融合光正交频分复用无源光接入网和光生毫米波技术的系统及其传输方法

摘要

本发明涉及一种融合光正交频分复用无源光接入网和光生毫米波技术的系统及其传输方法。本系统中采用1个光线路终端，经过两个掺铒光纤放大器，通过两路光纤链路连接远端节点，而远端节点通过N2路分布光纤连接N个光网络单元组，每个光网络单元组由两个光网络单元组成。本系统实现了光载波抑制和子载波分离和无色ONU，降低系统成本，便于系统维护。本系统还实现了光生毫米波方案，蒸饺频分复用无源光网络与光载无线系统的融合。

说明书

技术领域

本发明涉及光通信领域，具体是涉及一种融合光正交频分复用无源光接入网和光生毫米波的系统及其传输方法，即是一种融合基于光载波抑制和子载波分离技术的正交频分复用无源光网络系统和基于光半导体放大器中非简并四波混频效应（NDE-FWM）的光生毫米波的光载无线系统及其传输方法，实现无色光网络单元（ONU）正交频分复用无源光网络（OFDM-PON）系统功能，基于光生毫米波的光载无线（RoF）系统功能以及正交频分复用无源光网络（OFDM-PON）与光载无线（RoF）系统的融合。 

背景技术

接入网作为用户端和城域网/骨干网的桥梁，发展迅速，特别是光接入网。近年来，EPON、GPON、Hybrid WDM/TDM-PON、OFDM-PON等一系列光接入网的概念快速发展。基于光正交频分复用(OFDM)的接入网技术能够灵活地进行时域和频域资源的划分，而且光OFDM频谱效率高，容量大，可以实现不同粒度的资源调度，能够满足不同业务的服务质量(QOS)和带宽需求，引起众多研究人员和通信设备商的关注。而无色ONU技术，也是PON的关键技术之一。 

接入网中无线业务快速增长,OFDM-PON如何与RoF技术融合成为下一代光接入网要解决的技术难题。利用光子技术产生毫米波是一种高效的产生毫米波的方法，是近年来相关研究的热点之一。该方案能够利用较低频率的微波源生成高频毫米波。如果将其应用于OFDM-PON与RoF技术融合系统中,能够有效降低系统的复杂度和成本。

本发明把现有的光载波抑制和子载波分离（OCSS）技术运用到OFDM-PON中，对系统构架进行了合理的布局，这个系统不仅提高了光纤带宽的利用率，增加了系统的稳定性，并且可以灵活地给用户提供多种业务，系统中的每个ONU仅需一个光子载波，无需分配单独光源，实现了无色ONU，降低系统运维成本。而且还利用基于SOA内ND-FWM效应生成毫米波的方案，实现OFDM-PON与RoF技术融合。利用上述光生毫米波的方案有自身的优势,例如：非线性阈值低，结构紧凑，易于和其他光电子器件集成等。 

  

发明内容

本发明的目的在于针OFDM-PON如何与RoF技术融合的问题，提出了一种融合光正交频分复用无源光接入网和光生毫米波的系统及其传输方法，即是一种融合基于光载波抑制和子载波分离技术的正交频分复用无源光网络系统和基于光半导体放大器中非简并四波混频效应（NDE-FWM）的光生毫米波的光载无线系统及其传输方法，降低实现无色ONU的OFDM系统对各种器件性能的要求，以及降低光纤的色散与非线性效应等多方面影响。 

为达到上述目的，本发明的构思是：在光纤线路终端OLT采用N个分布式反馈激光器DFB发射分别处于C波段和L波段的波长，并通过双臂MZM调制器光载波被抑制而产生子载波，最终产生2N个子载波。双泵浦光发生模块生成双泵浦光，生成的双波长光和信号光在半导体光放大器SOA中发生ND-FWM效应，产生光载毫米波信号。光纤线路终端OLT和光网络单元组中合理安排光交叉波分复用器IL、循环阵列波导光栅AWG、强度调制器IM、光环路器，实现OFDM-PON系统与RoF系统的融合。 

