本技術(shù)涉及通信網(wǎng)絡(luò)，尤其涉及支持高速雙向傳輸和全光融合的光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著光纖通信技術(shù)的快速發(fā)展，城域網(wǎng)與接入網(wǎng)的融合成為光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的重要趨勢。傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)大多依賴光-電-光(oeo)轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)信號處理，雖然可以在一定程度上滿足網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男枨?，但這種架構(gòu)在大規(guī)模、高速率的應(yīng)用場景下暴露出了一系列問題。

2、首先，光-電-光轉(zhuǎn)換帶來的信號延遲和抖動成為制約系統(tǒng)性能的重要瓶頸。由于需要將光信號轉(zhuǎn)換為電信號再進行處理，這一過程不僅增加了網(wǎng)絡(luò)的時延，還可能引入信號抖動，影響傳輸?shù)姆€(wěn)定性。對于需要實時響應(yīng)的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這種延遲和抖動不可避免地導致了網(wǎng)絡(luò)性能的下降。

3、其次，波長資源的緊缺也是當前光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)面臨的主要問題之一?，F(xiàn)有的光網(wǎng)絡(luò)多采用波長路由的方式進行信號傳輸和分配，然而，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大和用戶帶寬需求的增加，波長資源的有限性導致頻譜利用率低，進一步限制了網(wǎng)絡(luò)的擴展和性能提升。

4、此外，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的靈活性不足也是現(xiàn)有技術(shù)中的一大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在應(yīng)對不同應(yīng)用場景或業(yè)務(wù)需求時，往往缺乏足夠的靈活性，無法根據(jù)實際情況對網(wǎng)絡(luò)進行快速調(diào)整。這種架構(gòu)剛性較強，難以適應(yīng)未來網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的動態(tài)變化。

5、最后，運營和維護成本高也是傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一大難題。光-電-光轉(zhuǎn)換設(shè)備的廣泛使用不僅增加了設(shè)備數(shù)量，導致功耗和占地面積的增加，還提高了網(wǎng)絡(luò)的運營和維護成本，限制了光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的經(jīng)濟性。

6、綜上所述，現(xiàn)有的城域網(wǎng)與接入網(wǎng)融合技術(shù)在延遲、資源利用、靈活性以及成本等方面存在明顯的不足，亟需一種能夠高效解決這些問題的光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的在于提供一種基于數(shù)字子載波復用技術(shù)的城域-接入全光融合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、具體地說，本技術(shù)旨在提供一種基于數(shù)字子載波復用技術(shù)的城域-接入全光融合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中的問題。相較于現(xiàn)有依賴光-電-光轉(zhuǎn)換的城域-接入融合網(wǎng)絡(luò)和基于波長路由的全光融合網(wǎng)絡(luò)，本技術(shù)通過數(shù)字子載波復用技術(shù)實現(xiàn)頻譜資源的精細切分，進而構(gòu)建靈活的基于子載波的全光路由體系，最終實現(xiàn)城域網(wǎng)和接入網(wǎng)的高效融合，并在此架構(gòu)下支持高速雙向傳輸。

3、在本技術(shù)的方案中，城域網(wǎng)采用環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，信號在東向和西向的雙路光纖中進行雙向傳輸；環(huán)上分布多個城域結(jié)點，此外還包括與核心網(wǎng)連接的核心-城域結(jié)點和與接入網(wǎng)連接的城域-接入全光融合結(jié)點。接入網(wǎng)則采用樹狀拓撲結(jié)構(gòu)，上行信號和下行信號通過單路光纖雙向傳輸；光分路器、光網(wǎng)絡(luò)單元及連接二者的光纖共同組成了接入網(wǎng)中的無源光網(wǎng)絡(luò)。光分路器將從融合結(jié)點傳來的下行信號分束至各光網(wǎng)絡(luò)單元，并將來自各光網(wǎng)絡(luò)單元的上行信號進行合束。

4、本技術(shù)通過數(shù)字子載波復用技術(shù)，提供了一種支持城域網(wǎng)和接入網(wǎng)全光融合的光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具體包括下行鏈路和上行鏈路，能夠在實現(xiàn)高效傳輸?shù)耐瑫r，提升網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的靈活性與資源利用率。

5、本技術(shù)公開了一種基于數(shù)字子載波復用技術(shù)的城域-接入全光融合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括：

6、城域網(wǎng)部分，其網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)為環(huán)狀，信號在兩路光纖中東向和西向雙向傳輸，所述城域網(wǎng)部分包括多個城域結(jié)點、核心-城域結(jié)點以及城域-接入全光融合結(jié)點；

