一种产生混合传输信号的波分复用无源光网络系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种产生混合传输信号的波分复用无源光网络系统，包括基带单元、光线路终端、光纤分支器、若干个光网络单元和若干个远端射频单元；所述中心基带单元与所述光线路终端连接、所述光纤分支器连接于所述光线路终端和所述光网络单元之间、所述光网络单元与所述远端射频单元连接；所述光线路终端包括用于产生连续光载波的激光源；用于产生4路10?Gb/s和1路100?Gb/s信号并进行独立边带调制的独立边带信号生成模块；用于对信号进行功率放大的带宽功率放大器；用于将混合电信号调制到所述光源产生的光载波上并耦合进光纤链路中传输的光IQ调制器。本系统的独立边带调制能100％利用系统传送端光电器件的有效带宽，提高带宽利用率。
【专利说明】
一种产生混合传输信号的波分复用无源光网络系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及光纤通信技术领域，特别是涉及一种应用于混合型移动前传的、能够同时提供混合型10-Gb/S和100-Gb/S信道的波分复用型无源光网络系统及产生混合传输信号的方法。
【背景技术】
[0002]随着互联网数据业务、高清数字电视和云计算的爆炸式增长，移动通信容量迅速增长，因此提高通信容量问题变得刻不容缓。目前采用的基于移动回传的方案开始显示出速率不够快、带宽容量不足等疲软现象，这使得移动前传方案展现出了研究和实用价值。现有的提高移动通信系统容量的常见方案有:(I)移动回传方案:例如增加接口带宽和基站数量，但大量的基站投入导致高能耗，运营商投资成本和运营成本逐年增高；(2)移动前传方案。混合型移动前传的无线接入网络被认为是另外一种有效提高移动通信系统容量的方案，但以现有的移动需求增长速度来看，无源光网络单信道的速率需求将超过ΙΟ-Gb/s，很多情况下将达到最新商用标准的100-Gb/s，甚至将出现ΙΟ-Gb/s和100-Gb/s信道同时混合应用情况。近年来，光奈奎斯特(Nyquist)技术被认为是实现系统高频谱效率的最有效途径。其原理是对子信道进行光谱整形或电域数字滤波的方法，使相邻信道的频谱互不重叠，并使信道带宽接近、达到(信号频谱呈方形)甚至超过Nyquist极限，实现信道间无干扰传输。为了进一步提高带宽利用率，将波分复用型无源光网络与多个副载波复用技术结合，例如与正交频分复用技术(OFDM)和奈奎斯特波分复用(Nyquist-WDM)技术结合。然而，现在的光载波调制技术大多采用双边带调制(调制信号包含上频带的信号信息和下频带的信息镜像)或单边带调制，这种调制技术并不能充分利用系统传送端器件和连续光载波的有效带宽，其频带利用率只有50%，致使其带宽利用率的提高是有限的。而利用上下频带调制独立信号、频带利用率达到100%的独立边带调制技术则展现出巨大优势。特别是采用相干检测的混合型10G/100G多信道，只需一个光源、一个光IQ调制器和一个光线路终端，便可以同时产生4路ΙΟ-Gb/s和I路100-Gb/s信道，频带利用率达100%，提高了带宽利用率，降低的系统成本。
【发明内容】
[0003]为了克服现有的带宽效率调制模式的成本和带宽利用率的不足的问题，本发明公开了一种应用于混合型移动前传的、同时提供混合型ΙΟ-Gb/s和100-Gb/s信道的波分复用型无源光网络系统对光载波进行高效率带宽调制，系统通过采用奈奎斯特频率复用技术整合独立边带调制格式对光载波进行高效率带宽调制。利用一个光发送机，同时产生混合4路1-Gb/s和I路100-Gb/s的下行传输信号。此技术只需要一个独立光源、一个光IQ调制器和一个光线路终端便可以产生携带独立传输信息的上边带和下边带从而提高带宽利用率。