根据上述发明构思，本发明采用下列方案： 

一种融合光正交频分复用无源光接入网和光生毫米波技术的系统，由一个光网络终端OLT经过一个第一掺铒光纤放大器EDFA1和一个第二掺铒光纤放大器EDFA2通过一个第一光纤链路和一个第二光纤链路连接远一个端节点RN，而远端节点RN经过第一组N路分布光纤和第二组N路分布光纤分别连接N组光网络单元组ONU 组，每组光网络单元由两个光网络组成。其特征在于：1）所述的光网络终端OLT：有第一组分布式反馈激光器和第二组分布式反馈激光器连接到第一 循环阵列波导光栅AWG1；第一循环阵列波导光栅AWG1与第一马赫增德尔调制MZM1相连；该第一马赫增德尔调制MZM1信号驱动端口和一个第一正弦波发生器RF1相连，第一马赫增德尔调制MZM1信号输出端口和一个第一光交叉波分复用器IL1相连；该第一光交叉波分复用器IL1的第1信号输出端口和一个第二循环阵列波导光栅AWG2相连，该第二循环阵列波导光栅AWG2的信号输出端口和第一组N个强度调制器IM相连，该组N个强度调制器IM的信号输出端口和一个第三循环阵列波导光栅AWG3相连，该第三循环阵列波导光栅AWG3的信号输出端和一个第一光耦合器OCo1的1端口相连，该第一光耦合器OCo1的2端口和一个第一光分路器1的1端口相连，该第一光分路器1的输入端口和一个第一泵浦光发生模块1相连，所述第一光耦合器OCo1的输出端口和一个第一光生毫米波模块1相连，该第一光生毫米波模块1的输出端口和一个第一光环形器OC1相连，该第一光环形器OC1的第1端口和一个第四循环阵列波导光栅AWG4相连，该第四循环阵列波导光栅AWG4的信号输出端口和N组上行信号接收机RX相连；所述第一光环形器OC1的第2端口和所述第一掺铒光纤放大器EDFA1输入端口相连；所述第一光交叉波分复用器IL1的第2信号输出端口和一个第五循环阵列波导光栅AWG5相连，该第五循环阵列波导光栅AWG5的信号输出端口和第二组N个强度调制器IM相连，该第二组N个强度调制器IM的信号输出端口和一个第六循环阵列波导光栅AWG6相连，该第六循环阵列波导光栅AWG6的信号输出端和一个第二光耦合器OCo2的1端口相连，该第二光耦合器OCo2的2端口和所述第一光分路器1的2端口相连，所述第二光耦合器OCo2的输出端口和一个第二光生毫米波模块相连，该第二光生毫米波模块和一个第二光环形器OC2相连，该第二光环形器OC2的第1信号输出端口和第七循环阵列波导光栅AWG7相连，第七循环阵列波导光栅AWG7的信号输出端口和第二个N组上行信号接收机RX相连；所述第二光环形器OC2的第2端口和所述第二掺铒光纤放大器EDFA2输入端口相连；2）所述远端节点RN包括一个第八循环阵列波导光栅AWG8和一个第九循环阵列波导光栅AWG9，这两个循环阵列波导光栅AWG通过第一组N路分布光纤和第二组N路分布光纤分别连接所述光网络单元组ONU组；3）所述第一泵浦光发生模块1中一个第一连续波长激光器CW1和一个第一差分马赫增德尔调制器1DMZM链接，该第一差分马赫增德尔调制器1DMZM的信号驱动端口和一个第二正弦波发生器RF2相连，所述第一差分马赫增德尔调制器1DMZM的信号输出端口和一个第一布拉格反射型光栅FBG1相连；4）所述光生毫米波模块中，一个第一光半导体放大器SOA1和一个第一可调光滤波器TOF1相连，该个第一可调光滤波器TOF1和一个第二光交叉波分复用器IF2相连；5）所述光网络单元组ONU 组由第一光网络单元ONU和第二光网络单元ONU两个光网络单元组成：一个第三光环形器OC3的第1端口和一个第二光分路器2相连；所述第二光分路器2的第1端口和一个第一下行信号接收机RX_1相连；所述第二光分路器2的第2端口和一个第二反射式半导体光放大器RSOA2的第1端口相连；所述第二反射式半导体光放大器RSOA2的第2端口和第四光环形器OC4的第2端口相连；第四光环形器OC4的第1端口和一个第三光分路器3相连；第三光分路器3的第1端口和一个第一下行信号接收机RX_N+1相连；该第三光分路器3的第2端口和一个第一反射式半导体光放大器RSOA1的第1端口相连；第一反射式半导体光放大器RSOA1的第2端口和所述第三光环形器OC3的第2端口相连。

