CN116419099A - 一种点到多点光通信方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种点到多点通信方法、装置和系统。该光通信方法，应用于点到多点通信系统，该点到多点通信系统包括中心节点和多个叶子节点。从中心节点的角度来说，该方法包括：生成第一下行数据和第二下行数据；根据第一下行数据和第二下行数据对光信号进行相干调制，生成下行光信号，下行光信号的第一子载波携带第一下行数据，下行光信号的第二子载波携带第二下行数据；发送下行光信号，第一下行数据的目的节点为第一叶子节点，第二下行数据的目的节点为第二叶子节点。基于该方法，在一个多速率共存的P2MP光通信系统中，中心节点可以与不同速率的各叶子节点进行通信。

Description

一种点到多点光通信方法、装置和系统

技术领域

本申请涉及光通信领域，尤其涉及一种点到多点光通信方法、装置和系统。

背景技术

在万物互联需求的驱动下，光通信系统中的节点数目不断增多，点到多点(pointto multipoint，P2MP)光通信技术，将取代传统点到点(point-to-point，P2P)光通信技术，在未来“光连万物”的场景下扮演重要角色。采用P2MP光通信技术的光通信系统，称之为P2MP光通信系统或P2MP光通信网络。P2MP光通信系统通常包括一个中心节点和多个叶子节点。例如，无源光网络(PON,passive optical network)就是一种典型的P2MP光通信系统，PON系统包括一个光线路终端(optical line termination，OLT)OLT，至少一个光网络单元(optical network unit，ONU)或光网络终端(optical network terminal，ONT)，其中OLT为中心节点，ONU或ONT为叶子节点。

随着新兴业务的不断涌现，人们对业务多样性和业务实时性的需求越来越高，网络带宽和通信速率也随之逐步升级。在一个P2MP光通信系统中，各叶子节点支持的光通信速率可能的相同的，也可能是不同的。在一个多速率共存的P2MP光通信系统中，中心节点如何与支持不同速率的各叶子节点进行通信，成为目前业界的一个研究热点。

发明内容

本申请实施例提供一种点到多点通信方法、装置及系统。基于该方法，在一个多速率共存的P2MP光通信系统中，中心节点可以与不同速率的各叶子节点进行通信。

第一方面，本申请实施例提供一种光通信方法，应用于点到多点通信系统，该点到多点通信系统包括中心节点和多个叶子节点。从中心节点的角度来说，该方法包括：生成第一下行数据和第二下行数据；根据第一下行数据和第二下行数据对光信号进行相干调制，生成下行光信号，下行光信号的第一子载波携带第一下行数据，下行光信号的第二子载波携带第二下行数据；发送下行光信号，第一下行数据的目的节点为第一叶子节点，第二下行数据的目的节点为第二叶子节点。

基于第一方面所述的方法，P2MP系统中的中心节点可以基于相同下行波长的不同子载波，与多个不同速率的叶子节点通信；中心节点不需要集成多种波长的多个光模块，也不需要进行波分复用处理，降低了中心节点的工程成本；而且中心节点在不增加波长资源的情况下，通过频分复用的方式，与多个不同代际或不同速率的叶子节点通信，提升了系统带宽。

在一些实施方式中，第一子载波宽度和第二子载波宽度相同。即，无论第一叶子节点和第二叶子节点支持的下行速率如何，第一叶子节点和第二叶子节点对应的下行调制速率相同。不同代际或不同能力的叶子节点可以在同一个点到多点通信系统中共存，提升了系统对多样化设备的兼容性。

在一些实施方式中，第一叶子节点支持的下行速率与所述下行光信号的速率属于相同的速率等级，所述中心节点根据第一下行数据和第二下行数据对光信号进行相干调制，包括所述中心节点将所述第一下行数据调制在所述下行光信号的四个维度，X偏振I路，X偏振Q路，Y偏振I路和Y偏振Q路。

在一些实施方式中，第一下行数据对应的调制方式为双偏振正交相移键控DP-QPSK，或双偏振正交振幅调制DP-QAM。

在一些实施方式中，第二叶子节点支持的下行速率小于下行光信号的速率，中心节点根据第一下行数据和第二下行数据对光信号进行相干调制，具体包括：对所述第二下行数据进行冗余编码，冗余编码后的第二下行数据的速率与下行光信号的速率属于相同的速率等级，冗余编码后的第二下行数据包括第二下行数据和冗余数据；将冗余编码后的第二下行数据调制在下行光信号的四个维度。基于冗余编码的机制，中心节点可以以相同的调制速率，将不同代际或支持不同下行速率的叶子节点对应的下行数据，调制在同一个波长的下行光信号中。中心节点在不增加波长资源的情况下，与多个不同代际或不同速率的叶子节点通信，提升了系统兼容性和带宽。

在一些实施方式中，第二叶子节点支持的下行速率等于下行光信号速率的四分之一，第二下行数据对应的调制方式为幅移键控ASK，或二进制相移键控BPSK。

在一些实施方式中，第二叶子节点支持的下行速率等于下行光信号速率的二分之一，第二下行数据对应的调制方式为正交相移键控QPSK，或正交振幅调制QAM。

根据叶子节点支持的下行速率，选择对应的调制方式，提升了系统的兼容性和灵活性。

在一些实施方式中，本申请实施例所提供的方法还包括：中心节点获取第一叶子节点和第二叶子节点的能力信息，能力信息包括，叶子节点支持的速率和/或叶子节点支持的调制方式；中心节点分别向第一叶子节点和第二叶子节点发送各第一叶子节点对应的通信参数，通信参数包括调制方式，子载波频率和子载波频宽中的一种或多种参数。通过能力协商机制，中心节点能够获知各叶子节点的能力信息，并为各叶子节点分配对应的通信参数，提升了系统的兼容性和灵活性。

