无源光网络中基于幅度重调制的广播组播数据传送方法转让专利
申请号 : CN200810037110.X
文献号 : CN101272632B
文献日 : 2010-07-28
发明人 : 蔡磊 , 肖石林 , 刘智鑫 , 李荣玉
申请人 : 上海交通大学
摘要 :
本发明涉及一种无源光网络中基于幅度重调制的广播组播数据传送方法，单播数据用非归零码来调制，广播数据用反归零码来调制。通过在单播调制信号的基础上用广播数据进行再调制，将单播和广播数据同时加载到光载波上，从而实现单播和广播的同时传送。通过控制单播非归零码的消光比来控制广播传送功能的打开与关闭，从而实现动态的组播控制。本发明能实现在现有单播通信信道上同时传送广播和组播数据，方法简单，成本低，可满足无色化光网络单元要求。
权利要求 :
1.一种无源光网络中基于幅度重调制的广播组播数据传送方法，其特征在于包括如下具体步骤：
1)用各路信道的单播数据分别对各自的光载波进行调制，调制格式用非归零码；对于订购了广播数据服务的用户信道，消光比取3到5dB，而对于没有订购广播数据服务的用户信道，消光比取15-20dB；消光比的控制通过调整驱动强度调制器的数据射频信号的幅度值来实现；
2)将所有信道的信号通过波分复用器进行复用，形成一路信号，再统一用广播数据对该路信号进行再调制，调制格式为反归零码，消光比取15-20dB；得到同时携带单播和广播数据的信号；
3)将上述同时携带单播和广播数据的信号送入馈送光纤，并通过光纤传输到达远端结点处，再被波分解复用器分解成多路，分别通过各路的分布光纤传输到各路的光网络单元处；
4)在每一路光网络单元处，一部分光送入非归零码接收机用于提取单播数据，另一部分光送入反归零码接收机用于提取广播数据；对于订购了广播数据服务的用户，其反归零码接收机可正确恢复广播数据，而对于没有订购广播数据服务的用户，其反归零码接收机无法正确恢复广播数据，从而实现动态组播控制。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种无源光网络中基于幅度重调制的广播组播数据传送方法，解决在现有单播通信信道上同时传送广播和组播数据的问题，属于光通信技术领域。
背景技术
波分复用无源光网络(WDM-PON)由于其高通信容量、大覆盖范围、可扩容性、组网便宜等特征，成为未来宽带接入网的一种有效的解决办法。波分复用无源光网络利用阵列波导光栅来提供点到点的连接。然而实际的系统应用中需要考虑点到多点的广播和组播传输。例如有线电视信号就需要通过广播的方式将信号从局端传输到所有用户端。如果接入网中不是所有的用户都订购了有线电视服务，那么需要局端以组播的方式将信号从局端传输到这些定购了服务的用户端。如何在现有波分复用无源光网络点到点的通信框架上引入广播和组播，并且不需要明显的增加系统的成本，成为最近的研究热点。
最早实现广播的方式是通过开辟一个新的波长通道来传输广播信号。在这种方式里，设N为该无源光网络中光网络单元(ONU)的数量，广播信号到达无源光网络的远端结点处时通过一个1×N的光功率分割器将广播信号分成N路，这N路信号再分别耦合到各个ONU的分布光纤上去，从而实现广播的功能。这种方式的缺点是由于广播信号需要进行分割，导致了分到每一路ONU的功率都减小，并且N越大，减小越大。因而该方式所能支持的ONU数量有限。另外，该方式很难实现组播。
J.Cho等人在OFC 2000，paperOWS7，2000上发表了题为“Broadcasttransmission in WDM-PON using a broadband light source”的文章，提出了采用利用宽带光源的方式来实现广播。在该方式里，广播信号被调制到宽带光源上，该宽带光源的频谱宽度占用一个自由频谱区间。广播信号和单播信号通过波分复用的方式在同一根馈送光纤里传输到达远端结点。到达远端结点后再通过一个阵列波导光栅将广播信号分成多路，通过分发光纤送到各个ONU。而组播的实现可以采用在局端加上一个滤波器，将不需要广播信号的ONU对应的波长滤掉即可。这种方式解决了功率分割的问题，但缺点是需要使用额外的光源。另外，广播信号占用了额外的波长资源，同样使得无源光网络能够支持的ONU数量减小。
