专利名称：基于码型叠加的波分复用无源光网络组播系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种光通信技术领域的系统，具体是一种基于码型叠加的波分复 用无源光网络组播系统。
背景技术：
近年来，随着光通信技术的发展和各种网络业务量的不断增大，用户对接入网 的带宽需求越来越高，光纤到户(Fiber To The Home，FTTH)被认为是最好的接入网方 式之一，而波分复用无源光网络(wavelength-division-multiplexed passive optical network, WDM-PON)则被认为是光接入网的最好的解决方案，它拥有较高的带宽，较好的服 务质量和易于升级等诸多优点。传统的波分复用无源光网络通过不同的波长在光线路终端 (Optical Line Terminal，0LT)和每一个光网络单元(Optical Network Unit，0NU)之间都 建立了一个虚拟的点到点信道，不同的用户用不同的波长来区分，这个信道用来传送单播 数据时非常容易的。然而，随着视频点播等宽带业务的增长，组播功能在波分复用无源光网 络中变得越来越重要，因为网络中不同用户需要的业务种类是不一样的。例如在同一个波 分复用无源光网络中某些用户需要业务A，而另外一些用户不需要业务A，这时与业务A有 关的组播数据就必须有选择性的发送给那些订制了业务A的用户，而不发送给其他用户， 并且一旦有用户想定制或撤销这项业务，网络必须可以马上发送或撤销发送与业务A有关 的组播数据。这就要求波分复用无源光网络具有组播功能，并且灵活多变，易于控制。目前 波分复用无源光网络中的组播技术主要分为两种一种是基于副载波调制的控制技术，另 一种是基于码型叠加的混合调制技术。经对现有文献的检索发现，Ning Deng等人在2007年的“European Conference on 0pticalCommunication，EC0C(欧洲光通信会议)”上发表了题为“A WDM-PON Architecture withSelective-Broadcast Overlay (选择性广播业务叠加的波分复用无源光网络结构)” 的文章，该技术主要包括单播数据发生器和组播数据发生器，以及若干光网络单元和上行 数据发射接收系统。单播数据发生器可以选择性产生反归零码或者非归零码，组播数据发 生器产生差分相移键控码，两种信号发生器相连，将这两种码型进行叠加，经过光纤传输后 可分别在光网络单元进行恢复。但是该技术需要在单播数据发生器中采用若干个开关，来 选择单播数据的调制格式为反归零码还是非归零码，从而实现组播功能，控制方法比较麻 烦，而且提高了成本。另外组播数据采用差分相移键控码，这种相位信号的检测容易受到环 境影响，需要花费一定的成本，系统也不够稳定。又经检索发现，YinZhang 等人在 2008 年的《Photonic technology Letters, PTL(光子技术快报)》中发表了题为"A Multicast WDM-PON Architecture Using DPSK/ NRZ OrthogonalModulation ( 一种采用差分相移检控和非归零码正交调制的组播波分复用 无源光网络结构)”一文，该技术在单播数据发生器上做了进一步改进，省去了开关，单播数 据只采用非归零码，通过调整非归零码的消光比来实现组播，但是该技术仍然需要对相位 信号进行检测，系统容易受到环境影响，仍不够稳定。
