專利名稱：一種基于wdm-ofdma技術的城域接入網融合系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于光通信技術領域，更為具體地講，涉及一種基于WDM-OFDMA技術的城域接入網融合系統。
背景技術：
隨著通信容量的快速增大、通信業務的日益豐富、通信應用需求的靈活多樣，現有網絡對于能效利用最優化、傳輸通道透明化、網絡集成化的要求越來越高，傳統城域網與接入網的并存發展模式難以適應下一代互聯網的發展需求，因而尋求一種能夠解決上述問題的新型網絡體系結構已成為未來城域網與接入網技術領域發展所面臨的重大挑戰。城域 與接入網融合的新型網絡體制作為一種新的網絡體系，要能充分體現網絡扁平化和業務融合承載的下一代互聯網發展需求，近年來城域與接入網融合課題受到業界高度重視，已成為國際競爭的焦點和制高點。在傳統的網絡中，城域網與接入網是兩個獨立的網絡并分開發展的，城域網(Metropolitan Area Network,簡稱MAN)是在一個城市范圍內所建立的計算機通信網，用來將同一區域內的多個局域網互聯起來，完成的工作就是將接入層的低速信號進行匯聚、復用，充當邊緣網絡的角色。而接入網則主要完成使用戶接入到核心網的任務。在IP普及到各個領域的今天，城域網和接入網的性質正在發生演變，它們除繼續保持傳送功能外，還增加了控制和管理等多種功能。因此，城域網與接入網的融合與統一是未來網絡發展的必然趨勢。在2009年召開的光纖通信國際會議OFC上，美國NEC實驗的Wei Wei等人提出了一種基于OFDMA的光城域環形網絡，即利用一種自適應子載波分配算法的光OFDMA環網絡(An Optical OFDMA Ring Network with an Adaptive Sub-carrier AllocationAlgorithm)，該城域網系統充分利用了 OFDM信號子載波動態分配的靈活性，但是該方案的信息交換是在電域完成的，與全光交換相比需要克服電子瓶頸的限制，因而成本相對較高。另夕卜，歐洲的FP7研究項目提出了一種長距離無源光網絡(LR-PON)結構， 即 “Scalable Advanced Ring-based passive Dense Access NetworkArchitecture (SARDANA) ”網絡,這是對城域網與接入網融合的一種初步探索。在該方案中，利用波分復用(Wavelength Division Multiplexing,簡稱WDM)雙光纖環和時分復用(TimeDivision Multiplexing,簡稱TDM)單光纖無源樹將遠端的無源用戶和核心網有效的連接起來。該方案特點在于它能夠很好的與現有的技術標準相匹配以及能夠很容易的在現有的通信基礎設施上面進行升級，但是面向更長遠的網絡發展需求來看，這種方案存在靈活性較低、TDM對時間同步要求苛刻、網絡節點結構復雜等不足。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于WDM-0FDMA技術的城域接入網融合系統，從而實現現有城域網與接入網的有效融合，同時該城域接入網融合系統具有可擴展、高靈活以及低成本等特點。
