CN103947146B

CN103947146B - 光学网络元件的数据处理

Info

Publication number: CN103947146B
Application number: CN201280054119.6A
Authority: CN
Inventors: 埃里希·戈特瓦尔德; 哈拉尔德·罗德; 托马斯·特赖尔
Original assignee: Xiaoyang Network Co Ltd
Current assignee: Xiaoyang Network Co Ltd
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2018-06-01
Anticipated expiration: 2032-09-07
Also published as: WO2013068150A1; CN103947146A; US10305596B2; US20150003838A1; EP2777194A1

Abstract

提供了用于光学网络单元的数据处理方法，该方法包括以下步骤：在光学网络单元处接收配置信息；调节光信号至由配置信息指示的波长或波长范围；通过光信号解调输入的光学信号；混合被解调的输入的光学信号与由振荡器生成的信号；以及通过软件无线电生成用于调制光信号的被调制光学上游信号，以使得所得到的光学上游频率能够相对于本地振荡器的频率偏移可编程的量。此外，提供了相应的装置以及包括至少一个这种装置的通信系统。

Description

光学网络元件的数据处理

技术领域

本发明涉及用于光学网络元件的数据处理的方法以及装置。此外，提供了包括至少一个这种装置的通信系统。

背景技术

无源光学网络(PON)是关于光纤入户(fiber-to-the-home，FTTH)、光纤到企业(fiber-to-the-business，FTTB)和光纤到路边(fiber-to-the-curb，FTTC)情形的有前途的方法，具体地因为其克服了传统点对点的解决方案的经济限制。

多个PON类型已被标准化，并且目前正由网络服务供应商在世界范围内部署。传统PON以广播的方式将下游流量从光学线路终端(OLT)分布到光学网络单元(ONU)，而ONU向OLT发送时间复用的上游数据包。因此，ONU之间的通信需要通过涉及诸如缓冲和/或调度的电子处理的OLT来进行输送，这导致了延迟并且降低了网络的吞吐量。

在光纤通信中，波分复用(WDM)是通过使用激光的不同波长(颜色)以携带不同信号而在一个光纤上复用多个光学载波信号的技术。除了能够在一束光纤上进行双向通信以外，这样还允许容量的倍增。

WDM系统被分成不同的波长模式，传统WDM或粗WDM以及密集WDM。WDM系统在约1550nm的石英光纤的第三传输窗(C带)中提供例如多达16个通道。密集WDM使用相同的传输窗，但具有更密集的通道间隔。通道计划有所不同，但典型系统可使用具有100GHz间隔的40个通道或者具有50GHz间隔的80个通道。一些技术能够具有25GHz间隔。放大选项能够使得可用波长扩展至L带，从而约使这些数量加倍。

光学接入网络例如相干的超密集WDM(UDWDM)网络被认为将用作未来数据接入。

上游信号可通过使用多址接入协议例如时分多址接入(TDMA)而被组合。OLT“测距(range)”ONU，以提供用于上游通信的时隙分配。因此，可用的数据率分布在多个订购者之间。因此，每个ONU需要能够处理比平均数据率高得多的数据率。ONU的这种实施是复杂且昂贵的。

频谱密集间隔的波长的数据传输可通过诸如下一代光学接入(NGOA)系统的应用而被利用，其中该下一代光学接入(NGOA)系统允许例如100Gbit/s的高数据率。

然而，NGOA系统在上游方向和下游方向上提供对称的带宽。因此，在主要利用非对称带宽配置的应用的情况下，NGOA方法浪费了大量资源。这种被浪费的资源具体包括：光学谱、上游接收器中软件无线电的处理能力、下游方向上的包处理能力、因分配的上游资源导致无法由不同订购者使用的下游容量。

另外，对于每个订购者，NGOA的下游带宽可能是固定的，因此无法动态地将带宽分配给具体订购者短的时间段。

然而，GPON或GEPON已知为具有非对称带宽配置以及高的超订因素的应用。主要缺点涉及上游方向上的动态带宽分配和测距过程，这导致了达到20-100ms的传输延迟以及相应协议的复杂实施。另外的缺点在于，ONU的上游发射机因时域复用而被开启和关闭，从而在上游接收器处导致了的高动态要求。因为GPON和GEPON不使用外差式接收器，所以功率预算(长度、分裂因素(splitting factor))也被限制。