为了解决上述问题，M.Khanal等人在IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.17，pp.1992-1994，2005上发表了题为“Selective broadcasting of digitalvideo signals over a WDM passive optical network”的文章，提出采用副载波调制的方式实现广播和组播。广播或组播信号通过副载波调制的方式加在单播信号上。但这种方式在局端和ONU端都需要高频的微波信号发生器，因此成本很高。另外，N.Deng等人在IEEE.Photon.Technol.Lett.Vol.20，pp.114-116，2008上发表了题为“A WDM passive optical network withcentralized light sources and multicast overlay”的文章，提出用相位调制实现广播和组播。在该方式里，广播或组播信号通过相位调制的方式加在单播幅度调制信号上。该方式解决了上述问题，然而相位信号的解调需要马赫-曾德干涉仪，该器件在工作中对温度很敏感，需要温控系统，因而成本很高。另外，由于马赫-曾德干涉仪是波长相关器件，因此无法实现ONU的无色化，从而不利于ONU设备的批量生产。
最早实现广播的方式是通过开辟一个新的波长通道来传输广播信号。在这种方式里，设N为该无源光网络中光网络单元(ONU)的数量，广播信号到达无源光网络的远端结点处时通过一个1×N的光功率分割器将广播信号分成N路，这N路信号再分别耦合到各个ONU的分布光纤上去，从而实现广播的功能。这种方式的缺点是由于广播信号需要进行分割，导致了分到每一路ONU的功率都减小，并且N越大，减小越大。因而该方式所能支持的ONU数量有限。另外，该方式很难实现组播。
J.Cho等人在OFC 2000，paperOWS7，2000上发表了题为“Broadcasttransmission in WDM-PON using a broadband light source”的文章，提出了采用利用宽带光源的方式来实现广播。在该方式里，广播信号被调制到宽带光源上，该宽带光源的频谱宽度占用一个自由频谱区间。广播信号和单播信号通过波分复用的方式在同一根馈送光纤里传输到达远端结点。到达远端结点后再通过一个阵列波导光栅将广播信号分成多路，通过分发光纤送到各个ONU。而组播的实现可以采用在局端加上一个滤波器，将不需要广播信号的ONU对应的波长滤掉即可。这种方式解决了功率分割的问题，但缺点是需要使用额外的光源。另外，广播信号占用了额外的波长资源，同样使得无源光网络能够支持的ONU数量减小。
为了解决上述问题，M.Khanal等人在IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.17，pp.1992-1994，2005上发表了题为“Selective broadcasting of digitalvideo signals over a WDM passive optical network”的文章，提出采用副载波调制的方式实现广播和组播。广播或组播信号通过副载波调制的方式加在单播信号上。但这种方式在局端和ONU端都需要高频的微波信号发生器，因此成本很高。另外，N.Deng等人在IEEE.Photon.Technol.Lett.Vol.20，pp.114-116，2008上发表了题为“A WDM passive optical network withcentralized light sources and multicast overlay”的文章，提出用相位调制实现广播和组播。在该方式里，广播或组播信号通过相位调制的方式加在单播幅度调制信号上。该方式解决了上述问题，然而相位信号的解调需要马赫-曾德干涉仪，该器件在工作中对温度很敏感，需要温控系统，因而成本很高。另外，由于马赫-曾德干涉仪是波长相关器件，因此无法实现ONU的无色化，从而不利于ONU设备的批量生产。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，设计提供一种无源光网络中基于幅度重调制的广播组播数据传送方法，在不增加现有系统成本的前提下实现广播和组播的数据传输，满足无源光网络用户的多种需求。