為實現上述發明目的，本發明基于WDM-OFDMA技術的城域接入網融合系統，其特征在于包括連接核心網和用戶終端的一個WDM-OFDMA雙纖環和若干個OFDMA單纖樹；WDM-OFDMA雙纖環由一個中心局CO和若干個中心節點CN組成，CO與CN或者CN與CN之間都是由兩條單向傳輸的光纖連接；數據由核心網流向用戶終端的方向為下行方向，通過環的內纖來傳輸，而數據由用戶終端流向核心網的方向則為上行方向，通過環的外纖來傳輸；中心局CO與核心網直接相連，負責將來自核心網的數據組裝成適合各個CN傳輸和交換的格式； 中心節點CN分布在WDM-OFDMA雙纖環中的任意位置，負責承載及分配來自核心網的數據。WDM-OFDMA雙纖環中的每個中心節點CN都是利用WDM技術來實現下行信號的下載和上行信號的加載，即設定每個中心節點CN對應一個固定的波長，中心節點CN中下行信號的下載和上行信號的加載等都是針對該固定波長上所攜帶的信號而實施的；進入第i個中心節點CN-i的下行WDM-OFDMA信號首先經過一個光環形器，接著進入一個窄帶FBG濾波器，該窄帶FBG濾波器能夠將中心波長為\ i的OFDM信號頻帶反射到光環形器中，而讓其他的OFDM信號頻帶通過，中心波長為\ i的OFDM信號頻帶就被CN_i成功的從下行信號中下載下來，并由另一個光環形器傳送到與CN-i相連的OFDMA單纖樹中，再傳送到各個RN，其他的OFDM信號頻帶經過光放大之后作為CN-i的下行輸出信號進入WDM-OFDMA雙纖環中進行環游；OFDMA單纖樹是連接某一個中心節點CN的對應若干個遠端節點RN的雙向單纖的樹形結構，負責將中心節點CN輸出的下行OFDM信號長距離傳送到各個用戶終端，同時將來自各個用戶終端的OFDM信號反饋到中心節點CN，構成上行OFDM信號；在中心節點CN_i中，由各個RN反饋到CN-i的中心波長為\ i上行OFDM信號則通過上述光環形器進入CN-i，并由一個光耦合器將其與WDM-OFDMA雙纖環中進入CN-i的上行信號聚合到一起，形成CN-i的上行輸出信號，從而將中心波長為\ i的上行OFDM信號加載到WDM-OFDMA雙纖環中的上行信號中去；在中心局CO中，對來自各個中心節點CN」的上行OFDM信號進行接收和分析，CO控制器根據分析結果對整個城域接入網融合系統進行相應的控制和管理。本發明的發明目的是這樣實現的本發明基于WDM-OFDMA技術的城域接入網融合系統，通過WDM-OFDMA雙纖環和若干個OFDMA單纖樹將核心網和用戶終端連接起來，使城域網與接入網有效融合在一起。同時，在實際配置WDM-OFDMA雙纖環的時候，可以根據用戶終端的實際需求在現有的WDM-OFDMA雙纖環中增加相應數目的中心節點，這樣的添加不會影響其他已經配置好的中心節點的正常工作，因而，具有非常好的擴展性和靈活性，能夠適應當今社會網絡信息容量日益增長的趨勢。同時，本發明基于WDM-OFDMA技術的融合接入網系統還具有以下有益效果(I)、通過使用WDM-OFDMA技術，實現了城域網與接入網的無縫融合，突破了傳統上城域網與接入網獨立通信的模式；(2)、中心節點中使用WDM技術，與歐洲的FP7研究項目提出的SARDANA結構相比更為簡單和靈活，中心節點的光放大過程也更為便捷。同時，從中心節點到用戶終端使用OFDMA技術實現遠端接入，這樣在實現高靈活性的同時對同步的要求也降低了，能夠適應網絡通信容量與日俱增的大趨勢；(3)、使用OFDMA技術實現從中心節點到用戶終端的遠端接入，與美國NEC實驗等提出的OFDMA城域環相比，擴展了網絡結構，實現了城域網和接入網的無縫融合，與城域網和接入網單獨發展建設相比，大大的簡化了網絡結構，節約了成本，使得網絡的集成化程度更高。


圖I是本發明基于WDM-OFDMA技術的城域接入網融合系統一種具體實施方式
架構圖；圖2是圖I所示中心局的一種具體實施方式
結構圖；
圖3是圖I所示中心節點的一種具體實施方式
結構圖；圖4是圖I所示用戶終端的一種具體實施方式
結構圖。圖5是圖I所示中心節點的第二種具體實施方式
結構具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。為了方便描述，先對具體實施方式