在一些实施方式中，中心节点和任一叶子节点通信过程中，中心节点还可以发起或接收通信参数的重协商请求。

在一些实施方式中，第一方面所述的点到多点通信系统为无源光网络PON，中心节点为光线路终端OLT，叶子节点为光网络单元ONU或光网络终端ONT。

第二方面，本申请实施例提供一种光通信方法，应用于点到多点通信系统，点到多点通信系统包括中心节点，第一叶子节点和第二叶子节点，从第一叶子点的角度来说，该方法包括：接收下行光信号，该下行光信号包括多个子载波；对该下行光信号的第一子载波进行相干解调，获得第一下行数据。由于下行光信号，以频分复用的方式被分为多个子载波，每个叶子节点对应其中一个子载波，提升了系统带宽。

在一些实施方式中，该下行光信号包括四个维度：X偏振I路，X偏振Q路，Y偏振I路和Y偏振Q路。

在一些实施方式中，第一叶子节点支持的下行速率与下行光信号的速率属于相同的速率等级，第一下行数据被调制在下行光信号的如上四个维度。

在一些实施方式中，第一下行数据对应的调制方式为双偏振正交相移键控DP-QPSK，或双偏振正交振幅调制DP-QAM。

在一些实施方式中，第一叶子节点支持的下行速率小于下行光信号的速率，第一下行数据被调制在下行光信号的其中1-3个维度。

在一些实施方式中，第一叶子节点支持的下行速率等于下行光信号速率的四分之一，第一下行数据对应的调制方式为幅移键控ASK，或二进制相移键控BPSK。

在一些实施方式中，第一叶子节点支持的下行速率等于下行光信号速率的二分之一，第一下行数据对应的调制方式为正交相移键控QPSK，或正交振幅调制QAM。

在一些实施方式中，第二方面所述的方法还包括：第一叶子节点向中心节点发送第一叶子节点的能力信息，能力信息包括，叶子节点支持的速率和/或叶子节点支持的调制方式；第一叶子节点接收中心节点为第一叶子节点分配的通信参数，通信参数包括调制方式，子载波频率和子载波频宽中的一种或多种参数。

在一些实施方式中，中心节点和第一叶子节点通信过程中，第一叶子节点还可以发起或接收通信参数的重协商请求。

在一些实施方式中，点到多点通信系统为无源光网络PON，中心节点为光线路终端OLT，第一叶子节点为光网络单元ONU或光网络终端ONT。

第三方面，本申请实施例提供一种光通信装置，包括信号处理器，光源和调制器。该光通信装置具体可以用于实现如第一方面所述中心节点执行的各种方法流程。处理器用于生成第一下行数据和第二下行数据，调制器用于根据第一下行数据和第二下行数据对光源输出的光信号进行相干调制，生成下行光信号，下行光信号的第一子载波携带第一下行数据，下行光信号的第二子载波携带第二下行数据；调制器还用于发送下行光信号，第一下行数据的目的节点为第一叶子节点，第二下行数据的目的节点为第二叶子节点。

在一些实施方式中，第一子载波宽度和第二子载波宽度相同。

在一些实施方式中，第一叶子节点支持的下行速率与下行光信号的速率属于相同的速率等级，调制器用于将第一下行数据调制在下行光信号的四个维度，X偏振I路，X偏振Q路，Y偏振I路和Y偏振Q路。

在一些实施方式中，第一下行数据对应的调制方式为双偏振正交相移键控DP-QPSK，或双偏振正交振幅调制DP-QAM。

在一些实施方式中，该处理器包括协议编码模块和适配处理模块，协议编码模块用于生成所述第一下行数据和所述第二下行数据；当第二叶子节点支持的下行速率小于下行光信号的速率时，适配处理模块用于对第二下行数据进行冗余编码，冗余编码后的第二下行数据的速率与下行光信号的速率属于相同的速率等级，冗余编码后的第二下行数据包括第二下行数据和冗余数据；调制器用于将冗余编码后的第二下行数据调制在下行光信号的四个维度，X偏振I路，X偏振Q路，Y偏振I路和Y偏振Q路。

在一些实施方式中，第二叶子节点支持的下行速率等于下行光信号速率的四分之一，第二下行数据对应的调制方式为幅移键控ASK，或二进制相移键控BPSK。

在一些实施方式中，第二叶子节点支持的下行速率等于下行光信号速率的二分之一，第二下行数据对应的调制方式为正交相移键控QPSK，或正交振幅调制QAM。

在一些实施方式中，处理器，还用于获取第一叶子节点和所述第二叶子节点的能力信息，能力信息包括，叶子节点支持的速率和/或叶子节点支持的调制方式；处理器，还用于确定第一叶子节点和第二叶子节点的通信参数，通信参数包括调制方式，子载波频率和子载波频宽中的一种或多种参数。

在一些实施方式中，处理器，还用于发起或接收通信参数的重协商请求。

在一些实施方式中，光通信装置为光线路终端OLT，所述调制器为双偏振同相正交调制器。

第四方面，本申请实施例提供一种光通信终端装置，包括光源，解调器和处理器。该光通信终端装置具体可以用于实现如第二方面所述叶子节点执行的各种方法流程。解调器，用于接收下行光信号，下行光信号包括多个子载波；光源，用于发射相干本振光；解调器，还用于基于相干本振光对下行光信号的第一子载波进行相干解调，获得第一下行数据；处理器，用于对所述第一下行数据进行处理。

