一种基于超窄带谱切分非相干光源和自适应阈值调控的WDM-PON通信系统的制作方法

本实用新型属于通信技术领域，具体是一种基于超窄带谱切分非相干光源和自适应阈值调控的WDM-PON通信系统。

背景技术：

随着信息技术的高速发展，远程医疗、IPTV，HDTV 等视频业务、大数据云分析等先进通信系统对网络的带宽需求日益增加。FTTx的发展极大的带动了无源光网络（PON）的发展。其中，DWDM-PON系统被认为是最有前途和最有希望的接入系统。目前，国际上已将波长锁定 WDM-PON 和波长重用 WDM-PON技术发展为商业级别。

波长锁定 WDM-PON 主要利用了注入锁模原理。当外部种子光源注入法布里-珀罗激光二极管 (Fabry-Perot Laser Diode, FP-LD) 中后，只有与种子光源波长一样的波长被锁定并被放大，同时抑制其他波长光的强度。种子光源可采用宽带光源 (Broadband Source, BBS)，比如放大自发辐射光源(Amplified Spontaneous Emission, ASE)，或者多波长/多纵模激光器，或者直接采用双FP-LD互注入的方式来锁定波长。

宽带种子光源可以在中心局（Central Office, CO）光线路终端 (Optical Line Terminal, OLT)中或者光网络单元 (Optical Network Unit, ONU)中，也可以完全集中在CO中，为整个通信系统提供下行或者上行通讯所需的种子光源。宽带种子光源在穿过波分复用多路复用/解复用器 (WDM MUX/DMUX)时，光谱会被切分，谱切分后的种子光注入FP-LD 中。但是，经过WDM MUX/DMUX谱切分后的光谱宽度较宽（大于60GHz），容易受色散和光学滤波影响，传输距离有限，并且不适用于密集波分复用系统。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于超窄带谱切分非相干光源和自适应阈值调控的WDM-PON通信系统，有效抵抗强度噪声的影响，同时光源的超窄带线宽对色散和光学滤波的影响有较强抗性，适用于远距离DWDM通信系统。

本实用新型采用以下技术方案：一种基于超窄带谱切分非相干光源和自适应阈值调控的WDM-PON通信系统，包括中心站、远距离光纤传输系统、远端节点和光网络单元，所述远端节点通过远距离光纤传输系统与中心站连接，所述光网络单元与远端节点连接，所述中心站包括依次连接的用于入射到下行信号的宽谱光源、用于切分宽谱光源的超窄带带通滤波器、用于将不同波长超窄带光源分离到对应通道的第一多路分离耦合装置（可以选用第一级阵列波导光栅AWG1）、以及多个数据调制模块和将多路下行信号耦合的第二波分复用器（可以选用第二级阵列波导光栅AWG2），所述多个数据调制模块的两端分别与第一多路分离耦合装置和第二波分复用器连接；数据调制模块可通过偏振态不敏感的电吸收光调制器来增强3-dB的系统传输性能。

所述远端节点包括用于波分复用/多路分离的第三波分复用器/多路分离器；通过远距离光纤传输系统连接到中心站；所述第三波分复用器/多路分离器优选采用阵列波导光栅或者薄膜滤波器。

所述光网络单元包括连接到第三波分复用器/多路分离器的自适应阈值调节模块和数据解调模块，所述自适应阈值调节模块包括光电探测器、自适应阈值计算和比较器。在CO将信号调制在超窄带谱切分非相干光源（ultra-narrow spectrum-sliced incoherent light，USSIL）的各个信道波长上；在光网络单元（ONU）利用USSIL的强度噪声主要集中在低频区域特性，通过自适应算法动态调节接收端的判决阈值，有效抵抗色散和光学滤波影响，改善光学系统的通信性能，降低信号误码率（Bit Error Rate，BER）。

所述宽谱光源是发光二极管LED、法布里珀罗激光二极管FP-LD、超辐射二极管SLD或者掺铒光纤放大器EDFA产生的ASE或者通过非线性效应产生的超连续光源SLS等。

所述超窄带带通滤波器采用高斯滤波器或者具有洛仑兹形状的光纤光栅滤波器或法布里-珀罗滤波器。

所述超窄带带通滤波器的温度由TEC进行控制。

所述超窄带带通滤波器的频道间隔和WDM-PON系统的频道间隔保持一致。

所述多个数据调制模块采用对强度噪声有较好抗性的通断键控调制方式。

所述数据调制模块前设有前置纠错编码，在光网络单元的自反馈阈值判决电路之后采用前置纠错解码来增强系统的噪声抗性。

所述自适应阈值调节模块通过自适应的阈值调控算法来调整信号的判决阈值，所述自适应的阈值调控算法采用单码元判决反馈、盲检测或广义似然比检验-最大似然序列检测等。

本实用新型中，可以在发射端采用前置纠错编码，并在接收端的自反馈阈值判决电路之后采用前置纠错解码来增强系统的噪声抗性。

本实用新型的优点是：本实用新型采用超窄带谱切分非相干光源和自适应阈值调控技术，超窄带谱切分非相关光源是利用超窄带带通滤波器对宽谱光源进行滤波得到，线宽小于700MHz。利用相邻的信号的强度噪声相关性，在信号接收端利用自适应算法，估算强度噪声的改变，并自适应地调整信号的阈值，改善信号误码率（Bit Error Rate，BER）。有效抵抗强度噪声的影响，同时光源的超窄带线宽对色散和光学滤波的影响有较强抗性，适用于远距离DWDM-PON通信系统。