国际申请WO2011/110223描述了上游波长锁定至下游波长的系统，并且其中振荡器和混合器在接收路径中形成使中间频率偏移的附加阶段。

将解决的问题为克服上述缺点，具体为提供非对称NGOA系统的高效方法，该方法还能够与GPON系统兼容。

发明内容

该问题可根据独立权利要求的特征而得到解决。其他的实施方式由从属权利要求产生。

为了克服该问题，提供了用于光学网络单元的数据处理的方法，该方法包括以下步骤：在光学网络单元处接收配置信息；调节光信号至由配置信息指示的波长或波长范围；通过光信号解调输入的光学信号；混合被解调的输入的光学信号与由振荡器生成的信号；以及通过软件无线电生成调制光信号的被调制光学上游信号，以使得所得到的光学上游频率能够相对于本地振荡器的频率偏移可编程量。

振荡器的信号可以为频率。

输入的信号可利用光源，例如光电二极管而被解调。

光学信号(或发出该光学信号的光源)已如配置信息中所阐述的那样被调节；光学信号的这种设置用于提供被调制上游信号。

这种方法可高效地用于支持对称光学接入系统或非对称光学接入系统。上游波长范围可调节成显著小于下游波长范围。每个光学网络单元(例如ONU)可为上游通信分配减小的波长范围。这种上游通信通过相应调节的光信号被利用。因此，中央单元(例如光学网络的OLT)可从多个光学网络元件接收所有上游通信，其中OLT可在下游方向上朝向ONU广播信息。优选地，相比于由每个ONU利用的各个上游带宽，可在大带宽上输送下游信息。

在实施方式中，生成被调制光学上游信号的步骤包括：以因子e^-2πiΔf乘以光信号。

振荡器的信号可被调谐或调节以改善接收，例如输入信号的信号质量或信噪比。这可通过已知的机制，例如锁相环路(PPL)、频率扫描等来实现。

在实施方式中，光信号由光源，具体由激光器提供。

光源或激光可以是可调谐至预定波长或所需波长的。

在另一实施方式中，振荡器的信号被调谐以基本补偿光信号的调节。

因此，光信号可在步骤中基于配置信息被设定。该光信号可用于上游调制目的。为了仍然能够接收向下游朝向光学网络元件发送的信息，可调节振荡器。因此，振荡器的供给至混合器的信号(其中该信号可与被解调的电(输入)信号混合)可用于调节在光学网络元件处被处理的(例如，在混合器的输出处接收的)下游信息的信号质量。

这也是上游光学信号的带宽低于输入的光学信号的带宽的实施方式。

根据另一实施方式，配置信息由中央单元，具体由光学线路终端提供。

因此，光信号(尤其是光源或激光器)可被相应地调节。用于上游通信的所分配的带宽(波长范围)因此可相应地被利用。

根据实施方式，用于上游调制的光信号通过提高信号质量，具体通过降低信噪比而被调节至由配置信息指示的波长或波长范围。

因此，光信号的调节，例如激光器或光源的调谐可通过确定接收到的信号的质量而实现。因此，光信号可被逐步调节并且信号的质量(例如信噪比)可被确定。在质量提高的情况下，调节可继续或否则逆转。应注意，可利用用于锁定至频率或载波的多个解决方案，以提高信号质量(例如，频率扫描、PLL机制等)。

根据另一实施方式，光学网络元件为光学网络单元或光学网络的订购者单元，具体为无源光学网络。

上述方法还由如下装置解决，该装置

－包括用于提供光信号的光源；

－包括接收器，光信号被供给至该接收器，其中该接收器提供电输出信号；

－其中，光源能够被调节至由接收的配置信息指示的波长或波长范围；

－包括振荡器和混合器，其中振荡器的信号和来自接收器的电输出信号被输送至混合器，以及振荡器的信号是可调谐的，以改进在所述装置处对输入信号的接收；

－包括调制器，以提供被调制光学上游信号，光源的光信号被供给至该调制器。

根据实施方式，该装置为光学网络单元。

根据另一实施方式，该装置包括数字信号处理器。

根据另一实施方式，振荡器的信号是可调谐的，以改善混合器的输出信号的质量，具体是混合器的输出信号的信噪比。

此外，上述问题可通过包括至少一个如本文所述的装置的通信系统解决。

附图说明

在以下附图中示出并说明了本发明的实施方式：

图1为本发明的一个实施方式的示意图；以及

图2为根据本发明的一个实施方式的在一个下游波长上的5个ONU的频谱的示意图。

具体实施方式

下文将参照附图描述说明性实施方式以公开本发明的教导。虽然在本文中参照用于具体应用的说明性实施方式描述了本发明，但是应理解，本发明并不限于此。本领域的普通技术人员以及能够获得本文中所提供的教导的人员将认识到落入本发明范围内以及本发明具有显著实用性的另外的领域内的另外的修改、应用和实施方式。