中出現的相關專業術語進行說明WDM(Wavelength Division Multiplexing):波分復用；OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing):正交頻分復用；OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access):正交頻分多址接
A ；CO (Central Office):中心局；CN (Central Node):中心節點；RN (Remote Node):遠端節點；FFT (Fast Fourier Transform):快速傅里葉變換；IFFT (Inverse Fast Fourier Transform):快速傅里葉逆變換；PD(Photodiode):光電二極管；RSOA(Reflective Semiconductor Optical Amplifier):反射式半導體光放大器。實施例I圖I是本發明基于WDM-0FDMA技術的城域接入網融合系統一種具體實施方式
架構圖。在本實施例中，如圖I所示，本發明基于WDM-0FDMA技術的城域接入網融合系統中連接核心網和用戶終端的是一個WDM-0FDMA雙纖環和若干個OFDMA單纖樹。需要說明的是，為了簡潔，只給出了兩根OFDMA單纖樹，即與中心節點CN」、中心節點CN」相連接的OFDMA單纖樹，其余中心節點的OFDMA單纖樹予以了省略。
如圖I所示，WDM-OFDMA雙纖環由一個中心局CO和若干個中心節點CN組成，CO與CN或者CN與CN之間都是由兩條單向傳輸的光纖連接。在本實施例中，數據由核心網流向用戶終端的方向為下行方向，通過環的內纖來傳輸，而數據由用戶終端流向核心網的方向則為上行方向，通過環的外纖來傳輸。如圖I所示，WDM-OFDMA雙纖環中的中心局CO與核心網直接相連，中心局CO與核心網直接相連，負責將來自核心網的數據組裝成適合各個CN傳輸和交換的格式，而各個中心節點CN則可以分布在WDM-OFDMA雙纖環中的任意位置，負責傳輸和下載來自核心網以及需要上傳到核心網的OFDM信號。每個中心節點都攜帶了所有的來自核心網的數據，即OFDM信號包含有所有的來自核心網的數據。在本實施例中，每個中心節點CN對應一個固定的波長。在實際配置WDM-OFDMA雙纖環的時候，可以根據遠端用戶，即用戶終端的實際需 求在現有的WDM-OFDMA雙纖環中增加相應數目的中心節點，這樣的添加不會影響其他已經配置好的中心節點的正常工作，因而本發明的基于WDM-OFDMA技術的融合接入網系統具有非常好的擴展性，能夠適應當今社會網絡信息容量日益增長的趨勢。如圖I所示，OFDMA單纖樹是連接某一個中心節點CN的對應若干個遠端節點RN的雙向單纖的樹形結構，負責將中心節點CN輸出的下行OFDM信號長距離傳送到各個用戶終端，同時將來自各個用戶終端的OFDM信號反饋到中心節點CN，構成上行OFDM信號。圖2是圖I所示中心局的一具體實施方式
結構圖。如圖2所示，在本實施例中，中心局⑶首先將來自核心網的數據調制成OFDM信號，然后再通過電光調制器將OFDM信號調制到由n個不同波長組成的WDM光梳信號上，從而形成下行WDM-OFDMA信號，其中WDM光梳信號是由n個不同波長的激光器通過一個陣列波導光柵聚合而成。由用戶終端信號組成的上行WDM-OFDMA信號則直接進入上行信號接收器進行接收和分析，分析結果直接送到CO控制器，CO控制器根據分析結果對整個融合接入網系統進行相應的控制和管理。圖3是圖I所示中心節點的一具體實施方式
