基于濾波器組的多載波調(diào)制的無源光網(wǎng)絡(luò)下行傳輸系統(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的多載波調(diào)制的無 源光網(wǎng)絡(luò)下行傳輸系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著新型帶寬服務(wù)的興起，比如網(wǎng)絡(luò)視頻，在線游戲，IPTV等，終端用戶對 接入網(wǎng)帶寬的要求越來越高，從而驅(qū)動了下一代高速PON系統(tǒng)的發(fā)展。為了解決該問題，國 內(nèi)外大量的研宄人員，在關(guān)于如何實現(xiàn)高速率、高成本效益、帶寬彈性分配和可持續(xù)發(fā)展的 下一代PON系統(tǒng)方面展開了大量的研宄。而基于OFDM的PON系統(tǒng)，因為可以充分利用OFDM 信號優(yōu)點，如色散容忍度大、譜效率高、能在時域和頻域上支持多粒度資源分配方式以及可 以充分利DSP技術(shù)等，被認為是實現(xiàn)高速率、低成本的無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的最具有潛力的候 選技術(shù)之一。
[0003] OFDM-PON系統(tǒng)，是一種新興的技術(shù)，它最早是在2007年的歐洲光通信會議ECOC 上，由美國普林斯頓NEC實驗室的Dayou Qian等人提出。OFDM-PON具有以下優(yōu)點：1)系 統(tǒng)頻譜利用率高，易實現(xiàn)40 Gbit/s及以上的高速傳輸；2)降低系統(tǒng)對光器件的要求和限 制，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的成本。目前IOG以上的光模塊和光器件成本對接入網(wǎng)來說壓力較大，而 OFDM調(diào)制技術(shù)可以有效降低對光器件的帶寬需求，將光器件成本轉(zhuǎn)移到相對低廉的電器件 上，極大地降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的造價；3)具有多粒度業(yè)務(wù)接入能力，可實現(xiàn)子載波資源的靈活動 態(tài)分配以滿足不同用戶帶寬資源的需要，有利于為PON提供服務(wù)質(zhì)量（QoS)保障；4)較強 的抗色度色散和偏振模色散能力，可使OFDM-PON實現(xiàn)長距離的傳輸；5 )可利用成熟的數(shù)字 信號處理器（DSP)技術(shù)，為接入網(wǎng)向更高速率發(fā)展提供了快速通道；6)易于升級，系統(tǒng)升級 僅涉及光線路終端（OLT)、ONU端的調(diào)制格式和DSP處理能力等，與現(xiàn)有系統(tǒng)保持較好的兼 容性，可實現(xiàn)與TDM-PON、WDM-PON系統(tǒng)共存等等。最近兩年，基于波長堆疊的OFDM-PON是 當(dāng)前研宄的熱點。
[0004] 波長堆疊的OFDM-PON最早是由作者本人2013年日本京都召開的0ECC&PS會議上 提出（博士期間工作：上海交通大學(xué)胡衛(wèi)生課題組)，后面又進行了進一步的擴展性的研宄 工作。同時在去年美國召開的2014 OFC會議上北京大學(xué)Juhao Li的研宄小組基于該結(jié)構(gòu) 又提出了對稱100-Gb/s的PON系統(tǒng)等等。波長堆疊的OFDM-PON系統(tǒng)與普通的波長堆疊的 TDM-PON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相類似，在上\下行的收發(fā)機上面采用基于DSP處理的OFDM信號，因此它 具有堆疊 PON系統(tǒng)的所有優(yōu)點。此外，波長堆疊的OFDM-PON系統(tǒng)還具有OFDM的優(yōu)點。因 此，研宄該PON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)對下一代無源網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展有著重大意義。
[0005] 經(jīng)對現(xiàn)有文獻檢索和前期研宄成果發(fā)現(xiàn)，北京大學(xué)Bangjiang Lin, Juhao Li 等人在 2014 年發(fā)表在 OFC 會議上的"Symmetric 100-Gb/s TWDM-PON with DSB OFDM Modulation"(對稱100-Gb/s的波長堆疊的OFDM-PON系統(tǒng))。該文獻中，作者在基于我們前 期的工作基礎(chǔ)上，采用4對波長實現(xiàn)上下行波長的堆疊，充分利用OFDM信號的頻譜效率高 的優(yōu)點實現(xiàn)了 IOGHz的光模塊調(diào)制25Gb/s的OFDM信號調(diào)制，從而獲得上下行對稱100 Gb/ S的系統(tǒng)速率。在該系統(tǒng)中，由于OFDM信號本身固有一些缺點，在單波長25Gb/s的傳輸中 雖然能夠做到零誤碼，但是其接收靈敏度很低。因此，不能獲得較大的系統(tǒng)功率預(yù)算，支持 更大容量用戶的接入。