为实现这样的目的，本发明的方法中采用非归零码和反归零码的重叠调制来实现单播和广播数据的同时传输。先用单播数据对光载波进行非归零码(NRZ)调制，然后再用广播数据以反归零码(IRZ)进行再调制，这样来实现两路数据的同时传输。在这里，NRZ采用有限消光比(3到5dB)。由于NRZ的消光比有限，无论在数据“0”，还是在数据“1”时，都有一定的光功率存在，因此IRZ数据可以叠加在这部分光功率上。同样，由于IRZ无论在数据“0”，还是数据“1”时，每个比特都有一部分处在高功率状态，因此这部分高功率信号可以用于叠加NRZ数据。总之，这两种调制方式可以叠加，在接收端可以分别将两路数据(单播和广播数据)解调出来。而组播的功能可以通过关闭部分信道的广播数据传输功能来实现。在本发明中，通过大幅度提高单播NRZ信号的消光比(一般为15dB以上)，即可实现对应信道广播数据传输的关闭。
本发明方法的具体步骤如下：
1、用各路信道的单播数据分别对各自的光载波进行调制，调制格式用非归零码；对于订购了广播数据服务的用户信道，消光比取3到5dB，而对于没有订购广播数据服务的用户信道，消光比取15-20dB；消光比的控制通过调整驱动强度调制器的数据射频信号的幅度值来实现。
2、将所有信道的信号通过波分复用器进行复用，形成一路信号，再统一用广播数据对该路信号进行再调制，调制格式为反归零码，消光比取15-20dB；得到同时携带单播和广播数据的信号。
3、将上述同时携带单播和广播数据的信号送入馈送光纤，并通过光纤传输到达远端结点处，再被波分解复用器分解成多路，分别通过各路的分布光纤传输到各路的光网络单元处。
4、在每一路光网络单元处，一部分光送入非归零码接收机用于提取单播数据，另一部分光送入反归零码接收机用于提取广播数据；对于订购了广播数据服务的用户，其反归零码接收机可正确恢复广播数据，而对于没有订购广播数据服务的用户，其反归零码接收机无法正确恢复广播数据，从而实现动态组播控制。
和现有技术相比，本发明不需要占用额外的频率资源，不需要额外的光源；不需要微波信号发生器，也没有功率分割的问题；没有使用复杂的调制方式，因而接收简单；另外，实现了ONU的无色化，有利于ONU设备的规模生产，降低成本。总之，利用本发明可以在不增加现有系统成本的前提下实现广播和组播传输。满足无源光网络用户的多种需求，促进该网络的早日普及化。
为实现这样的目的，本发明的方法中采用非归零码和反归零码的重叠调制来实现单播和广播数据的同时传输。先用单播数据对光载波进行非归零码(NRZ)调制，然后再用广播数据以反归零码(IRZ)进行再调制，这样来实现两路数据的同时传输。在这里，NRZ采用有限消光比(3到5dB)。由于NRZ的消光比有限，无论在数据“0”，还是在数据“1”时，都有一定的光功率存在，因此IRZ数据可以叠加在这部分光功率上。同样，由于IRZ无论在数据“0”，还是数据“1”时，每个比特都有一部分处在高功率状态，因此这部分高功率信号可以用于叠加NRZ数据。总之，这两种调制方式可以叠加，在接收端可以分别将两路数据(单播和广播数据)解调出来。而组播的功能可以通过关闭部分信道的广播数据传输功能来实现。在本发明中，通过大幅度提高单播NRZ信号的消光比(一般为15dB以上)，即可实现对应信道广播数据传输的关闭。
本发明方法的具体步骤如下：
1、用各路信道的单播数据分别对各自的光载波进行调制，调制格式用非归零码；对于订购了广播数据服务的用户信道，消光比取3到5dB，而对于没有订购广播数据服务的用户信道，消光比取15-20dB；消光比的控制通过调整驱动强度调制器的数据射频信号的幅度值来实现。
2、将所有信道的信号通过波分复用器进行复用，形成一路信号，再统一用广播数据对该路信号进行再调制，调制格式为反归零码，消光比取15-20dB；得到同时携带单播和广播数据的信号。
3、将上述同时携带单播和广播数据的信号送入馈送光纤，并通过光纤传输到达远端结点处，再被波分解复用器分解成多路，分别通过各路的分布光纤传输到各路的光网络单元处。