7、接入網(wǎng)部分，其網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)為樹狀，上行信號和下行信號在單根光纖中雙向傳輸，所述接入網(wǎng)部分包括光分路器和多個光網(wǎng)絡(luò)單元；

8、其中，所述城域結(jié)點包括：西向信號發(fā)射模塊和東向信號發(fā)射模塊，均用于發(fā)射基于數(shù)字子載波復用的連續(xù)信號；西向信號接收與處理模塊和東向信號接收與處理模塊，均用于接收和處理相應(yīng)方向的基于數(shù)字子載波復用的信號；并且，

9、所述光網(wǎng)絡(luò)單元包括：下行信號接收與處理模塊，用于接收并處理來自接入網(wǎng)的基于數(shù)字子載波復用的下行信號；上行信號發(fā)射模塊，用于發(fā)射基于數(shù)字子載波復用的上行突發(fā)信號；并且，

10、所述城域-接入全光融合結(jié)點包括：西向傳輸模塊，用于將西向信號分成兩束，一束繼續(xù)在城域網(wǎng)中傳輸，另一束傳輸至接入網(wǎng)；東向傳輸模塊，用于將城域網(wǎng)中的東向信號與接入網(wǎng)中的上行信號進行全光合束，并繼續(xù)傳輸于城域網(wǎng)中；

11、其中，通過數(shù)字子載波復用技術(shù)，同一載波上的不同數(shù)字子載波分別承載城域網(wǎng)信號和接入網(wǎng)信號，實現(xiàn)城域網(wǎng)和接入網(wǎng)的全光融合，避免了光-電-光轉(zhuǎn)換；

12、所述西向信號接收與處理模塊、東向信號接收與處理模塊以及下行信號接收與處理模塊均采用相干接收技術(shù)，通過調(diào)整本振光頻率選擇性探測特定數(shù)字子載波。

13、在一個優(yōu)選例中，所述城域結(jié)點中的西向信號發(fā)射模塊和東向信號發(fā)射模塊具體包括：

14、連續(xù)子載波信號生成模塊，用于產(chǎn)生包含多個數(shù)字子載波的連續(xù)信號；

15、子載波色散預補償模塊，用于根據(jù)各個子載波的傳輸距離對其進行色散預補償，以減小色散對信號的影響；

16、子載波功率調(diào)節(jié)模塊，用于調(diào)節(jié)各個子載波信號的發(fā)射功率，以優(yōu)化其在傳輸信道中的性能；

17、子載波上變頻與耦合模塊，用于將生成的子載波信號上變頻至不同的頻段，并將各子載波信號進行耦合后傳輸。

18、在一個優(yōu)選例中，所述連續(xù)子載波信號生成模塊的工作流程包括：

19、產(chǎn)生用于模擬實際通信信息流的隨機數(shù)據(jù)；

20、對所述隨機數(shù)據(jù)進行正交幅度調(diào)制(qam)星座映射，將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為復數(shù)符號；

21、對映射后的信號進行上采樣，以提高信號的采樣率以滿足后續(xù)數(shù)字信號處理的需求；

22、對上采樣后的信號進行成型濾波，以限制信號帶寬并改善信號的頻譜特性。

23、在一個優(yōu)選例中，所述光網(wǎng)絡(luò)單元中的上行信號發(fā)射模塊具體包括：

24、突發(fā)子載波信號生成模塊，用于生成包含多個數(shù)字子載波的突發(fā)信號，以適應(yīng)接入網(wǎng)的突發(fā)傳輸特性；

25、子載波功率調(diào)節(jié)模塊，用于根據(jù)上行傳輸需求調(diào)節(jié)各子載波信號的發(fā)射功率，以優(yōu)化其在上行傳輸信道中的性能；

26、子載波上變頻與耦合模塊，用于將生成的子載波信號上變頻至指定頻段，并將各子載波信號進行耦合后發(fā)送至接入網(wǎng)。

27、在一個優(yōu)選例中，所述突發(fā)子載波信號生成模塊的工作流程包括：

28、產(chǎn)生用于模擬接入網(wǎng)中上行信息流的隨機數(shù)據(jù)；

29、對所述隨機數(shù)據(jù)進行正交幅度調(diào)制(qam)星座映射，將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為復數(shù)符號；

