下行67%的PAM4信号和上行AMI信号的全双工自由空间光接入系统技术方案

本发明专利技术公开了下行67％的PAM4信号和上行AMI信号的全双工自由空间光接入系统，该系统传输速率和距离分别为1.5Gbit/s和100m，并在上下行链路中引入6GHz正弦副载波进行混频以提取时钟信号，其与现存的自由空间光接入系统方案相比在一定程度上提高了FSO接入系统的收发质量和无线光网络接入的灵活性，测试结果证明：本发明专利技术提出的方案下行采用67％RZ

【技术实现步骤摘要】
下行67％的PAM4信号和上行AMI信号的全双工自由空间光接入系统


[0001]本专利技术属于无线光通信领域，用于在全双工FSO系统中下行传输67％RZ
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PAM4信号和上行传输AMI信号。

技术介绍

[0002]近年来，以无线通信为基础拓展的新型接入业务使大带宽接入网络的部署引起研究人员和业界关注。在全双工光接入系统中采用大宽带技术能提高系统的传输容量和频谱效率。然而现有无线网络技术的工作频段主要有2.4GHz和5GHz，由于很多设备的应用，诸如智能家居、现代远程教育、智能医疗器械和工业互联网等业务，会造成该频段信号传输时拥挤、传输后信号易失真从而在一定程度上降低无线通信系统的性能。我们研究的6GHz频段对于解决微波干扰和大容量网络拥挤等问题具有潜在应用前景。6GHz增加了带宽的通道数量，可用频谱是2.4和5GHz频带的三倍，在未来有望和2.4和5GHz一起传输数据，提高全双工无线光接入系统的频带效率同时支持更多的各类用户。
[0003]传统的光纤通信采用光纤作为通信媒介进行传输信号，但在复杂地形地貌条件下“最后一公里”接入问题上有时难以实现，同时在建设时还存在移动性能差、施工成本高等局限性。自由空间光通信(FSO)是以激光束作为载波通过自由空间传输和收发的光载无线信号的新型宽带通信方式，其支持更高传输速率、更高容量、更大带宽、高保密性、低功耗、不受电磁干扰、无需市政许可牌照、易于安装和升级等特点使其具有潜在的商业应用价值。因此，FSO链路可以提供高速通信服务，能为突发自然灾害或需要临时增加某个区域的通信能力时提供应急通信链路、可用于宽带无线局域网搭建，具有安全、快捷和高效性、还可充当特殊地形地貌的网络干线系统同时可实现“最后一公里”的灵活接入。除此之外，自由空间光通信(FSO)能在光线路终端(OLT，Optical Line Terminal)和光网络单元(ONU，Optical Network Unit)间提供宽带无线光连接，但是由于光信号在自由空间传输时极易受到天气条件(如大气湍流效应)的影响。
[0004]占空比为67％的归零码
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四进制脉冲幅度调制(67％RZ
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PAM4)技术作为一种具有高频谱效率、高比特速率、大传输容量以及较强的抗色散容限度等优势的调制信号，且能够在自由空间无线光接入应用中有限带宽内实现高速率信息传输，同时67％RZ时钟的PAM4信号可以实现多用户时间同步应用的需求，与33％和50％RZ
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PAM4调制技术相比其频谱利用率显著提高。将有望成为提高全双工FSO接入系统中最具有前景的候选方案。
[0005]双极性(Alternate Mark Inversion，AMI)是一种信号交替反转编码技术，采用正电平、负电平和零电平表示二进制信息，AMI码的编码方式为原始数据信号中的0保持不变，1变为1与
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1交替，只有很小的低频分量，由于编码后的信号为1与
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1交替，可以在一定程度上消除传输过程中产生的直流分量，而且可以清晰观察到接收信号上的错误信息实现差错自检。在发射端通过采用预编码实现降低误码持续传播的部分响应，并在接收端进行强度调制直接探测技术恢复数据，进一步降低系统接收端复杂度和成本。该编码技术与具有码
字少，易产生直流分量等劣势的单极性编码相比双极性编码可以在一定程度上有效克服这些缺点，因此可将其应用于全双工FSO接入系统领域实施研究及应用。
[0006]综上，目前业界已提出的FSO光接入系统，其易于搭建、抵抗直流分量的能力和具有大容量与宽带的应用优势，但在频谱利用率、通信带宽、传输速率及传输和收发性能等方面仍有待进一步改善和提高。