在一些实施方式中，下行光信号包括四个维度：X偏振I路，X偏振Q路，Y偏振I路和Y偏振Q路。

在一些实施方式中，光通信终端装置支持的下行速率与下行光信号的速率属于相同的速率等级，解调器为四维信号解调器，解调器用于分别从下行光信号的四个维度获得第一下行数据。

在一些实施方式中，光通信终端装置支持的下行速率等于下行光信号速率的四分之一，解调器为一维信号解调器，解调器用于从下行光信号的一个维度获得第一下行数据。

在一些实施方式中，光通信终端装置支持的下行速率等于下行光信号速率的二分之一，解调器为二维信号解调器，解调器用于从下行光信号的两个维度获得所述第一下行数据。

在一些实施方式中，处理器，还用于接收光通信终端装置对应的通信参数，通信参数包括调制方式，子载波频率和子载波频宽中的一种或多种参数。

在一些实施方式中，处理器，还用于发起或接收通信参数的重协商请求。

在一些实施方式中，光通信终端装置为光网络单元ONU或光网络终端ONT。

第五方面，本申请实施例提供一种芯片，包括通信接口和处理器，处理器用于执行指令，使得芯片实现如第一方面或第二方面所述的方法。

第六方面，本申请实施例提供一种点到多点通信系统，该点到多点通信系统包括如第三方面所述的光通信装置和第四方面所述的光通信终端装置。

第七方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被装置执行时，使得该装置实现如第一方面或第二方面所述的方法。

第八方面，提供一种包含指令的计算机程序产品，该指令被计算机执行时使得装置实现如第一方面或第二方面所述的方法。

附图说明

图1为本申请实施例所适用的一种点到多点的通信系统架构示意图；

图2为一种PON系统演进示意图；

图3为本申请实施例提供的一种点到多点的通信方案示意图；

图4为本申请实施例提供的一种中心节点结构示意图；

图4a为一种双偏振同相正交调制器结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种叶子节点的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种叶子节点一维信号解调器结构示意图；

图7a为本申请实施例提供的一种叶子节点二维信号解调器结构示意图；

图7b为本申请实施例提供的又一种叶子节点二维信号解调器结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种叶子节点四维信号解调器结构示意图；

图9为本申请实施例提供的又一种点到多点的通信方案示意图；

图10为本申请实施例提供的另一种点到多点的通信方案示意图；

图11为本申请实施例提供的一种通信参数协商方法流程示意图；

图12为本申请实施例提供的一种通信参数重协商方法流程示意图；

图13为本申请实施例提供的另一种通信参数重协商方法流程示意图；

图14为本申请实施例使用的一种城域环网示意图。

图15为本申请实施例提供的一种芯片的示意图。

具体实施方式

本申请实施例涉及P2MP网络或P2MP系统，即一种点到多点的通信网络或通信系统。如图1所示，该网络或系统中包括一个中心节点110和多个叶子节点131-133。需要说明的是，图1所示的中心节点110和叶子节点131-133的连接为一种逻辑示意，中心节点110可以通过多种物理连接方式或组网方式和叶子节点131-133连接；如中心节点110可以通过多个本地端口与各叶子节点连接，也可以通过一个本地端口连接一个分光设备，再由该分光设备连接多个叶子节点131-133。

下面将结合附图对本申请实施方式作进一步的详细描述。

随着光通信技术的不断演进，出现了多种代际的光通信技术。不同代际的光通信技术所能够达到的通信速率不同，通信所选的波长或波段往往也不相同。当一个P2MP系统中的多个叶子节点所支持的光通信技术不同时，为了保证系统对新老技术的兼容性，中心节点往往需要集成多种光收发器件，以支持不同波长和速率的接收和发射。如国际电信联盟(International Telecommunication Union，ITU)制定的多种PON通信技术标准中，千兆比特PON(gigabit-capable PON，GPON)技术，下行速率大致为2.5Gbps，下行通信波长为1480-1500nm；10吉比特每秒PON(10gigabit per second PON，XG-PON)技术，下行速率大致为10Gbps，下行通信波长为1575-1580nm；50吉比特每秒PON(50gigabit per second PON，50G-PON)技术，下行速率大致为50Gbps，下行通信波长为1340–1344nm。需要说明的是，本申请中所述的下行，指从中心节点110到叶子节点131-133方向的通信；上行，指从叶子节点131-133到中心节点110方向的通信。

如图2所示的PON系统中，OLT 210为中心节点，ONU 231,232，233为叶子节点，OLT210通过光分配网络220与多个叶子节点通信。假设在网络部署初期，ONU 231,232，233为支持GPON的设备，中心节点OLT 210的光模块只需要包含1490nm的发射机。随着技术的演进和网络的升级，开始部署支持XG-PON的设备，假设将ONU 233升级为支持XG-PON的ONU 234，即网络中同时存在支持GPON的设备ONU 231,232和支持XG-PON的设备ONU 234；与ONU侧的升级对应的，OLT 210也需要进行升级，升级后的OLT 211的光模块包含两个发射机，两个发射机对应的波长分别是1490nm(GPON)和1577nm(XG-PON)，OLT 211发射的两种波长的光通过波长复用器输出至外部光纤；在ONU侧，GPON光模块通过滤波片选择1490nm波长进行接收，XG-PON光模块选择1577nm波长进行接收。