[0004]移动前传概念是随着通用公共射频接口CPRI的制定和新一代基站射频设备的发展形成分布式基站而提出的。这种基站将原先基站的功能分割成一个位于中心的基带单元BBU和若干个远端射频单元RRH。这样一个基带单元对应多个远端射频单元，能够很好解决大型场馆的覆盖;也有利于减少基站的数量，能够有效降低成本和提高通信容量。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]—种产生混合传输信号的波分复用无源光网络系统，包括基带单元、光线路终端、光纤分支器、若干个光网络单元和若干个远端射频单元;所述中心基带单元与所述光线路终端连接、所述光纤分支器连接于所述光线路终端和所述光网络单元之间、所述光网络单元与所述远端射频单元连接，具体的，所述光线路终端包括:
[0007]一光源，用于产生连续光载波；
[0008]独立边带信号生成模块，用于产生4路ΙΟ-Gb/s和I路100-Gb/s信号;对所述4路ΙΟ-Gb/s和 I 路 100-Gb/s 信号进行独立边带调制并产生 I路和 Q 路信号；
[0009]第一带宽功率放大器，用于接收独立边带信号生成模块输出的I路信号并进行功率放大；
[0010]第二带宽功率放大器，用于接收独立边带信号生成模块输出的Q路信号并进行功率放大；
[0011]—光IQ调制器，用于接收所述第一带宽功率放大器和所述第二带宽功率放大器输出的信号，实现将混合电信号调制到所述光源产生的光载波上并耦合进光纤链路中传输。
[0012]进一步的，所述独立边带信号生成模块包括:
[0013]数字信号生成模块，利用现场可编程逻辑阵列控制高速数模转换器产生4路ΙΟ-Gb/s 数字信号和 I 路 100-Gb/s 数字信号 ;
[0014]独立边带调制模块，用于接收所述数字信号生成模块产生的4路ΙΟ-Gb/s数字信号和I路100-Gb/s数字信号;对所述4路ΙΟ-Gb/s数字信号分别进行独立PM-QPSK数据映射、奈奎斯特滤波和下变频至下边带;对所述I路100-Gb/s数字信号进行16-QAM数据映射、奈奎斯特滤波和上变频至上边带;实现携带独立传输信息的上边带和下边带4+1路复数混合信号；
[0015]预均衡处理模块，用于接收所述独立边带调制模块产生的4+1路复数混合信号，并对信道传输前高频部分的失真做预补偿。
[0016]具体的，所述光线路终端和所述光网络单元之间包括光分配网络，所述光分配网络包括:
[0017]光纤放大器，用于接收所述光IQ调制器输出的在光纤链路中传输的信号，并对所述信号实现放大；
[0018]标准单模光纤，用于接收所述光纤放大器输出的信号，并对信号进行一定距离传输，在终端实现传输信号输出；
[0019]光纤分支器，用于接收所述标准单模光纤输出的传输信号，并把传输信号分支到若干个光网络单元。
[°02°]具体的，所述光网络单元包括:
[0021]可调光滤波器，用于接收所述光纤分支器输出的信号光，并对所述信号光进行波长选择和解复用处理；
[0022]集成相干光接收机，用于接收所述可调光滤波器的信号光，并将本振光与所述可调光滤波器的信号光使用混频器混频，信号从光载频下变频到微载频;使用光电检测器检测中心频率，对所述微载频进行解调和补偿算法，输出基带信号；
[0023]模数转换和信号处理模块，用于接收所述集成相干光接收机输出的基带信号，并对所述基带信号进行模数转换;利用数字处理方法对所述基带信号进行采样和色散补偿处理;利用恒模算法解偏振复用;利用最小均方算法进行相位恢复。
[0024]—种产生混合传输信号的方法，基于上述的光线路终端，方法包括:
[0025]一光源产生连续光载波；
[0026]独立边带信号生成模块产生4路ΙΟ-Gb/s和I路100-Gb/s信号、对所述4路10-Gb/s和I路100-Gb/s信号进行独立边带调制并产生I路和Q路信号；
[0027]第一带宽功率放大器接收独立边带信号生成模块输出的I路信号并进行功率放大；
[0028]第二带宽功率放大器接收独立边带信号生成模块输出的Q路信号并进行功率放大；
