CN108521299A - 一种多场景应用的光纤无线融合通信系统及信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多场景应用的光纤无线融合通信系统，包括OLT板块、光纤、第二波分解复用单元以及若干的ONU板块，所述OLT板块依次经过光纤和第二波分解复用单元与若干的ONU板块连接。本发明中OLT板块通过标准单模光纤及波分解复用单元链接ONU板块，高速信号由OLT板块传送到远端ONU板块，实施多场景多制式信号覆盖。

Description

一种多场景应用的光纤无线融合通信系统及信号处理方法

〖技术领域〗

本发明属于信息与通信技术领域，尤其涉及一种多场景应用的光纤无线融合通信系统及信号处理方法。

〖背景技术〗

随着信息通信技术(ICT)的高速发展，超大宽带光纤通信与高速移动接入越来越受到业界的重视，光纤技术与无线技术的融合是未来通信的发展方向。然而，对于未来室内与室外分布系统、超高速光纤城域网、超高速无线局域网、新型相邻基站之间高速微波光纤互联互通的方案，基于目前的技术平台很难做到真正深度融合，而且各系统之间对于应用的场景存在一定的局限性，难以做到真正应用于多场景的光纤无线融合通信。

〖发明内容〗

本发明的第一发明目的在于提供一种OLT板块通过标准单模光纤及波分解复用单元链接ONU板块，高速信号由OLT板块传送到远端ONU板块，再实施多场景多制式信号覆盖的系统。

本发明采用的技术方案如下：一种多场景应用的光纤无线融合通信系统，包括OLT板块、光纤、第二波分解复用单元以及若干的ONU板块，所述OLT板块依次经过光纤和第二波分解复用单元与若干的ONU板块连接，

所述OLT板块包括可调谐射频发生器、一次升频处理单元、二次升频处理单元、光电调制器MZM 01、光纤放大器EDFA、第一波分解复用单元以及第一波分复用单元，所述可调谐射频发生器依次与一次升频处理单元、二次升频处理单元、光电调制器MZM 01、光纤放大器EDFA、第一波分解复用单元以及第一波分复用单元连接；所述OLT板块还包括激光光源、第一偏振控制单元、信道功率检测单元，所述激光光源依次与第一偏振控制单元和光电调制器MZM 01连接，所述信道功率检测单元分别与激光光源、光电调制器MZM 01、光纤放大器EDFA以及第一波分解复用单元连接；

所述OLT板块包括光电直接检测单元、带通滤波单元、高频放大模块、低通滤波单元、高通滤波单元以及微波放大模块，所述光电直接检测单元依次与带通滤波单元和高频放大模块连接；所述光电直接检测单元与低通滤波单元连接；所述光电直接检测单元依次与高通滤波单元和微波放大模块连接。

进一步的，所述若干的ONU板块以ONU-1、ONU-2、·····ONU-15区分；在所述第一波分解复用单元内设置有31路激光谐波信号，其中一路激光谐波信号与信道功率检测单元连接，另外30路激光谐波信号以信道的方式与第一波分复用单元连接；所述30路激光谐波信号分别与信道1、信道2·····信道30一一对应。

进一步的，每两个相邻的信道组成一对，共15对信道；每对信道与ONU-1、ONU-2、·····ONU-15一一对应。

进一步的，所述所述OLT板块还包括第一基带数据单元、光电调制器MZM 02、高频数据单元和光电调制器MZM 03，所述光电调制器MZM 02和光电调制器MZM03设置于信道1中，所述光电调制器MZM 02与第一基带数据单元连接，所述光电调制器MZM 03与高频数据单元连接。

进一步的，所述ONU板块还包括光电调制器MZM 04、第二基带数据单元和第二偏振控制单元，所述光电调制器MZM 04分别与第二基带数据单元和第二偏振控制单元连接，所述ONU板块通过光电调制器MZM 04和第二偏振控制单元将数据回传OLT板块；所述第二波分解复用单元分别与光电直接检测单元和光电调制器MZM 04连接。

进一步的，所述光电调制器MZM 01的对称因子默认配置0.88、消光比为30dB；所述光纤放大器EDFA的放大倍数默认配置30dB，噪声系数为4dB；所述激光光源输出默认配置0dBm、线宽为5MHz，初相位为0度；所述31路激光谐波信号为20GHz；每个信道以10±1dBm功率输出。