随着通信技术代际的不断演进，可能会出现多代技术共存的场景，中心节点需要集成更多的光收发器件。因此，在基于波长扩展或波长复用的技术演进模式下，随着技术的不断更新演进，P2MP系统的设备成本，兼容成本，升级成本和维护成本会逐步提高。

本申请提出一种新的光通信技术演进模式，和一种新的多代际光通信技术共存机制，以实现同一个传输波长下，不同代际或支持不同速率的叶子节点的共存。

如图3所示，假设一个P2MP系统中包括中心节点OLT和多个叶子节点ONU1，ONU2和ONU3；其中ONU1支持的速率为1Gb/s,ONU2支持的速率为2Gb/s,ONU3支持的速率为4Gb/s。下行通信方向，OLT在同一个波长的光信号中，以相同的下行传输速率，基于频分复用的方式，分别向ONU1，ONU2和ONU3发送数据，为描述方便，本申请实施例中将OLT向ONU发送的数据简称为下行ONU数据；假设OLT下行传输速率为4Gb/s，即OLT到ONU的光纤线路上传输的下行ONU1数据的速率、下行ONU2数据的速率和下行ONU3数据的速率均为4Gb/s。时域上，OLT以相干调制的方式，将各下行ONU数据承载在同一波长的下行光信号中；频域上，OLT将各下行ONU数据承载在不同的子载波上，下行ONU1数据占用子载波1，下行ONU2数据占用子载波2，下行ONU3数据占用子载波3，各子载波的频谱宽度相同，即下行ONU1数据的速率、下行ONU2数据的速率和下行ONU3数据的速率相同。需要说明的是，本申请实施例中所述的速率相同，包括速率大致相同或属于相同的速率等级。

图4为本申请实施例提供的一种可能的中心节点结构示意图。图3中的OLT可以采用如图4的结构，对下行光信号进行相干调制。中心节点包括信号处理器410，调制器420和光源430。示例性的，光源430可以为激光器；调制器420可以包括偏振分波器，偏振合波器，马赫增德尔调制器(Mach-Zehnder modulator，MZM)，如图4a中所示的双偏振同相正交调制器；信号处理器410可以包括如图4中的协议编码模块和适配处理模块。信号处理器410和调制器420之间还可以设置数模转换器DAC。下行传输方向，信号处理器410用于产生业务数据的电信号，光源430用于产生光信号，调制器420将信号处理器410产生的电信号承载到光源430产生的光信号中，通过光纤将光信号发送给一个或多个叶子节点。信号处理器410中的协议编码模块，用于将要发送给各叶子节点的数据按照通信协议定义的帧格式进行编码，如协议编码模块可以是目的媒体访问控制(Media Access Control，MAC)芯片。结合图3所示实施例，协议编码模块分别输出要发送给ONU1的1Gb/s的数据，要发送给ONU2的2Gb/s的数据，和要发送给ONU3的4Gb/s的数据。信号处理器410中的适配处理模块，用于进行适配编码，以适配ONU支持的速率和下行传输速率，如适配处理模块可以是光数字信号处理器(optical digital signal processor，oDSP)。本领域技术人员可以理解的是，协议编码模块和适配处理模块所对应的功能还可以集成在一个芯片内部。由于OLT内部协议编码模块输出的要发送给ONU1的数据速率为1Gb/s,因此，适配处理模块需要对协议编码模块输出的1Gb/s的数据进行4倍冗余编码，以匹配OLT的下行传输速率。为方便描述，本申请实施例中将冗余编码前的数据称之为有效下行ONU数据。1Gb/s的有效下行ONU1数据，经过4倍冗余编码后，变为速率为4Gb/s的下行ONU1数据。需要说明的是，本申请不限定冗余编码的编码算法，如可以填充无效数据，也可以复制有效下行ONU数据。类似的，速率为2Gb/s的有效下行ONU2数据，也需要经过适配处理模块的冗余编码，才能转变为速率为4Gb/s的下行ONU2数据；而由于有效下行ONU3数据的速率已经和OLT的下行传输速率相同，均为4Gb/s，因此有效下行ONU3数据不再需要冗余编码处理。需要说明的是，图4中，分别呈现了适配处理模块1和适配处理模块2，但本领域技术人员应该理解的是，适配处理模块1和适配处理模块2可能是独立的模块，也可能是合一模块，也可能是集成在协议编码模块内部的子模块。还需要说明的是，图4中有效下行ONU3数据的分支没有体现适配处理模块，但本领域技术人员应该理解的是，有效下行ONU3数据虽然不需要进行额外的冗余编码，但出于方案实现的一致性，一种可能的实现方式中，有效下行ONU3数据和有效下行ONU1数据、有效下行ONU2数据，均作为适配处理模块的输入，不同的是，适配处理模块对有效下行ONU3数据做透传处理，即适配处理模块对有效下行ONU3数据不进行冗余编码。下行ONU1数据，下行ONU2数据和下行ONU3数据合并后的下行数据，包括X-1，X-Q，Y-I，Y-Q四个部分，其中每个部分的速率为下行数据速率(4Gb/s)的四分之一(1Gb/s)。双偏振同相正交调制器用于将下行光信号进行多传输维度或多维度的调制；具体的，将下行数据的X-1，X-Q，Y-I，Y-Q四个部分分别调制在下行光波信号的四个维度(X偏振I路，X偏振Q路，Y偏振I路和Y偏振Q路)，每个维度的速率均为1Gb/s。需要说明的是，由于有效下行ONU1数据为1Gb/s，因此，有效下行ONU1数据只需要调制在下行光波的一个维度上，或者说，下行光波的一个维度的传输速率就可以满足有效下行ONU1数据速率的要求；类似的，下行光波的两个维度的传输速率就可以满足有效下行ONU2数据速率的要求。因此，根据有效下行数据的速率，图3中，下行ONU1数据也被称之为一维信号，下行ONU2数据也被称之为二维信号，下行ONU3数据也被称之为四维信号。