经检索还发现，Lei Cai等人又在2008年的ECOC上发表了 “Cost-effective WDM-PON forSimultaneously Transmitting Unicast and Broadcast/multicast Data by superimposing IRZsignal onto NRZ signal (—种采用将反归零码叠加到非归零码的方 法，从而实现同时传输单播和广播/组播数据的低成本波分复用无源光网络)，，一文，该技 术中单播数据发生器产生非归零码，组播数据发生器产生反归零码，二者相连将码型进行 叠加，并在光网络单元中按照特定的译码方式恢复这两种信号，整个系统采用调整消光比 来实现组播功能。但是该技术中的反归零码并不是通信中常用的码型，无法避免长0和长 1，不利于时钟的恢复，虽然节省了成本，不过系统性能没有得到很大提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于码型叠加的波分复用 无源光网络组播系统。本发明采用非归零码和曼彻斯特码的叠加实现波分复用无源光网络 的组播，可以降低成本，且在传输过程中会减少信号功率的波动性，并且可以避免长0和长 1序列，易于时钟恢复。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、一根馈入线光纤、远端节点、若干下行分布光纤和若干 光网络单元，其中光线路终端与馈入线光纤的一端相连传输单播数据和组播数据的波分 复用信号，馈入线光纤的另一端与远端节点相连传输单播数据和组播数据的波分复用信 号，远端节点与下行分布光纤的一端相连传输单播数据和组播数据的解复用信号，下行分 布光纤的另一端与光网络单元相连传输单播数据和组播数据的解复用信号。所述的光线路终端产生单播数据和组播数据的波分复用信号，包括单播数据信 号发生器和组播数据信号发生器，其中单播数据信号发生器与组播数据信号发生器的输 入端相连传输非归零码单播数据复用信号，组播数据信号发生器的输出端与馈入线光纤的 一端相连传输非归零码的单播数据与曼彻斯特组播数据的波分复用信号。所述的单播数据信号发生器产生非归零码的单播数据，包括若干激光器、若干非 归零码信号发生器、若干强度调制器和第一阵列波导光栅，其中激光器与强度调制器的光 输入口相连传输光载波，非归零码信号发生器与强度调制器的电输入口相连传输非归零码 电信号，强度调制器的输出端与第一阵列波导光栅相连传输非归零码单播数据信号，第一 阵列波动光栅与组播数据信号发生器相连传输非归零码单播数据复用信号。所述的组播数据信号发生器产生曼彻斯特码的组播数据，包括一个曼彻斯特码 信号发生器和一个强度调制器，其中曼彻斯特码信号发生器与强度调制器的电输入端相 连传输曼彻斯特码的组播数据，强度调制器的输出端与馈入线光纤的一端相连传输单播数 据和组播数据的波分复用信号。所述的曼彻斯特码信号发生器产生曼彻斯特码信号，包括一个非归零码信号发 生器、一个时钟源和一个电异或门，其中电异或门的一个输入端与非归零码信号发生器相 连传输非归零码的组播信号，电异或门的另一个输入端与时钟源相连传输时钟信号，电异 或门的输出端与组播数据信号发生器中的强度调制器的电输入端相连传输曼彻斯特码的 组播数据信号。所述的光网络单元用于恢复原始的单播数据和组播数据，包括一个光功率分路器、一个单播数据接收机和一个组播数据接收机，其中光功率分路器的输入端与下行分布 光纤相连传输单播数据和组播数据的解复用信号，光功率分路器的一个输出端与单播数据 接收机相连传输单播数据的解复用信号，光功率分路器的另一个输出端与组播数据接收机 相连传输组播数据的解复用信号。所述的单播数据接收机用来恢复单播数据，包括第一光电探测器和一个非归零 码译码器，其中第一光电探测器的输入端与光功率分路器的一个输出端相连传输单播数 据和组播数据的解复用信号，第一光电探测器的输出端与非归零码译码器相连传输光电转 换后的单播数据和组播数据的电信号，非归零译码器输出单播数据。所述的非归零码译码器的工作原理是把一个码元分为前后两部分，在前半个码 元和后半个码元都进行判决，判决门限设为高，如果两次判决为10、01或者11，则最终结果 为1 ；如果两次判决为00，则最终结果为0。