基于光正交频分复用动态分配的无源接入网系统和方法技术方案

本发明专利技术提供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。采用本发明专利技术的方法和系统，能够实现光ＯＦＤＭ接入的子载波动态分配，其中系统所采用的ＳＷＤＡ算法能够动态的调整ＯＦＤＭ符号中各个子载波的分布，实现低复杂度框架协议下的优化接入网络。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光通信技术，特别涉及一种光OFDM动态分配接入网络系统及其方法。技术背景随着互联网的快速持续发展，视频会议、实时游戏、IPTV等高带宽应用的不断涌 现，尤其是三网合一服务(Triple Play Services)的提出，对接入网的带宽提出了更高的 要求。光纤接入方式以其巨大的带宽优势逐步得到了全球运营商及用户的青睐，尤其是 无源光网络技术(PON，Passive Optical Network)以其纯介质技术得到广泛的部署和应 用。无源光网络技术解决了通信网中最后一公里的瓶颈问题，在未来的升级方案中，能够 进一步提高比特率以实现千兆对称光纤到户方案。当前的PON技术拥有一个庞大的族群， 时分多址无源光网络(TDMAP0N)、波分多址无源光网络(WDM-PON)、光码分多址无源光网络 (0CDMA-P0N)及混合无源光网络(Hybrid PON)等。基于TDMA-PON技术的宽带无源光网络(BPON)、以太无源光网络(EPON)和千兆 无源光网络(GPON)，近年来得到较快的发展。但是在上行方向上基于时分多址技术的 TDMA-P0N，限制了用户的带宽，不能够同时为所有用户提供千兆比特级服务。由于各光网络 单元(ONU, OpticalNetwork Unit)到光线路终端(OLT, Optical Line Terminal)的距离不 同，多个ONU设备发送的数据在OLT接收器上容易发生冲突，必须引入测距技术和突发控制 技术；同时，为了保证OLT能正确接收ONU的突发数据，还需要引入实现快速光检测的突发 光接收器件及能够快速恢复时钟信号的突发时钟数据恢复(B⑶R，Burst Clock and Data Recovery)器件。在扩展更高带宽时，基于电的突发接收技术实现起来很困难，不仅需要增 加复杂的带宽管理算法，而且在时钟同步、快速光信号检测方面，对半导体和光电子行业提 出了苛刻的要求。基于波分多址技术的WDMA-P0N，通过复用器/解复用器为每个用户分配不同 波长来增加上行带宽。虽然WDMA-PON通过建立OLT和OUN之间的点到点的连接解决了 0TDMA-P0N的带宽容限问题，尽管由于波长之间严格正交，不需要引入复杂的上行带宽控制 协议和时钟同步技术，但是在WDMA-PON方式下，用户独享一个波长资源，然而由于波长资 源有限，而且波长资源分配方案复杂，因此难以实现大量用户的灵活接入。光正交频分复用(光0FDM)技术的引入，为接入网的发展开拓了一个新的方向。正 交频分复用是一种多载波通信技术，它把高速的数据流通过串并变换，分配到传输速率相 对较低的若干子载波中进行传输，因此具有频谱效率高，抗多径干扰和灵活支持多种业务 等特点。OFDM技术作为一种调制方法，可以很容易的和多种多址技术相结合，为多个用户提 供同时接入服务，其中OFDMA就是最简单直接的方案。OFDMA是从OFDM系统发展而来的多 用户接入技术，通过给不同的用户分配不同的子载波来实现多用户的接入。无线环境中， 不同用户经历的信道衰落互不相同。光OFDM动态分配接入网络系统，根据各个用户即时信 道特性，采用自适应分配策略将子载波分配给不同的用户，以降低系统所需发射功率；同时 系统可结合功率分配方法以改善通信质量，达到多用户分集，最终提高系统的频谱效率的4目的。图1为一种现有的OFDMA系统模型；结合图1，对现有的系统的结构进行说明，具 体如下现有的OFDM PON包括发射端10，链路11，接收端12。发送端10是由多个(不同光频但每个光频稳定的)激光二极管(LD) 101组成的 光发射机，发射出多路信号送入多路复用设备102 ；其中激光二极管的总数等于要复用的 通路总数。多路复用设备102即分路器和可调谐光滤波器通常由光栅滤波器构成，对输入的 N路信号进行复用后送入链路11中进行传输；链路中的光放大器用于补偿信号在光纤中的传输损耗，光放大器的增益谱特性有 足够的带宽，对复用的每个信道提供均等的增益。通常系统中采用级联放大器。N路信号经 光纤和光放大器传输至接收端12。在接收端12，复用信号经多路分路设备121分离为fl、f2…fn，N路信号分别到达 点到点的接收机122，在接收机处用直接检测方法还原成发送端送至光发射机的原始信息。 若复用信号送至信息分配系统，则接收端的通路选择接收机123选择出所需通路再用直接 检测方法还原出原始信号。其中多路分路设备是采用独立极化的分路器。通路选择接收机 123是由可调谐的光滤波器和本地激光振荡器组成，采用外差式的检测方法。现有的光OFDM系统能够实现端到端传输，可以用于长途干线和市内中继系统；所 需的主要设备是光滤波器即多路复用设备102、光纤和光放大器；还可以用于有线电视系 统(CATV)、LAN网；所需主要设备是光滤波器、光纤、可调谐的半导体激光二极管(LD)和光 放大器。然而由于不同部分用户的信道环境与应用场景的不同，对所接收信号的要求也不 相同，此系统无法根据用户的需求实现动态的分配载波资源，即载波资源和带宽资源利用 率低，降低了接入网的普适性，无法实现网络的优化接入。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种光OFDM动态资源匹配接入系统。