图4a为本申请实施例提供的一种双偏振同相正交调制器结构示意图。图4中的双偏振同相正交调制器可以采用如图4a所示的结构。图4a所示的双偏振同相正交调制器包括偏振分波器，马赫曾德尔调制器(Mach Zehnder Modulator，MZM)和偏振合波器。光源(如激光器)发射的光波经偏振分波器被分为X偏振波和Y偏振波。下行数据的X-1部分，经数模转换器(digital-to-analog converter，DAC)转换为模拟信号后，经MZM1调制后，被调制在下行光波的X偏振I路；下行数据的X-Q部分经DAC转换为模拟信号后，经MZM2调制并做90度相移后，被调制在下行光波的X偏振Q路；下行数据的Y-1部分经DAC转换为模拟信号后，经MZM3调制后，被调制在下行光波的Y偏振I路；下行数据的Y-Q部分经DAC转换为模拟信号后，经MZM4调制并做90度相移后，被调制在下行光波的Y偏振Q路。

图3中所示的OLT将下行数据调制在下行光波的四个维度上，接收端的ONU根据自身的能力，选择接收下行光波中调制的部分或全部四个维度的数据。

图5为本申请实施例提供的一种叶子节点的结构示意图。如图5所示，叶子节点500包括解调器510，光源520和信号处理器530。叶子节点采用相干解调的方式，光源520发射的光作为本振光，解调器510对接收到的下行光信号进行相干解调，解调后的信号由信号处理器处理。解调器510具体可以是如图6所示的一维信号解调器，或者如图7所示的二维信号解调器，或者如图8所示的四维信号解调器，或者其它结构的解调器。一个叶子节点中还可以包括多种类型的解调器。图3中的ONU1可以采用如6所示一维信号解调器的结构，采用相干检测的方式，接收并解调下行光信号ONU1对应子载波中任一维度的数据。图6中，平衡光电探测器(balanced photodetector，BPD)输出的信号对应下行光信号中一个维度的数据。图3中的ONU2可以采用如图7a或图7b所示的二维信号解调器的结构，采用相干检测的方式，接收并解调下行光信号ONU2对应子载波中任两个正交维度的数据。图7a或图7b中，两个BPD输出的信号，分别对应下行光信号中两个正交维度的数据，如X偏振I路和X偏振Q路，或者Y偏振I路和Y偏振Q路，或者X偏振I路和Y偏振I路,或者X偏振Q路和Y偏振Q路。图3中的ONU3可以采用如图8所示的四维信号解调器的结构，接收并解调下行光信号ONU3对应子载波中四个维度的数据。

需要说明的是，如上实施例并不限定光信号调制的具体调制方式，具体可以对光的振幅、频率、相位、偏振态等一种或多种属性进行调制。常见的调制方式有，振幅调制，利用一个载波不同的幅度，表示不同的数字符号，来传输一组码流；频率调制，利用不同频率的载波，表示不同的数字符号，来传输一组码流；相位调制，通过改变一个载波的相位值，表示不同的数字符号，来传输一组码流；偏振调制，在光波的某一个偏振方向上调制并传输一组码流。在如上所述的实施例中，对于下行ONU1数据，可以采用幅移键控(amplitude shiftkeying，ASK)，或二进制相移键控(binary phase shift keying，BPSK)等调制方式，将有效下行ONU1数据调制在下行光波的各传输维度上；对于下行ONU2数据，可以采用正交相移键控(quadrature phase shift keying，QPSK)，或正交振幅调制(quadrature amplitudemodulation，QAM)等调制方式，将有效下行ONU2数据调制在下行光波的至少2个传输维度上；对于下行ONU3数据，可以采用双偏振正交相移键控(dual-polarization QPSK，DP-QPSK)，或双偏振正交振幅调制(dual-polarization QAM，DP-QAM)等调制方式，将下行ONU3数据调制在下行光波的4个传输维度上。

根据图3-图8所示的方案，OLT可以基于相同下行波长的不同子载波，与多个不同速率的ONU通信；OLT不需要集成多种波长的多个光模块，也不需要进行波分复用处理，降低了OLT的工程成本；而且OLT在不增加波长资源的情况下，通过频分复用的方式，与多个不同代际或不同速率的ONU通信，提升了系统带宽；不同代际或不同能力的ONU可以在同一个PON系统中共存，提升了系统对多样化设备的兼容性。

本领域技术人员应该理解的是，如上实施例中的网元类型，下行传输速率，调制方式，ONU数量和ONU能力等信息仅仅是一种示例，不对本申请的保护范围构成任何限定。

在一种可能的实施例中，本申请所提出的方案同样适用于如图9所示的P2MP系统。该系统中，叶子节点(ONU1 931，ONU2 932和ONU3 933)所支持的速率相同，均为1Gb/s，这种情况下，OLT 910对每个叶子节点的有效下行数据进行适配编码后(如进行4倍冗余编码)，将适配编码后速率为4Gb/s的下行数据调制在下行光波的4个传输维度上。各ONU可以采用如6所示的解调器，接收下行光波对应子载波上任一个维度的数据。

