专利名称：支持组播功能的波分复用无源光网络系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种光纤通信技术领域的系统，具体涉及一种支持组播功能 的波分复用无源光网络系统。
技术背景波分复用无源光网络是一种新兴的光通信技术，因其为每个用户提供专用的 通信波长，带宽容量大，服务质量好，管理方便，已经成为用户实现高速宽带接 入的最有竞争力的方案。它在光线路终端(0LT)和光网络单元(0NU)之间的传 送网部分采用低成本、长寿命的无源光器件，可以有效地减小设备安装及维护费 用，且传送网部分对光信号的格式及速率透明性好，易于升级，提供了灵活的宽 带接入服务。传统的波分复用无源光网络采用阵列波导光栅提供物理层的点对多 点的连接。为了增强波分复用无源光网络的功能，最近，同时支持点对点数据业 务和点对多点的广播业务的多种研究方案也被提出。但是在这些方案中，视频业 务采用广播的方式发送，不管用户是否订购了该服务，这些业务都将被所有的终 端用户接收到。而在实际的系统配置中，通常并非所有的用户都会订购业务，另 外，更多的用户更希望能有选择性地订购多项业务。因而这种传统的接入网络不 但浪费了系统资源，增加了配置成本和网络路由的复杂性，也使得网络接入缺乏 灵活性。因此，在波分复用无源光网络系统中，迫切需要设计一种动态可重构的 方案来支持快速可调的组播功能。经对现有技术文献的检索发现，Ning Deng等人发表在Photonics Technology Letters (光子技术快报)2008年第二期114-116页的文章"A WDM Passive Optical Network With Centralized Light Sources and Multicast Overlay"(实现光源集中化和组播业务叠加的波分复用无源光网络)，该文中 提及采用正交的混合调制码型来实现视频业务的选择性传输。该方案中，采用反 转归零码(IRZ)和非归零码来携载点对点的数据业务，而用差分相移键控调制码型携载点对多点的视频业务。对于没有订购视频业务的用户，采用混合的非归 零码/差分相移键控码型分别携载下行数据业务和视频业务;对于订购了视频业 务的用户，采用混合的反转归零码/差分相移键控码型分别携载下行数据业务和 视频业务，通过控制下行数据业务的调制格式，实现选择性的视频业务传输。但 不足之处在于1、在电域产生反转归零码以及两种码型的切换需要高速逻辑器 件；2、采用非归零码/差分相移键控的混合码型会使非归零码与差分相移键控 信号之间产生互相影响，使二者的信号质量劣化，提高了接收端正确接收所需要 的光功率，增加了功耗。
发明内容
.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种支持组播功能的新型波 分复用无源光网络系统，使其基于副载波调制和混合调制码型技术，下行点对点 数据采用载波抑制的差分相移键控调制码型，组播数据采用非归零码，二者使用 不同的频率波段同时传输，来实现点对点宽带数据接入业务和快速可重构的组播业务，为用户提供更灵活的服务。同时，在光网络单元内，下行点对点数据信号 的一部分光功率作为上行数据的载波，被再次调制利用，从而省去了上行传输所 需的光源，进一步降低了成本。