专利名称：一种基于ofdma的融合接入网系统的制作方法
技术领域：
本发明属于光通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于OFDMA的融合接入网系统。
背景技术：
近年来，随着通信容量的快速增大、通信业务的日益丰富、通信应用需求的灵活多 样，传统的城域网与接入网独立通信模式已经不能适应当前飞速发展的通信网络现状，也已经不能满足人们对不断膨胀的网络信息的巨大需求，因而寻求一种能够解决上述问题的新型网络体系结构已成为未来城域网与接入技术领域所面临的重大挑战。随着新一代信息网络产业被列为“十二五”重点战略性新兴产业，中国制订了国家宽带发展计划，逐渐开始走向了新一代信息网络产业的探索之路。传统的城域网与接入网是独立分开进行通信的，城域网主要实现高带宽业务的承载、交换、分配等功能，而接入网则主要实现业务数据的远端接入功能。为了顺应网络扁平化、业务融合承载的下一代互联网发展需求，城域网与接入网的融合与统一已经是必然的发展趋势。将城域网与接入网相融合，突破传统的城域网与接入网的独立通信模式，可以达到能效利用最优化、传输通道透明化、网络集成化的目标，从而极大的降低了建设成本，同时促进了低碳网络和绿色通信技术的发展。正交频分复用(OrthogonalFrequency-Division Multiple,简称OFDM)技术是一种多载波调制技术，其采用几百个甚至是几千个窄带子载波进行高速数据传输，其中每个子载波承载了相应的比特数据，它们之间是相互正交的。正交频分多址(OrthogonalFrequency Division Multiple Access,简称0FDMA)是以OFDM为基础的，通过给每个用户分配一定数量的子载波来实现多用户接入。OFDMA除了继承OFDM的优点之外，还具有非常灵活的分配机制，可以根据用户业务量的大小动态分配子载波的数量，并且可以在不同的子载波上使用不同的调制和编码方式以及发射功率来减少干扰，增加系统容量；同时，基于OFDM的调制技术不仅是实现高频谱利用率的有效方法，而且具有抵抗色散和偏振模色散能力，因此，采用该技术能够满足未来光网络的宽带接入和低成本需求。欧洲的FP7研究项目提出了一种城域网与接入网的融合方案，S卩“ ScalabIeAdvanced Ring-based passive Dense Access Network Architecture(SARDANA)，，。在该方案中，集中采用了波分复用(Wavelength Division Multiplexing,简称WDM)和时分多址(Time Division Multiple Access,简称TDMA)这两种技术来构建城域网与接入网融合系统，对于N个环形节点，选用2N个波长来进行双向传输和交换，并最终以时分复用(Time-Division Multiplexing,简称TDM)的方式将信号接入到用户终端。该融合方案的特点在于它能够很好的与现有的技术标准相匹配以及能够很容易地在现有的通信基础设施上面进行升级，但是面向更长远的网络发展需求来看，该融合方案存在交换接入的灵活性较低、TDM对时间同步要求苛刻、长程传输受色散等影响大等不足。
另外，在2009年(美国光学学会Optical Society of America)召开的光纤通信OFC会议上，美国NEC实验的Wei Wei等人提出了一种基于OFDMA环技术的新型城域网系统，即基于动态子载波分配的光OFDMA城域网(An Optical OFDMA Metro Ring Networkwith Dynamic Sub-carrier Allocation),该城域网系统利用OFDMA中的子载波动态分配技术很好地实现了信息交换和分配的灵活性，实现了高的频谱利用率和灵活性，让我们充分享受了光学系统传输的透明性和巨大的带宽。同时，由于该城域网系统对灵活的QoS的支持，使得节点的结构也相对地简单和有效。但该方案仅仅是对城域网的改进，没有涉及如何与接入网融合。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于OFDMA的融合接入网系统，使城域网与接入网得到有效融合，同时具有可扩展、高灵活以及低成本的性能。 为实现上述发明目的，本发明基于OFDMA的融合接入网系统，其特征在于包括连接核心网和用户终端的一个OFDMA单纤环和若干个OFDMA单纤树；OFDMA单纤环包括一个中心局CO和n个中心节点CNi,其中，i = 1，2，. . .