30、在信號幀中插入前導符號，所述前導符號用于輔助接收端進行數(shù)字信號處理,包括信號同步、信道估計、偏振態(tài)估計和粗頻偏估計；

31、對處理后的信號進行上采樣，以提高采樣率，滿足后續(xù)數(shù)字信號處理需求；

32、對上采樣后的信號進行成型濾波，以限制信號帶寬并改善信號的頻譜特性。

33、在一個優(yōu)選例中，所述前導符號包括兩段訓練序列：

34、第一段訓練序列，用于輔助接收端的數(shù)字信號處理(dsp)模塊執(zhí)行幀檢測和時鐘恢復，其中：幀檢測用于確定突發(fā)信號的起始位置；時鐘恢復用于同步接收端的采樣時鐘與發(fā)送端的信號時鐘；

35、第二段訓練序列，用于輔助接收端的數(shù)字信號處理(dsp)模塊執(zhí)行以下操作：

36、1)幀同步，用于精確定位數(shù)據(jù)幀的邊界；

37、2)偏振態(tài)估計，用于補償傳輸過程中產(chǎn)生的偏振模色散；

38、3)粗頻偏估計，用于校正發(fā)送端和接收端之間的頻率偏差；

39、4)信道估計，用于評估傳輸信道的特性，為后續(xù)的均衡處理提供依據(jù)。

40、在一個優(yōu)選例中，所述城域-接入全光融合結(jié)點的西向傳輸模塊的工作流程包括以下步驟：

41、1)接收來自城域網(wǎng)上一結(jié)點的西向傳輸信號；

42、2)使用摻鉺光纖放大器對接收到的信號進行放大，以補償結(jié)點間的傳輸損耗；

43、3)通過波長選擇開關(guān)將攜帶城域網(wǎng)和接入網(wǎng)信號的用于城域-接入融合的波長與其他波長分離；

44、4)使用另一個摻鉺光纖放大器對分離后的信號進行放大，以補償器件插入損耗；

45、5)通過3-db光分束器將信號分成兩束：一束信號繼續(xù)在城域網(wǎng)中西向傳輸；另一束信號傳輸至接入網(wǎng)；

46、6)對繼續(xù)在城域網(wǎng)中傳輸?shù)男盘栠M行如下處理：通過波長選擇開關(guān)將信號與其他波長重新合束；使用摻鉺光纖放大器對信號進行預放大；

47、7)對傳輸至接入網(wǎng)的信號進行如下處理：

48、使用光環(huán)形器將信號導入接入網(wǎng)傳輸路徑。

49、在一個優(yōu)選例中，所述城域-接入全光融合結(jié)點的東向傳輸模塊的工作流程包括以下步驟：

50、1)接收來自城域網(wǎng)上一結(jié)點的東向傳輸信號；

51、2)使用摻鉺光纖放大器對接收到的城域網(wǎng)信號進行放大，以補償結(jié)點間的傳輸損耗；

52、3)通過波長選擇開關(guān)將攜帶城域網(wǎng)信號的波長與其他波長分離；

53、4)將分離后的城域網(wǎng)信號輸入3-db光耦合器的一個輸入端；

54、5)接收來自接入網(wǎng)的上行信號，具體步驟包括：通過光環(huán)形器接收接入網(wǎng)的上行信號；使用摻鉺光纖放大器對接入網(wǎng)信號進行放大；將放大后的接入網(wǎng)信號輸入3-db光耦合器的另一個輸入端；

55、6)通過3-db光耦合器將城域網(wǎng)信號和接入網(wǎng)信號進行全光合束；

56、7)對合束后的信號進行如下處理：通過波長選擇開關(guān)將合束后的信號與其他波長重新合束；使用摻鉺光纖放大器對信號進行預放大；

57、8)將處理后的信號繼續(xù)在城域網(wǎng)中東向傳輸。

58、在一個優(yōu)選例中，所述城域結(jié)點中的信號接收與處理模塊的工作流程包括以下步驟：

59、1)使用相干接收技術(shù)接收傳輸信號：通過調(diào)整本振光的中心波長，實現(xiàn)對特定數(shù)字子載波的選擇性探測；

60、2)集成相干接收機將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號；

61、3)對電信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換：使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；

62、4)對數(shù)字信號進行數(shù)字信號處理(dsp)：對各子載波信號分別進行下變頻處理，將信號轉(zhuǎn)換至基帶；進行時鐘恢復，確保接收端的采樣時鐘與發(fā)送端同步；進行色散補償，消除傳輸過程中的色散效應(yīng)；運用級聯(lián)多模算法進行信道均衡，補償偏振模色散和其他偏振相關(guān)損傷；先進行頻偏估計和補償，隨后進行載波相位恢復，消除相位噪聲的影響；