本发明是通过以下技术方案实现的本发明包括光线路终端、馈线光纤、远端节点和光网络单元，远端节点包 括第一、第二阵列波导光栅，光线路终端包括下行数据及组播载波发射机、波长 交织器、组播数据发射机、上行数据接收机、第一环行器和掺铒光纤放大器，其 中下行数据及组播载波发射机的输出端口和波长交织器的输入端口相连接，波 长交织器的第一输出端口和掺铒光纤放大器的输入端口相连接，掺铒光纤放大器 的输出经过第一馈线光纤传输，送入到远端节点内的第一阵列波导光栅的输入端 口，第一阵列波导光栅的输出端口连接到相应波长信道的光网络单元的第一端 口，波长交织器的第二输出端口和组播数据发射机的输入端口相连接，组播数据 发射机的输出端口和第一环行器第一端口相连接，第一环行器第三端口和上行数 据接收机相连，第一环行器的第二端口与第二馈线光纤相连，经过传输后，送入 到远端节点内的第二阵列波导光栅的输入端口 ，第二阵列波导光栅的输出端口连 接到相应波长信道的光网络单元的第二端口。所述的下行数据及组播载波发射机产生^路波分复用的下行数据业务和tV路可开关的组播载波，包括yV个激光器、yV个双极信号发生器、vV个混频器、yV 个射频信号源、vV个双驱动马赫曾德调制器、w个组播载波控制信号发生器、一 个vVXl光耦合器，其中W个激光器的输出端口分别与相应的双驱动马赫曾德 调制器的输入端口相连，双极信号发生器输出端口分别与相应的混频器的第一输 入端口相连，射频信号源的输出端口分别与相应的混频器的第二输入端口相连， 混频器的输出端口分别与相应的双驱动马赫曾德调制器的第一射频输入端口相 连，组播载波控制信号发生器的输出端口分别约相应的双驱动马赫曾德调制器的 第二射频输入端口相连，双极信号发生器负责产生W路下行数据业务与射频信号 源产生的射频信号相混频，并传输给相应的双驱动马赫曾德调制器，^个双驱动马赫曾德调制器的输出端口和/vxi光耦合器的vv个相应的输入端口连接，从 /vxi光耦合器输出端口即为下行数据及组播载波发射机的输出端口，输出波分 复用的下行数据业务和w路可开关的组播载波。所述的组播数据发射机，包括一个组播信号发生器， 一个第一强度调制器，其中第一强度调制器的输入端口和波长交织器的第二输出端口相连，组播信号发生器产生组播业务信号送入第一强度调制器的射频输入端口 ，第一强度调制器 的输出端口即为组播数据发射机的输出端口，输出波分复用的非归零码光信号。所述的光网络单元，包括下行数据接收机、组播数据接收机、上行数据发射机和第二环行器，其中光网络单元的第一端口通过1X2分路器与下行数据接收机的输入端口和上行数据发射机的输入端口相连，上行数据发射机的输出端口 和第二环行器第一端口连，第二环行器的第三端口和组播数据接收机相连，第二 环行器的第二端口即为光网络单元的第二端口。所述的下行数据接收机，包括一个1比特延迟干涉器， 一个光电检测器，其 中输入光信号与1比特延迟干涉器的输入端口相连，1比特延迟干涉器的输出端 口与光电检测器的输入端口相连。所述的上行数据发射机，包括一个第二强度调制器， 一个上行信号发生器，其中输入的光信号连接入第二强度调制器的输入端口 ，上行信号发生器的输出端 口与第二强度调制器的射频输出端口相连，第二强度调制器的输出端口即为上行数据发射机的输出端口。本发明的工作原理如下每个光网络单元占用不同的波长进行通信，从而构 成波分复用的无源光网络。在下行数据及组播载波发射机中，携带下行数据的双 极信号与射频信号进行混频，得到的副载波电信号加载至双驱动马赫曾德调制的 第一射频输入端口，也即调制调制器的第一臂内光信号相位，可以得到双边带差 分相移键控光信号；同时，用于控制组播载波开关的控制信号加载至双驱动马赫 曾德调制器的第二射频输入端口，可以改变调制器的第二臂内光信号相位；在双 驱动马赫曾德调制的输出端，这两路光信号发生干涉，通过改变的第二臂内光信 号的相位，可以使第二臂内光信号与第一臂内双边带差分相移键控光信号的中心 载波相抵消或不抵销，也即控制下行数据及组播载波发射机输出光信号的中心载 波是否保留。