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CN103873410B - Ofdm-pon系统及时钟信号的发送和提取方法 - Google Patents

Ofdm-pon系统及时钟信号的发送和提取方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种OFDM‑PON系统及时钟信号的发送和提取方法，其中，该时钟信号的提取方法包括：接收由时钟信号与第一OFDM信号耦合得到的第二OFDM信号；从第二OFDM信号中提取所述时钟信号。通过本发明，有效解决了OFDM‑PON中时钟提取的难题。

Description

OFDM-PON系统及时钟信号的发送和提取方法
技术领域
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种OFDM-PON系统及时钟信号的发送和提取方法。
背景技术
光纤通信技术是现代通信技术的重要支柱之一，其发展方向主要呈两个大方向：(1)主干层面向高速率、大容量、智能化的光网络方向发展，最终实现全光网络。(2)接入层面向低成本、综合接入、宽带化、光纤化的接入网发展，最终实现光纤到家。
骨干网层面的容量达到Gb/s，甚至Tb/s量级，下一代网络的逐步引入使得网络的利用率进一步提高，已能基本上满足新兴业务的需求。接入网层面始终是整个网络的瓶颈，需要一种经济、简单、易升级、能够综合传输语音、数字和视频业务的新的接入网络技术。在各种技术中，无源光网络(Passive Optical Network，简称为PON)技术因其设备简单、组网灵活、设备安装方便、无电磁干扰和扩容简单等优点，引起了广泛关注。
PON是指在光纤线路终端(Optical Line Terminal，简称为OLT)和光纤网络单元(Optical Network Unit，简称为ONU)之间的光分配网络(Optical DistributionNetwork，简称为ODN)，是没有任何有源电子设备的光接入网。
图1是根据相关技术的PON的结构体系的示意图，在如图1所示系统中，OLT既是一个光交换机或路由器，又是一个多业务平台，提供面向PON的网络接口。另外，OLT还可以根据用户服务水平的不同要求进行带宽分配、网络安全与管理配置。ODN负责分发下行数据并集中上行数据，完成光信号功率分配和波长复用等功能。ODN主要由一个或多个分光器来连接OLT和ONU。分光器是一个简单设备，它不需要电源，可以置于全天候的环境中。一般而言，一个分光器的分路比为2，4或8，并且可以多级连接。ONU为网络提供用户侧的接口，完成下行光到电、上行电到光的转换，实现各类业务的接入。OLT放在中心机房，ONU为用户端设备。
目前PON技术主要有采用异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode，简称为ATM)的ATM无源光网络(ATM Passive Optical Network，简称为APON)、以太网无源光网络(EPON)、千兆比特无源光网络(GPON)和波分复用无源光网络(WDM-PON)等几种，其主要差异在于采用了不同的传输技术。其中，前三种PON技术都是基于时分复用的，而WDM-PON是基于波分复用的。目前市场上的主流产品是EPON与GPON，其中电气和电子工程师学(Instituteof Electrical and Electronics Engineers，简称为IEEE)会于2009年制定了802.3av10-G EPON标准，国际电信联盟电信标准化组(I ITU-Telecommunicationstandardization sector，简称为TU-T)于2010制定了10-G GPON标准。
随着新的宽带通信业务的发展，用户对带宽的需求不断增加，下一代无源光网络将向40-Gb/s及更高速率方向发展。当前的无源光网络(EPON、GPON)需要复杂的算法与帧结构来支持多种业务，并且对包延迟十分敏感。另一方面，WDM-PON可以通过复用波长很好地增加用户容量，提供透明性的服务。然而，波分复用无源光网络系统不能动态地分配带宽资源，且成本较高。