具体提供的解决方案提供了用于n个订购者的一个下游波长和用于每个订购者的专用上游波长。该一个下游波长可被利用，以向该n个订购者广播信息。

每个ONU可包括外差式接收器。然而，较之已知的NGOA接收器，ONU无需被修改。每个ONU可接收1G数据流，其中1G数据流可被时域复用(TDM)以为每个ONU供给其相应的数据，或者下游数据可被OFDM调制，并且可通过与例如在LTE中实现的方式相似的方式实现OFDM时隙和频率的分配。

图1为本发明的一个实施方式的示意图。具体地，图1涉及OFDM情况。

由于每个ONU均包含用于上游的IQ调制器和用于驱动IQ调制器的足够快的数模转换器(DAC)，所以任何随意的光学波形可在上游生成(在电子设备和调制器的带宽限制范围内)，从而可生成被调制光学上游信号，该被调制光学上游信号相对于ONU本地振荡器具有某一频谱距离。频谱距离可以通过ONU数字信号处理器(DSP)中的软件来确定，并可被自由地选择。

与同一下游波长相连接的n个ONU中每个均可分配有不同的频谱距离，以生成非重叠上游信号。

因为NGOA概念允许ONU本地振荡器激光器在某些限制范围(例如，数MHz)内漂移，所以来自n个不同ONU的上游信号之间可间隔有某一保护带。

根据本发明的一个实施方式的ONU可用于1G或低速操作。根据本发明的另一实施方式，ONU首先可作为慢ONU而被出售，然后(例如，通过软件)更新至1G操作。

对于OLT而言，来自在一个波长上的多个ONU的信号可以像来自一个1G ONU的信号那样被接收。所有信号可下变频至相同的频隙。在该频隙中，1G接收器可接收1G信号，或者可选地，进一步的下变频阶段可下变频n个ONU信号并且n个接收器可检测数据。对于OLT而言，因此可能增加DSP的工作；然而，OLT接收器DSP芯片中的主要工作在高速下变频阶段，以使得n个低速接收器的附加的工作是有限的。

根据本发明的一个实施方式的系统的传输路径可采用可与传统1G对称NGOA ONU相比较而没有实质性修改的硬件，假设传输路径采用用于上游的IQ调制器。

然而，不同于传统技术，在本发明的一个实施方式中，传输(上游)信号可由软件无线电生成。

通过数学运算，操纵调制器的I-信号和Q-信号可以以所产生的光学上游频率能够以可编程的量偏移的方式被操作。

因此，可通过以下步骤生成上游频率和下游频率之间的差异：

·外差式接收的控制环路可产生ONU的本地振荡器(激光器)与下游信号之间的固定频率偏置。这可通过如在传统的1G对称NGOA ONU中那样以相同的方式实现，并且采用与相同的HW/SW。

·传输信号可通过以下方式被调制，其中上游频率可偏移与本地振荡器激光器相关的可编程频率Δf。这可通过驱动IQ调制器的信号与因子e^-2πiΔf的复数乘法来实现。

作为效果，以下操作成为可能

·频谱距离可由ONU数字信号处理器(DSP)中的软件确定，并可被自由地选择。

·与相同的下游波长相连接的n个ONU中每个可选择不同的频谱距离，以生成非重叠的上游信号。下游载波的频谱距离可以为例如933MHz±n*Δf的固定频谱距离。

示例性ONU实施

根据本发明一个实施方式的ONU的硬件与用于1G ONU的传统ONU的硬件具有可比性。DSP可包含几个另外的块，例如，数字地生成相应载波频率的阶段(数控振荡器，NCO)、数字上变频阶段(仅复数乘法)以及其数据速率可以是灵活的调制阶段。此外，附加的软件可控制数据速率与协议之间的切换。

协议层

所利用的通信协议可基于GPON TC层并且可以为其简化版本。因为每个订购者(ONU)具有专用波长，所以无需上游带宽分配方案。因此，所有订购者可在没有任何TDM方案的情况下同时发送上游流量。

在下游方向中，OLT可按照传统的启动过程向每个ONU分配唯一ID。根据传统的TDM或OFDM方案，对于分配至一个下游波长的多个ONU的数据可以是时间复用的和/或频率复用的。在供能之后，ONU可搜索下游波长(根据NGOA方案)并且可从下游信息读取配置参数。年鉴(Almanac)可被增强以应对在一个波长上的多个ONU并且可用于分配相应的上游波长。

其他优点

所提出的解决方案如GPON或GEPON那样提供了的相同下游超订(overbooking)机制，并且将其与NGOA的外差式接收器相组合，从而显著增加了GPON或GEPON功率预算。

