基于四维动态资源分配的光接入网络系统的制作方法
【专利摘要】一种调制载波领域的基于四维动态资源分配的光接入网络系统，载波发生调节装置产生频率梳并选择能量相同的载波对OFDM数据进行调制，同时根据各个节点的终端用户的不同信号比特率的需求分配相应的子载波数目，OFDM信号处理装置为OFDM数据选择相应的调制码型和对应的前向纠错编码并将OFDM数据调制于载波上并传输至各个终端用户上的信号接收装置。本发明通过调节载波、子载波的数目和选择相应的调制码型、前向纠错编码实现了四个维度的信号带宽和性能调节，从而实现了从全局的角度去进行网络系统整体资源的分配。
【专利说明】基于四维动态资源分配的光接入网络系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种调制载波领域的系统，具体是一种基于四维动态资源分配的光接入网络系统。
【背景技术】
[0002]随着接入网络系统用户数目的增加和业务类型的增多，在接入网络系统中采用多层资源分配的方式能提高整个系统资源分配的效率，从而可以有效的利用整个系统有限的资源，同时能提升网络系统的灵活度。
[0003]接入网络系统最常用的是时分复用的无源光网络(TDM-PON)结构，这种系统中光信号在下行方向只有一个波长，在光线路终端(OLT)所有的信号以广播的形式进行下行传输，并在时域上进行用户间数据带宽的分配。通过光纤传输后，光信号被光学分路器分配到各个光网络单元(ONU)端，并进行光电检测，上行由每个ONU端的激光器在时域上的不同时刻进行上行数据的传输。随着高带宽业务的增加和用户需求的日益增长，波分复用的P0N(WDM - Ρ0Ν)系统被提出，在这类无源接入网络系统中每个ONU由单独的载波进行下行信号的调制，调制后的信号经过阵列波导光栅(AWG)进行合路，再进行光纤的传输，接着各个光信号可以通过AWG将信号分配到每个ONU端，再经过光电探得到下行信号。上行信号传输是通过每个ONU端各自采用不同的波长的激光器来进行传输，在OLT端将各个波长的信号分开再进行信号检测。随着接入网数据类型的丰富和对光接入网系统谱效率要求的提升，正交频分复用的无源光网络(0FDMA - Ρ0Ν)被广泛研究，在单波长OFDMA - PON结构中，下行数据和上行数据的分配可以在时域帧和光子载波间进行灵活分配，每个子载波可以采用高阶的调制码型。因此通过采用OFDMA - PON技术可以提高系统的数据率和提升系统的灵活性。
[0004]随着TWDM - PON成为下一代接入网络系统的标准，在下一代网络系统中需要多个光载波进行信号的传输，同时结合之前的OFDM技术可以大大提升系统的网络流量。因此在下一代光接入网络系统中有多个维度的资源可以被进行优化，其中包括:载波、子载波、调制码型、等，因此从全局的角度对整个系统的资源进行优化是十分必要的。
[0005]经过对现有技术的检索发现，2012年ECOC国际会议论文We.3.A.1中的论文:FredBuchali, and Henning Billow, “Experimental Transmiss1n with POL - QAM and PS - QPSKModulat1n Format Using a28 - Gbaud4 - D Transmitter”。德国贝尔实验室的研究人员提出将传输的信号分别调制在载波两个偏振态的同步和正交路上，从而总共有四个维度的信息，针对传输的数据进行四维信号的编码从而实现了信号调制维度的增加，但该技术主要是针对码型层面进行了四维信号的性能优化，没有进行系统资源的全局优化。
[0006]进一步的论文的检索发现,2012年发表的IEEE Photonics Technology Letter,第24 卷 12 期的论文:Murat Arabaci, Ivan B.Djordjevic, Lei Xu, and Ting Wang “NonbinaryLDPC - Coded Modulat1n for Rate - Adaptive Optical Fiber Communicat1n WithoutBandwidth Expans1n”，美国NEC公司和亚利桑那大学的研究人员提出了针对传输信号的信噪比(SNR, signal to noise rat1)选择不同码率的低密度奇偶校验码(LDPC),从而实现了灵活的前向纠错编码(FEC, forward error correct1n),提出的方案主要针对信道的传输特性选择合适的纠错码。
[0007]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102035789，
【公开日】2011 - 4 - 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。但该现有技术与本发明相比的缺陷和不足在于没有从子载波、载波和调制码型FEC等多个维度进行系统资源的全局优化。
【发明内容】
