副載波上的。
13.根據權利要求1至12中任一項的系統，其中寬帶服務信號是用頻率調製方式調製在上述其餘的副載波上的。
14.根據權利要求1至12中任一項的系統，其中寬帶服務信號是用數字相位調製方式調製在上述其餘的副載波上的。
15.根據權利要求12或14的系統，其中利用QPSK來把信號以數字相位調製方式調製在上述副載波上。
全文摘要
一種光纖通信系統包括一個通過一個光纖網絡與n個用戶相連接的頭端。該頭端包括一個發送機單元(1，5)和一個接收機單元(2)，並且每個用戶都有一個包括一個光學接收機(10)和一個發送機單元(11)的光學網絡單元(9)。頭端發送機和接收機單元(1和2)通過至少一個被動光學網絡(3，4或3′)分別與用戶光學網絡單元(9)的接收機(10)和發送機單元(11)相連接。頭端發送機單元由一個被一個副載波復用器(5)所驅動的光學發送機(1)構成，該副載波復用器有多個不同頻率的輸入副載波。這些副載波中的一個副載波運載由另一個發送機單元(6)所提供的交互信號。其餘的副載波運載寬帶服務信號。每個用戶發送機單元(11)都含有一個光學發送機以及用來綜合各交互信號和控制信號以驅動上述光學發送機的裝置。頭端含有一個系統控制單元(8)，用來根據頭端接收機單元(2)從用戶發送機單元(11)所接收到的控制信號來控制頭端發送機單元(1，5)的寬帶服務發送。
文檔編號H04N7/173GK1135819SQ9419299
公開日1996年11月13日 申請日期1994年8月4日 優先權日1993年8月4日
發明者凱文·德裡克·斯坦雷, 唐納德·埃裡克·阿瑟·克拉克, 保羅·阿德裡安·羅舍爾 申請人:英國電訊有限公司