在另一种可能的实施例中，本申请所提出的方案还适用于如图10所示的P2MP2系统。该系统中，ONU1支持的速率为2Gb/s，ONU2支持的速率为4Gb/s，ONU3支持的速率为8Gb/s，中心节点和叶子节点间的下行传输速率为8Gb/s。

在本申请实施例所提供的P2MP系统中，多代际或多种能力的叶子节点共存，中心节点需要根据各叶子节点的能力进行数据编码和调制，叶子节点也需要根据其所对应的子载波进行数据接收和解调。因此，为了能够实现单一波长下，中心节点与多代际叶子节点基于频分复用的通信，中心节点与叶子节点间需要进行通信参数的协商。

图11为本申请实施例提供的一种中心节点与叶子节点进行通信参数协商的方法流程示意图。

1101步骤：中心节点向叶子节点发送第一消息，其中携带调制方式指示信息，调制方式指示信息，用于指示叶子节点在注册阶段应该使用的调制方式。第一消息可以是中心节点发给叶子节点的注册指示信息，也可以是其它消息，本申请不进行限定。如在PON系统中，OLT可以向尚未注册的ONU广播discovery发现消息，发现消息中指示ONU使用调制方式1进行注册阶段的通信。需要说明的是，1101消息不是必须的，一个P2MP系统中的中心节点和叶子节点还可以使用默认的调制方式进行注册阶段的通信。

1102步骤：叶子节点向中心节点发送注册请求消息，注册请求消息使用中心节点指示的、或约定的调制方式1进行调制和解调。另外，叶子节点还通过第二消息向中心节点发送叶子节点支持的能力集，叶子节点支持的能力集包括，叶子节点支持的协议类型，叶子节点支持的速率，叶子节点支持的调制方式等一种或多种信息；其中调制方式包括ASK，BPSK，QPSK，QAM，DP-QPSK，DP-QAM等。第二消息可以是注册请求消息，也可以是其它消息，本申请不进行限定。

1103步骤：中心节点通过第三消息向叶子节点发送通信参数，通信参数包括调制方式，子载波频率，子载波频宽等一种或多种参数。一种可选的实现方式中，中心节点综合考虑自身能力和系统中其它设备的情况，确定与各个注册的叶子节点对应的通信参数，以保证中心节点能够使用同一波长，基于频分复用的模式，与系统中的叶子节点进行通信。第三消息可以是注册成功指示消息，也可以是其它消息，本申请不进行限定。

1104步骤：中心节点和叶子节点使用通信参数进行数据调制和解调。

在中心节点和叶子节点协商确定第一套通信参数后，中心节点和叶子节点还可以重新协商获得第二套通信参数，以替代第一套通信参数。通信参数重协商流程可以由中心节点发起，也可以由叶子节点发起。

图12为本申请实施例提供的一种中心节点发起通信参数重协商的方法流程示意图。

1201步骤：中心节点发起通信参数重协商流程，中心节点发起重协商流程的方式可以有多种，如中心节点向叶子节点发送重协商请求消息，指示叶子节点上报叶子节点支持的某种能力或某些能力集；或者中心节点在发给叶子节点的任一个下行消息中，通过指示信元或指示信息，指示叶子节点上报叶子节点支持的某种能力或某些能力集。

1202步骤：叶子节点根据中心节点的指示，上报叶子节点支持的某种能力或某些能力集。

1203步骤：中心节点向叶子节点发送通信参数。通信参数可能与之前的通信参数部分或全部相同，也可能完全不同。例如，假设中心节点为图9中的OLT，叶子节点为图9中的ONU3 933，则中心节点与叶子节点根据图11进行协商后，中心节点确定叶子节点ONU3 933对应的调制方式为ASK或BPSK；如果图9中的ONU3 933升级为如图3中的ONU3 333，由于ONU3速率的提升，中心节点需要将下行ONU3数据调制在下行光波的4个传输维度上，因此，中心节点与叶子节点ONU3 933根据图12进行重协商后，中心节点确定叶子节点ONU3 333对应的调制方式为DP-QAM或DP-QPSK。

图13为本申请实施例提供的一种叶子节点发起通信参数重协商的方法流程示意图。与图12所示流程不同的是，图13所示流程中，叶子节点主动向中心节点上报其所支持的部分能力或全部能力集。1301步骤-1303步骤分别对应图12中的1202-1204步骤，此处不再赘述。

当P2MP系统发生变化，如新增叶子节点，或有部分叶子节点升级等情况下，中心节点或叶子节点可以根据图12或图13所示的方法发起通信参数的重协商流程，以保证中心节点能够使用同一波长，基于频分复用的模式，与系统中的叶子节点进行通信。

需要说明的是，图11-图13中所示的叶子节点仅为P2MP系统中的一个叶子节点，中心节点还需要与P2MP系统中的其它叶子节点进行通信参数的协商，协商流程或重协商流程与图11-图13所示流程类似，这里不再赘述。另外，图11-图13中所示的消息名称仅为一种示例，不对本申请保护的范围构成限定。

本申请实施例中还提供一种芯片，如图15所示，图15是本申请提供的芯片1500的示意图。该芯片1500包括处理器1510和通信接口1530。处理器1510用于执行指令，使得上文方法实施例中中心节点或叶子节点的方法被执行。芯片1500还可以包括存储器1120，处理器1110与存储器1120耦合，存储器1120用于存储计算机程序或指令或者和/或数据。