本发明的第二发明目的在于提供一种光纤无线融合通信系统的信号处理方法，所述信号处理方法包括近端输出和远端输出，所述近端输出包括以下步骤：

①由可调谐射频发生器输出单音信号，经过两次升频处理后输出20GHz射频信号，该射频信号通过光电调制器MZM 01对由激光光源输出并实施偏置控制的194.1THz的激光光波进行电光调制，已调光载波信号通过光纤放大器EDFA实施放大处理，然后再通过第一波分解复用单元对相邻信道间隔为20GHz的31路激光谐波信号实施波分处理；

②第一波分解复用单元分路出来的一路激光谐波信号通过信道功率检测单元对该信道光功率实施功率检测，然后作为控制信号分别对光纤放大器EDFA、光电调制器MZM01及激光光源实施反馈控制，分别对激光光源功率输出、光电调制器MZM 01的对称因子及光纤放大器EDFA的放大倍数进行实施动态逼近式自动微调，进而确保第一波分解复用单元分解出的各路光波信号功率均衡且每个信道10±1dBm功率输出；

③第一波分解复用单元分解出的另外30路激光谐波按照相邻信道为一对，可以划归为15对信道，第一对即为信道1和信道2，用于对应于远端的ONU-1，第二对即为信道3和信道4，用于对应于远端的ONU-2，以此类推；

④信道1依次通过光电调制器MZM 02和光电调制器MZM 03分别被第一基带数据单元、高频数据单元调制，已调光载波信号与未调制相邻激光谐波再通过第一波分复用单元耦合到标准单模光纤中实施信号传送，进而到达第二波分解复用单元中；

进一步的，所述远端输出包括以下步骤：

①第二波分解复用单元接收到从OLT板块传送来的已调光载波及激光谐波后，按照OLT板块中相邻信道配对原则分别把15对信道分配给15个ONU板块；

②以ONU-1为例已调光载波的信道1与纯净的激光谐波信道2在光电直接探测单元中实施合路及光电变换处理，然后再功率均分三路，第一路依次通过带通滤波单元和高频放大模块处理，获得2.4GHz高频载波信号，然后经天线发射，实现下行链路无线接入；

③第二路通过低通滤波单元恢复出原始基带数据，实现下行链路有线接入；

④第三路依次通过高通滤波单元和微波放大模块处理，获得20GHz微波信号，然后经天线发射，实现下行链路微波接入。

进一步的，所述ONU板块中的信道1在与信道2合并光电探测前分离出一部分激光谐波通过光电调制器MZM 04调制上行的基带数据，再通过第二偏振控制单元后通过上行链路光纤回传到OLT板块，进而实现上行链路通信。

进一步的，信道1中的调制格式是OFDM、n-QAM、QPSK或Nyquist-DP-16QAM，然后通过混频后，升频为2.4GHz的高频信号。

本发明的有益效果在于：通过OLT板块的调制，使得在ONU板块中，不需要复杂的信号混频、信号调制处理，直接实现了基带信源、高频信源、微波信源的产生，并且保留了OLT板块发送端的原有数据调制格式，进而为多场景通信接入提供低复杂度的信源解决方案。

〖附图说明〗

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明光纤无线融合通信系统的架构图。

〖具体实施方式〗

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示，一种多场景应用的光纤无线融合通信系统，包括OLT板块、光纤、第二波分解复用单元以及若干的ONU板块，所述OLT板块依次经过光纤和第二波分解复用单元与若干的ONU板块连接，所述OLT板块包括可调谐射频发生器、一次升频处理单元、二次升频处理单元、光电调制器MZM 01、光纤放大器EDFA、第一波分解复用单元以及第一波分复用单元，所述可调谐射频发生器依次与一次升频处理单元、二次升频处理单元、光电调制器MZM01、光纤放大器EDFA、第一波分解复用单元以及第一波分复用单元连接；所述OLT板块还包括激光光源、第一偏振控制单元、信道功率检测单元，所述激光光源依次与第一偏振控制单元和光电调制器MZM 01连接，所述信道功率检测单元分别与激光光源、光电调制器MZM 01、光纤放大器EDFA以及第一波分解复用单元连接；

所述OLT板块包括光电直接检测单元、带通滤波单元、高频放大模块、低通滤波单元、高通滤波单元以及微波放大模块，所述光电直接检测单元依次与带通滤波单元和高频放大模块连接；所述光电直接检测单元与低通滤波单元连接；所述光电直接检测单元依次与高通滤波单元和微波放大模块连接。