4、在每一路光网络单元处，一部分光送入非归零码接收机用于提取单播数据，另一部分光送入反归零码接收机用于提取广播数据；对于订购了广播数据服务的用户，其反归零码接收机可正确恢复广播数据，而对于没有订购广播数据服务的用户，其反归零码接收机无法正确恢复广播数据，从而实现动态组播控制。
和现有技术相比，本发明不需要占用额外的频率资源，不需要额外的光源；不需要微波信号发生器，也没有功率分割的问题；没有使用复杂的调制方式，因而接收简单；另外，实现了ONU的无色化，有利于ONU设备的规模生产，降低成本。总之，利用本发明可以在不增加现有系统成本的前提下实现广播和组播传输。满足无源光网络用户的多种需求，促进该网络的早日普及化。
附图说明
图1为本发明实现广播与组播数据传送的示意图。
图2为单播和广播数据叠加效果时序图。
图3为广播功能关闭的信道数据叠加效果时序图。
图2为单播和广播数据叠加效果时序图。
图3为广播功能关闭的信道数据叠加效果时序图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。
图1给出了本发明提出的基于非归零码/反归零码再调制的广播与组播传送方法的实现示意图。在局端的光线路终端(OLT)处，各路信道首先分别用各自的下行单播数据对光载波进行调制。调制格式采用有限消光比的NRZ调制。各信道然后波分复用，并统一用广播数据对已经承载了单播数据的载波进行再调制，调制格式为IRZ。将再调制后的信号通过馈送光纤到达远端结点(RN)处，再被波分解复用器分解成多路，分别通过各路的分布光纤传输到各路的ONU处。到了ONU处，一部分光送入NRZ接收机用于提取单播数据，另一部分光送入IRZ接收机用于提取广播数据。
本发明的方法具体如下：
1、用各路信道的单播数据分别对各自的光载波进行调制，调制格式用非归零码(NRZ)。消光比根据用户对广播数据服务的订购情况而定，对于订购了广播数据服务的用户信道，消光比取3到5dB，而对于没有订购广播数据服务的用户信道，消光比取15-20dB；消光比的控制通过调整驱动强度调制器的数据射频信号的幅度值来实现。
2、将所有信道的信号通过波分复用器进行复用，形成一路信号，再统一用广播数据对该路信号进行再调制，调制格式为反归零码(IRZ)，消光比取15-20dB。再调制时，将携带了广播数据的射频信号和同频率时钟做与非逻辑操作，即可获得反归零波形的射频信号，用该信号驱动强度调制器即可获得反归零码。如此，得到同时携带单播和广播数据的信号。
3、将上述同时携带单播和广播数据的信号送入馈送光纤，并通过光纤传输到达远端结点处(RN)，再被波分解复用器分解成多路，分别通过各路的分布光纤传输到各路的光网络单元(ONU)处。
尽管广播信号加载到了所有的信道上，但是只有单播NRZ消光比较低的信道，广播数据才能恢复。而当单播消光比很高时，广播数据无法恢复。
4、在每一路光网络单元处，一部分光送入非归零码接收机用于提取单播数据，另一部分光送入反归零码接收机用于提取广播数据。对于订购了广播数据服务的用户，其反归零码接收机可正确的恢复广播数据，而对于没有订购广播数据服务的用户，其反归零码接收机无法正确的恢复广播数据，从而实现动态组播控制。
图2为单播和广播数据叠加效果时序图，通过数据序列的方式描述了单播和广播同时传输的原理。IRZ的占空比为50％，图2中，(a)和(b)分别表示了单播和广播的数据，而(c)表示了两者叠加后的数据序列。从图中可以看出，当广播数据为“1”时，IRZ信号的前半比特为零功率，这样，无论单播数据为“0”还是“1”，两者叠加的结果都是前半比特为零功率；而当广播数据为“0”时，IRZ信号的前半比特为高功率，这样，无论单播数据为“0”还是“1”，由于NRZ消光比较小，两者叠加的结果都是前半比特功率不为零，当然，功率值有变化。这样广播数据总可以提取出来(通过采样前半比特)。与此同时，由于IRZ信号的后半比特始终为高功率，因此，对NRZ信号来说，在这后半个比特内，其信号跟没有叠加IRZ信号时是完全一样的。因此，单播数据也可以提取出来(通过采样后半比特)。
