【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于相干无源光网络资源分配，具体涉及一种能够在时间、频率和功率三个维度进行资源分配的灵活相干无源光网络系统。
技术介绍
1、随着6g中多个新的关键任务应用程序的出现，如移动x-haul、8k/16k流媒体和即将到来的3d全息传输，正在推动下一代光接入网络朝着更灵活、更高数据速率的通信系统发展。现在，随着ieee的25/50g ng-epon和itu-t 50g pon标准(g.9804)的实现，100g、200g及以上的无源光网络(pon)是光接入网络的下一个追求。为了支持日益增长的带宽需求，基于本振(lo)功率辅助和强大数字信号处理(dsp)的相干pon(cpon)是最有潜力的方案，它可以为系统提供超过200g的数据速率、更高的灵敏度和功率预算。
2、除了高数据速率，相干pon的灵活性也引起了广泛关注。传统的pon系统以相同的峰值数据速率为各个光网络单元(onu)提供服务，但这种方法受制于性能最差的onu。为了解决这一问题，最近提出了一种灵活的相干时分复用(tdm)pon。tdm-pon通过采用自适应波特率、自适应调制格式、自适应码率和自适应星座整形等不同策略，实现了速率自适应接入。然而，tdm-pon的单信道架构在提供低延迟服务方面面临一些挑战。为了进一步提升系统的灵活性，人们对具有灵活多址接入方案的pon系统越来越感兴趣。作为多址相干系统的有前途的候选者，波分复用(wdm)pon和频分复用(fdm)pon将指定的波长或频段分配给onu，提供独立、低延迟和安全的虚拟点对点服务。除了tdm、wdm和fdm
3、除了这些多址方案，还对下一代接入网络中的二维相干接入进行了研究。时频分复用(tfdm)cpon与tdm-pon和wdm-pon相比，可以提供更灵活的带宽分配，同时发挥tdm-pon与fdm-pon的优势。然而在两个维度进行资源分配的tfdm-pon同样有着自身的局限性。在下行链路中，每个子载波的功率保持一致，而onus和olt之间的距离不是一成不变的，较远的onu由于较大的光路径损失，只能传输较低阶的信号，以较低的速率传输信号。为了进一步增强系统的灵活性，需要对三维接入方案进行研究。
技术实现思路
1、相较于目前在时间和频率两个维度进行资源分配的相干pon系统，本专利技术的目的在于提出一种能够在时间、频率和功率三个维度进行资源分配的灵活相干pon系统。
2、本专利技术提供的能够在时间、频率和功率三个维度进行资源分配的灵活相干pon系统，其包括数字多载波信号生成模块、子载波间的功率预均衡模块、用于用户成组的功率平衡模块、实现自适应速率的功率分配模块、子载波上变频及耦合模块、光线路终端信号产生模块、光网络单元信号接收和处理模块；其中：
3、所述数字多载波信号生成模块，根据应用场景需求，产生具有多个数字子载波的复数信号，称为数字多载波信号；
4、所述功率预均衡模块，将由数字多载波信号生成模块产生的多载波信号与功率比相乘并与信道响应的逆做卷积，消除器件带宽限制，并使信号频谱平坦化；
5、所述功率平衡模块，将多载波信号与功率比相乘，消除光线路终端到不同用户的光路径损失不同而造成的影响；
6、所述功率分配模块，将多载波信号与功率比相乘，使得每个子载波都可以传输不同阶数的信号，实现自适应速率；
7、所述子载波上变频及耦合模块，将生成的子载波信号上变频到不同的频段并进行耦合；
8、所述光线路终端信号产生模块，将数字信号转变为模拟信号，经过双偏iq调制器完成信号调制，同时通过掺铒光纤放大器放大光信号；
9、所述光网络单元信号接收和处理模块，接收光纤传输的多载波信号，根据接收器的本振与光线路终端激光器波长的不同，将信号下变频并转换为数字信号，随后使用dsp算法进行信号解码。
10、进一步地：
11、本专利技术中，所述数字多载波信号生成模块，产生数字多载波信号的工作流程为：首先产生随机数据并完成qam映射，然后对信号进行上采样和成型滤波，使得信号后续可以进行上变频并在数字端结合，形成数字多载波信号，每个子载波信号之间有保护间隔，防止出现带间串扰。