所述的组播数据接收机用来恢复组播数据，包括第二光电探测器和一个曼彻斯 特码译码器，其中第二光电探测器的输入端与光功率分路器的另一个输出端相连传输单 播数据和组播数据的解复用信号，第二光电探测器的输出端与曼彻斯特码译码器相连传输 光电转换后的单播数据和组播数据的电信号，曼彻斯特码译码器输出组播数据。所述的曼彻斯特码译码器的工作原理是把一个码元分为前后两部分，在前半个 比特和后半个比特都进行判决，判决门限设为低，如果两次判决为01，则最终结果为0 ；如 果两次判决为10，则最终结果为1 ；如果判决为其它，则会译码错误。本发明通过调节强度调制器的偏置电压可以控制非归零码的单播数据信号的消 光比大小，进而控制最后的组播信号的译码是否正确，从而可以决定该光网络单元能否收 到组播信号，最终实现整个系统的组播功能。与现有技术相比，本发明具有以下优势单播数据是基于非归零码方式编码的信 号，组播数据是基于曼彻斯特码方式编码的信号，这两种信号都是基于幅度编码方式的信 号，相比较相位信号而言，非常容易检测，受外界干扰很小，系统稳定性高，因为不需要进行 相位信号的检测，节省了成本，提高了精确度；组播数据采用曼彻斯特编码方式，减少了传 输中的功率浮动，每个码元中都有电平的跳变，避免了长0和长1的出现，而且具有很好的 同步功能，抗干扰能力强，非常易于在接收端恢复时钟信号。整个系统具有较好的性能。
图1为本发明的结构原理图；图2为曼彻斯特码编码的原理示意图；图3为实施例组播数据能够恢复时非归零码和曼彻斯特码的译码原理示意图；图4是实施例组播数据不能恢复时非归零码和曼彻斯特码的译码原理示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的系统进一步描述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。实施例
如图1所示，本实施例包括光线路终端、一根馈入线光纤、远端节点、若干下行分 布光纤和若干光网络单元，其中光线路终端与馈入线光纤的一端相连传输单播数据和组 播数据的波分复用信号，馈入线光纤的另一端与远端节点相连传输单播数据和组播数据的 波分复用信号，远端节点与下行分布光纤的一端相连传输单播数据和组播数据的解复用信 号，下行分布光纤的另一端与光网络单元相连传输单播数据和组播数据的解复用信号。所述的光线路终端产生单播数据和组播数据的波分复用信号，包括单播数据信 号发生器和组播数据信号发生器，其中单播数据信号发生器与组播数据信号发生器的输 入端相连传输非归零码单播数据复用信号，组播数据信号发生器的输出端与馈入线光纤的 一端相连传输非归零码的单播数据与曼彻斯特组播数据的波分复用信号。所述的单播数据信号发生器产生非归零码的单播数据，包括若干激光器、若干非 归零码信号发生器、若干强度调制器和第一阵列波导光栅，其中激光器与强度调制器的光 输入口相连传输光载波，非归零码信号发生器与强度调制器的电输入口相连传输非归零码 电信号，强度调制器的输出端与第一阵列波导光栅相连传输非归零码单播数据信号，第一 阵列波动光栅与组播数据信号发生器相连传输非归零码单播数据复用信号。所述的激光器是单频激光器。所述的组播数据信号发生器产生曼彻斯特码的组播数据，包括一个曼彻斯特码 信号发生器和一个强度调制器，其中曼彻斯特码信号发生器与强度调制器的电输入端相 连传输曼彻斯特码的组播数据，强度调制器的输出端与馈入线光纤的一端相连传输单播数 据和组播数据的波分复用信号。所述的曼彻斯特码信号发生器产生曼彻斯特码信号，包括一个非归零码信号发 生器、一个时钟源和一个电异或门，其中电异或门的一个输入端与非归零码信号发生器相 连传输非归零码的组播信号，电异或门的另一个输入端与时钟源相连传输时钟信号，电异 或门的输出端与组播数据信号发生器中的强度调制器的电输入端相连传输曼彻斯特码的 组播数据信号。