基于时域交织正交频分复用技术的节能无源光网络的制作方法
【专利摘要】一种调制载波领域的基于时域交织正交频分复用技术的节能无源光网络，二进制的输入数据由串并转换单元串并转换成N个并行的数据串后通过映射转换成N个符号串，该N个符号串分为k个数据组，每个数据组于数字处理单元中分别进行t点傅里叶运算，得到k个子正交频分复用信号，k个子正交频分复用信号在时域上进行交织且并串转换成串行离散时域信号，该串行离散时域信号经过数模转换单元数模转换生成时域交织正交频分复用信号。本发明利用多个正交频分复用信号在时域交织的方案，使每个用户只需要接收和处理一个正交频分复用帧的部分数据，来恢复出它所需的信息，从而降低了信号接收端的数模转换和数字处理的处理速率，达到节能的效果。
【专利说明】基于时域交织正交频分复用技术的节能无源光网络
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种调制载波领域的系统，具体是一种基于时域交织正交频分复用(T1-OFDM)技术的节能无源光网络。
【背景技术】
[0002]信息与通信技术(ICT)给人类社会带来了翻天覆地的变化，但它消耗的能源和释放的温室气体也越来越多。据统计，ICT所需的各种设备和器件所消耗的能源已占全球总能源消耗的8%。而且，随着近年来用户数据带宽和网络用户数目的飞速增长，ICT消耗的能源在可预见的未来将会以指数增长，这将使得能源枯竭，而ICT发展也变得不可持续性。
[0003]在ICT领域中，光纤接入网由于拥有大量的有源器件，使得它所消耗的能量占整个电信网络的70%左右。因此，许多学者和研究人员都把精力投向了接入网的节能方案的探索。经过详实的数据统计分析，发表在IEEE Communication Magazines中题为“Energyconsumption in wired and wireless access networks”论文中指出无源光网络(PON)结构是耗能最少、能效最高的一种接入网络。目前，大量的文献和各种标准都集中研究在已铺设的EPON和GPON这些时分复用无源光网络(TDM Ρ0Ν)中实现的节能方案，而对在下一代正交频分复用无源光网络(OFDM Ρ0Ν)中如何实现节能的研究还比较少。OFDM PON作为下一代PON的备选方案，有着高频谱利用率、带宽分配灵活和抗色散等优点，可以预见在不久后将会商业化。然而在OFDM PON中需要用到高耗能的高速数字信号处理(DSP)芯片和模数/数模转换(ADC/DAC)芯片，这将会大大增加PON中的功率消耗，因此研究0FDM-P0N中的节能方案有着十分重要的意义。
[0004]经对现有文献检索发现，发表在IEEE光学技术快报(Photonics TechnologyLetters)中的论文“Numerical analysis of dynamic SNR management by controllingDSP calculation precision for energy-efficient 0FDM_P0N(在节能 0FDM-P0N 中基于DSP计算精度控制的动态信噪比管理的数值分析)”，提出了一种依据光网络单元(ONU)端信噪比改变接收机中DSP芯片的计算精度，从而实现节能的技术方案。该方案的原理如下:在0FDM-P0N中，由于传输距离的不同，不同ONU接收到的信噪比(SNR)会有很大的区别；在光线路终端(OLT)中，论文作者提出根据ONU不同的SNR，来改变DSP芯片处理过程中的比特精度，来实现ONU所需信号的无误码传输；如论文图3中所示，当DSP芯片为6比特精度时，ONU端接收功率为-15dBm时即可满足前向纠错码(FEC)的门限，当DSP芯片为5比特精度时，ONU端接收功率需-14dBm才能满足FEC门限；DSP芯片的比特精度直接决定了处理OFDM信号过程中的计算量，比特精度越大，计算量越大，而计算量又决定了 DSP芯片的能耗；因此依据ONU的SNR情况合适地改变DSP芯片的比特精度，就能很好地节省0FDM-P0N的能耗。该方案虽然能有效地提升0FDM-P0N的能源利用率，但仍有以下两个缺点:(I)每个ONU到OLT的距离是不同的，当OLT端需要同时向多个ONU发送数据时，它需要按照最高比特精度在OLT和ONU端处理数据，这样许多ONU就不能实现节能的目的；(2)当OLT向多个ONU发送数据时，每个ONU依旧需要处理完整的OFDM巾贞，而其中每个ONU只利用了很少部分的OFDM子载波，大部分的数据是其所不需要的，这也浪费了大量的功耗。
[0005]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102035789，