63、5)對處理后的信號進行解調(diào)和解碼：根據(jù)調(diào)制格式(如qam)進行符號判決；進行前向糾錯(fec)解碼，糾正傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤；

64、6)輸出恢復的數(shù)據(jù)流，并計算誤碼率。

65、在一個優(yōu)選例中，所述系統(tǒng)還包括用于色散補償?shù)臋C制，具體包括：

66、發(fā)射端的色散預補償：在城域結(jié)點的西向和東向信號發(fā)射模塊中，對各數(shù)字子載波信號進行色散預補償；根據(jù)預估的傳輸距離和光纖的色散參數(shù)，計算并應(yīng)用相應(yīng)的預補償量；

67、接收端的色散后補償：在城域結(jié)點的西向信號接收與處理模塊、東向信號接收與處理模塊，以及光網(wǎng)絡(luò)單元的下行信號接收與處理模塊中，對接收到的信號進行色散后補償；

68、色散補償?shù)撵`活配置：系統(tǒng)可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)部署情況和傳輸性能要求，靈活選擇在發(fā)射端進行預補償、接收端進行后補償，或同時采用兩者；對于城域網(wǎng)部分，主要在接收端進行后補償；對于接入網(wǎng)部分，上行信號主要在接收端進行后補償，下行信號則主要在發(fā)射端進行預補償；

69、子載波級別的色散補償：對不同頻率的子載波分別進行色散補償，以適應(yīng)不同頻段子載波的色散特性差異。

70、本技術(shù)實施方式具有以下技術(shù)效果：

71、避免光-電-光轉(zhuǎn)換帶來的延遲和抖動：傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)往往依賴光-電-光轉(zhuǎn)換進行信號處理，容易產(chǎn)生較大的信號延遲和抖動。本發(fā)明通過全光傳輸方式，消除了這一轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，顯著降低了系統(tǒng)延遲，提高了傳輸?shù)姆€(wěn)定性和實時性。

72、節(jié)約波長資源：本發(fā)明使用數(shù)字子載波復用技術(shù)，通過對子載波頻譜的切分，實現(xiàn)了頻域資源的高效利用，避免了傳統(tǒng)系統(tǒng)中波長資源的浪費，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的頻譜利用率。

73、提高網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的靈活性：通過賦予不同子載波不同的功能，本發(fā)明在實現(xiàn)雙向高速傳輸?shù)耐瑫r，能夠靈活應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化和不同業(yè)務(wù)需求，大幅增強了網(wǎng)絡(luò)的擴展性和適應(yīng)性。

74、支持大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸：采用子載波復用技術(shù)后，系統(tǒng)能夠支持大規(guī)模數(shù)據(jù)的雙向并行傳輸，滿足了下一代高速光纖通信網(wǎng)絡(luò)對高帶寬、高速率的需求，有效提升了網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量和效率。

75、降低運營成本和維護成本：由于本發(fā)明避免了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中光-電-光設(shè)備的使用，減少了設(shè)備數(shù)量，降低了功耗，進而降低了網(wǎng)絡(luò)運營和維護成本，提升了系統(tǒng)的經(jīng)濟性和環(huán)保性。

76、本技術(shù)的說明書中記載了大量的技術(shù)特征，分布在各個技術(shù)方案中，如果要羅列出本技術(shù)所有可能的技術(shù)特征的組合(即技術(shù)方案)的話，會使得說明書過于冗長。為了避免這個問題，本技術(shù)上述
技術(shù)實現(xiàn)要素：
中公開的各個技術(shù)特征、在下文各個實施方式和例子中公開的各技術(shù)特征、以及附圖中公開的各個技術(shù)特征，都可以自由地互相組合，從而構(gòu)成各種新的技術(shù)方案(這些技術(shù)方案均因視為在本說明書中已經(jīng)記載)，除非這種技術(shù)特征的組合在技術(shù)上是不可行的。例如，在一個例子中公開了特征a+b+c，在另一個例子中公開了特征a+b+d+e，而特征c和d是起到相同作用的等同技術(shù)手段，技術(shù)上只要擇一使用即可，不可能同時采用，特征e技術(shù)上可以與特征c相組合，則，a+b+c+d的方案因技術(shù)不可行而應(yīng)當不被視為已經(jīng)記載，而a+b+c+e的方案應(yīng)當視為已經(jīng)被記載。