经过/VXl光耦合器，所有^V个波长上的光信号被耦合进一根光纤，并且这yv路光信号中的中心载波都可以由相应的组播控制信号单独控制开关。再通过波长交织器滤波后，W路光信号中的边带信号全部从第一输出端口输出，每 一路光信号均为载波抑制的差分相移键控格式。A路中心载波从波长交织器的第 二输出端口输出，接入组播数据发射机，被调制以携带组播数据。因此，在下行 数据及组播载波发射机中，通过控制某些组播载波的开关，即可控制在相应波长 上是否发送载波数据。在光网络单元中，携带下行数据的载波抑制的差分相移键控光信号被下行数 据接收机接收。其中，下行数据接收机内使用的光电检测器，带宽高于基带数据 带宽，且低于下行数据及组播载波发射机中射频信号源频率的二倍，即可滤除光 信号的幅度振荡，恢复出基带数据。由于载波抑制的差分相移键控光信号具有恒 定的幅度包络，可以直接接入上行数据发射机，进行幅移键控调制，得到上行光 信号，再发送回光线路终端。组播信号直接由光网络单元中的组播数据接收机接 收。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果本发明产生下行数据和组播数 据信号不需要高速逻辑器件，下行数据和组播数据不仅使用不同的调制码型，并 且占用不同的频段，两种数据之间隔离度好，互相干扰小。而NingDeng等人的 方案中在发射机部分需要使用高速逻辑器件，成本较高，且下行数据和组播数据 使用非归零码/差分相移键控的混合码型，使二者互相影响，信号质量劣化，提高了接收机正确解调所需要的光功率，增加了功耗。
图l为本发明网络结构图；图2为实施单个波长的结构原理图；图3为本发明实施例结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例的支持组播功能的波分复用无源光网络系统，包括 光线路终端、馈线光纤、远端节点和光网络单元，远端节点包括第一、第二阵列 波导光栅，光线路终端包括下行数据及组播载波发射机、波长交织器、组播数据 发射机、上行数据接收机、第一环行器和掺铒光纤放大器，其中下行数据及组 播载波发射机的输出端口和波长交织器的输入端口相连接，波长交织器的第一输 出端口和惨铒光纤放大器的输入端口相连接，掺铒光纤放大器的输出经过第一馈 线光纤传输，送入到远端节点内的第一阵列波导光栅的输入端口，第一阵列波导 光栅的输出端口连接到相应波长信道的光网络单元的第一端口，波长交织器的第 二输出端口和组播数据发射机的输入端口相连接，组播数据发射机的输出端口和第一环行器第一端口相连接，第一环行器第三端口和上行数据接收机相连，第一 环行器的第二端口与第二馈线光纤相连，经过传输后，送入到远端节点内的第二 阵列波导光栅的输入端口 ，第二阵列波导光栅的输出端口连接到相应波长信道的 光网络单元的第二端口。所述的下行数据及组播载波发射机产生vV路波分复用的下行数据业务和W 路可开关的组播载波，包括 〃个激光器、"个双极信号发生器、^个混频器、〃 个射频信号源、^个双驱动马赫曾德调制器、 〃个组播载波控制信号发生器、一 个/VXl光耦合器，其中yV个激光器的输出端口分别与相应的双驱动马赫曾德 调制器的输入端口相连，双极信号发生器输出端口分别与相应的混频器的第一输 入端口相连，射频信号源的输出端口分别与相应的混频器的第二输入端口相连， 混频器的输出端口分别与相应的双驱动马赫曾德调制器的第一射频输入端口相 连，组播载波控制信号发生器的输出端口分别约相应的双驱动马赫曾德调制器的第二射频输入端口相连，双极信号发生器负责产生A路下行数据业务与射频信号源产生的射频信号相混频，并传输给相应的双驱动马赫曾德调制器，yV个双驱动 马赫曾德调制器的输出端口和/vxi光耦合器的yv个相应的输入端口连接，从/VX1光耦合器输出端口即为下行数据及组播载波发射机的输出端口，输出波分 复用的下行数据业务和^V路可开关的组播载波。