正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)具有高频谱效率，能够有效地抵抗多径效应、色散及偏振模色散，且可以简单地用数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称为DSP)技术实现。OFDM技术是一种优秀的数据调制技术，它的基本原理与一般的频分复用(FDM)相同，即把高速的数据流通过串并转换分配到速率相对较低的若干个频率子信道中进行传输。但与FDM系统子载波之间需要保护带宽不同，OFDM产生的子载波是相互正交的，因此调制后子载波可以相互重叠而不相互干扰，还大大提高了频谱利用率。在无线通信系统中，由于OFDM在对抗频率选择性衰落和窄带干扰方面具有优秀的性能，因此被确定为第4代移动通信的核心技术。
OFDM发射端的基带信号产生流程如图2a示，主要步骤包括正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation，简称为QAM)信号映射、串并转换、N点快速傅里叶逆变换(Inverse Fast Fourier Transform，简称为IFFT)、添加循环前缀、并串转换等步骤。FFT与循环前缀的长度视传输条件与网络规模而定。OFDM接收端的基带信号接收如图2b所示，主要步骤包括串并转换、去循环前缀、N点快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，简称为FFT)、频域均衡、相位补偿、并串转换和QAM解映射。
在OFDM技术中，全部系统带宽被划分成大量频谱相互正交的窄带子信道，并将附加的保护间隔引入OFDM符号。采用OFDM的传输系统可以将OFDM技术与传统的多址接入方案如频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)和时分多址(TDMA)相结合，实现多用户OFDM系统。此外，OFDM本身可以利用子载波进行复用，被称为正交频分多址(OFDMA)。这几种多址方式下基于OFDM/SCFDM的PON的系统结构是相似的，主要是发射和接收端的数字信号处理方法和帧结构不同。
OFDM技术在PON中的应用，引起了广泛的讨论。研究表明，OFDM-PON将是10-Gb/s及更高速率的PON的有竞争力的方案。
图3是根据相关技术的OFDM-PON系统的示意图，如图3所示，OLT和ONU中的发射部分都主要由OFDM基带信号产生、数字或模拟上变频和电光调制三个部分构成，视变频和调制方式不同，有可能光信号入射到光纤之前还需要进行光滤波。而接收部分都主要由光电转换、电滤波、下变频和OFDM基带信号接收四个部分构成。
在PON系统中，ONU端需要根据业务的需求从下行信号中提取出时钟信息。在基于时分复用的EPON、GPON中，OLT向ONU端发送的是二进制(0、1码)，ONU可以根据这种码型特征提取时钟信息，而在OFDM-PON系统中，由于OFDM信号时域上的近高斯性，ONU端无法直接从OFDM信号中提取出时钟信号。
针对在OFDM-PON系统中，ONU无法直接从OFDM信号中提取时钟信号的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对在OFDM-PON系统中接收端无法直接从OFDM信号中提取时钟信号的问题，本发明提供了一种OFDM-PON系统及时钟信号的发送和提取方法，以至少解决上述问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种OLT，包括：耦合器，用于将时钟信号与第一OFDM信号耦合，得到第二OFDM信号，并发送第二OFDM信号。
优选地，上述OLT还包括：正交(IQ)调制器和光强度调制器，其中，IQ调制器，用于对OFDM基带信号进行上变频处理，得到第一OFDM信号；耦合器，用于向光强度调制器发送第二OFDM信号；光强度调制器，用于对第二OFDM信号进行电光转换，并发送电光转换后的第二OFDM信号。
根据本发明的又一个方面，提供了一种ONU，包括：时钟提取模块，用于接收由时钟信号与第一OFDM信号耦合，得到的第二OFDM信号，并从第二OFDM信号中提取时钟信号。
优选的，上述时钟提取模块包括：滤波器，用于从第二OFDM信号中滤波得到时钟信号。