而组播可以通过关闭部分信道的广播数据来实现。在本发明中，通过大幅度提高单播NRZ信号的消光比(一般为15dB以上)，即可实现对应信道广播数据传输的关闭。从而实现系统组播的功能。图3通过数据序列的方式描述了在高消光比的单播NRZ上叠加IRZ信号的效果。图3中，(a)和(b)分别表示了单播和广播的数据，而(c)表示了两者叠加后的数据序列。从图中可以看出，当单播NRZ信号的消光比很高时，由于NRZ信号在数据“0”时功率已经为零了，因此，不管IRZ数据是“0”还是“1”，信号叠加的结果都是一样的，即仍然是零功率。因此，广播数据无法被提取出来。通过这种方式，可以实现动态的组播控制。
图1给出了本发明提出的基于非归零码/反归零码再调制的广播与组播传送方法的实现示意图。在局端的光线路终端(OLT)处，各路信道首先分别用各自的下行单播数据对光载波进行调制。调制格式采用有限消光比的NRZ调制。各信道然后波分复用，并统一用广播数据对已经承载了单播数据的载波进行再调制，调制格式为IRZ。将再调制后的信号通过馈送光纤到达远端结点(RN)处，再被波分解复用器分解成多路，分别通过各路的分布光纤传输到各路的ONU处。到了ONU处，一部分光送入NRZ接收机用于提取单播数据，另一部分光送入IRZ接收机用于提取广播数据。
本发明的方法具体如下：
1、用各路信道的单播数据分别对各自的光载波进行调制，调制格式用非归零码(NRZ)。消光比根据用户对广播数据服务的订购情况而定，对于订购了广播数据服务的用户信道，消光比取3到5dB，而对于没有订购广播数据服务的用户信道，消光比取15-20dB；消光比的控制通过调整驱动强度调制器的数据射频信号的幅度值来实现。
2、将所有信道的信号通过波分复用器进行复用，形成一路信号，再统一用广播数据对该路信号进行再调制，调制格式为反归零码(IRZ)，消光比取15-20dB。再调制时，将携带了广播数据的射频信号和同频率时钟做与非逻辑操作，即可获得反归零波形的射频信号，用该信号驱动强度调制器即可获得反归零码。如此，得到同时携带单播和广播数据的信号。
3、将上述同时携带单播和广播数据的信号送入馈送光纤，并通过光纤传输到达远端结点处(RN)，再被波分解复用器分解成多路，分别通过各路的分布光纤传输到各路的光网络单元(ONU)处。
尽管广播信号加载到了所有的信道上，但是只有单播NRZ消光比较低的信道，广播数据才能恢复。而当单播消光比很高时，广播数据无法恢复。
4、在每一路光网络单元处，一部分光送入非归零码接收机用于提取单播数据，另一部分光送入反归零码接收机用于提取广播数据。对于订购了广播数据服务的用户，其反归零码接收机可正确的恢复广播数据，而对于没有订购广播数据服务的用户，其反归零码接收机无法正确的恢复广播数据，从而实现动态组播控制。
图2为单播和广播数据叠加效果时序图，通过数据序列的方式描述了单播和广播同时传输的原理。IRZ的占空比为50％，图2中，(a)和(b)分别表示了单播和广播的数据，而(c)表示了两者叠加后的数据序列。从图中可以看出，当广播数据为“1”时，IRZ信号的前半比特为零功率，这样，无论单播数据为“0”还是“1”，两者叠加的结果都是前半比特为零功率；而当广播数据为“0”时，IRZ信号的前半比特为高功率，这样，无论单播数据为“0”还是“1”，由于NRZ消光比较小，两者叠加的结果都是前半比特功率不为零，当然，功率值有变化。这样广播数据总可以提取出来(通过采样前半比特)。与此同时，由于IRZ信号的后半比特始终为高功率，因此，对NRZ信号来说，在这后半个比特内，其信号跟没有叠加IRZ信号时是完全一样的。因此，单播数据也可以提取出来(通过采样后半比特)。
而组播可以通过关闭部分信道的广播数据来实现。在本发明中，通过大幅度提高单播NRZ信号的消光比(一般为15dB以上)，即可实现对应信道广播数据传输的关闭。从而实现系统组播的功能。图3通过数据序列的方式描述了在高消光比的单播NRZ上叠加IRZ信号的效果。图3中，(a)和(b)分别表示了单播和广播的数据，而(c)表示了两者叠加后的数据序列。从图中可以看出，当单播NRZ信号的消光比很高时，由于NRZ信号在数据“0”时功率已经为零了，因此，不管IRZ数据是“0”还是“1”，信号叠加的结果都是一样的，即仍然是零功率。因此，广播数据无法被提取出来。通过这种方式，可以实现动态的组播控制。