結構圖如圖3所示，在本實施例中，以第i個CN為例，進入CN-i的下行WDM-0FDMA信號首先經過一個光環形器，接著進入一個窄帶FBG濾波器，該窄帶FBG濾波器能夠將中心波長為X i的OFDM信號頻帶反射到光環形器中，而讓其他的OFDM信號頻帶通過，這樣一來中心波長為的OFDM信號頻帶就被CN-i成功的從下行信號中下載下來，并由另一個光環形器傳送到與CN-i相連的OFDMA單纖樹中，再進一步傳送到各個RN，其他的OFDM信號頻帶經過光放大之后作為CN-i的下行輸出信號進入WDM-OFDMA雙纖環中進行環游。由各個RN反饋到CN-i的中心波長也為入i上行OFDM信號則通過上述光環形器進入CN-i，并由一個光耦合器將其與WDM-OFDMA雙纖環中進入CN-i的上行信號聚合到一起，形成CN-i的上行輸出信號，從而將中心波長為、i的上行OFDM信號加載到WDM-OFDMA雙纖環中的上行信號中去。圖4是圖I所示用戶終端一種具體實施方式
結構圖。在本實施例中，如圖4所示，遠端節點RN就是用戶終端，與OFDMA單纖樹直接相連，包括—光稱合器，用于將下行OFDM信號分為兩束；
一光電探測器以及OFDM解調器，將光耦合器分出的一束下行光OFDM信號送入光電探測器中進行光電轉換，得到的電信號送入OFDM解調器中解調，得到用戶需要的下行數據；一反射式半導體光放大器以及OFDM調制器，光耦合器分出來的一束下行光OFDM信號進入反射式半導體光放大器RS0A，從而擦除該光信號上攜帶的下行OFDM信號，即擦除后產生純凈的上行光載波，然后將輸入到反射式半導體光放大器RSOA的上行OFDM信號加載到產生的光載波上形成上行光OFDM信號，再通過光耦合器將上行光OFDM信號傳送到OFDMA單纖樹中。在本實施例中，用戶終端最大的特點就是其無源性。實施例2實施例2與實施例I的唯一區別在于中心節點CN的具體結構，實施例I中各個CN的信息量是不均等的，即隨著i的變大，進入CN-i的信息量就越少。在實施例2中，通過將進入每個CN的信號進行分束處理，可以保證每個CN的信息量均等。為簡化描述，在本實施例2中，僅對中心節點CN的結構進行描述，而忽略其他與實施例I相同的描述內容。圖5是圖I所示中心節點的另一具體實施方式
結構圖如圖5所示，在本實施例中，還是以第i個CN為例，以第i個CN為例，進入CN-i的下行信號首先經過一個光耦合器將信號分為兩束，一束通過光放大器后作為的CN-i的下行輸出信號進入WDM-OFDMA雙纖環中進行環游，而另一束則進入光環形器，接著進入一個窄帶FBG濾波器，該窄帶FBG濾波器能夠將中心波長為\ i的OFDM信號頻帶反射到光環形器中，這樣一來中心波長為、i的OFDM信號頻帶就被CN-i成功的從下行信號中下載下來，并由另一個光環形器傳送到與CN-i相連的OFDMA單纖樹中，再進一步傳送到各個RN。由各個RN反饋到CN-i的中心波長也為入i上行OFDM信號則通過上述光環形器進入CN-i，并由一個光耦合器將其與WDM-OFDMA雙纖環中進入CN-i的上行信號聚合到一起，形成CN-i的上行輸出信號，從而將中心波長為\ i的上行OFDM信號加載到WDM-OFDMA雙纖環中的上行
號中去。盡管上面對本發明說明性的具體實施方式
進行了描述，以便于本技術領域的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限于具體實施方式
的范圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和范圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。
權利要求