[0029]光IQ调制器接收所述第一带宽功率放大器和所述第二带宽功率放大器输出的信号，实现将混合电信号调制到所述光源产生的光载波上并耦合进光纤链路中传输。
[0030]进一步的，所述独立边带信号生成模块产生4路ΙΟ-Gb/s和I路100-Gb/s信号、对所述4路ΙΟ-Gb/s和I路100-Gb/s信号进行独立边带调制并产生I路和Q路信号，包括:
[0031]现场可编程逻辑阵列和高速数模转换器组成信号源，利用现场可变成逻辑阵列控制高速数模转换器产生4路ΙΟ-Gb/s数字信号和I路100-Gb/s数字信号；
[0032]对产生的4路ΙΟ-Gb/s数字信号分别进行独立PM-QPSK数据映射、奈奎斯特滤波和下变频至下边带;对产生的I路100-Gb/s数字信号进行16-QAM数据映射、奈奎斯特滤波和上变频至上边带;实现携带独立传输信息的上边带和下边带4+1路复数混合信号；
[0033]针对光电器件的频率响应不平坦现象，对产生的的4+1路复数混合信号进行预均衡处理，为其在信道传输前高频部分的失真做预补偿。
[0034]进一步的，所述4+1复数混合信号子信道的频谱形状为方形。
[0035]进一步的，所述子信道之间的保护间隔设置为0.1GHz。
[0036]本发明的有益效果是:可以有效降低成本和提高带宽利用率。
[0037]以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的一种产生混合传输信号的波分复用无源光网络系统及方法不局限于实施例。
【附图说明】
[0038]图1为本发明实施例提供的波分复用移动前传无源光网络系统的结构示意图；
[0039]图2为本发明实施例提供的光线路终端的结构示意图；
[0040]图3为本发明实施例提供的光线路终端上独立边带信号生成模块的结构示意图；[0041 ]图4为本发明实施例提供的调制信号的光谱图；
[0042]图5为本发明实施例提供的光分配网络的结构示意图；
[0043]图6为本发明实施例提供的光网络单元的结构示意图；
[0044]图7为本发明实施例提供的光线路终端、光分配网络及光网络单元的连接示意图。
[0045]图中:
[0046]1、基带单元，2、光线路终端，3、光纤分支器，4、光网络单元，5、远端射频单元，6、激光源，7、IQ调制器，8、独立边带信号生成模块，91、第一带宽功率放大器，92、第二带宽功率放大器，10、复数I路信号，1010、复数Q路信号，11、混合信号输出，12、数字信号生成模块，13、PM-QPSK数据映射，14、16-QAM数据映射，15、光纤放大器，16、标准单模光纤，17、传播信号输出，18、光分配网络，19、可调光滤波器，20、集成相干光接收机，21、模数转换和信号处理模块，22、Nyqui St滤波和下变频处理，23、Nyquist滤波和上变频处理，24、预均衡处理模块。
【具体实施方式】
[0047]图1为基于移动前传的波分复用移动前传无源光网络系统的结构示意图，该系统是由一个位于中心的基带单元I和若干个远端射频单元5组成，利用一个光纤分支器3把由基带单元I和光线路终端2传输的信号分支到若干个光网络单元4，远端射频单元5可以对信号进行放大或上下变频。
[0048]图2为光线路终端上基于奈奎斯特频率复用技术整合独立边带调制格式的混合4路ΙΟ-Gb/s和I路100-Gb/s的信号调制原理图，包括激光源6、光IQ调制器7、独立边带信号生成模块8和第一带宽功率放大器91，第二带宽功率放大器92，具体的:
[0049]激光源6，其主要作用是用来产生连续光载波。
[0050]光IQ调制器7，其主要作用是将混合电信号调制到光载波上，从而可以实现混合电信号在光纤链路中传输。
[0051]独立边带信号生成模块8，独立边带信号生成模块的结构示意图如图3所示，包括数字信号生成模块12、独立边带调制模块和预均衡处理模块24，具体的:
[0052]数字信号生成模块12，由现场可变成逻辑阵列(FPGA)和高速数模转换器(DAC)组成信号源，利用FPGA控ffjijDAC分别实现5路数字信号产生(S卩4路ΙΟ-Gb/s和I路100-Gb/s信号)。