[0006] 2014年，作為前期的研宄成果，我們在IEEE Photonics Journal上發(fā)表了"Power Budget Improved Symmetric 4〇-Gb/s Long Reach Stacked WDM-0FDM-P0N System Based on Single Tunable Optical Filter"（功率預(yù)算提升的基于單一可調(diào)光濾波器的對稱 40-Gb/s的長距離的波長堆疊的OFDM-PON系統(tǒng))。在該文章中，我們采用4對波長實現(xiàn)對 稱40Gb/s的接入網(wǎng)絡(luò)容量，驗證了通過合理設(shè)計以及配置系統(tǒng)各主要器件的參數(shù)，實現(xiàn)長 距離、高功率預(yù)算的接入網(wǎng)系統(tǒng)。本論文的實驗結(jié)果表明，在該系統(tǒng)中，下行傳輸信號的接 收靈敏度是制約其系統(tǒng)光功率預(yù)算的關(guān)鍵因素，即OFDM傳輸系統(tǒng)的接收靈敏度問題。該 現(xiàn)象主要歸結(jié)為普通的OFDM信號一些固有的缺點：1) OFDM信號具有時域和頻域內(nèi)的雙重 正交性，所以對傳輸系統(tǒng)(其中包括信道以及系統(tǒng)中的光電器件）的線性度要求較高。然 而，0FDM-P0N系統(tǒng)中，信號傳輸帶寬一般都是吉赫茲（GHz)級別。GHz帶寬的電光器件 很難做到OFDM信號理想的線性度；2)在基于0FDM-P0N系統(tǒng)，為了克服色散以及光電器 件非線性等原因造成的OFDM信號間的ICI和ISI干擾問題，傳統(tǒng)的OFDM信號需要添加 CP用于解決該問題。然而，CP的添加不僅會降低了其信號的頻譜利用率而且一定程度上 會降低有效信號的發(fā)送功率，從而影響其OFDM信號的傳輸性能；3) OFDM信號在頻域呈現(xiàn) i c (X)函數(shù)特性，具有較高的旁瓣起伏且主旁瓣之間，該特性一定程度上決定了其傳統(tǒng) OFDM信號具有較低的抗噪聲能力，從而影響信號在光纖信道中的傳輸特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 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的多載波調(diào)制的 無源光網(wǎng)絡(luò)下行傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以充分利用基于濾波器組的多載波調(diào)制技術(shù)的高的旁 瓣抑制比、較強的抗符號間干擾和子載波間干擾能力、高的頻譜效率、零頻譜開支等優(yōu)點， 不僅提高了接入網(wǎng)的系統(tǒng)性能，而且降低了 PON系統(tǒng)對光電器件線性度的要求，從而降低 接入網(wǎng)系統(tǒng)成本；該多載波調(diào)制技術(shù)不僅僅可以用于現(xiàn)在已經(jīng)成熟的TDM-PON系統(tǒng)中，而 且可以用于WDM-PON和NG-P0N2標準中的波長堆疊 PON系統(tǒng)；基于濾波器組的多載波調(diào)制 技術(shù)的下行傳輸系統(tǒng)，可完全兼容與現(xiàn)有的TDM-PON系統(tǒng)，易于實現(xiàn)和升級改造，在升級改 造時僅需替換光線路終端的發(fā)射機和光網(wǎng)絡(luò)單元的接收機。
[0008] 基于濾波器組的多載波調(diào)制的無源光網(wǎng)絡(luò)下行傳輸系統(tǒng)，包括光線路終端、饋線 式光纖和若干無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，所述無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括遠端節(jié)點、若干分布式光纖和若 干光網(wǎng)絡(luò)單元，所述光線路終端通過所述饋線式光纖連接至所述遠端節(jié)點，所述遠端節(jié)點 通過分布式光纖連接至各光網(wǎng)絡(luò)單元，其特征在于： 所述光線路終端包括若干下行波器組的多載波調(diào)制數(shù)據(jù)發(fā)射模塊、上行數(shù)據(jù)接收模 塊、合波器、分波器、第一光環(huán)形器和雙向光放大器；其中，所述下行波器組的多載波調(diào)制數(shù) 據(jù)發(fā)射模塊連接至所述合波器，所述合波器的輸出連接第一光環(huán)形器的第1端口，第一光 環(huán)形器的第2端口連接摻餌光纖放大器以實現(xiàn)下行數(shù)據(jù)的發(fā)射；所述上行數(shù)據(jù)接收模塊與 所述分波器連接，所述分波器連接至所述第一光環(huán)行器的第3端口，第一光環(huán)形器的第2端 口連接摻餌光纖放大器實現(xiàn)上行數(shù)據(jù)的接收； 所述光網(wǎng)絡(luò)單元包括光可調(diào)濾波器、光環(huán)行器、光電探測器、下行濾波器組的多載波調(diào) 制數(shù)據(jù)信號處理模塊、上行數(shù)據(jù)信號發(fā)射，所述光可調(diào)濾波器的一端連接光環(huán)行器的第2 端口，光環(huán)行器的第3端口輸出后連接光電探測器，光電探測器的輸入連接至所述下行濾 波器組的多載波調(diào)制數(shù)據(jù)信號處理模塊，以完成下行信號的解調(diào)。
[0009] 優(yōu)選地，下行基于濾波器組的多載波調(diào)制的數(shù)據(jù)信號處理模塊按照調(diào)制格式分為 外調(diào)制和直接調(diào)制兩種形式： 所述的下行基于濾波器組的多載波調(diào)制數(shù)據(jù)的外調(diào)制發(fā)射模塊包括下行連續(xù)光源CW、 外調(diào)制器和基于濾波器組的多載波調(diào)制信號產(chǎn)生模塊，外調(diào)制器分別與下行光源CW和基 于濾波器組的多載波調(diào)制信號產(chǎn)生模塊連接，其中下行光源CW用于