还需要说明的是，为方便理解，本申请部分实施例中以PON系统为例对技术方案进行描述，本领域技术人员应该理解的是，本申请所提出的技术方案同样适用与其它的P2MP网络或系统，如城域环网，无源光局域网(passive optical LAN，POL)、工业光网络、车载光网络、物联网等。如图14所示的城域环网，其中中心局(Central Office，CO)为中心节点，子中心局(Sub Central Office，SubCO)为叶子节点。工业光网场景中，中心节点和叶子节点可以位于工业制造车间中。车载光网场景中，中心节点和叶子节点可以设置在车辆中，中心节点可以为车辆接口单元(vehicle interface unit，VIU)，叶子节点可以为移动数据中心(MDC)、行车动态控制(vehicle dynamic control，VDC)或座舱数据中心(cockpit datacenter，CDC)等。本申请提出的技术方案还适用于光骨干传输网络、数据中心光传输、短距离光互联和无线业务前传/回传等P2MP网络或系统。

Claims (40)

1.一种光通信方法，应用于点到多点通信系统，所述点到多点通信系统包括中心节点，第一叶子节点和第二叶子节点，其特征在于，

所述中心节点生成第一下行数据和第二下行数据；

所述中心节点根据所述第一下行数据和所述第二下行数据对光信号进行相干调制，生成下行光信号，所述下行光信号的第一子载波携带所述第一下行数据，所述下行光信号的第二子载波携带所述第二下行数据；

所述中心节点发送所述下行光信号，所述第一下行数据的目的节点为第一叶子节点，所述第二下行数据的目的节点为第二叶子节点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一子载波宽度和所述第二子载波宽度相同。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一叶子节点支持的下行速率与所述下行光信号的速率属于相同的速率等级，所述中心节点根据第一下行数据和第二下行数据对光信号进行相干调制，包括所述中心节点将所述第一下行数据调制在所述下行光信号的四个维度，X偏振I路，X偏振Q路，Y偏振I路和Y偏振Q路。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一下行数据对应的调制方式为双偏振正交相移键控DP-QPSK，或双偏振正交振幅调制DP-QAM。

5.根据权利要求2-4任一所述的方法，其特征在于，所述第二叶子节点支持的下行速率小于所述下行光信号的速率，所述中心节点根据第一下行数据和第二下行数据对光信号进行相干调制，包括，

所述中心节点对所述第二下行数据进行冗余编码，冗余编码后的第二下行数据的速率与所述下行光信号的速率属于相同的速率等级，所述冗余编码后的第二下行数据包括所述第二下行数据和冗余数据；

所述中心节点将所述冗余编码后的第二下行数据调制在所述下行光信号的四个维度。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二叶子节点支持的下行速率等于所述下行光信号速率的四分之一，所述第二下行数据对应的调制方式为幅移键控ASK，或二进制相移键控BPSK。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二叶子节点支持的下行速率等于所述下行光信号速率的二分之一，所述第二下行数据对应的调制方式为正交相移键控QPSK，或正交振幅调制QAM。

8.根据权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，

所述中心节点获取所述第一叶子节点和所述第二叶子节点的能力信息，所述能力信息包括，叶子节点支持的速率和/或叶子节点支持的调制方式；

所述中心节点分别向所述第一叶子节点和所述第二叶子节点发送各第一叶子节点对应的通信参数，所述通信参数包括调制方式，子载波频率和子载波频宽中的一种或多种参数。

9.根据权利要求1-8任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，所述中心节点和所述任一叶子节点通信过程中，所述中心节点发起或接收通信参数的重协商请求。

10.根据权利要求1-9任一所述的方法，其特征在于，所述点到多点通信系统为无源光网络PON，所述中心节点为光线路终端OLT，所述任一叶子节点为光网络单元ONU或光网络终端ONT。

11.一种光通信方法，应用于点到多点通信系统，所述点到多点通信系统包括中心节点，第一叶子节点和第二叶子节点，其特征在于，

所述第一叶子节点接收下行光信号，所述下行光信号包括多个子载波；

所述第一叶子节点对所述下行光信号的第一子载波进行相干解调，获得第一下行数据。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述下行光信号包括四个维度：X偏振I路，X偏振Q路，Y偏振I路和Y偏振Q路。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一叶子节点支持的下行速率与所述下行光信号的速率属于相同的速率等级，所述第一下行数据被调制在所述下行光信号的四个维度。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一下行数据对应的调制方式为双偏振正交相移键控DP-QPSK，或双偏振正交振幅调制DP-QAM。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一叶子节点支持的下行速率小于所述下行光信号的速率，所述第一下行数据被调制在所述下行光信号的其中1-3个维度。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一叶子节点支持的下行速率等于所述下行光信号速率的四分之一，所述第一下行数据对应的调制方式为幅移键控ASK，或二进制相移键控BPSK。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一叶子节点支持的下行速率等于所述下行光信号速率的二分之一，所述第一下行数据对应的调制方式为正交相移键控QPSK，或正交振幅调制QAM。

18.根据权利要求11-17任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，

所述第一叶子节点向所述中心节点发送所述第一叶子节点的能力信息，所述能力信息包括，叶子节点支持的速率和/或叶子节点支持的调制方式；

所述第一叶子节点接收所述第一叶子节点对应的通信参数，所述通信参数包括调制方式，子载波频率和子载波频宽中的一种或多种参数。

19.根据权利要求11-18任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，所述中心节点和所述第一叶子节点通信过程中，所述第一叶子节点发起或接收通信参数的重协商请求。