一种融合光正交频分复用无源光接入网和光生毫米波技术的系统的传输方法，采用根据权利要求1所述的融合光正交频分复用无源光接入网和光生毫米波技术的系统进行操作，其特征在于：光纤线路终端OLT中N个分布式反馈激光器DFB，其中第一组分布式反馈激光器（1）和第二组分布式反馈激光器分别输出波长在C波段的光和L波段的光，通过第一循环阵列波导光栅AWG1送入第一马赫增德尔调制MZM1进行载波抑制，第一马赫增德尔调制MZM1输出一组N个波长在C波段的光和一组N个波长在L波段的光。这两组N个载波间隔满足自由频谱范围FSR的整数倍，这样做的好处是利用循环波导光栅AWG，能够通过的端口也可以通过；由第一马赫增德尔调制MZM1产生的两组载波送入第一光交叉波分复用器IL1，第一马赫增德尔调制MZM1由第一正弦波发生RF1器驱动，经过第一光交叉波分复用器IL1分离出两组载波，第一组载波送入第二循环阵列波导光栅AWG2，送入第一组N个强度调制器IM，第二组送入第五循环阵列波导光栅AWG5，送入第二组N个强度调制器IM；由第一组N个强度调制器IM调制好的信号经过第三循环阵列波导光栅AWG3，送入第一光耦合器OCo1的1端口；第一双泵浦光发生模块1中，第一连续波长激光器CW1生成的连续光波长，送入第一差分马赫增德尔调制器DMZM1，第一差分马赫增德尔调制器DMZM1由第二正弦波发生器RF2驱动，在第一差分马赫增德尔调制器DMZM1中进行偶数边带抑制，突出三次谐波，之后将信号送入第一布拉格反射型光栅FBG1中反射残留的中心载波，一次谐波，二次谐波，滤出三次谐波作为双泵浦光源；第一双泵浦光发生模块1输出的信号，送入第一光分路器1，第一光分路器1的1端口输出的信号，送入第一光耦合器OCo1的2端口中；第一光耦合器OCo1把融合双泵浦光与下行信号的光信号送入第一光生毫米波模块；光生毫米波模块中，双泵浦光与信号在第一光半导体放大器SOA1中发生非简并四波混频效应ND-FWM，在信号光的两侧出现新的光谱，信号光与生成物构成了准双边带调制（ODSB）的光载毫米波信号，送入第一可调光滤波器TOF1以及第二光交叉波分复用器IF2中滤出一个生成物，最终信号光与另一个生成物构成了准单边带调制（OSSB）的光载毫米波信号；送入第一光环形器OC1，通过第一光环形器OC1的第2端口输出，经过第一掺铒光纤放大器EDFA1光信号放大后注入第一光纤链路；第一光环形器OC1的第1端口输出的上行信号经过第四循环阵列波导光栅AWG4解复用，送入第一组N个上行信号接收机RX；由第二组N个强度调制器IM调制好的信号经过第六循环阵列波导光栅AWG6，送入第二光耦合器OCo2的1端口；第一光分路器1的2端口输出的双泵浦光送入第二光耦合器OCo2的2端口，经过第二光耦合器OCo2融合的双泵浦光和下行信号，送入第二光生毫米波模块2生成准单边带调制（OSSB）的光载毫米波信号，送入第二光环形器OC2，通过第二光环形器OC2的第2端口输出，经过第二掺铒光纤放大器EDFA2放大后注入第二光纤链路；第二光环形器OC2的第1端口输出的上行信号经过第七循环阵列波导光栅AWG7解复用，送入第二组N个上行信号接收机RX；第一光纤链路和第二光纤链路中复合信号经远端节点RN中第八循环阵列波导光栅AWG8和第九循环阵列波导光栅AWG9解复用后分别通过第一组分布光纤和第二组分布光纤发送至光网络单元组ONU 组；由第八循环阵列波导光栅AWG8送入光网络单元组ONU 组的下行信号经过第三光环形器OC3的第1端口送入第二光分路器2分为两路：一路作为第一光网络单元ONU 1-1中的第一下行信号接收器RX_1的输入，另一路作为第二光网络单元ONU 1-2中第二反射式半导体光放大器RSOA2的再调制上行载波；由第九循环阵列波导光栅AWG9送入光网络单元组ONU组的下行信号经过第四光环形器OC4的第1端口送入第三光分路器3分为两路：一路作为第一光网络单元ONU 1-2中的第一下行信号接收器RX_N+1的输入，另一路作为第一光网络单元ONU 1-1中第一反射式半导体光放大器RSOA1的再调制上行载波；上行信号的传输方式是下行信号传输的逆过程。 