[0053]独立边带调制板块，对4路I O-Gb/s和I路10-Gb/s彳目号进彳丁独立边带调制，4路ΙΟ-Gb/s 数字信号分别进行独立 PM-QPSK 数据映射13、 奈奎斯特 (Nyquist) 滤波和下变频22至下边带(如图4(a)中所示的见-仏位置)；I路100-Gb/s数字信号进行16-QAM数据映射14、奈奎斯特(Nyquist)滤波和上变频23至上边带(如图4(b)中的Pi)。从而实现了携带独立传输信息的上边带和下边带4+1复数(IQ)混合信号。4+1独立边带子信道的频谱形状为方形，是信号频谱利用率的最大实现形式，子信道之间的保护间隔设置为0.1GHz。其中，图4(a)为独立4路10-Gb/s PM-QPSK频谱图；图4(b)为独立I路100-Gb/s 16QAM频谱图；图4(c)为混合独立边带(混合4路I Ο-Gb/s和I路I ΟΟ-Gb/s)频谱图。
[0054]预均衡处理模块24，针对光电器件的频率响应不平坦现象，对信号进行预均衡处理，为其在信道传输前高频部分的失真做预补偿，得到复数1、Q路信号(10&1010)，10表示I路?目号，11表不Q路彳目号。
[0055]第一带宽功率放大器91，其主要作用是对得到的I路信号实现功率放大。
[0056]第二带宽功率放大器92，其主要作用是对得到的Q路信号实现功率放大。
[0057]光IQ调制器7输出的混合信号11耦合进光纤链路传输。
[0058]图5为光分配网络18的结构不意图，包括光纤放大器15、标准单模光纤16和光纤分支器3，具体的:
[0059]光纤放大器15，用于对传播中的信号实现放大作用。
[0060]标准单模光纤16，用于对信号进行一定距离传输，在终端实现传输信号输出17。
[0061]光纤分支器，用于接收所述标准单模光纤输出的传输信号，并把传输信号分支到若干个光网络单元4。
[0062]图6为光网络单元的结构示意图，包括可调光滤波器19、集成相干光接收机20和模数转换和信号处理模块21，具体的:
[0063]可调光滤波器19，用于对信号光进行波长选择，解复用处理。
[0064]集成相干光接收机20，用于将本振光与接收到的信号光经过光混频器混频，信号从光载频下变频到微载频，随后经过光电检测器检测中心频率，再对其进行解调和补偿算法，就可得基带信号输出。
[0065]模数转换和信号处理21，用于将相干检测后的信号进行模数转换，再利用数字处理方法对信号进行采样和色散补偿处理，利用恒模算法解偏振复用，利用最小均方算法进行相位恢复。
[0066]进一步的，如图7所示，所述光分配网络18连接于所述光线路终端2和所述光网络单元4之间。
[0067]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种产生混合传输信号的波分复用无源光网络系统，包括基带单元、光线路终端、光纤分支器、若干个光网络单元和若干个远端射频单元;所述中心基带单元与所述光线路终端连接、所述光纤分支器连接于所述光线路终端和所述光网络单元之间、所述光网络单元与所述远端射频单元连接，其特征在于，所述光线路终端包括: 一光源，用于产生连续光载波； 独立边带信号生成模块，用于产生4路ΙΟ-Gb/s和I路ΙΟΟ-Gb/s信号;对所述4路10-Gb/s和I路100-Gb/s信号进行独立边带调制并产生I路和Q路信号； 第一带宽功率放大器，用于接收独立边带信号生成模块输出的I路信号并进行功率放大； 第二带宽功率放大器，用于接收独立边带信号生成模块输出的Q路信号并进行功率放大； 一光IQ调制器，用于接收所述第一带宽功率放大器和所述第二带宽功率放大器输出的信号，实现将混合电信号调制到所述光源产生的光载波上并耦合进光纤链路中传输。2.