技术实现思路

[0007]为了进一步提高FSO接入系统的通信容量和收发质量，及满足未来快速增长的互联网数据流业务和大规模市场用户与商业应用的需求，提出一种下行采用占空比为67％的归零码
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四进制脉冲幅度调制和上行采用双极性编码的全双工自由空间光接入系统，该系统在光线路终端(OLT)和光网络单元(ONU)分别产生下行占空比为67％的归零码
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四进制脉冲幅度调制和上行双极性编码的光信号，并采用6GHz频段以低成本、快速部署的方式扩展无线网络覆盖的灵活性，以1.5Gbit/s的速率在100m自由空间无线光通信(FSO)信道传输，相较于传统传输系统方案测试结果证明：本专利技术提出的方案，不但可以提高频带利用率、有效地抵抗直流分量带来的负面效应和支持直接探测光信号，而且能显著提高67％RZ
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PAM4和AMI信号传输后的接收质量，同时能解决不利于光纤“最后一公里”接入的问题。上述装置实现方便，技术上切实可行。
[0008]为了实现上述效果，本专利技术采用的技术方案是：下行67％的PAM4信号和上行AMI信号的全双工自由空间光接入系统，包括下行过程：激光器CW1产生连续光信号发送到双臂马赫
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曾德尔调制器DMZM1中，正弦发生器SG1产生第一正弦副载波信号送入双臂马赫
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曾德尔调制器DMZM2中，然后将正弦发生器SG2产生第二正弦副载波信号送入双臂马赫
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曾德尔调制器DMZM2中；PAM脉冲幅度序列产生器和多进制脉冲幅度产生器MPG生成基带PAM4信号驱动双臂马赫
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曾德尔调制器DMZM2生成67％RZ
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PAM4信号；并和CW2产生的具有频率为193.16THz的上行光载波信号一起通过自由空间光信道传输；在接收端将信号分成两路，一路光信号经贝塞尔滤波器BOF1滤除上行载波和传输过程中产生的带外噪声后作为下行链路接收端信号，再通过光电探测器PIN1直接检测解调出下行信号，并采用一个低通滤波器LPF1滤除频带内噪声以恢复原始数据。
[0009]上行过程：另一路光信号通过贝塞尔滤波器BOF2滤除下行信号后用作上行载波，输入双臂马赫
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曾德尔调制器DMZM3中，正弦发生器SG3产生第三正弦副载波信号送入双臂马赫
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曾德尔调制器DMZM3中，处理后输入到马赫
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曾德尔调制器MZM中，伪随机序列发送到级联的双二进制预编码DBP、非归零脉冲发生器NRZ、电信号延时器ESTD、电子减法器ES和低通滤波器LPF2产生AMI电信号，经电增益EA放大后驱动马赫
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曾德尔调制器MZM产生光域AMI信号；通过自由空间光信道传输；在接收端通过光电探测器PIN2对接收到的信号进行检测，并将检测到的电信号通过低通滤波器LPF3滤除频带内噪声，最后将滤波后的信号还原为原始数据信号。
[0010]在上述方案中，所述正弦发生器SG1产生第一正弦副载波信号的时钟频率为6GHz，正弦发生器SG2产生第二正弦副载波信号的时钟频率为0.75GHz。
[0011]进一步，所述双臂马赫
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曾德尔调制器DMZM2生成RZ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.下行67％的PAM4信号和上行AMI信号的全双工自由空间光接入系统，其特征在于：包括下行过程：激光器CW1产生频率为193.1THz的连续光信号发送到双臂马赫
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曾德尔调制器DMZM1中，正弦发生器SG1产生第一正弦副载波信号送入双臂马赫
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曾德尔调制器DMZM1中，然后将产生的信号发送到双臂马赫
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曾德尔调制器DMZM2中，正弦发生器SG2产生第二正弦副载波信号送入双臂马赫
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曾德尔调制器DMZM2中；PAM脉冲幅度序列产生器和多进制脉冲幅度产生器MPG生成基带PAM4信号驱动双臂马赫
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曾德尔调制器MZM2生成RZ
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PAM4信号；并和CW2产生的具有频率为193.16THz的上行光载波信号一起通过自由空间光信道传输；在接收端将信号分成两路，一路光信号经贝塞尔滤波器BOF1滤除上行载波和传输过程中产生的带外噪声后作为下行链路接收端信号，再通过光电探测器PIN1直接检测解调出下行信号，并采用一个低通滤波器LPF1滤除频带内噪声以恢复原始数据；上行过程：另一路光信号通过贝塞尔滤波器BOF2滤除下行信号后用作上行载波，输入双臂马赫
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曾德尔调制器DMZM3中，同时正弦发生器SG3产生第三正弦副载波信号送入双臂马赫
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曾德尔调制器DMZM3中，处理后输入马赫
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曾德尔调制器MZM中，伪随机序列发送到级联的双二进制预编码DBP、非归零脉冲发生器NRZ、电信号延时器ESTD、电子减法器ES和低通滤波器LPF2产生AMI电信号，经电增益EA放大后驱动马赫

【专利技术属性】
技术研发人员：邵宇丰，于妮，王安蓉，田青，袁杰，左仁杰，伊林芳，杨骐铭，李彦霖，刘栓凡，陈鹏，李冲，
申请(专利权)人：重庆三峡学院，
类型：发明
国别省市：