如图2所示，所述的曼彻斯特码是通信中常用的一种编码技术，在这种编码方式 中，每一个码元的中间都有一个电平的跳变，如果要发送的数据是0，则编码后的信号是从 低电平跳到高电平，即编码为01 ；如果要发送的数据是1，则编码后的信号是从高电平跳到 低电平，即编码为10，曼彻斯特码可以通过非归零码和时钟信号进行异或逻辑运算后得到， 这种编码方式具有很好的同步功能和良好的抗干扰能力。所述的远端节点对单播数据和组播数据的波分复用信号进行解复用，包括第二 阵列波导光栅，其中第二阵列波导光栅的一端与馈入线光纤相连传输单播数据和组播数 据的波分复用信号，第二阵列波导光栅的另一端与下行分布光纤相连传输单播数据和组播 数据的解复用信号。所述的光网络单元用于恢复原始的单播数据和组播数据，包括一个光功率分路 器、一个单播数据接收机和一个组播数据接收机，其中光功率分路器的输入端与下行分布 光纤相连传输单播数据和组播数据的解复用信号，光功率分路器的一个输出端与单播数据 接收机相连传输单播数据的解复用信号，光功率分路器的另一个输出端与组播数据接收机 相连传输组播数据的解复用信号。所述的单播数据接收机用来恢复单播数据，包括第一光电探测器和一个非归零码译码器，其中第一光电探测器的输入端与光功率分路器的一个输出端相连传输单播数 据和组播数据的解复用信号，第一光电探测器的输出端与非归零码译码器相连传输光电转 换后的单播数据和组播数据的电信号，非归零译码器输出单播数据。所述的非归零码译码器的工作原理是把一个码元分为前后两部分，在前半个码 元和后半个码元都进行判决，判决门限设为高，如果两次判决为10、01或者11，则最终结果 为1 ；如果两次判决为00，则最终结果为0。所述的组播数据接收机用来恢复组播数据，包括第二光电探测器和一个曼彻斯 特码译码器，其中第二光电探测器的输入端与光功率分路器的另一个输出端相连传输单 播数据和组播数据的解复用信号，第二光电探测器的输出端与曼彻斯特码译码器相连传输 光电转换后的单播数据和组播数据的电信号，曼彻斯特码译码器输出组播数据。所述的曼彻斯特码译码器的工作原理是把一个码元分为前后两部分，在前半个 比特和后半个比特都进行判决，判决门限设为低，如果两次判决为01，则最终结果为0 ；如 果两次判决为10，则最终结果为1 ；如果判决为其它，则会译码错误。当组播数据能够恢复时，如图3所示，其中a为单播数据的非归零码，此时单播数 据的非归零码的消光比为低，则0码的功率为1码功率的一半，b为曼彻斯特码的组播信号， c为单播数据非归零码和组播数据曼彻斯特码的叠加信号。对叠加信号的非归零码译码原 理如下选择判决门限为高，即门限1，高于该值则判为1，低于该值则判为0，同时把一个码 元分为前后两部分，在前半个码元和后半个码元都进行判决，如果两次判决为10、01或者 11，则最终结果为1 ；如果两次判决为00，则最终结果为0，可以看出判决后的数据和非归零 码一致；对叠加信号的曼彻斯特码译码原理如下选择判决门限为低，即门限2，高于该值 则判为1，低于该值则判为0，同时把一个码元分为前后两部分，在前半个码元和后半个码 元都进行判决，判决结果为01，则最终结果为0 ；如果判决结果为10，则最终结果为1 ；如果 为其他情况，则认为译码产生错误，可以看出判决后的数据和曼彻斯特码一致。当组播数据不能恢复时，如图4所示，其中a为单播数据的非归零码，此时单播数 据的非归零码的消光比为高，则0码没有光功率，b为曼彻斯特码的组播信号，c为单播数 据非归零码和组播数据曼彻斯特码的叠加信号。此时，通过对比图3和图4可知，组播数据 不能恢复时对叠加信号的非归零码译码和曼彻斯特码译码规则与组播数据能够恢复时相 同，但是非归零码可以译码出来，且与原非归零码一致，但曼彻斯特码的译码会出现00的 情况，此时译码错误，说明曼彻斯特码不可译出。