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：1）本系统利用OFDM调制技术极大地增加了系统的容量；2）本系统提出了运用光载波抑制和子载波分离技术OCSS实现光网络单元ONU无色化系统，降低系统运行成本；3）本系统应用了半导体放大器SOA中的非简并四波混频效应ND-FWM产生光生毫米波；4）本系统实现了OFDM-PON与RoF系统的融合。 

附图说明

图1为本发明的融合光正交频分复用无源光接入网和光生毫米波技术的系统结构示意图。 

图2为图1中系统双泵浦光发生模块结构示意图。 

图3为图1中系统光生毫米波模块结构示意图。 

图4为图1中系统光网络单元组结构示意图。 

具体实施方式

结合附图说明，本发明的优选实施示例如下： 

实施例一：

参见图1~图4，本融合光正交频分复用无源光接入网和光生毫米波技术的系统，由一个光网络终端OLT（4）经过一个第一掺铒光纤放大器EDFA1（16）和一个第二掺铒光纤放大器EDFA2（32）通过一个第一光纤链路（17）和一个第二光纤链路（33）连接远一个端节点RN（18），而远端节点RN（18）经过第一组N路分布光纤（20）和第二组N路分布光纤（35）分别连接N组光网络单元组ONU 组（21），每组光网络单元由两个光网络（47、52）组成。其特征在于：1）所述的光网络终端OLT（4）：有第一组分布式反馈激光器（1）和第二组分布式反馈激光器（2）连接到第一循环阵列波导光栅AWG1（3）；第一循环阵列波导光栅AWG1（3）与第一马赫增德尔调制MZM1（5）相连；该第一马赫增德尔调制MZM1（5）信号驱动端口和一个第一正弦波发生器RF1（22）相连，第一马赫增德尔调制MZM1（5）信号输出端口和一个第一光交叉波分复用器IL1（6）相连；该第一光交叉波分复用器IL1（6）的第1信号输出端口和一个第二循环阵列波导光栅AWG2（7）相连，该第二循环阵列波导光栅AWG2（7）的信号输出端口和第一组N个强度调制器IM（8）相连，该组N个强度调制器IM（8）的信号输出端口和一个第三循环阵列波导光栅AWG3（9）相连，该第三循环阵列波导光栅AWG3（9）的信号输出端和一个第一光耦合器OCo1（10）的1端口相连，该第一光耦合器OCo1（10）的2端口和一个第一光分路器1（27）的1端口相连，该第一光分路器1（27）的输入端口和一个第一泵浦光发生模块1（11）相连，所述第一光耦合器OCo1（10）的输出端口和一个第一光生毫米波模块1（12）相连，该第一光生毫米波模块1（12）的输出端口和一个第一光环形器OC1（15）相连，该第一光环形器OC1（15）的第1端口和一个第四循环阵列波导光栅AWG4（14）相连，该第四循环阵列波导光栅AWG4（14）的信号输出端口和N组上行信号接收机RX（13）相连；所述第一光环形器OC1（15）的第2端口和所述第一掺铒光纤放大器EDFA1（16）输入端口相连；所