其中N为自然数，表明激光器、 混频器、调制器、光网络单元等等组成部分是一一对应的，它们的数量保持一致。 所述的组播数据发射机，包括一个组播信号发生器， 一个第一强度调制器， 其中第一强度调制器的输入端口和波长交织器的第二输出端口相连，组播信号 发生器产生组播业务信号送入第一强度调制器的射频输入端口 ，第一强度调制器 的输出端口即为组播数据发射机的输出端口，输出波分复用的非归零码光信号。所述的光网络单元，包括下行数据接收机、组播数据接收机、上行数据发射 机和第二环行器，其中光网络单元的第一端口通过1X2分路器与下行数据接 收机的输入端口和上行数据发射机的输入端口相连，上行数据发射机的输出端口 和第二环行器第一端口连，第二环行器的第三端口和组播数据接收机相连，第二 环行器的第二端口即为光网络单元的第二端口 。所述的下行数据接收机，包括一个1比特延迟干涉器， 一个光电检测器，其 中输入光信号与1比特延迟干涉器的输入端口相连，1比特延迟干涉器的输出端 口与光电检测器的输入端口相连。所述的上行数据发射机，包括一个第二强度调制器， 一个上行信号发生器， 其中输入的光信号连接入第二强度调制器的输入端口 ，上行信号发生器的输出端 口与第二强度调制器的射频输出端口相连，第二强度调制器的输出端口即为上行数据发射机的输出端口。如图2所示，为实施例只实施单个波长信道中进行组播数据传输的情况。波 长为1549. 89nm的光载波经过第一偏振控制器输入到双驱动马赫曾德调制器， 1. 25Gb/s双极性下行数据与12. 5GHz时钟信号通过混频器相混频，得到的电副 载波信号输入双驱动马赫曾德调制器的第一射频端口 ， 1. 2V或3. 4V直流控制信 号输入双驱动马赫曾德调制器的第二射频端口，分别控制组播载波的开或关。在 本实施例中，以一个环行器和一个光线布拉格光栅来模拟波长交织器的滤波作 用。双驱动马赫曾德调制器的输出端口与第三环行器的第一端口相连，第三环行器的第二端口与光纤布拉格光栅的输入端口相连，经过光纤布拉格光栅滤波后得 到载波抑制的差分相移键控光信号，被掺铒光纤放大器放大，进入12.5km长的 第一馈线光纤传输，而后输入第一阵列波导光栅，输出光信号被1X2分路器分为两路 一路输入1比特延迟干涉器，转化为载波抑制的幅移键控光信号，并被2.5GHz的光电检测器接收；另外一路输入第二强度调制器，被1.25Gb/s上行数 据调制，输入第二环行器的第一端口，由第二环行器的第二端口输出，经过第二 阵列波导光栅和12.5km长的第二馈线光纤，输入第一环行器的第二端口，被连 接于第一环行器第三端口的上行数据接收机接收。被光纤布拉格光栅反射回的组 播载波从第三环行器的第二端口输入，由第三端口输出，经过第二偏振控制器， 输入第一强度调制器，被1.25Gb/s的组播数据调制，得到非归零码格式的组播 数据，输入第一环行器的第一端口，再由第二端口输出，进入第二馈线光纤，传 输后经过第二阵列波导光栅，输入第二环行器的第二端口，被连接于第三端口的 组播数据接收机接收。本实施例中的所有数据均使用长度为231-1的伪随机序列 非归零码。如图3所示，是本实施例的结果图。图3 (a)为双驱动马赫曾德调制器输 出频谱图，包括中间的组播载波打开和关闭两种情况，组播载波的功率在打开时 比关闭时高大约15dB。图3 (b)为1. 25Gb/s的双极下行数据信号与射频信号混 频后得到的电副载波信号波形，可以看到12. 