[0008]本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于四维动态资源分配的光接入网络系统，通过调节载波、子载波的数目和选择相应的调制码型、前向纠错编码实现了四个维度的信号带宽和性能调节，从而实现了从全局的角度去进行网络系统整体资源的分配。
[0009]本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括:中心站、与中心站相联的若干节点、各个节点上的若干终端用户、设置于中心站的正交频分复用(OFDM)信号处理装置和载波发生调节装置、以及设置于各个终端用户上的信号接收装置，其中:载波发生调节装置产生频率梳并选择能量相同的载波对OFDM数据进行调制，同时根据各个节点的终端用户的不同信号比特率的需求分配相应的子载波数目，OFDM信号处理装置为OFDM数据选择相应的调制码型和对应的前向纠错编码并将OFDM数据调制于载波上并传输至各个终端用户上的信号接收装置。
[0010]所述的根据各个节点的终端用户的不同信号比特率的需求具体是指能够满足用户所需的比特率的需求。
[0011]所述的调制码型的选择规则是指:首先根据接收端用户的性能选择适当的QAM码型，在确定码型后选择相应的FEC编码码率，用来最大限度的提升系统的频谱效率。
[0012]所述的调制码型具体是指正交幅度调制技术(QAM, Quadrature amplitudemodulat1n)产生的高阶的调制码型，包括:四相位键控(QPSK, quadrature phaseshifting keying)、8 - QAM、16 - QAM 或 32 - QAM。
[0013]所述的前向纠错编码具体是指不同码率的里德-所罗门(RS，Reed - solomon)编码或者级联多次的RS编码，通过选择不同的码率配合不同的星座图点数，从而针对不同的OFDM数据选择相应信号传输的信号编码和码型。
[0014]所述的OFDM数据的传输形式为强制调制和直接检测，OFDM数据调制于载波上时使用汉米尔特对称，并且于载波和OFDM数据之间加入保护边带，同时OFDM数据中加入循环前缀。
[0015]所述的载波发生调节装置包括:依次串联的级联外调制器、第一波长选择开关、第一马赫曾德尔调制器和第二波长选择开关，其中:级联外调制器包括:依次串联的第二马赫曾德尔调制器、相位调制器以及时钟射频信号驱动电路，所述的第一马赫曾德尔调制器的射频端口与OFDM信号处理装置的输出端相连。[0016]所述的信号接收装置包括:依次串联的色散补偿模块、滤波器、光电探测器和OFDM数字接收器，其中:0FDM接收器将接收到的OFDM数据转换为数字信息，并以此经过时钟同步、信号均衡、去除循环前缀、快速傅里叶变换、并串转变、解映射得到编码后的二进制信号序列，再进行前向纠错编码的解码操作，从而恢复出需要传递的数据信息编。
[0017]本发明通过四维的资源分配实现了针对无源光网络系统每个用户不同信道性能和比特率时系统资源的全局化优化，大大提高了灵活性和适用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明系统结构框图；
[0019]图2为本发明工作流程图；
[0020]图3为实施例1的原理框图；其中，OFDM Signal:0FDM信号、S/P:串并转换、Mapping:映射、IFFT:快速傅里叶逆变换器、P/S:并串转换器、DAC:数模转换器、MZM:马赫曾德尔调制器、PM:相位调制、WSS:波长选择开关、DCM:色散补偿模块、ADC:模数转换器、FFT:快速傅里叶变换器。
【具体实施方式】
[0021]下面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。
实施例1
[0022]如图1所示，本实施例针对的系统为环形的光接入网络系统，其中含有多个载波的信号在中心站点产生，根据每个节点处的终端用户的信道性能，通过调节调制码型和FEC的编码达到最大的传输效率，从而实现最大的频谱效率。接着根据每个节点处所有用户的总带宽选择适当的子载波数目和载波数目，当大于一个载波的时候可以在相应的节点处选择超过一个载波的数目，从而通过调制码型和前向纠错编码FEC来最大的提升系统的频谱效率，再通过载波和子载波的数目来满足不同信号比特率的需求。
[0023]如图2所示，本实施例四维动态资源分配的过程，首先根据用户端的性能选择相应的调制码型和对应的前向纠错编码FEC，目的是为了最大限度的提升系统的频谱效率，接着根据每个用户和节点实际需要的数据率选择对应的载波和子载波数目，配合每个节点出的滤波实现用户间带宽的分配。