，n ;中心局CO与中心节点CN i、中心节点CN」_与下一个中心节点CN」+1以及中心节点CNn与中心局CO之间都由一条与连接方向相同的单向传输的光纤连接，其中，j = 1，2，...，n-l ;中心局CO与核心网直接相连，负责将来自核心网的数据组装成适合各个中心节点CN i传输和交换的格式，并加载子载波，即调制，然后进行快速傅里叶逆变换、上变频变换、数/模变换和电/光变换，得到光OFDM信号，得到的光OFDM信号沿传OFDMA单纤环传输和下载在中心节点CN—i中，对输入的光OFDM信号通过分束器分成两路,一路经过光/电转换、模/数转换变成电域的数字信号，这个数字信号经过下变频后接着进行快速傅里叶变换，得到子载波信号，然后，选择该节点对应的子载波信号进行解调，解调后进行子载波动态分配，选择新的子载波进行调制，调制后进行快速傅里叶逆变换，最后进行上变频并通过数/模和电/光转换变成下行光OFDM信号，另一路经过光放大器放大后，通过与下一个中心节点CN i+1连接的单向传输的光纤传给下一个中心节点CN i+1 ；OFDMA单纤树为用双向单纤，通过耦合器连接将某一个中心节点CN」与其对应若干个远端节点，即用户终端而构成的树形结构，负责将中心节点CN」输出的下行光OFDM信号长距离传送到各个用户终端，同时将来自各个用户终端的光OFDM信号反馈到中心节点CNi,构成上行光OFDM信号；该树形结构是基于OFDM长距离无源光网络(Passive OpticalNetwork,简称P0N)的特点来设计的；在中心节点CN」中，上行光OFDM信号经过光/电转换、模/数转换变成电域的数字信号，这个数字信号经过下变频后接着进行快速傅里叶变换，得到子载波信号并进行解调，解调后进行子载波动态分配，选择新的子载波进行调制，调制后进行快速傅里叶逆变换，最后进行上变频并通过数/模和电/光转换变成新的上行光OFDM信号；该新的上行光OFDM信号通过耦合器耦合到单向传输的光纤上；在中心局CO中，对来自各个中心节点CNj的新的上行光OFDM信号进行处理后，发送到核心网。本发明的发明目的是这样实现的
本发明基于OFDMA的融合接入网系统，通过OFDMA单纤环和若干个OFDMA单纤树将核心网和用户终端连接起来，使城域网与接入网有效融合在一起。同时，在实际配置OFDMA单纤环的时候，可以根据用户终端的实际需求在现有的OFDMA单纤环中增加相应数目的中心节点，这样的添加不会影响其他已经配置好的中心节点的正常工作，因而，具有非常好的扩展性和灵活性，能够适应当今社会网络信息容量日益增长的趋势。同时，本发明基于OFDMA的融合接入网系统还具有以下有益效果
(I)、通过使用OFDMA技术以及子载波的选取，实现了城域网与接入网的无缝融合，突破了传统上城域网与接入网独立通信的模式；(2)、中心节点中使用OFDMA技术，与欧洲的FP7研究项目提出的SARDANA结构相t匕，更具灵活性，且实现了高的频谱利用率。同时，从中心节点到用户终端使用OFDMA技术实现远端接入，这样在实现高灵活性的同时对同步的要求也降低了，能够适应网络通信容量与日俱增的大趋势；(3)、使用OFDMA技术实现从中心节点到用户终端的远端接入，与美国NEC实验等提出的OFDMA城域环相比，扩展了网络结构，实现了城域网和接入网的无缝融合，与城域网和接入网单独发展建设相比，大大的简化了网络结构，节约了成本，使得网络的集成化程度更高。
图I是本发明基于OFDMA的融合接入网系统一种具体实施方式
架构图；图2是图I所示中心节点一种具体实施方式
结构图；图3是图I所示用户终端一种具体实施方式
结构图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例为了方便描述，先对具体实施方式
中出现的相关专业术语进行说明OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing):正交频分复用；OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access):正交频分多址接
A ；CO (Central Office):中心局；CN (Central Node):中心节点；RN (Remote Node):远端节点；FFT (Fast Fourier Transform):快速傅里叶变换；IFFT (Inverse Fast Fourier Transform):快速傅里叶逆变换；PD(Photodiode):光电二极管；RSOA(Reflective Semiconductor Optical Amplifier):反射式半导体光放大器；
