專利名稱：一種跳頻周期光編解碼器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光編解碼器，尤其涉及一種用于無源光網絡(PON)光纖鏈路監控的跳頻周期光編解碼器，屬于光纖通信技術領域。
背景技術：
隨著無源光網絡PON被廣泛的應用在光接入網中，對光網絡中的光纖鏈路狀態的監控受到越來越多的關注。目前，對于光網絡的性能監控多存在于ONU的管理系統，ONU的管理控制界面通過OLT和ONU之間的通信，可以提供很多的系統狀態信息，但是當PON網絡的物理層出現故障時，OLT無法與ONU進行任何的數據交換。因此，運營商很難判斷問題出自于光纖鏈路還是ONU端的有源設備。為了盡可能地縮短物理層故障造成的業務中斷時間，運營商需要一個具有預防性，能夠直接監測無源光網絡中的光纖鏈路狀態的系統。 為了解決PON的光纖鏈路監控問題，研究者先后提出了反射峰參考法，參考反射波長法，布里淵頻移法等監控方法，但以上方法在網絡拓撲結構，支路長度相等和網絡容量等問題上均存在不足。最近有人提出使用光編碼方法應用于PON監控，采用周期編解碼方法，能夠支持大容量網絡的光纖鏈路監控，該編碼器具有構造簡單，編碼器成本低，可產生大量的碼字等優點。但是周期編碼在產生大量光碼字的同時，造成了周期間隔的增大，從而導致相關距離變大，使得碼字之間的干擾變大。同時周期編碼帶來更了較大的功率損失，不利于判別。多個編碼光信號脈沖及干擾光脈沖在接收電信號上產生較大的差拍噪聲。一份中國實用新型專利申請(申請號為201110164336. 8，申請日為2011年6月17日，公開號為CN102223176A，
公開日為2011年10月19日)公開了“一種基于二維光正交碼的無源光網絡光層監控方法及裝置”。該監控方法首先由無源光網絡的中心局向各用戶發送寬帶檢測光脈沖信號；然后各用戶對接收到的寬帶檢測光脈沖信號進行二維正交光編碼，產生光編碼信號并發送回中心局，不同用戶所產生的光編碼信號各自不同且相互正交；中心局對用戶發送的光編碼信號進行光解碼，得到各用戶的光解碼信號，并根據各用戶光解碼信號中自相關峰的情況判斷光纖鏈路的狀態。該方法具有不受網絡拓撲結構限制的優點，可適用于多級聯及復雜拓撲結構的無源光網絡，且其所采用的二維光正交碼具有碼字容量大，碼字之間干擾小，可監控大用戶容量的無源光網絡的優勢。但二維光正交碼的碼長一般較大，這在PON光纖鏈路監控應用時，會導致較大的相關距離，從而影響監控系統的性能。而且二維光正交碼在頻域上占用的波長資源較多，頻譜利用率較低。在無源光網絡光纖鏈路監控的應用中，希望使用一種碼字容量大，相關距離小，頻譜利用率高的光編解碼方法。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在于克服現有技術采用二維光正交編碼所存在的相關距離較大、頻譜利用率較低的不足，提供一種跳頻周期光編解碼器。本實用新型具體采用以下技術方案一種跳頻周期光編解碼器，由w個光纖布拉格光柵通過光纖延時線串聯組成，w為光碼字的碼重，光柵之間的光纖延時線具有相同的長度，光纖延時線的長度為VgXPXT，其中Vg為光在光纖中的傳播速度，P為光碼字的周期值，T為檢測光脈沖的時域寬度；光柵的中心波長由跳頻周期光碼字中的頻域跳頻序列決定。