附图说明

图1为WDM-PON中的基于超窄带谱切分非相干光源和自适应阈值调控系统的下行通信系统装置图；

图2a为WDM-PON系统中采用的宽谱光源的光谱图；

图2b为WDM-PON系统中宽谱光源经超窄带切分后经过调制和光路复用后的信号光谱图；

图3为线宽63-GHz的谱切分非相干光源和超窄带700-MHz 线宽的谱切分非相干光源的相对强度噪声频谱图的比较；

图4为基于WDM-PON系统中，位于1542nm通道的25Gb/s信号的误码率和传输距离的关系。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面将结合实施例和附图对本实用新型的作进一步详述，该实施例仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的保护范围的限定。

如图1所示，一种基于超窄带谱切分非相干光源和自适应阈值调控的WDM-PON通信系统，主要包括了中心站、远距离光纤传输系统、远端节点和光网络单元。

中心站进一步包括了用于入射到下行信号的宽谱非相干光源BLS, 本实施例中选取了掺铒光纤放大器EDFA来产生自发放大发散光源；用于切分宽谱非相干光源的超窄带带通光滤波器，本实施例中选取了法布里-珀罗（FFP）滤波器；将不同波长超窄带光源分离到对应通道的第一多路分离耦合装置，本实施例中选取了阵列波导光栅（arrayed wavelength grating AWG）；以及多个数据调制模块，信号进行光调制之前先通过了前置纠错编码；和将多路下行信号耦合的第二波分复用器，本实施例中选取了阵列波导光栅（arrayed wavelength grating AWG）；其中超窄带带通光滤波器的频道间隔应当与WDM-PON系统的频道间隔一致，超窄带谱切分非相关光源是利用光纤法布里珀罗（Fiber Fabry-Perot, FFP）滤波器对放大自发辐射光源(Amplified Spontaneous Emission, ASE)进行滤波得到，线宽小于700MHz，数据调制模块可采用偏振不敏感的电吸收调制器来增强信号信噪比。利用掺铒光纤放大器EDFA产生宽谱光源（broad light spectrum, BLS）即ASE信号，之后BLS的光谱通过超窄带宽FFP光滤波器切分得到非相干超窄线宽多波长光源，非相干超窄线宽多波长光源通过阵列波导光栅AWG1实现波长的分离，并利用多个数据调制模块将信号调制到不同波长上，再利用AWG2将加载信号的各个波长信号耦合到一起，即波分复用WDM MUX，通过一根光纤传输到远端节点RN。FFP滤波器产生的USSIL在低频区具有很大的强度噪声，在靠近直流区噪声最大，并且和光源的线宽成反比（相对噪声强度=1/USSIL的线宽）。当USSIL的线宽低于500MHz 时，强度噪声主要影响低频信号。所以，对于高速信号（比如速率高于20Gb/s），相邻比特信号的强度噪声具有较强相关性。

远端节点：负责接收经过长途传输的光信号，包括用于波分复用/多路分离的第三波分复用器/多路分离器，本实施例中选用阵列波导光栅AWG3，将各个波长信号分离，即波分解复用，通过远距离光纤传输系统连接到中心站。

光网络单元ONU包括连接到第三波分复用器/多路分离器的自适应阈值调节模块和数据解调模块，其中，自适应阈值调节模块包括光电探测器（选用光电二极管）、基于电信号的阈值计算模块和比较器。各个波长信道的光学信号通过光电二极管转化为电信号，电信号经过自适应阈值调控的反馈线路对接收系统的阈值进行调控，降低系统的误码率，提升通信系统性能。

如图2a所示，采用的宽谱非相干个光源BLS具有很宽波长范围内平整，高功率的特点。如图2b所示，进行超窄带切分并经过信号调制，光路复用之后的光信号的光谱图，其具有超窄带宽，频道间隔和系统通道间隔匹配的特点。

如图3所示，比较了线宽63-GHz的谱切分非相干光源和超窄带700-MHz 线宽的谱切分非相干光源的相对强度噪声频谱图。传统的63-GHz谱切分非相干光源在信号带宽内表现出类似高斯噪声的特性。而超窄带700-MHz 线宽的谱切分非相干光源则主要集中在低频区域。当频率>2GHz时，超窄带700-MHz 线宽的谱切分非相干光源的相对强度噪声低于63-GHz线宽的谱切分非相干光源的相应值。

如图4所示，基于WDM-PON系统里，位于1542nm的通道传输25Gb/s信号时，采用自适应反馈控制的阈值可以大大降低传输系统的误码率，相比较固定的最佳阈值获得的误码率，自适应反馈控制的阈值可以降低误码率大于10dB。