图I是本发明基于OFDMA的融合接入网系统一种具体实施方式
架构图。在本实施例中，如图I所示，本发明基于OFDMA的融合接入网系统中连接核心网和用户终端的是一个OFDMA单纤环和若干个OFDMA单纤树。需要说明的是，为了简洁，只给出了两根OFDMA单纤树，即与中心节点CN」、中心节点CN」相连接的OFDMA单纤树，其余中心节点的OFDMA单纤树予以了省略。如图I所示，OFDMA单纤环包括一个中心局CO和n个中心节点CN」，其中，i = 1，2，. . .，n ;中心局CO与中心节点CN」、中心节点CNj与下一个中心节点CN」+1以及中心节点0&与中心局CO之间都由一条与连接方向相同的单向传输的光纤连接，n为中间节点的个数。在本实施例中，在单向传输的光纤中的光OFDM信号沿图I所示的方向从中心局CO到中心节点CN」，然后到中心节点CN2依次传输，再返回中心局CO。数据由核心网流向用户终端的方向为下行方向，而数据由用户终端流向核心网的方向则为上行方向。如图I所示，OFDMA单纤环中的中心局CO与核心网直接相连，中心局CO负责将来自核心网的数据组装成适合各个中心节点CN」传输和交换的格式，并加载子载波，即调制，然后进行快速傅里叶逆变换、上变频变换、数/模变换和电/光变换，得到光OFDM信号，得到的光OFDM信号沿传OFDMA单纤环传输和下载。而各个中心节点CNi则可以分布在OFDMA单纤环中的任意位置，负责传输和下载来自核心网以及需要上传到核心网的光OFDM信号。每个中心节点都携带了所有的来自核心网的数据，即光OFDM信号包含有所有的来自核心网的数据。在本实施例中，光OFDM信号的子载波为单一波长。在实际配置OFDMA单纤环的时候，可以根据远端用户，即用户终端的实际需求在现有的OFDMA环中增加相应数目的中心节点，这样的添加不会影响其他已经配置好的中心节点的正常工作，因而本发明的基于OFDMA的融合接入网系统具有非常好的扩展性，能够适应当今社会网络信息容量日益增长的趋势。如图I所示，OFDMA单纤树为用双向单纤，通过耦合器连接将某一个中心节点CNi与其对应若干个远端节点，即用户终端而构成的树形结构，负责将中心节点CN」输出的下行光OFDM信号长距离传送到各个用户终端，同时将来自各个用户终端的光OFDM信号反馈到中心节点CN」，构成上行光OFDM信号。图2是图I所示中心节点一具体实施方式
结构图。如图2所示，在本实施例中，在中心节点CN」中，对输入的光OFDM信号通过分束器分成两路。一路经过光/电转换、模/数转换变成电域的数字信号，这个数字信号经过下变频后接着进行快速傅里叶变换，即IFFT变换，得到子载波信号，然后，选择该节点对应的子载波信号进行解调，解调后进行子载波动态分配，选择新的子载波进行调制，调制后进行快速傅里叶逆变换，最后进行上变频并通过数/模和电/光转换变成下行光OFDM信号，然后通过OFDMA单纤树传送到各个用户终端；另一路经过光放大器放大后，通过与下一个中心节点CN i+1连接的单向传输的光纤传给下一个中心节点CN i+1。来自各个用户终端的光OFDM信号反馈到中心节点CN」，构成上行光OFDM信号。在 中心节点CNi中，上行光OFDM信号经过光/电转换、模/数转换变成电域的数字信号，这个数字信号经过下变频后接着进行快速傅里叶变换，得到子载波信号并进行解调，解调后进行子载波动态分配，选择新的子载波进行调制，调制后进行快速傅里叶逆变换，最后进行上变频并通过数/模和电/光转换变成新的上行光OFDM信号；该新的上行光OFDM信号通过耦合器耦合到单向传输的光纤上。图3是图I所示用户终端一种具体实施方式
结构图。在本实施例中，如图3所示，远端节点RN就是用户终端，与OFDMA单纤树直接相连，包括—光稱合器，用于将下行光OFDM信号分为两束；一光电探测器以及OFDM解调器，将光耦合器分出的一束下行光OFDM信号送入光电探测器中进行光电转换，得到的电OFDM信号送入OFDM解调器中解调，得到用户需要的下行数据；
一 OFDM调制器，OFDM调制器对上行数据进行调制，得到上行OFDM信号；一反射式半导体光放大器，光耦合器分出来的一束下行光OFDM信号进入反射式半导体光放大器RS0A，从而擦除该光OFDM信号上携带的下行OFDM信号，产生纯净的上行光载波，然后输入到反射式半导体光放大器RSOA中，将上行OFDM信号加载到产生的纯净的上行光载波上形成上行光OFDM信号，再通过光耦合器将上行光OFDM信号传送到OFDMA单纤树中。在本实施例中，用户终端最大的特点就是其无源性，尽管上面对本发明说明性的具体实施方式