—種跳頻周期光編解碼方法，用于無源光網絡的光纖鏈路監控，跳頻周期光碼字表示為(q，w, P) , q表示跳頻周期光碼字在頻域上可使用波長片的數量，w表示跳頻周期光碼字的碼重，P表示跳頻周期光碼字在時域上的周期值，q、W、P均為正整數；跳頻周期光碼字在時域進行周期編碼，其周期值選取方法如下首先確定光碼字的碼重W，將第一個周期光碼字的周期值P1定為1，此后，假設第i (i > 2，i為正整數)個光碼字的周期值Pi = Pi-Al,如果這個光碼字與之前任意的第m(m= 1，…，i-1)個光碼字的最大互相關值不大于1，則將此周期值定為第i個光碼字的周期值；如果最大互相關值大于1，則將周期值再加I并重新判決碼字之間的互相關值，直到符合條件要求為止；跳頻周期光碼字在頻域進行跳頻編碼，其跳頻序列的構造方法如下用一個L維 數組F=(f。，f1； f2,…，fM)來表示跳頻序列，其中fi，0彡i彡L-1，選自于可使用波長片集合(0，I, 2，…，q);跳頻序列的長度L不超過q，任何兩個序列之間的互相關值被限制在0或1，并讓任何序列中的任意相鄰頻率之間的距離大于一個固定整數d (d彡0);當q為奇數時，取L=q-2d-l ；當q為偶數時，取L=q-2d_2，其中d < [(^q + 1-1)/2]；設 2k=q-2d_l,由 d+1, d+2,…，q-d_l 這 2k 個數生成一組排列數Co, C1,…，C21ri，設Dn(j)=Cn+Cn+1+…+Ciw，其中Dn(j)進行模q運算，下標進行模2k運算；如果某排列數滿足Ci+Ci+k=q, 0 彡 i 彡 k-1 和 Dciu)幸 D1(j)關…關 D2k^1 (J), 2則稱該排列數為生成序列Cc^C1, "'C21ri，通過下式產生q個跳頻序列疋」=隊(1) +j,D0(2)+j,D0(3)+j,...,D0(2k)+j),其中0彡j彡q-1, Fj中的各數組元素進行模q運算。根據上述跳頻周期光編解碼方法，還可得到如下的無源光網絡光纖鏈路監控方法一種無源光網絡光纖鏈路監控方法，包括以下步驟步驟A、中心局向各用戶發送寬帶檢測光脈沖信號；步驟B、各用戶對接收到的寬帶檢測光脈沖信號進行光編碼，產生光編碼信號并發送回中心局，不同用戶所產生的光編碼信號各自不同且相互正交；步驟C、中心局對用戶發送的光編碼信號進行光解碼，得到各用戶的光解碼信號，并根據以下準則判斷光纖鏈路的狀態如果所有用戶的光解碼信號中都沒有自相關峰，則判斷主干光纖鏈路出現故障；如果某個用戶的光解碼信號中沒有自相關峰，則判斷該用戶所處支路的光纖鏈路出現故障；當所有用戶的光解碼信號中都存在自相關峰，而業務出現中斷，則判斷無源光網絡的光纖鏈路正常，ONU的設備出現故障；所述光編碼和光解碼采用上述跳頻周期光編解碼方法。相比現有技術，本實用新型具有以下有益效果I、本實用新型中的跳頻周期光碼字在時域上采用周期編碼，而在頻域上采用跳頻編碼，比傳統的二維光正交碼具有更大的碼字容量，可監控大用戶容量的網絡。2、本實用新型中的跳頻周期光碼字在保持碼字容量大的同時，具有更小的相關距離，能夠有效抑制多用戶干擾和差拍噪聲，提高系統監控性能。3、在碼字容量一定時，本實用新型中的跳頻周期光碼字具有更小的碼重，則編解碼器中的光柵數量更小，使得編解碼器具有低成本優勢。