所述若干的ONU板块以ONU-1、ONU-2、·····ONU-15区分；在所述第一波分解复用单元内设置有31路激光谐波信号，其中一路激光谐波信号与信道功率检测单元连接，另外30路激光谐波信号以信道的方式与第一波分复用单元连接；所述30路激光谐波信号分别与信道1、信道2·····信道30一一对应。

每两个相邻的信道组成一对，共15对信道；每对信道与ONU-1、ONU-2、·····ONU-15一一对应。

所述所述OLT板块还包括第一基带数据单元、光电调制器MZM 02、高频数据单元和光电调制器MZM 03，所述光电调制器MZM 02和光电调制器MZM 03设置于信道1中，所述光电调制器MZM 02与第一基带数据单元连接，所述光电调制器MZM 03与高频数据单元连接。

所述ONU板块还包括光电调制器MZM 04、第二基带数据单元和第二偏振控制单元，所述光电调制器MZM 04分别与第二基带数据单元和第二偏振控制单元连接，所述ONU板块通过光电调制器MZM 04和第二偏振控制单元将数据回传OLT板块；所述第二波分解复用单元分别与光电直接检测单元和光电调制器MZM 04连接。

所述光电调制器MZM 01的对称因子默认配置0.88、消光比为30dB；所述光纤放大器EDFA的放大倍数默认配置30dB，噪声系数为4dB；所述激光光源输出默认配置0dBm、线宽为5MHz，初相位为0度；所述31路激光谐波信号为20GHz；每个信道以10±1dBm功率输出。

一种光纤无线融合通信系统的信号处理方法，其包括近端输出和远端输出。

如图1所示，OLT板块通过10公里标准单模光纤及第二波分解复用单元与远端N个ONU板块建立链接高速信息传输，传送到ONU板块的纯净激光谐波用于该ONU板块的上行链路激光光源。

所述近端输出包括以下步骤：

①可调谐射频发生器输出不同频段的单音信号(以5GHz为例)，经过两次升频处理后输出20GHz射频信号，该射频信号通过光电调制器MZM 01对由激光光源输出并实施偏置控制的194.1THz的激光光波进行电光调制，已调光载波信号通过光纤放大器EDFA实施放大处理，然后再通过第一波分解复用单元对相邻信道间隔为20GHz的31路激光谐波信号实施波分处理；

②分路出来的一路激光谐波信号通过信道功率检测单元对该信道光功率实施功率检测然后作为控制信号分别光纤放大器EDFA、光电调制器MZM 01及激光光源实施反馈控制，分别对激光光源功率输出、光电调制器MZM 01的对称因子及光纤放大器EDFA的放大倍数进行实施动态逼近式自动微调，进而确保波第一波分解复用单元分解出的各路光波信号功率均衡且每个信道10±1dBm功率输出；其中，光电调制器MZM 01的对称因子默认配置0.88，消光比为30dB；光纤放大器EDFA的放大倍数默认配置30dB，噪声系数为4dB；激光光源输出默认配置0dBm，线宽为5MHz，初相位为0度；

③第一波分解复用单元分解出的另外30路激光谐波按照相邻信道为一对，可以划归为15对信道，第一对(即信道1、信道2)用于对应于远端的ONU-1，第二对(即信道3、信道4)用于对应于远端的ONU-2，以此类推。以第一对为例说明如下(其他十四对信道处理方法相同)：信道1依次通过光电调制器MZM 02和光电调制器MZM 03分别被第一基带数据单元、高频数据单元调制(调制格式可以是OFDM、n-QAM、QPSK或Nyquist-DP-16QAM，然后通过混频后，升频为2.4GHz的高频信号)，已调光载波信号与未调制相邻激光谐波(即信道2)再通过第一波分复用单元耦合到标准单模光纤中实施信号传送，进而到达远端的第二波分解复用单元中；

所述远端输出包括以下步骤：

①第二波分解复用单元接收到从OLT板块传送来的已调光载波及激光谐波后，按照OLT中相邻信道配对原则分别把15对信道分配给15个ONU板块。

②以ONU-1为例进行说明如下(其他十四对信道处理方法相同)：已调光载波的信道1与纯净的激光谐波信道2在光电直接探测单元中实施合路及光电变换处理，然后再功率均分三路，第一路依次通过带通滤波单元和高频放大模块处理，获得2.4GHz高频载波信号(其中只携带有OLT板块中的高频数据调制信号信息)，然后经天线发射，实现下行链路无线接入；