【公开日】2011.04.27，记载了一种光正交频分复用(OFDM)动态分配无源接入网系统及其方法，该系统中信号发送单元包含的光多载波产生单元产生的多载波输入到动态OFDM产生单元，进而传送到链路单元中，信号在链路单元中进行偏振复用，光纤信道传输和偏振解复用；信号匹配接收单元利用信号探测模块获得携带信息的射频信号，再经信号解调处理单元解调出用户所需的信息。但在该现有发明技术中，每个光网络单元都需要对整个下行OFDM信号进行完整的采样并解调，因此需要较高的采样速率和芯片运算量，其能耗也就相对较高。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于时域交织正交频分复用技术的节能无源光网络，利用多个正交频分复用信号在时域交织的方案，使每个用户只需要接收和处理一个正交频分复用帧的部分数据，来恢复出它所需的信息，从而降低了信号接收端的数模转换和数字处理的处理速率，达到节能的效果。
[0007]本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括:设置于发射端的依次连接的激光器、偏振控制器、马赫曾德调制器、信号放大装置、信号滤波装置和分光器，以及用于生成时域交织正交频分复用电信号的信号发生器和若干个信号接收端，其中:信号发生器的输出端与马赫曾德调制器的射频端相连，信号发生器生成的时域交织正交频分复用信号加载至激光器和偏振控制器生成的光载波上形成光信号且顺次经过调制、信号放大、滤波和去噪，由分光器发送至各个信号接收端恢复为下行数据；
[0008]信号发生器包括:串并转换单元、数字处理单元和数模转换单元，其中:二进制的输入数据由串并转换单元串并转换成N个并行的数据串后通过映射转换成N个符号串，该N个符号串分为k个数据组，分别标示为datal、data2、…、datak，每个数据组于数字处理单元中分别进行t点傅里叶运算，得到k个子正交频分复用信号，其中N，k和t满足关系式N = kXt，k个子正交频分复用信号在时域上进行交织且并串转换成串行离散时域信号，该串行离散时域信号经过数模转换单元数模转换生成时域交织正交频分复用信号。
[0009]所述的映射是指星座图映射。
[0010]所述的t点快速傅里叶计算公式为
【权利要求】
1.一种基于时 域交织正交频分复用技术的节能无源光网络，其特征在于，包括:设置于发射端的依次连接的激光器、偏振控制器、马赫曾德调制器、信号放大装置、信号滤波装置和分光器，以及用于生成时域交织正交频分复用电信号的信号发生器和若干个信号接收端，其中:信号发生器的输出端与马赫曾德调制器的射频端相连，信号发生器生成的时域交织正交频分复用信号加载至激光器和偏振控制器生成的光载波上形成光信号且顺次经过调制、信号放大、滤波和去噪，由分光器发送至各个信号接收端恢复为下行数据； 所述的信号发生器包括:串并转换单元、数字处理单元和数模转换单元，其中:二进制的输入数据由串并转换单元串并转换成N个并行的数据串后通过映射转换成N个符号串，该N个符号串分为k个数据组，分别标示为datal、data2、…、datak，每个数据组于数字处理单元中分别进行t点傅里叶运算，得到k个子正交频分复用信号，其中N，k和t满足关系式N = kXt，k个子正交频分复用信号在时域上进行交织且并串转换成串行离散时域信号，该串行离散时域信号经过数模转换单元数模转换生成时域交织正交频分复用信号。
2.根据权利要求1所述的基于时域交织正交频分复用技术的节能无源光网络，其特征是，所述的信号接收端包括:信号接收器、数模转换器和数字信号处理器，其中:光信号经过信号接收器转换为电信号且由数模转换器进行串并转换，由数字信号处理器进行恢复。
3.根据权利要求2所述的基于时域交织正交频分复用技术的节能无源光网络，其特征是，所述的数字信号处理器的恢复过程包括:N/k点傅里叶逆运算、均衡和解映射。
4.根据权利要求1、2或3所述的基于时域交织正交频分复用技术的节能无源光网络，其特征是，所述的马赫曾德调制器偏置于其传输曲线的四分之一点处。
5.根据权利要求4所述的基于时域交织正交频分复用技术的节能无源光网络，其特征是，所述的偏振控制器包括两个1/4玻片和一个1/2玻片。
6.根据权利要求4所述的基于时域交织正交频分复用技术的节能无源光网络，其特征
是，所述的t点快速傅里叶计算公式为
7.根据权利要求4所述的基于时域交织正交频分复用技术的节能无源光网络，其特征是，所述的子正交频分复用信号转换成串行离散时域信号，是将各个子正交频分复用信号在时域上间隔交织，并串行输出得到时域信号。
【文档编号】H04L27/26GK103944854SQ201410206023
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】胡小锋, 曹攀, 孙晓文, 吴佳旸, 苏翼凯 申请人:上海交通大学