根据本发明的又一个方面，提供了一种OFDM-PON系统的时钟信号的发送方法，包括：将时钟信号与第一OFDM信号耦合得到第二OFDM信号；发送第二OFDM信号。
优选地，时钟信号与第一OFDM信号在频域上处于不同的频率。
根据本发明的又一个方面，提供了一种OFDM-PON系统的时钟信号的提取方法，包括：接收由时钟信号与第一OFDM信号耦合得到的第二OFDM信号；从第二OFDM信号中提取时钟信号。
优选地，时钟信号与第一OFDM信号在频域上处于不同的频率。
根据本发明的又一个方面，提供了一种OLT，包括：耦合模块，用于将时钟信号与第一正交频分复用OFDM信号耦合，得到第二OFDM信号；发送模块，用于发送第二OFDM信号。
根据本发明的又一个方面，提供了一种ONU，包括：接收模块，用于接收由时钟信号与第一正交频分复用OFDM信号耦合得到的第二OFDM信号；提取模块，用于从第二OFDM信号中提取时钟信号。
根据本发明的又一个方面，提供了一种OFDM-PON系统，包括：OLT，用于将时钟信号与第一正交频分复用OFDM信号耦合，得到第二OFDM信号，并发送第二OFDM信号；ONU，用于接收第二OFDM信号，并从第二信号中提取时钟信号。
优选地，OLT包括本发明提供的上述任一OLT。
优选地，ONU包括本发明提供的上述任一项ONU。
通过应用本发明的技术方案，接收端接收由时钟信号与第一OFDM信号耦合得到的第二OFDM信号，从第二OFDM信号中提取时钟信号，解决了OFDM-PON系统中接收端无法直接从OFDM信号中提取时钟信号的问题，实现了OFDM-PON系统的时钟信号的提取。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据相关技术的PON的结构体系的示意图；
图2a是根据相关技术的OFDM发射端的基带信号产生流程的示意图；
图2b是根据相关技术的OFDM接收端的基带信号接收流程的示意图；
图3是根据相关技术的OFDM-PON系统的示意图；
图4是根据本发明实施例的OFDM-PON系统的示意图；
图5是根据本发明实施例的方式一的OLT的结构框图；
图6是根据本发明实施例的方式二的OLT的结构框图；
图7是根据本发明实施例的下行信号的光谱图；
图8是根据本发明实施例的方式一的ONU的结构框图；
图9是根据本发明实施例的方式二的ONU的结构框图；
图10是根据本发明实施例的拍频后下行信号的光谱图；
图11是根据本发明实施例的OFDM-PON系统的时钟信号的发送方法的流程图；以及
图12是根据本发明实施例的OFDM-PON系统的时钟信号的提取方法。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
相关技术中的OFDM-PON系统，由于OFDM信号时域上的近高斯性，导致接收端无法直接从OFDM信号中提取出时钟信号。针对上述问题，本发明实施例提出了一种OFDM-PON系统的时钟信号提取方案。下面分别对本发明实施例进行描述。
根据本发明实施例，提供了一种OFDM-PON系统，用以实现OFDM-PON系统的时钟信号提取。
图4是根据本发明实施例的OFDM-PON系统的示意图，如图4所示，OFDM-PON系统主要包括：OLT 1和ONU 2。其中，OLT 1，用于将时钟信号与第一正交频分复用OFDM信号耦合，得到第二OFDM信号，并发送第二OFDM信号；ONU 2，与OLT 1相耦合，用于接收第二OFDM信号，并从第二信号中提取时钟信号。
应用本发明实施例的系统，OLT 1将时钟信号与第一正交频分复用OFDM信号耦合，得到第二OFDM信号，并发送第二OFDM信号；ONU 2接收第二OFDM信号，并从第二信号中提取时钟信号，实现了OFDM-PON系统的时钟信号的提取。
下面分别对本发明实施例优选的OLT 1和ONU 2进行描述。
根据本发明实施例，提供了一种OLT，该OLT可以通过两种方式实现，下面分别对本发明实施例的两种方式进行描述。
图5是根据本发明实施例的方式一的OLT的结构框图，如图5所示，该OLT主要包括：耦合模块102和发送模块104。其中，耦合模块102，用于将时钟信号与第一正交频分复用OFDM信号耦合，得到第二OFDM信号；发送模块104，与耦合模块102相连接，用于发送第二OFDM信号。