1.一種基于WDM-OFDMA技術的城域接入網融合系統，其特征在于包括連接核心網和用戶終端的一個WDM-0FDMA雙纖環和若干個OFDMA單纖樹； WDM-0FDMA雙纖環由一個中心局CO和若干個中心節點CN組成，CO與CN或者CN與CN之間都是由兩條單向傳輸的光纖連接；數據由核心網流向用戶終端的方向為下行方向，通過環的內纖來傳輸，而數據由用戶終端流向核心網的方向則為上行方向，通過環的外纖來傳輸； 中心局CO與核心網直接相連，負責將來自核心網的數據組裝成適合各個CN傳輸和交換的格式； 中心節點CN分布在WDM-0FDMA雙纖環中的任意位置，負責承載及分配來自核心網的數據；WDM-0FDMA雙纖環中的每個中心節點CN都是利用WDM技術來實現下行信號的下載和上行信號的加載，即設定每個中心節點CN對應一個固定的波長，中心節點CN中下行信號的下載和上行信號的加載等都是針對該固定波長上所攜帶的信號而實施的；進入第i個中心節點CN-i的下行WDM-0FDMA信號首先經過一個光環形器，接著進入一個窄帶FBG濾波器， 該窄帶FBG濾波器能夠將中心波長為\ i的OFDM信號頻帶反射到光環形器中，而讓其他的OFDM信號頻帶通過，中心波長為\ i的OFDM信號頻帶就被CN_i成功的從下行信號中下載下來，并由另一個光環形器傳送到與CN-i相連的OFDMA單纖樹中，再傳送到各個RN ;其他的OFDM信號頻帶經過光放大之后作為CN-i的下行輸出信號進入WDM-OFDMA雙纖環中進行環游； OFDMA單纖樹是連接某一個中心節點CN的對應若干個遠端節點RN的雙向單纖的樹形結構，負責將中心節點CN輸出的下行OFDM信號長距離傳送到各個用戶終端，同時將來自各個用戶終端的OFDM信號反饋到中心節點CN，構成上行OFDM信號； 在中心節點CN_i中，由各個RN反饋到CN-i的中心波長為\ i上行OFDM信號則通過上述光環形器進入CN-i，并由一個光耦合器將其與WDM-OFDMA雙纖環中進入CN-i的上行信號聚合到一起，形成CN-i的上行輸出信號，從而將中心波長為\ i的上行OFDM信號加載到WDM-OFDMA雙纖環中的上行信號中去； 在中心局CO中，對來自各個中心節點CN_i的上行OFDM信號進行接收和分析，CO控制器根據分析結果對整個融合接入網系統進行相應的控制和管理。
2.根據權利要求I所述的基于OFDMA的融合接入網系統，其特征在于，所述的每個中心節點CN對應一個固定的波長；
3.根據權利要求I所述的基于OFDMA的融合接入網系統，其特征在于，所述的用戶終端包括 一光稱合器，用于將下行OFDM信號分為兩束； 一光電探測器以及OFDM解調器，將光耦合器分出的一束下行OFDM信號送入光電探測器中進行光電轉換，電信號再送入OFDM解調器中解調，恢復出用戶的下行數據； 一反射式半導體光放大器以及OFDM調制器，光耦合器分出來的一束下行光OFDM信號進入反射式半導體光放大器RS0A，從而擦除該光信號上攜帶的下行OFDM信號，即擦除后產生上行光載波，然后將輸入到反射式半導體光放大器RSOA的上行OFDM信號加載到產生的光載波上形成上行光OFDM信號，再通過光耦合器將上行光OFDM信號傳送到OFDMA單纖樹中。
全文摘要
本發明公開了一種基于WDM-OFDMA技術的融合接入網系統，通過WDM-OFDMA雙纖環和若干個OFDMA單纖樹將核心網和用戶終端連接起來，使城域網與接入網有效融合在一起。同時，在實際配置WDM-OFDMA雙纖環的時候，可以根據用戶終端的實際需求在現有的WDM-OFDMA雙纖環中增加相應數目的中心節點，這樣的添加不會影響其他已經配置好的中心節點的正常工作，因而，具有非常好的擴展性和靈活性，能夠適應當今社會網絡信息容量日益增長的趨勢。
文檔編號H04Q11/00GK102685613SQ20121013890
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月8日 優先權日2012年5月8日
發明者張崇富, 邱昆, 陳晨 申請人:電子科技大學