[0024]如图3所示，所述的激光器发出的单频率光经过偏振控制器进入MZM的偏振态，同时MZM被高电平的时钟射频信号驱动得到多个载波，接着产生的波载波继续通过偏振控制器和其后的PM进行波载波的产生，此时PM也同样被时钟射频信号驱动,产生的多个光载波经过WSS的选择得到相应数目的能量相同的载波。接着产生的OFDM信号被调制在各个光载波上，图中给出的是每个子载波共同被同样的数据调制，实际的使用过程中需要每个子载波对应一个相应的调制器，从而实现每个载波可以有不同的数据，产生的各个数据载波再经过WSS进行合路，图3中使用滤波器简化WSS的功能，从而得到各个载波被调制的数据，接着多载波数据通过光纤系统进行长距离的传输，同时根据不同的传输距离可以分别模拟图1中不同的传输节点的情况，当长距离传输时需要用DCM来补偿传输过程引入的色散影响，接着信号被放大和滤波得到单个光载波信号，再进入光电探测器将光信号转换为电信号，通过DSP接收芯片的处理可以恢复出相应的电信号。
[0025]上述的OFDM信号主要通过强度调制/直接检测頂/DD的形式在系统中进行传输，主要过程包括:首先将信号进行需要的前向纠错编码FEC，接着通过映射得到QAM信号，通过串并转换得到多个载波的数据，同时进行快速傅里叶逆变换IFFT，将各个信号调制到相应的OFDM载波上，此处采用了汉米尔特对称技术和在载波和信号间加入保护边带的技术，从而实现MDD和信号间拍频噪声对于系统的影响，同时需要在其中加入循环前缀。
[0026]光信号经过光纤链路传输到图1中的各个节点，各个节点根据系统分配的载波和数目等因素选择将相应的载波继续传输或者传输到节点内对应多个终端数据用户，接着在用户端信号经过图2末端的操作:放大、滤波等将相应的光载波信号提取出来，再通过光电探测器得到相应的光信号，接着将电域的OFDM信号通过FPGA芯片等进行DSP的操作处理。
[0027]OFDM处理芯片的主要功能包括:将模拟的OFDM数据信息转换为数字信息，接着实现信号的时钟同步，通过对每个帧结构的操作将传输的信号转换为OFDM的单个帧。接着进行信号的均衡、去除循环前缀、快速的傅里叶变换FFT、并串转变P/S、解映射得到编码后的二进制信号序列，在根据数据选择前向纠错编码FEC码率等参数对得到的二进制信号进行FEC解码的操作，从而恢复出需要传递的数据信息编。
[0028]实际的无源光接入网络系统中每个用户的数据率会随时改变，然而在光网络系统中每个用户的信道性能接近稳定，因此只需要进行载波和子载波的重新资源分配就能重新的实现系统的整体资源优化。
【权利要求】
1.一种基于四维动态资源分配的光接入网络系统，其特征在于，包括:中心站、与中心站相联的若干节点、各个节点上的若干终端用户、设置于中心站的OFDM信号处理装置和载波发生调节装置、以及设置于各个终端用户上的信号接收装置，其中:载波发生调节装置产生频率梳并选择能量相同的载波对OFDM数据进行调制，同时根据各个节点的终端用户的不同信号比特率的需求分配相应的子载波数目，OFDM信号处理装置为OFDM数据选择相应的调制码型和对应的前向纠错编码并将OFDM数据调制于载波上并传输至各个终端用户上的信号接收装置。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的调制码型具体是指正交幅度调制产生的高阶的调制码型，包括:QPSK、8 - QAM、16 - QAM或32 - QAM。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的前向纠错编码具体是指不同码率的里德-所罗门编码或者级联多次的RS编码，通过选择不同的码率配合不同的星座图点数，从而针对不同的OFDM数据选择相应信号传输的信号编码和码型。
4.根据权利要求1、2或3所述的系统，其特征是，所述的OFDM数据的传输形式为强制调制和直接检测，OFDM数据调制于载波上时使用汉米尔特对称，并且于载波和OFDM数据之间加入保护边带，同时OFDM数据中加入循环前缀。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征是，所述的载波发生调节装置包括:依次串联的级联的外调制器、第一波长选择开关、第一马赫曾德尔调制器和第二波长选择开关，其中:级联的外调制器包括:依次串联的第二马赫曾德尔调制器和相位调制器以及两种调制器的时钟射频信号驱动电路，所述的第一马赫曾德尔调制器的射频端口与OFDM信号处理装置的输出端相连。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征是，所述的信号接收装置包括:依次串联的色散补偿模块、滤波器、光电探测器和OFDM数字接收器，其中:0FDM接收器将接收到的OFDM数据转换为数字信息，并以此经过时钟同步、信号均衡、去除循环前缀、快速傅里叶变换、并串转变、解映射得到编码后的二进制信号序列，再进行前向纠错编码的解码操作，从而恢复出需要传递的数据信息编。
【文档编号】H04L27/26GK104038463SQ201410294277
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】曹攀, 胡小锋, 潘听, 吴佳旸, 苏翼凯 申请人:上海交通大学