图6是根据本发明实施例的方式二的OLT的结构框图，如图6所示，该OLT主要包括：耦合器106，用于将时钟信号与第一OFDM信号耦合，得到第二OFDM信号，并发送第二OFDM信号。
在本发明实施例的一个优选实施方式中，如图6所示，上述OLT还可以包括：IQ调制器和光强度调制器，其中，IQ调制器，用于对OFDM基带信号进行上变频处理，得到第一OFDM信号；耦合器，用于向光强度调制器发送第二OFDM信号；光强度调制器，用于对第二OFDM信号进行电光转换，并发送电光转换后的第二OFDM信号。
在本发明实施例中，以将经过上变频的OFDM信号与时钟信号耦合为例进行说明。OFDM基带信号，通过IQ调制器上变频到较高的频率上。上变频的OFDM信号与时钟信号耦合，由光强度调制器实现电光转换。双边带的光信号经过一个光滤波器滤除其中的一个边带，从而产生如图7所示的单边带下行信号，其中，垂直方向上的实线箭头表示光载波，虚线箭头表示时钟信号，矩形框为OFDM信号。
在本发明实施例中，时钟信号与第一OFDM信号可以在频域上处于不同的频率。
根据本发明实施例，还提供了一种ONU，该ONU可以通过两种方式实现，下面分别对本发明实施例的两种方式进行描述。
图8是根据本发明实施例的方式一的ONU的结构框图，如图8所示，该ONU主要包括：接收模块202和提取模块204。其中，接收模块202，用于接收由时钟信号与第一正交频分复用OFDM信号耦合得到的第二OFDM信号；提取模块204，于接收模块202相连接，用于从第二OFDM信号中提取时钟信号。
图9是根据本发明实施例的方式二的ONU的结构框图，如图9所示，该ONU主要包括：时钟提取模块206，用于接收由时钟信号与第一OFDM信号耦合，得到的第二OFDM信号，并从第二OFDM信号中提取时钟信号。
在本发明实施例的一个实施方式中，上述时钟提取模块206可以包括：滤波器，用于从第二OFDM信号中滤波得到时钟信号。
对应于上述OLT发送的第二OFDM信号，时钟信号与第一OFDM信号可以在频域上处于不同的频率，在时钟信号的频率小于第一OFDM信号的情况下，上述滤波器可以为低通滤波器。
在本发明实施例中，光信号经过光接收机，得到频谱如图10所示的第二OFDM信号，经过低通滤波器可直接得到时钟信号。该时钟信号频率相对较低，可以根据网络需要进行相应的倍频处理。
在上述ONU中，OFDM信号的解调方式不需做任何改变。例如，首先由IQ解调器实现下变频，再由OFDM接收机实现解调。由于时钟信号与OFDM信号有一定的频率间隔，其可由OFDM接收机中的滤波器滤除，不影响OFDM信号的解调。通过应用上述方案，能够很好地从下行信号中提取出时钟信号，同时具有简单、经济的优点。
根据本发明实施例，对应于上述系统及设备，还提供了一种时钟信号的发送和提取方法，下面分别对这两种方法进行描述。
图11是根据本发明实施例的OFDM-PON系统的时钟信号的发送方法的流程图，如图11所示，该方法主要包括步骤S1102至步骤S1104。
步骤S1102，将时钟信号与第一OFDM信号耦合得到第二OFDM信号。
优选地，时钟信号与第一OFDM信号在频域上处于不同的频率。
在实际应用中，可以先将OFDM基带信号，上变频到较高的频率上，上变频的OFDM信号与时钟信号耦合，将耦合得到的OFDM信号进行电光转换，得到双边带的光信号，双边带的光信号经过滤除其中的一个边带，得到单边带下行信号。
步骤S1104，发送第二OFDM信号。
通过应用本发明实施例的技术方案，发送端将时钟信号与第一OFDM信号耦合得到的第二OFDM信号，并发送第二OFDM信号，使得接收端从第二OFDM信号中提取时钟信号，解决了OFDM-PON系统中接收端无法直接从OFDM信号中提取时钟信号的问题，实现了OFDM-PON系统的时钟信号的提取。
图12是根据本发明实施例的OFDM-PON系统的时钟信号的提取方法，如图12所示，该方法主要包括步骤S1202至步骤S1204。
步骤S1202，接收由时钟信号与第一OFDM信号耦合得到的第二OFDM信号。
步骤S1204，从第二OFDM信号中提取时钟信号。
在本发明实施例中，时钟信号可以与第一OFDM信号在频域上处于不同的频率，在时钟信号频率相对较低的情况下，可以根据网络需要进行相应的倍频处理。