该系统基 于现有无源光网络(PON)基本结构，通过加入动态OFDM产生及匹配接收单元，能够实现光 OFDM接入的子载波动态分配，其中系统所采用的动态子载波方法能够动态地调整OFDM符 号中各个子载波的分布，实现低复杂度框架协议下的优化接入网络。本专利技术的另一目的在于提供一种光OFDM动态资源匹配方法，该方法能够动态的 调整OFDM符号中各个子载波的分布，实现低复杂度框架协议下的优化接入网络。为达到上述目的，本专利技术提供了一种无源光网络系统，该系统包括信号发送单元、链路单元，信号匹配接收单元；所述信号发送单元包含光多载波产生模块，动态OFDM产生模块，光多载波产生模 块采用分布式反馈激光器(Distributed Feedback Laser，DFB)，光源发出的光波经过射频 切割后，形成多载波。动态OFDM产生模块由多载波承载OFDM信号，实现基带接入所加载的 OFDM信号根据网络需求与信道条件，动态地调整子载波和其调制格式以及其上分配的比特 数，并通过灵活的星座映射实现子载波的自适应调制。结合不同的信道条件，数据流通过子载波动态分配方法与比特的动态分配，通过自适应调制后进行逆傅里叶(IFFT)变换，由于 各个子载波的动态分配，需要IFFT采用自适应维度的方式变换。经过信道后，再根据子载 波与比特配置信息从OFDM信号提取所需要数据流。所述链路单元包含偏振复用/解复用模块、传输信道模块。偏振复用/解复用模 块采用MIMO算法，在充分考虑双偏振态信号的信道传输矩阵，包括偏振旋转、色散(CD)、偏 振模色散(PMD)等效应后，发送端添加已知的训练序列，在接收时便可根据接收到训练序 列与已知训练序列作比，得到信道的传输矩阵，实现信道对信号影响的精确测量。将接收到 的信号与传输矩阵作乘法，实现偏振复用光OFDM信号的损伤补偿。传输信道模块由不同长 度的单模光纤、多模光纤或者是塑料光纤组成。所述信号匹配接收单元包括信号探测模块，信号解调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光ＯＦＤＭ动态分配无源接入系统，其特征在于，该系统包括：信号发送单元２０，链路单元２１，信号匹配接收单元２２；所述信号发送模块２１包括光多载波产生模块２００，动态ＯＦＤＭ产生模块２０１；所述的光多载波产生模块输出基带光载波，输出多载波至所述的动态ＯＦＤＭ产生模块２０１，输出加载的ＯＦＤＭ信号至所述的链路单元２１；所述的链路单元２１包括偏振复用单元２１０，信道２１１和偏振解复用单元２１０；所述的加载ＯＦＤＭ信号经偏振复用后送入所述的信道２１１，信道传输至接收端由所述的偏振解复用单元２１０进行偏振解复用；所述信道２１１是选择不同长度的单模光纤，多模光纤或者塑料光纤；所述信号匹配接收模块２２包括信号探测模块２２０，信号解调与处理模块２２１；所述偏振解复用后的信号经信号探测模块２２０检测后输出基带光载波至所述信号解调与处理模块２２１。

【技术特征摘要】
1.一种光OFDM动态分配无源接入系统，其特征在于，该系统包括 信号发送单元20，链路单元21，信号匹配接收单元22 ；所述信号发送模块21包括光多载波产生模块200，动态OFDM产生模块201 ；所述的光 多载波产生模块输出基带光载波，输出多载波至所述的动态OFDM产生模块201，输出加载 的OFDM信号至所述的链路单元21 ；所述的链路单元21包括偏振复用单元210，信道211和偏振解复用单元210 ；所述的 加载OFDM信号经偏振复用后送入所述的信道211，信道传输至接收端由所述的偏振解复用 单元210进行偏振解复用；所述信道211是选择不同长度的单模光纤，多模光纤或者塑料光 纤；所述信号匹配接收模块22包括信号探测模块220，信号解调与处理模块221 ；所述偏振 解复用后的信号经信号探测模块220检测后输出基带光载波至所述信号解调与处理模块 221。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的光多载波产生模块200包括DFB 光源，MZM(马赫-曾德调制器)所述的DFB光源，其核心器件分布反馈式(DFB)半导体激光器将光栅放在半导体激光 器的有源区内代替反射面进行反射，利用光栅只反射一定波长的光波的特性，在多个频谱 中选取了与光栅固有波长相同的光震荡，进而输出单纵模激光至所述的MZM;所述的MZM (马赫-曾德调制器)，将输入的光波信号和射频信号进行射频分割，形成多 载波基带光输入至所述的动态OFDM产生模块201 ；3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的动态OFDM产生模块201包括 串并变换单元，动态映射单元，IFFT单元，循环前缀单元，并串转换单元，D/A转换单元 所述的串并变换对用户输入的数据流进行串并转换，形成多路信号，输入至所述的动态映射单元；所述的动态映射单元，对所述串并转换后的数据流，结合信道条件，通过子载波动态分 配方法进行子载波和比特的动态分配；并根据星座映射算法，在各个子载波上进行xQAM、 xPSK等高阶调制的自适应调制，输出的信号送入所述的IFFT单元；所述的IFFT单元，对所述动态映射后的信号进行所述逆傅里叶快速变换，即把数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：忻向军，刘博，张琦，王拥军，尹霄丽，赵同刚，马建新，饶岚，张晓磊，张丽佳，关昕，郝宇霆，陈雨露，原全新，刘皎，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]