5GHz的射频信号在比特间的相位反 转。图3 (c)为电副载波信号的眼图，幅度包络整体基本恒定，在比特间略有 起伏。图3 (d)为被光纤布拉格光栅滤波后输入掺铒光纤放大器的载波抑制的 差分相移键控光信号眼图，其功率以25GHz波动，包络随比特变化也有一定波动。 图3 (e)为经过12. 5km第一馈线光纤传输后的载波抑制的差分相移键控光信号 被1比特延迟干涉器解调为载波抑制的幅移键控光信号的眼图，可以清楚地看到 与数据对应的包络起伏。图3 (f)为载波抑制的幅移键控光信号经过2.5G光电 检测器检测后的电信号眼图，张开度良好。图3 (g)为经过12.5km第二馈线光 纤传输后的上行光信号眼图，由于是对下行光信号进行再调制得到的，所以眼图 上还残留有下行载波抑制的差分相移键控光信号的高频幅度振荡。图3 (h)为 上行光信号经过2.5G上行数据接收机检测后的电信号眼图。图3 (i)为经过 12.5km第二馈线光纤传输后的组播光信号，在眼图的光平'l'上还可以看到高频的幅度波动，这是由于滤波不理想，残留下的部分边带信号所引起的。图3(j) 为经过2. 5G组播数据接收机检测后的电信号眼图，高频的幅度波动已经被完全 滤除掉，得到干净的眼图，此时接收到的光功率约为-9dBm。当组播载波被关闭 时，接受到的光功率低于-20dBm，无法被正确检测。
权利要求
1. 一种支持组播功能的波分复用无源光网络系统，包括光线路终端、馈线光纤、远端节点和光网络单元，其特征在于所述远端节点包括第一阵列波导光栅、第二阵列波导光栅，所述光线路终端包括下行数据及组播载波发射机、波长交织器、组播数据发射机、上行数据接收机、第一环行器和掺铒光纤放大器，其中下行数据及组播载波发射机的输出端口和波长交织器的输入端口相连接，波长交织器的第一输出端口和掺铒光纤放大器的输入端口相连接，掺铒光纤放大器的输出经过第一馈线光纤传输，送入到远端节点内的第一阵列波导光栅的输入端口，第一阵列波导光栅的输出端口连接到相应波长信道的光网络单元的第一端口，波长交织器的第二输出端口和组播数据发射机的输入端口相连接，组播数据发射机的输出端口和第一环行器第一端口相连接，第一环行器第三端口和上行数据接收机相连，第一环行器的第二端口与第二馈线光纤相连，经过传输后，送入到远端节点内的第二阵列波导光栅的输入端口，第二阵列波导光栅的输出端口连接到相应波长信道的光网络单元的第二端口。
2、 根据权利要求1所述的支持组播功能的波分复用无源光网络系统，其特 征是，所述的下行数据及组播载波发射机，包括^个激光器、7V个双极信号发生 器、#个混频器、^个射频信号源、W个双驱动马赫曾德调制器、7V个组播载波控 制信号发生器、 一个胆l光耦合器，其中W个激光器的输出端口分别与相应 的双驱动马赫曾德调制器的输入端口相连，双极信号发生器输出端口分别与相应 的混频器的第一输入端口相连，射频信号源的输出端口分别与相应的混频器的第 二输入端口相连，混频器的输出端口分别与相应的双驱动马赫曾德调制器的第一射频输入端口相连，组播载波控制信号发生器的输出端口分别约相应的双驱动马 赫曾德调制器的第二射频输入端口相连，双极信号发生器负责产生^路下行数据 业务与射频信号源产生的射频信号相混频，并传输给相应的双驱动马赫曾德调制 器，^V个双驱动马赫曾德调制器的输出端口和枢l光耦合器的^个相应的输入 端口连接，从枢l光耦合器输出端口即为下行数据及组播载波发射机的输出端口，输出波分复用的下行数据业务和yV路可开关的组播载波。