根据权利要求1所述的产生混合传输信号的波分复用无源光网络系统，其特征在于，所述独立边带信号生成模块包括: 数字信号生成模块，利用现场可编程逻辑阵列控制高速数模转换器产生4路10-Gb/s数字信号和I路ΙΟΟ-Gb/s数字信号； 独立边带调制模块，用于接收所述数字信号生成模块产生的4路ΙΟ-Gb/s数字信号和I路ΙΟΟ-Gb/s数字信号;对所述4路ΙΟ-Gb/s数字信号分别进行独立PM-QPSK数据映射、奈奎斯特滤波和下变频至下边带;对所述I路ΙΟΟ-Gb/s数字信号进行16-QAM数据映射、奈奎斯特滤波和上变频至上边带;实现携带独立传输信息的上边带和下边带4+1路复数混合信号； 预均衡处理模块，用于接收所述独立边带调制模块产生的4+1路复数混合信号，并对信道传输前高频部分的失真做预补偿。3.根据权利要求2所述的产生混合传输信号的波分复用无源光网络系统，其特征在于，所述光线路终端和所述光网络单元之间包括光分配网络，所述光分配网络包括: 光纤放大器，用于接收所述光IQ调制器输出的在光纤链路中传输的信号，并对所述信号实现放大； 标准单模光纤，用于接收所述光纤放大器输出的信号，并对信号进行一定距离传输，在终端实现传输信号输出； 光纤分支器，用于接收所述标准单模光纤输出的传输信号，并把传输信号分支到若干个光网络单元。4.根据权利要求3所述的产生混合传输信号的波分复用无源光网络系统，其特征在于，所述光网络单元包括: 可调光滤波器，用于接收所述光纤分支器输出的信号光，并对所述信号光进行波长选择和解复用处理； 集成相干光接收机，用于接收所述可调光滤波器的信号光，并将本振光与所述可调光滤波器的信号光使用混频器混频，信号从光载频下变频到微载频;使用光电检测器检测中心频率，对所述微载频进行解调和补偿算法，输出基带信号； 模数转换和信号处理模块，用于接收所述集成相干光接收机输出的基带信号，并对所述基带信号进行模数转换;利用数字处理方法对所述基带信号进行采样和色散补偿处理；利用恒模算法解偏振复用;利用最小均方算法进行相位恢复。5.一种产生混合传输信号的方法，其特征在于，方法包括: 光源产生连续光载波； 独立边带信号生成模块产生4路ΙΟ-Gb/s和I路100-Gb/s信号、对所述4路ΙΟ-Gb/s和I路ΙΟΟ-Gb/s信号进行独立边带调制并产生I路和Q路信号； 第一带宽功率放大器接收独立边带信号生成模块输出的I路信号并进行功率放大； 第二带宽功率放大器接收独立边带信号生成模块输出的Q路信号并进行功率放大； 光IQ调制器接收所述第一带宽功率放大器和所述第二带宽功率放大器输出的信号，实现将混合电信号调制到所述光源产生的光载波上并耦合进光纤链路中传输。6.根据权利要求5所述的产生混合传输信号的方法，其特征在于，所述独立边带信号生成模块产生4路ΙΟ-Gb/s和I路100-Gb/s信号、对所述4路ΙΟ-Gb/s和I路100-Gb/s信号进行独立边带调制并产生I路和Q路信号，包括: 现场可编程逻辑阵列和高速数模转换器组成信号源，利用现场可变成逻辑阵列控制高速数模转换器产生4路ΙΟ-Gb/s数字信号和I路ΙΟΟ-Gb/s数字信号； 对产生的4路ΙΟ-Gb/s数字信号分别进行独立PM-QPSK数据映射、奈奎斯特滤波和下变频至下边带;对产生的I路ΙΟΟ-Gb/s数字信号进行16-QAM数据映射、奈奎斯特滤波和上变频至上边带;实现携带独立传输信息的上边带和下边带4+1路复数混合信号； 针对光电器件的频率响应不平坦现象，对产生的4+1路复数混合信号进行预均衡处理，为其在信道传输前高频部分的失真做预补偿。7.根据权利要求6所述的产生混合传输信号的方法，其特征在于: 所述4+1复数混合信号子信道的频谱形状为方形。8.根据权利要求7所述的产生混合传输信号的方法，其特征在于: 所述子信道之间的保护间隔设置为0.1GHz。
【文档编号】H04B10/25GK105827318SQ201610313446
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】董泽, 张惠忠
【申请人】华侨大学