述第一光交叉波分复用器IL1（6）的第2信号输出端口和一个第五循环阵列波导光栅AWG5（23）相连，该第五循环阵列波导光栅AWG5（23）的信号输出端口和第二组N个强度调制器IM（24）相连，该第二组N个强度调制器IM（24）的信号输出端口和一个第六循环阵列波导光栅AWG6（25）相连，该第六循环阵列波导光栅AWG6（25）的信号输出端和一个第二光耦合器OCo2（26）的1端口相连，该第二光耦合器OCo2（26）的2端口和所述第一光分路器1（27）的2端口相连，所述第二光耦合器OCo2（26）的输出端口和一个第二光生毫米波模块（28）相连，该第二光生毫米波模块（28）和一个第二光环形器OC2（31）相连，该第二光环形器OC2（31）的第1信号输出端口和第七循环阵列波导光栅AWG7（30）相连，第七循环阵列波导光栅AWG7（30）的信号输出端口和第二个N组上行信号接收机RX（29）相连；所述第二光环形器OC2（31）的第2端口和所述第二掺铒光纤放大器EDFA2（32）输入端口相连；2）所述远端节点RN（18）包括一个第八循环阵列波导光栅AWG8（19）和一个第九循环阵列波导光栅AWG9（34），这两个循环阵列波导光栅AWG（19、34）通过第一组N路分布光纤（20）和第二组N路分布光纤（35）分别连接所述光网络单元组ONU组（21）；3）所述第一泵浦光发生模块1（11）中一个第一连续波长激光器CW1（36）和一个第一差分马赫增德尔调制器1DMZM（37）链接，该第一差分马赫增德尔调制器1DMZM（37）的信号驱动端口和一个第二正弦波发生器RF2（39）相连，所述第一差分马赫增德尔调制器1DMZM（37）的信号输出端口和一个第一布拉格反射型光栅FBG1（38）相连；4）所述光生毫米波模块（12、28）中，一个第一光半导体放大器SOA1（40）和一个第一可调光滤波器TOF1（41）相连，该个第一可调光滤波器TOF1（41）和一个第二光交叉波分复用器IF2（42）相连；5）所述光网络单元组ONU 组（21）由第一光网络单元ONU（47）和第二光网络单元ONU（52）两个光网络单元组成：一个第三光环形器OC3（43）的第1端口和一个第二光分路器2（44）相连；所述第二光分路器2（44）的第1端口和一个第一下行信号接收机RX_1（45）相连；所述第二光分路器2（44）的第2端口和一个第二反射式半导体光放大器RSOA2（51）的第1端口相连；所述第二反射式半导体光放大器RSOA2（51）的第2端口和第四光环形器OC4（48）的第2端口相连；第四光环形器OC4（48）的第1端口和一个第三光分路器3（49）相连；第三光分路器3（49）的第1端口和一个第一下行信号接收机RX_N+1（50）相连；该第三光分路器3（49）的第2端口和一个第一反射式半导体光放大器RSOA1（46）的第1端口相连；第一反射式半导体光放大器RSOA1（46）的第2端口和所述第三光环形器OC3（43）的第2端口相连。