进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式
的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
权利要求
1.一种基于OFDMA的融合接入网系统，其特征在于包括连接核心网和用户终端的一个OFDMA单纤环和若干个OFDMA单纤树； OFDMA单纤环包括一个中心局CO和η个中心节点CNi,其中，i = 1,2, ...，η ;中心局CO与中心节点CN」、中心节点CN」_与下一个中心节点CN」+1以及中心节点CNn与中心局CO之间都由一条与连接方向相同的单向传输的光纤连接，其中，J = 1，2，...，n-l ; 中心局CO与核心网直接相连，负责将来自核心网的数据组装成适合各个中心节点CN」传输和交换的格式，并加载子载波，即调制，然后进行快速傅里叶逆变换、上变频变换、数/模变换和电/光变换，得到光OFDM信号，得到的光OFDM信号沿传OFDMA单纤环传输和下载在中心节点CN」中，对输入的光OFDM信号通过分束器分 成两路，一路经过光/电转换、模/数转换变成电域的数字信号，这个数字信号经过下变频后接着进行快速傅里叶变换，得到子载波信号，然后，选择该节点对应的子载波信号进行解调，解调后进行子载波动态分配，选择新的子载波进行调制，调制后进行快速傅里叶逆变换，最后进行上变频并通过数/模和电/光转换变成下行光OFDM信号，另一路经过光放大器放大后，通过与下一个中心节点CN i+1连接的单向传输的光纤传给下一个中心节点CN i+1 ； OFDMA单纤树为用双向单纤，通过耦合器连接将某一个中心节点CN」与其对应若干个远端节点，即用户终端而构成的树形结构，负责将中心节点CN」输出的下行光OFDM信号长距离传送到各个用户终端，同时将来自各个用户终端的光OFDM信号反馈到中心节点CNi，构成上行光OFDM信号；该树形结构是基于OFDM长距离无源光网络(Passive OpticalNetwork,简称PON)的特点来设计的； 在中心节点CN」中，上行光OFDM信号经过光/电转换、模/数转换变成电域的数字信号，这个数字信号经过下变频后接着进行快速傅里叶变换，得到子载波信号并进行解调，解调后进行子载波动态分配，选择新的子载波进行调制，调制后进行快速傅里叶逆变换，最后进行上变频并通过数/模和电/光转换变成新的上行光OFDM信号；该新的上行光OFDM信号通过耦合器耦合到单向传输的光纤上； 在中心局CO中，对来自各个中心节点CN」的新的上行光OFDM信号进行处理后，发送到核心网。
2.根据权利要求I所述的基于OFDMA的融合接入网系统，其特征在于，所述的OFDM信号的子载波为单一波长。
3.根据权利要求I所述的基于OFDMA的融合接入网系统，其特征在于，所述的用户终端包括 一光稱合器，用于将下行光OFDM信号分为两束； 一光电探测器以及OFDM解调器，将光耦合器分出的一束下行光OFDM信号送入光电探测器中进行光电转换，得到的电OFDM信号送入OFDM解调器中解调，得到用户需要的下行数据； 一OFDM调制器，OFDM调制器对上行数据进行调制，得到上行OFDM信号； 一反射式半导体光放大器，光耦合器分出来的一束下行光OFDM信号进入反射式半导体光放大器RS0A，从而擦除该光OFDM信号上携带的下行OFDM信号，产生纯净的上行光载波，然后输入到反射式半导体光放大器RSOA中,将上行OFDM信号加载到产生的纯净的上行光载波上形成上行光OFDM信号，再通过光耦合器将上行光OFDM信号传送到OFDMA单纤树中。
全文摘要
本发明公开了一种基于OFDMA的融合接入网系统，通过OFDMA单纤环和若干个OFDMA单纤树将核心网和用户终端连接起来，使城域网与接入网有效融合在一起。同时，在实际配置OFDMA单纤环的时候，可以根据用户终端的实际需求在现有的OFDMA单纤环中增加相应数目的中心节点，这样的添加不会影响其他已经配置好的中心节点的正常工作，因而，具有非常好的扩展性和灵活性，能够适应当今社会网络信息容量日益增长的趋势。
文档编号H04L27/26GK102638434SQ20121008603
公开日2012年8月15日 申请日期2012年3月28日 优先权日2012年3月28日
发明者张崇富, 张琼丽, 陈晨 申请人:电子科技大学