③第二路通过低通滤波单元恢复出原始基带数据(此基带数据就是OLT板块中的基带数据调制信号信息)，实现下行链路有线接入；

④第三路依次通过高通滤波单开和微波放大模块处理，获得20GHz微波信号(其中只携带有OLT板块中的基带数据调制信号信息)，然后经天线发射，实现下行链路微波接入。

如图1所示，ONU板块中的信道2再与信道1合并光电探测前分离出一部分激光谐波通过光电调制器MZM 04调制上行的基带数据，再通过第二偏振控制单元后通过上行链路光纤回传到OLT板块，进而实现上行链路通信。该方案在每个ONU板块中就节省了一个上行光模块，这样就大大降低了多个ONU板块的总体成本，同时也简化了ONU板块的复杂度，进而降低ONU板块中的后期有源光模块的维护成本。

需要说明强调的是：

(1)已调光载波与相邻信道纯净激光谐波在ONU板块中合路、光电变换处理可以产生20GHz载波信号；已调光载波也可以与非相邻信道的纯净激光谐波在ONU板块中合路、光电变换处理产生20*N(GHz)载波信号用于微波无线通信(这里的N是指已调光载波所在信道与合路的非相邻激光谐波所在信道的差的绝对值)；调整可调谐射频发生器的输出频率，能够使得激光谐波间隔发生改变，即是由20GHz调节成其他需要的频段，对应的波分解复用、波分复用的信道间隔与之一并调整，进而可以使得ONU端的微波接入的频段发生改变，得到我们想要的微波频段。

(2)在OLT板块中，通过改进光电调制器MZM 01器件内部两个3dB耦合器的结构，使得光电调制器的对称因子固定在0.88数值上，激光光源通过光电调制器MZM 04被射频信号调制后产生了功率均衡、相位同步的一系列激光谐波。利用第一波分解复用单元，对分离出的其中一个信道激光谐波实施功率检测，然后馈送给光纤放大器EDFA和光电调制器MZM 01实施参量动态监控，。

(3)在ONU板块中，不需要复杂的信号混频、信号调制处理，其直接实现了基带信源、高频信源、微波信源的产生，并且保留了OLT板块发送端的原有数据调制格式，进而为多场景通信接入提供低复杂度的信源解决方案。

以上实施例仅为充分公开而非限制本发明，凡基于本发明的创作主旨、未经创造性劳动的等效技术特征的替换，应当视为本申请揭露的范围。

Claims (10)

1.一种多场景应用的光纤无线融合通信系统，包括OLT板块、光纤、第二波分解复用单元以及若干的ONU板块，所述OLT板块依次经过光纤和第二波分解复用单元与若干的ONU板块连接，其特征在于，

所述OLT板块包括可调谐射频发生器、一次升频处理单元、二次升频处理单元、光电调制器MZM 01、光纤放大器EDFA、第一波分解复用单元以及第一波分复用单元，所述可调谐射频发生器依次与一次升频处理单元、二次升频处理单元、光电调制器MZM 01、光纤放大器EDFA、第一波分解复用单元以及第一波分复用单元连接；所述OLT板块还包括激光光源、第一偏振控制单元、信道功率检测单元，所述激光光源依次与第一偏振控制单元和光电调制器MZM 01连接，所述信道功率检测单元分别与激光光源、光电调制器MZM 01、光纤放大器EDFA以及第一波分解复用单元连接；

所述OLT板块包括光电直接检测单元、带通滤波单元、高频放大模块、低通滤波单元、高通滤波单元以及微波放大模块，所述光电直接检测单元依次与带通滤波单元和高频放大模块连接；所述光电直接检测单元与低通滤波单元连接；所述光电直接检测单元依次与高通滤波单元和微波放大模块连接。

2.如权利要求1所述的光纤无线融合通信系统，其特征在于，所述若干的ONU板块以ONU-1、ONU-2、·····ONU-15区分；在所述第一波分解复用单元内设置有31路激光谐波信号，其中一路激光谐波信号与信道功率检测单元连接，另外30路激光谐波信号以信道的方式与第一波分复用单元连接；所述30路激光谐波信号分别与信道1、信道2·····信道30一一对应。