12、本专利技术中，所述功率预均衡模块使信号频谱平坦化的工作流程为：根据器件的带宽限制以及每个子载波功率的衰减情况，确定功率比α1。具体确定方法为：初始化α1为1:1:…:1，1的数量与子载波数量相同。发射信号后查看每个子载波信号的ber，如果相同则不需要调整α1，如果不相同则将ber较大的子载波对应的功率比增大，直到所有子载波信号的ber相同为止。此时的α1即为能够消除器件带宽限制的功率比。同时接收端解码时盲均衡算法得到的信道相应反馈至发射端，将信道响应的逆与信号进行卷积，从而使得数字多载波信号经过信道后具有平坦的频谱。
13、本专利技术中，所述功率平衡模块中，将多载波信号与功率比相乘，消除光线路终端到不同用户的光路径损失不同而造成的影响；该功率比记为α2，功率比α2计算方法为：假设存在两个子载波，其发射功率为ptx(单位为dbm)，两个子载波的功率比为a:b，两个子载波从光线路终端到达两个用户的光路径损失分别为la,lb(单位为db)，则可以得到以下的等式：
14、prxa＝ptx-la (1)
15、prxb＝ptx-lb， (2)
16、其中，prxa和prxb是两个子载波的接收光功率，与功率比相乘后两个子载波在接收端功率应该相同，则可以得到以下等式：
17、
18、将其进行变化就可以得到两个子载波的功率比，即α2：
19、
20、因此测得两个用户处的接收光功率，就可以得到对应的两个子载波在发射端的功率比，若存在多个子载波和多个用户，同样可以用这一方法计算功率比α2。
21、将数字多载波信号与功率比α2相乘后，每个用户对应的子载波在接收端具有相同的功率，这意味着在接收端形成了一个虚拟的每个子载波功率相同的多载波信号，这一多载波信号的功率可以表示为：
22、
23、其中，prxn表示第n个用户处的接收光功率，rn表示第n个用户对应的子载波的功率权重(n∈{1,2,…,n})，n表示子载波的数量。
24、本专利技术中，所述功率分配模块中，将多载波信号与功率比相乘，使得每个子载波都可以传输不同阶数的信号，实现自适应速率；该功率比记为α3；功率比α3计算方法为：假设共有k个子载波(例如k＝4)，每个子载波只传输整数bit的qam信号，如k＝4时，qpsk，8qam，16qam，32qam等，此时可以获得所有组合情况及其对应的功率比。例如四个子载波都传输qpsk，或本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种在时间、频率和功率三个维度进行资源分配的灵活相干无源光网络系统，其特征在于，包括依次链接的数字多载波信号生成模块、子载波间的功率预均衡模块、用于用户成组的功率平衡模块、实现自适应速率的功率分配模块、子载波上变频及耦合模块、光线路终端信号产生模块、光网络单元信号接收和处理模块；其中：
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字多载波信号生成模块产生数字多载波信号的流程为：首先产生随机数据并完成QAM映射，然后对信号进行上采样和成型滤波，使得信号后续可以进行上变频并在数字端结合，形成数字多载波信号，每个子载波信号之间有保护间隔，防止出现带间串扰。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述功率预均衡模块使信号频谱平坦化的流程为：根据器件的带宽限制以及每个子载波功率的衰减情况，确定功率比α1；具体确定方法为：初始化α1为1:1:…:1，1的数量与子载波数量相同；发射信号后查看每个子载波信号的BER，如果相同则不需要调整α1，如果不相同，则将BER较大的子载波对应的功率比增大，直到所有子载波信号的BER相同为止；此时的α1即为能够消除器件带宽限
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述功率平衡模块中，将多载波信号与功率比相乘，消除光线路终端到不同用户的光路径损失不同而造成的影响；该功率比记为α2，功率比α2计算方法为：假设存在两个子载波，其发射功率为PTx(单位为dBm)，两个子载波的功率比为a:b，两个子载波从光线路终端到达两个用户的光路径损失分别为La,Lb(单位为dB)，则得到以下的等式：