这样就可以通过改变非归零码的消光比， 从而控制曼彻斯特码是否可以译码正确，最终实现组播功能。本实施例只有单波长时的工作过程为1551. 15nm单频激光器产生1551. 15nm的 光载波，经过第一偏振控制器输入到第一马赫曾德强度调制器，1. 25G/s非归零码信号发生 器产生1. 25G的单播数据非归零码电信号，被第一电放大器放大，输入到第一马赫曾德强 度调制器的电输入口，第一马赫曾德强度调制器输出调制后的1. 25G/s单播数据非归零码 光信号，经过第二偏振控制器输入到第二马赫曾德强度调制器，同时1. 25G/s非归零码信 号发生器产生的1. 25G/s组播数据电信号和2. 5G/s时钟源信号分别输入到高速电异或门 的两个输入端，则电异或门会产生编码后的组播数据的1. 25G/s曼彻斯特码电信号，该电 信号被第二电放大器放大后输入到第二马赫曾德强度调制器的电输入口，第二马赫曾德强 度调制器就依据曼彻斯特码的电信号对非归零码光信号进行调制，产生单播数据的非归零码和组播数据的曼彻斯特码的叠加光信号。这个叠加信号经过EDFA参饵光放大器放大，然 后经过OBF带通光滤波器滤去边带噪声，传输到12. 5公里的SSMF标准单模光纤。经过SSMF 标准单模光纤的传输后，叠加信号输入到1 1光功率分路器中被分为两个相同的部分，一 部分进入到第一光电探测器中被转换为叠加的电信号，然后经过1. 25G/s非归零码译码器 恢复出非归零码信号，即为单播数据；另一部分进入到第二光电探测器后也被转化为叠加 的电信号，然后经过1. 25G/s曼彻斯特码译码器恢复出曼彻斯特码信号，即为组播数据。非 归零码和曼彻斯特码的译码规则如前文所述。当需要恢复出曼彻斯特码时，可以调节第一 马赫曾德强度调制器的偏置电压，产生低消光比的单播数据非归零码的电信号，按照译码 规则可以恢复出组播数据的曼彻斯特码信号；当不需要恢复出曼彻斯特码是，则调节第一 马赫曾德强度调制器的偏置电压，产生高消光比的单播数据非归零码的电信号，按照译码 规则，此时不可恢复出组播数据的曼彻斯特码信号，这样就实现了对组播的控制。
本实施例中单频激光器保证了光载波的频率单一性，单播数据只需要用马赫曾德 强度调制器进行简单的强度调制即可，省去了高功率的电放大器以及副载波的产生，组播 数据由简单的非归零码和时钟源通过高速的电异或门产生，最后也只经过一个简单的马赫 曾德强度调制器叠加到单播数据上，结构简单，同时带来了曼彻斯特码的好处，而且不干扰 原来的信号。整个系统中的调制部分只采用了马赫曾德强度调制器，简化了结构，只产生基 于强度编码方式的信号，非常容易检测，不容易受到外界干扰，提高了系统的稳定性，节省 了成本。单播数据和组播数据是同步的强度信号，而且在同一个频率的载波上传输，提高了 频谱的利用率，减少了不同频率间的干扰。组播功能是通过不同的译码方式，调整消光比来 实现的，方法简单。非归零码和曼彻斯特码都是通信系统中常用的码型，更容易在工程实践 中得到应用。两种码型的译码方式保证了数据恢复具有较高的精度，整个系统具有好的性 能。
权利要求
一种基于码型叠加的波分复用无源光网络组播系统，包括光线路终端、一根馈入线光纤、远端节点、若干下行分布光纤和若干光网络单元，其中光线路终端与馈入线光纤的一端相连传输单播数据和组播数据的波分复用信号，馈入线光纤的另一端与远端节点相连传输单播数据和组播数据的波分复用信号，远端节点与下行分布光纤的一端相连传输单播数据和组播数据的解复用信号，下行分布光纤的另一端与光网络单元相连传输单播数据和组播数据的解复用信号，其特征在于，所述的光线路终端产生单播数据和组播数据的波分复用信号，包括单播数据信号发生器和组播数据信号发生器，其中单播数据信号发生器与组播数据信号发生器的输入端相连传输非归零码单播数据复用信号，组播数据信号发生器的输出端与馈入线光纤的一端相连传输非归零码的单播数据与曼彻斯特组播数据的波分复用信号；所述的光网络单元恢复原始的单播数据和组播数据，包括一个光功率分路器、一个单播数据接收机和一个组播数据接收机，其中光功率分路器的输入端与下行分布光纤相连传输单播数据和组播数据的解复用信号，光功率分路器的一个输出端与单播数据接收机相连传输单播数据的解复用信号，光功率分路器的另一个输出端与组播数据接收机相连传输组播数据的解复用信号。