通过应用本发明的技术方案，接收端接收由时钟信号与第一OFDM信号耦合得到的第二OFDM信号，从第二OFDM信号中提取时钟信号，解决了OFDM-PON系统中接收端无法直接从OFDM信号中提取时钟信号的问题，实现了OFDM-PON系统的时钟信号的提取。
根据本发明实施例，还提供了一种时钟信号的提取方法，该方法包括步骤一至步骤四。
步骤一，OLT将时钟信号与第一OFDM信号耦合得到第二OFDM信号。
步骤二，OLT相ONU发送第二OFDM信号。
步骤三，ONU接收由时钟信号与第一OFDM信号耦合得到的第二OFDM信号。
步骤四，ONU从第二OFDM信号中提取时钟信号。
从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：时钟信号随OFDM信号一起作为下行信号，ONU端时钟提取模块用一个低通滤波器有效地提取出时钟信号，OFDM信号解调模块不需做任何改变。该方案有效解决了OFDM-PON中时钟提取的难题，同时具有简单、经济的优点。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种光纤线路终端OLT，其特征在于，包括：
耦合器，用于将时钟信号与第一正交频分复用OFDM信号耦合，得到第二OFDM信号，并发送所述第二OFDM信号。
2.根据权利要求1所述的OLT，其特征在于，所述光纤线路终端OLT还包括：正交IQ调制器和光强度调制器，其中，
所述IQ调制器，用于对正交频分复用OFDM基带信号进行上变频处理，得到所述第一OFDM信号；
所述耦合器，用于向所述光强度调制器发送所述第二OFDM信号；
所述光强度调制器，用于对所述第二OFDM信号进行电光转换，并发送所述电光转换后的所述第二OFDM信号。
3.一种光纤网络单元ONU，其特征在于，包括：
时钟提取模块，用于接收由时钟信号与第一正交频分复用OFDM信号耦合，得到的第二OFDM信号，并从所述第二OFDM信号中提取所述时钟信号。
4.根据权利要求3所述的ONU，其特征在于，所述时钟提取模块包括：滤波器，用于从所述第二OFDM信号中滤波得到所述时钟信号。
5.一种正交频分复用无源光网络OFDM-PON系统的时钟信号的发送方法，其特征在于，包括：
将时钟信号与第一正交频分复用OFDM信号耦合得到第二OFDM信号；
发送所述第二OFDM信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述时钟信号与所述第一OFDM信号在频域上处于不同的频率。
7.一种正交频分复用无源光网络OFDM-PON系统的时钟信号的提取方法，其特征在于，包括：
接收由时钟信号与第一正交频分复用OFDM信号耦合得到的第二OFDM信号；
从所述第二OFDM信号中提取所述时钟信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述时钟信号与所述第一OFDM信号在频域上处于不同的频率。
9.一种光纤线路终端OLT，其特征在于，包括：
耦合模块，用于将时钟信号与第一正交频分复用OFDM信号耦合，得到第二OFDM信号；
发送模块，用于发送所述第二OFDM信号。
10.一种光纤网络单元ONU，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收由时钟信号与第一正交频分复用OFDM信号耦合得到的第二OFDM信号；
提取模块，用于从所述第二OFDM信号中提取所述时钟信号。
11.一种正交频分复用无源光网络OFDM-PON系统，其特征在于，包括：
光纤线路终端OLT，用于将时钟信号与第一正交频分复用OFDM信号耦合，得到第二OFDM信号，并发送所述第二OFDM信号；
光纤网络单元ONU，用于接收所述第二OFDM信号，并从所述第二信号中提取所述时钟信号。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述OLT包括权利要求1、2以及9中任一项所述的OLT。
13.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，所述ONU包括权利要求3、4以及10中任一项所述的ONU。
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