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述功率分配模块中，将多载波信号与功率比相乘，使得每个子载波都可以传输不同阶数的信号，实现自适应速率；该功率比记为α3；功率比α3计算方法为：假设共有多个子载波，每个子载波只传输整数bit的QAM信号，此时可以获得所有组合情况及其对应的功率比；这些情况在设备生产前测试时都可以获得使其能够顺利传输的功率比α3，因此可以将所有组合情况及其对应的功率比α3形成一张表格；再根据子载波对应ONU的速率需求明确每个子载波需要传输信号的阶数后，可以在表中找到这一组合情况对应的功率比α3。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述子载波上变频及耦合模块将生成的子载波信号上变频到不同的频段，并进行耦合，每个子载波之间存在保护间隔，避免出现带间串扰。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述光线路终端信号产生模块包括完成数模转换的任意波形产生器、激光器、双偏IQ调制器以及掺铒光纤放大器；耦合后的数字多载波信号通过任意波形产生器完成数模转换，变成模拟信号，通过双偏IQ调制器调制在激光器产生的光源上，再通过掺铒光纤放大器将信号放大至合适的功率后送入光纤。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述光网络单元信号接收和处理模块包括激光器、相干接收机、模数转换器和离线DSP；经过光纤的光信号通过平衡探测进行接收，重新转变为电信号；激光器的波长取决于这一用户对应的子载波，通过调节波长从而对不同的子载波进行解码；模数转换器将模拟信号转变为数字信号，再使用相应的DSP进行后续的信号解码。
9.根据权利要求1-8之一所述的系统，其特征在于，工作流程为：
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1.一种在时间、频率和功率三个维度进行资源分配的灵活相干无源光网络系统，其特征在于，包括依次链接的数字多载波信号生成模块、子载波间的功率预均衡模块、用于用户成组的功率平衡模块、实现自适应速率的功率分配模块、子载波上变频及耦合模块、光线路终端信号产生模块、光网络单元信号接收和处理模块；其中：
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字多载波信号生成模块产生数字多载波信号的流程为：首先产生随机数据并完成qam映射，然后对信号进行上采样和成型滤波，使得信号后续可以进行上变频并在数字端结合，形成数字多载波信号，每个子载波信号之间有保护间隔，防止出现带间串扰。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述功率预均衡模块使信号频谱平坦化的流程为：根据器件的带宽限制以及每个子载波功率的衰减情况，确定功率比α1；具体确定方法为：初始化α1为1:1:…:1，1的数量与子载波数量相同；发射信号后查看每个子载波信号的ber，如果相同则不需要调整α1，如果不相同，则将ber较大的子载波对应的功率比增大，直到所有子载波信号的ber相同为止；此时的α1即为能够消除器件带宽限制的功率比；同时接收端解码时盲均衡算法得到的信道相应反馈至发射端，将信道响应的逆与信号进行卷积，从而使得数字多载波信号经过信道后具有平坦的频谱；
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述功率平衡模块中，将多载波信号与功率比相乘，消除光线路终端到不同用户的光路径损失不同而造成的影响；该功率比记为α2，功率比α2计算方法为：假设存在两个子载波，其发射功率为ptx(单位为dbm)，两个子载波的功率比为a:b，两个子载波从光线路终端到达两个用户的光路径损失分别为la,lb(单位...
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