3.如权利要求2所述的光纤无线融合通信系统，其特征在于，每两个相邻的信道组成一对，共15对信道；每对信道与ONU-1、ONU-2、·····ONU-15一一对应。

4.如权利要求2所述的光纤无线融合通信系统，其特征在于，所述所述OLT板块还包括第一基带数据单元、光电调制器MZM 02、高频数据单元和光电调制器MZM 03，所述光电调制器MZM 02和光电调制器MZM 03设置于信道1中，所述光电调制器MZM 02与第一基带数据单元连接，所述光电调制器MZM 03与高频数据单元连接。

5.如权利要求2所述的光纤无线融合通信系统，其特征在于，所述ONU板块还包括光电调制器MZM 04、第二基带数据单元和第二偏振控制单元，所述光电调制器MZM 04分别与第二基带数据单元和第二偏振控制单元连接，所述ONU板块通过光电调制器MZM 04和第二偏振控制单元将数据回传OLT板块；所述第二波分解复用单元分别与光电直接检测单元和光电调制器MZM 04连接。

6.如权利要求2所述的光纤无线融合通信系统，其特征在于，所述光电调制器MZM 01的对称因子默认配置0.88、消光比为30dB；所述光纤放大器EDFA的放大倍数默认配置30dB，噪声系数为4dB；所述激光光源输出默认配置0dBm、线宽为5MHz，初相位为0度；所述31路激光谐波信号为20GHz；每个信道以10±1dBm功率输出。

7.一种如权利要求1-6所述光纤无线融合通信系统的信号处理方法，其特征在于，所述信号处理方法包括近端输出和远端输出，所述近端输出包括以下步骤：

①由可调谐射频发生器输出单音信号，经过两次升频处理后输出20GHz射频信号，该射频信号通过光电调制器MZM 01对由激光光源输出并实施偏置控制的194.1THz的激光光波进行电光调制，已调光载波信号通过光纤放大器EDFA实施放大处理，然后再通过第一波分解复用单元对相邻信道间隔为20GHz的31路激光谐波信号实施波分处理；

②第一波分解复用单元分路出来的一路激光谐波信号通过信道功率检测单元对该信道光功率实施功率检测，然后作为控制信号分别对光纤放大器EDFA、光电调制器MZM 01及激光光源实施反馈控制，分别对激光光源功率输出、光电调制器MZM 01的对称因子及光纤放大器EDFA的放大倍数进行实施动态逼近式自动微调，进而确保第一波分解复用单元分解出的各路光波信号功率均衡且每个信道10±1dBm功率输出；

③第一波分解复用单元分解出的另外30路激光谐波按照相邻信道为一对，可以划归为15对信道，第一对即为信道1和信道2，用于对应于远端的ONU-1，第二对即为信道3和信道4，用于对应于远端的ONU-2，以此类推；

④信道1依次通过光电调制器MZM 02和光电调制器MZM 03分别被第一基带数据单元、高频数据单元调制，已调光载波信号与未调制相邻激光谐波再通过第一波分复用单元耦合到标准单模光纤中实施信号传送，进而到达第二波分解复用单元中。

8.如权利要求7所述的的信号处理方法，其特征在于，所述远端输出包括以下步骤：

①第二波分解复用单元接收到从OLT板块传送来的已调光载波及激光谐波后，按照OLT板块中相邻信道配对原则分别把15对信道分配给15个ONU板块；

②以ONU-1为例已调光载波的信道1与纯净的激光谐波信道2在光电直接探测单元中实施合路及光电变换处理，然后再功率均分三路，第一路依次通过带通滤波单元和高频放大模块处理，获得2.4GHz高频载波信号，然后经天线发射，实现下行链路无线接入；

③第二路通过低通滤波单元恢复出原始基带数据，实现下行链路有线接入；

④第三路依次通过高通滤波单元和微波放大模块处理，获得20GHz微波信号，然后经天线发射，实现下行链路微波接入。

9.如权利要求8所述的信号处理方法，其特征在于，所述ONU板块中的信道1在与信道2合并光电探测前分离出一部分激光谐波通过光电调制器MZM 04调制上行的基带数据，再通过第二偏振控制单元后通过上行链路光纤回传到OLT板块，进而实现上行链路通信。

10.如权利要求9所述的信号处理方法，其特征在于，信道1中的调制格式是OFDM、n-QAM、QPSK或Nyquist-DP-16QAM，然后通过混频后，升频为2.4GHz的高频信号。