此外，该解决方案可避免来自使用在GPON或GEPON中的上游带宽分配方案的已知的任何问题和复杂化。

应注意，相同的ONU可用于对称NGOA以及非对称NGOA。

相比于用于对称NGOA的OLT，这种方法有利地允许显著地降低硬件复杂性并因此降低成本。

这种方法还允许非对称NGOA，其中该非对称NGOA将共享树中的n个订购者与光域中的高带宽效率组合；所有接收器可以为频率选择性的。因此，多个非对称NGOA树可组合在一个光纤和/或PON中，从而相对于对称NGOA，以数量级来扩展订购者的数量。

还可在ONU和/或OLT的相同的硬件中组合对称NGOA和非对称NGOA。

根据本文中所提出的方法，在相同的PON中，服务供应商可将订购者与专用下游带宽(对称NGOA)和共享下游带宽(非对称NGOA)相组合。

因为上游信号可部署在1310nm范围中并且不干扰NGOA信号，所以GPON和/或GEPONONU可使用在相同的PON中，使用相同的下游信号。因此，可以使用这种解决方案，并且GPON和/或GEPON与NGOA具有相同的下游信号。

如本文中可能使用的，术语“基本上”或“约”是指对于其相应的术语的工业可接受公差。这种工业可接受公差为小于1％至20％内并且对应于但不限于部件值、集成电路过程变化、温度变化、上升和下降时间和/或热噪音。

此外，如文本中可能使用的短语“可操作地联接”、“与...联接”或者“联接至”包括直接联接和通过另一部件、元件、电路或模块的间接联接，其中对于间接联接，插入的部件、元件、电路或模块不修改信号的信息但是可能调节电流电平、电压电平和/或功率电平。此外，推断联接(例如，一个元件通过推断与另一元件联接)包括两个元件之间如与“可操作接合”相同的方式的直接联接和间接联接。

最后，如本文中可能使用的术语“比较”是指两个或多个元件、项目、信号等之间的比较，提供了期望的关系。

缩略词表：

GEPON：吉比特以太网PON

GPON：吉比特PON

IF：中频

NGOA：下一代光学接入

OLT：光学线路终端

ONU：光学网络单元

PD：光电二极管

PON：无源光学网络

TC：传输汇聚

TDM：时分复用

UDWDM：超密集WDM

Claims

1.一种用于光学网络单元的数据处理方法，包括：

在所述光学网络单元处接收配置信息；

将由本地振荡激光器提供的光信号调节至由所述配置信息指示的波长或波长范围；

通过所述光信号解调光学输入信号；以及

通过软件无线电生成用于调制所述光信号的被调制光学上游信号，以使得所得到的光学上游频率能够相对于所述本地振荡激光器的频率偏移可编程的量。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

混合被解调的所述光学输入信号与由振荡器生成的信号。

3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中生成被调制光学上游信号的步骤包括：以因子e^-2πiΔf乘以所述光信号。

4.根据权利要求2所述的方法，其中

-由所述振荡器生成的所述信号被设为预定频率或任意频率，

-所述光信号被调节，以提高所述输入信号的接收和接收所述配置信息。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述上游光学信号的带宽低于所述光学输入信号的带宽。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述配置信息由中央单元提供，具体由光学线路终端提供。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中用于上游调制的所述光信号通过提高信号质量，具体通过降低信噪比而被调节至由所述配置信息指示的波长或波长范围。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述光学网络单元为无源光学网络的订购者单元。

9.一种装置，

－包括用于提供光信号的本地振荡激光器；

－包括接收器，所述光信号被供给至所述接收器，其中所述接收器提供电输出信号；

－其中，所述本地振荡激光器能够被调节至由接收的配置信息指示的波长或波长范围；

－包括调制器，以提供被调制光学上游信号，所述本地振荡激光器的所述光信号被供给至所述调制器，

其中所述调制器进一步包括被配置为对所述光信号进行调制的软件无线电，以使所述光学上游信号的频率相对于所述光信号的频率偏移可编程的量。

10.根据权利要求9所述的装置，进一步包括振荡器和混合器，其中所述振荡器的信号和来自所述接收器的所述电输出信号被输送至所述混合器，以及所述振荡器的信号是可调谐的，以改进在所述装置处对输入信号的接收。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其中所述装置为光学网络单元。

12.根据权利要求9或10所述的装置，其中所述装置包括数字信号处理器。

13.根据权利要求9或10所述的装置，其中所述振荡器的所述信号是可调谐的，以提高所述混合器的输出信号的质量，具体地提高所述混合器的输出信号的信噪比。

14.一种通信系统，包括至少一个根据权利要求9至13中任一项所述的装置。