3、 根据权利要求1所述的支持组播功能的波分复用无源光网络系统，其特征是，所述的组播数据发射机，包括一个组播信号发生器， 一个第一强度调制器，其中第一强度调制器的输入端口和波长交织器的第二输出端口相连，组播信号 发生器产生组播业务信号送入第一强度调制器的射频输入端口 ，第一强度调制器 的输出端口即为组播数据发射机的输出端口，输出波分复用的非归零码光信号。
4、 根据权利要求1或3所述的基于支持组播功能的波分复用无源光网络系 统，其特征是，通过波长交织器滤波后，vV路光信号中的边带信号全部从波长 交织器第一输出端口输出，每一路光信号均为载波抑制的差分相移键控格式，W路中心载波从波长交织器的第二输出端口输出。
5、 根据权利要求1所述的支持组播功能的波分复用无源光网络系统，其特 征是，所述的光网络单元，包括下行数据接收机、组播数据接收机、上行数据发 射机和第二环行器，其中光网络单元的第一端口通过1X2分路器与下行数据接收机的输入端口和上行数据发射机的输入端口相连，上行数据发射机的输出端 口和第二环行器第一端口连，第二环行器的第三端口和组播数据接收机相连，第 二环行器的第二端口即为光网络单元的第二端口。
6、 根据权利要求5所述的支持组播功能的波分复用无源光网络系统，其特征是，所述的下行数据接收机，包括一个1比特延迟干涉器， 一个光电检测器， 其中输入光信号与1比特延迟干涉器的输入端口相连，1比特延迟干涉器的输出 端口与光电检测器的输入端口相连。
7、 根据权利要求5所述的基于支持组播功能的波分复用无源光网络系统， 其特征是，所述的上行数据发射机，包括一个第二强度调制器， 一个上行信号发 生器，其中输入的光信号连接入第二强度调制器的输入端口，上行信号发生器的 输出端口与第二强度调制器的射频输出端口相连，第二强度调制器的输出端口即 为上行数据发射机的输出端口。
8、 根据权利要求6或7所述的基于支持组播功能的波分复用无源光网络系 统，其特征是，所述下行数据接收机，其内的光电检测器带宽高于基带数据带 宽，且低于下行数据及组播载波发射机中射频信号源频率的二倍，即可滤除光信 号的幅度振荡，恢复出基带数据。9、根据权利要求1所述的基于支持组播功能的波分复用无源光网络系统， 其特征是，所述下行数据及组播载波发射机中，携带下行数据的双极信号与射频 信号进行混频，得到的副载波电信号加载至双驱动马赫曾德调制的第一射频输入 端口 ，也即调制调制器的第一臂内光信号相位，得到双边带差分相移键控光信号； 同时，用于控制组播载波开关的控制信号加载至双驱动马赫曾德调制器的第二射 频输入端口，改变调制器的第二臂内光信号相位；在双驱动马赫曾德调制的输出 端，这两路光信号发生干涉，通过改变的第二臂内光信号的相位，使第二臂内光 信号与第一臂内双边带差分相移键控光信号的中心载波相抵消或不抵销，也即控 制下行数据及组播载波发射机输出光信号的中心载波是否保留。
全文摘要
一种支持组播功能的波分复用无源光网络系统，属于光通信技术领域。本发明包括光线路终端、馈线光纤、远端节点和光网络单元，远端节点包括第一、第二阵列波导光栅，其中光线路终端的第一输出端口，经过第一馈线光纤传输，送入到远端节点内的第一阵列波导光栅的输入端口，第一阵列波导光栅的输出端口连接到相应波长信道的光网络单元的第一端口，光线路终端的第二输出端口，经过第二馈线光纤传输，送入到远端节点内的第二阵列波导光栅的输入端口，第二阵列波导光栅的输出端口连接到相应波长信道的光网络单元的第二端口。本发明能实现动态的、快速可调的组播业务，满足不同用户的需求，结构简单，配置灵活，成本低廉。
文档编号H04B10/20GK101262299SQ20081003656
公开日2008年9月10日 申请日期2008年4月24日 优先权日2008年4月24日
发明者玥 田, 苏翼凯 申请人:上海交通大学