2.根据权利要求1所述的基于码型叠加的波分复用无源光网络组播系统，其特征是， 所述的单播数据信号发生器产生非归零码的单播数据，包括若干激光器、若干非归零码信 号发生器、若干强度调制器和第一阵列波导光栅，其中激光器与强度调制器的光输入口相 连传输光载波，非归零码信号发生器与强度调制器的电输入口相连传输非归零码电信号， 强度调制器的输出端与第一阵列波导光栅相连传输非归零码单播数据信号，第一阵列波动 光栅与组播数据信号发生器相连传输非归零码单播数据复用信号。
3.根据权利要求1所述的基于码型叠加的波分复用无源光网络组播系统，其特征是， 所述的组播数据信号发生器产生曼彻斯特码的组播数据，包括一个曼彻斯特码信号发生 器和一个强度调制器，其中曼彻斯特码信号发生器与强度调制器的电输入端相连传输曼 彻斯特码的组播数据，强度调制器的输出端与馈入线光纤的一端相连传输单播数据和组播 数据的波分复用信号。
4.根据权利要求3所述的基于码型叠加的波分复用无源光网络组播系统，其特征是， 所述的曼彻斯特码信号发生器产生曼彻斯特码信号，包括一个非归零码信号发生器、一个 时钟源和一个电异或门，其中电异或门的一个输入端与非归零码信号发生器相连传输非 归零码的组播信号，电异或门的另一个输入端与时钟源相连传输时钟信号，电异或门的输 出端与组播数据信号发生器中的强度调制器的电输入端相连传输曼彻斯特码的组播数据 信号。
5.根据权利要求1所述的基于码型叠加的波分复用无源光网络组播系统，其特征是， 所述的单播数据接收机恢复单播数据，包括第一光电探测器和一个非归零码译码器，其 中第一光电探测器的输入端与光功率分路器的一个输出端相连传输单播数据和组播数据 的解复用信号，第一光电探测器的输出端与非归零码译码器相连传输光电转换后的单播数 据和组播数据的电信号，非归零译码器输出单播数据。
6.根据权利要求1所述的基于码型叠加的波分复用无源光网络组播系统，其特征是， 所述的组播数据接收机恢复组播数据，包括第二光电探测器和一个曼彻斯特码译码器，其中第二光电探测器的输入端与光功率分路器的另一个输出端相连传输单播数据和组播数 据的解复用信号，第二光电探测器的输出端与曼彻斯特码译码器相连传输光电转换后的单 播数据和组播数据的电信号，曼彻斯特码译码器输出组播数据。
全文摘要
一种光通信技术领域的基于码型叠加的波分复用无源光网络组播系统，包括光线路终端、馈入线光纤、远端节点、若干下行分布光纤和若干光网络单元，其中光线路终端包括单播数据信号发生器和组播数据信号发生器，光网络单元包括光功率分路器、单播数据接收机和组播数据接收机，本发明中单播数据是基于非归零码方式编码的信号，组播数据是基于曼彻斯特码方式编码的信号，这两种信号都是基于幅度编码方式的信号，非常容易检测，受外界干扰很小，系统稳定性高节省了成本，提高了精确度；组播数据采用曼彻斯特编码方式，减少了传输中的功率浮动，避免了长0和长1的出现，具有很好的同步功能，抗干扰能力强，非常易于在接收端恢复时钟信号。
文档编号H04Q11/00GK101883296SQ20101016601
公开日2010年11月10日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者向祎, 朱敏, 杨铖, 肖石林, 韦建文 申请人:上海交通大学;上海邮迅通信发展有限公司