实施例二： 

参见图1～图4，本融合光正交频分复用无源光接入网和光生毫米波技术的系统的传输方法，采用根据权利要求1所述的融合光正交频分复用无源光接入网和光生毫米波技术的系统进行操作，其特征在于：光纤线路终端OLT（4）中N个分布式反馈激光器DFB，其中第一组分布式反馈激光器（1）和第二组分布式反馈激光器（2）分别输出波长在C波段的光和L波段的光，通过第一循环阵列波导光栅AWG1（3）送入第一马赫增德尔调制MZM1（5）进行载波抑制，第一马赫增德尔调制MZM1（5）输出一组N个波长在C波段的光和一组N个波长在L波段的光。这两组N个载波间隔满足自由频谱范围FSR的整数倍，这样做的好处是利用循环波导光栅AWG，能够通过的端口也可以通过；由第一马赫增德尔调制MZM1（5）产生的两组载波送入第一光交叉波分复用器IL1（6），第一马赫增德尔调制MZM1（5）由第一正弦波发生RF1（22）器驱动，经过第一光交叉波分复用器IL1（6）分离出两组载波，第一组载波送入第二循环阵列波导光栅AWG2（7），送入第一组N个强度调制器IM（8），第二组送入第五循环阵列波导光栅AWG5（23），送入第二组N个强度调制器IM（24）；由第一组N个强度调制器IM（8）调制好的信号经过第三循环阵列波导光栅AWG3（9），送入第一光耦合器OCo1（10）的1端口；第一双泵浦光发生模块1（11）中，第一连续波长激光器CW1（36）生成的连续光波长，送入第一差分马赫增德尔调制器DMZM1（37），第一差分马赫增德尔调制器DMZM1（37）由第二正弦波发生器RF2（39）驱动，在第一差分马赫增德尔调制器DMZM1（37）中进行偶数边带抑制，突出三次谐波， 之后将信号送入第一布拉格反射型光栅FBG1（38）中反射残留的中心载波，一次谐波，二次谐波，滤出三次谐波作为双泵浦光源；第一双泵浦光发生模块1（11）输出的信号，送入第一光分路器1（37），第一光分路器1（37）1端口输出的信号，送入第一光耦合器OCo1（10）的2端口中；第一光耦合器OCo1（10）把融合双泵浦光与下行信号的光信号送入第一光生毫米波模块（12）；光生毫米波模块（12）中，双泵浦光与信号在第一光半导体放大器SOA1（40）中发生非简并四波混频效应ND-FWM，在信号光的两侧出现新的光谱，信号光与生成物构成了准双边带调制（ODSB）的光载毫米波信号，送入第一可调光滤波器TOF1(41)以及第二光交叉波分复用器IF2（42）中滤出一个生成物，最终信号光与另一个生成物构成了准单边带调制（OSSB）的光载毫米波信号；送入第一光环形器OC1（15），通过第一光环形器OC1（15）的第2端口输出，经过第一掺铒光纤放大器EDFA1（16）光信号放大后注入第一光纤链路（17）；第一光环形器OC1（15）的第1端口输出的上行信号经过第四循环阵列波导光栅AWG4（14）解复用，送入第一组N个上行信号接收机RX（13）；由第二组N个强度调制器IM（24）调制好的信号经过第六循环阵列波导光栅AWG6（25），送入第二光耦合器OCo2（26）的1端口；第一光分路器1（27）的2端口输出的双泵浦光送入第二光耦合器OCo2（26）的2端口，经过第二光耦合器OCo2（26）融合的双泵浦光和下行信号，送入第二光生毫米波模块2（28）生成准单边带调制（OSSB）的光载毫米波信号，送入第二光环形器OC2（31），通过第二光环形器OC2（31）的第2端口输出，经过第二掺铒光纤放大器EDFA2（32）放大后注入第二光纤链路（33）；第二光环形器OC2（31）的第1端口输出的上行信号经过第七循环阵列波导光栅AWG7（30）解复用，送入第二组N个上行信号接收机RX（29）；第一光纤链路和第二光纤链路中复合信号经远端节点RN（18）中第八循环阵列波导光栅AWG8（19）和第九循环阵列波导光栅AWG9（34）解复用后分别通过第一组分布光纤（20）和第二组分布光纤（35）发送至光网络单元组ONU 组（21）；由第八循环阵列波导光栅AWG8（19）送入光网络单元组ONU 组（21）的下行信号经过第三光环形器OC3（43）的第1端口送入第二光分路器2（44）分为两路：一路作为第一光网络单元ONU 1-1（47）中的第一下行信号接收器RX_1（45）的输入，另一路作为第二光网络单元ONU 1-2（52）中第二反射式半导体光放大器RSOA2（51）的再调制上行载波；由第九循环阵列波导光栅AWG9（34）送入光网络单元组ONU组（21）的下行信号经过第四光环形器OC4（48）的第1端口送入第三光分路器3（49）分为两路：一路作为第一光网络单元ONU 1-2（52）中的第一下行信号接收器RX_N+1（50）的输入，另一路作为第一光网络单元ONU 1-1（47）中第一反射式半导体光放大器RSOA1（46）的再调制上行载波；上行信号的传输方式是下行信号传输的逆过程。