20.根据权利要求11-19任一所述的方法，其特征在于，所述点到多点通信系统为无源光网络PON，所述中心节点为光线路终端OLT，所述第一叶子节点为光网络单元ONU或光网络终端ONT。

21.一种芯片，包括通信接口和处理器，所述处理器用于执行指令，使得所述芯片实现如权利要求1-10中任一项所述的方法。

22.一种光通信装置，其特征在于，包括信号处理器，光源和调制器，

所述处理器用于生成第一下行数据和第二下行数据，

所述调制器用于根据所述第一下行数据和所述第二下行数据对所述光源输出的光信号进行相干调制，生成下行光信号，所述下行光信号的第一子载波携带所述第一下行数据，所述下行光信号的第二子载波携带所述第二下行数据；

所述调制器还用于发送所述下行光信号，所述第一下行数据的目的节点为第一叶子节点，所述第二下行数据的目的节点为第二叶子节点。

23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述第一子载波宽度和所述第二子载波宽度相同。

24.根据权利要求22-23任一所述的装置，其特征在于，所述第一叶子节点支持的下行速率与所述下行光信号的速率属于相同的速率等级，所述调制器用于将所述第一下行数据调制在所述下行光信号的四个维度，X偏振I路，X偏振Q路，Y偏振I路和Y偏振Q路。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一下行数据对应的调制方式为双偏振正交相移键控DP-QPSK，或双偏振正交振幅调制DP-QAM。

26.根据权利要求23-25任一所述的装置，其特征在于，所述处理器包括协议编码模块和适配处理模块，

所述协议编码模块用于生成所述第一下行数据和所述第二下行数据；

当所述第二叶子节点支持的下行速率小于所述下行光信号的速率时，所述适配处理模块用于对所述第二下行数据进行冗余编码，冗余编码后的第二下行数据的速率与所述下行光信号的速率属于相同的速率等级，所述冗余编码后的第二下行数据包括所述第二下行数据和冗余数据；

所述调制器用于将所述冗余编码后的第二下行数据调制在所述下行光信号的四个维度，X偏振I路，X偏振Q路，Y偏振I路和Y偏振Q路。

27.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述第二叶子节点支持的下行速率等于所述下行光信号速率的四分之一，所述第二下行数据对应的调制方式为幅移键控ASK，或二进制相移键控BPSK。

28.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述第二叶子节点支持的下行速率等于所述下行光信号速率的二分之一，所述第二下行数据对应的调制方式为正交相移键控QPSK，或正交振幅调制QAM。

29.根据权利要求22-28任一所述的装置，其特征在于，

所述处理器，还用于获取所述第一叶子节点和所述第二叶子节点的能力信息，所述能力信息包括，叶子节点支持的速率和/或叶子节点支持的调制方式；

所述处理器，还用于确定所述第一叶子节点和所述第二叶子节点的通信参数，所述通信参数包括调制方式，子载波频率和子载波频宽中的一种或多种参数。

30.根据权利要求22-29任一所述的装置，其特征在于，所述处理器，还用于发起或接收通信参数的重协商请求。

31.根据权利要求22-30任一所述的装置，其特征在于，所述光通信装置为光线路终端OLT，所述调制器为双偏振同相正交调制器。

32.一种芯片，包括通信接口和处理器，所述处理器用于执行指令，使得所述芯片实现如权利要求11-20中任一项所述的方法。

33.一种光通信终端装置，其特征在于，包括光源，解调器和处理器，

所述解调器，用于接收下行光信号，所述下行光信号包括多个子载波；

所述光源，用于发射相干本振光；

所述解调器，还用于基于所述相干本振光对所述下行光信号的第一子载波进行相干解调，获得第一下行数据；

所述处理器，用于对所述第一下行数据进行处理。

34.根据权利要求33所述的光通信终端装置，其特征在于，所述下行光信号包括四个维度：X偏振I路，X偏振Q路，Y偏振I路和Y偏振Q路。

35.根据权利要求34所述的光通信终端装置，其特征在于，所述光通信终端装置支持的下行速率与所述下行光信号的速率属于相同的速率等级，所述解调器为四维信号解调器，所述解调器用于分别从所述下行光信号的四个维度获得所述第一下行数据。

36.根据权利要求34所述的光通信终端装置，其特征在于，所述光通信终端装置支持的下行速率等于所述下行光信号速率的四分之一，所述解调器为一维信号解调器，所述解调器用于从所述下行光信号的一个维度获得所述第一下行数据。

37.根据权利要求34所述的光通信终端装置，其特征在于，所述光通信终端装置支持的下行速率等于所述下行光信号速率的二分之一，所述解调器为二维信号解调器，所述解调器用于从所述下行光信号的两个维度获得所述第一下行数据。

38.根据权利要求33-37任一所述的光通信终端装置，其特征在于，

所述处理器，还用于接收所述光通信终端装置对应的通信参数，所述通信参数包括调制方式，子载波频率和子载波频宽中的一种或多种参数。

39.根据权利要求33-38任一所述的光通信终端装置，其特征在于，所述处理器，还用于发起或接收通信参数的重协商请求。

40.根据权利要求33-39任一所述的光通信终端装置，其特征在于，所述光通信终端装置为光网络单元ONU或光网络终端ONT。

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