圖I為本實用新型的無源光網絡光纖鏈路監控方法的流程圖；圖2為跳頻周期光碼字(9，4，5)的光編碼信號示意圖；圖3為本實用新型的跳頻周期光編解碼器的結構示意圖；圖4為幾種光編碼方法的碼字容量對比圖；圖5為幾種光碼字相關距尚不意圖；·圖6為驗證試驗中所使用的監控系統的結構框圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的技術方案進行詳細說明本實用新型的無源光網絡光纖鏈路監控方法，如圖I所示，包括以下步驟步驟A、中心局向各用戶發送寬帶檢測光脈沖信號；無源光網絡中心局側的光線路終端，向無源光網絡用戶側的光網絡單元，發送寬帶檢測光脈沖信號。步驟B、各用戶對接收到的寬帶檢測光脈沖信號進行跳頻周期光編碼，產生跳頻周期光編碼信號并發送回中心局，不同用戶所產生的跳頻周期光編碼信號各自不同且相互正交；跳頻周期光編碼對寬帶檢測光脈沖同時在時域和頻域進行二維光編碼，產生w個在時域上具有相同時間間隔的子光脈沖，時間間隔的大小取決于所用跳頻周期光碼字的周期值P和檢測光脈沖的時域寬度，w個子光脈沖的中心波長各不相同，波長取值由跳頻序列決定。具體而言，進行跳頻周期光編碼時，跳頻周期光碼字表示為(q，w, P)，q表示跳頻周期光碼字在頻域上可使用波長片的數量，w表示跳頻周期光碼字的碼重，P表示跳頻周期光碼字在時域上的周期值，q、W、P均為正整數；跳頻周期光碼字在時域進行周期編碼，其周期值選取方法如下首先確定光碼字的碼重W，將第一個周期光碼字的周期值P1定為1，此后，假設第i (i > 2，i為正整數)個光碼字的周期值Pi = Pi-Al,如果這個光碼字與之前任意的第m(m= I,-,i-1)個光碼字的最大互相關值不大于1，則將此周期值定為第i個光碼字的周期值；如果最大互相關值大于1，則將周期值再加I并重新判決碼字之間的互相關值，直到符合條件要求為止；跳頻周期光碼字在頻域進行跳頻編碼，其跳頻序列的構造方法如下用一個L維數組F=(f。，f1； f2,…，fM)來表示跳頻序列，其中fi，0彡i彡L-1，選自于可使用波長片集合(0，I, 2，…，q);跳頻序列的長度L不超過q，任何兩個序列之間的互相關值被限制在0或1，并讓任何序列中的任意相鄰頻率之間的距離大于一個固定整數d (d彡0);當q為奇數時，取L=q-2d_l ；當q為偶數時，取L=q-2d_2，其中d < [(^J4q + l -1)/2]；設 2k=q-2d_l,由 d+1, d+2,…，q-d_l 這 2k 個數生成一組排列數Co, C1,…，C21ri，設Dn(j)=Cn+Cn+1+…+Ciw，其中Dn(j)進行模q運算，下標進行模2k運算；如果某排列數滿足Ci+Ci+k=q, 0 ^ i ^ k_l 和 D0(J)幸 D1(J)幸…幸 D2k_1(j),2 ^ j ^ k則稱該排列數為生成序列Cc^C1, "'C21ri，通過下式產生q個跳頻序列疋」= 。(1) +j,D0(2)+j,D0(3)+j,...,D0(2k)+j),其中0 < j < q-1, Fj中的各數組元素進行模q運算。以跳頻周期光碼字(9，4，5)的編碼為例，該碼字的可用波長片數為9，即光碼字將在這9個波長上進行跳頻編碼。光碼重為4，表示為編碼后的子脈沖數量。該碼字的時域周期值為5，即編碼后的每個子脈沖之間的時間間隔為5個時間片。圖2為一個寬帶檢測光脈沖按光碼字(9，4，5)進行跳頻周期光編碼后，得到的光編碼信號，4個編碼子脈沖光信號依次處在時間片1，時間片6，時間片11，時間片16上，周期為5，即實現時域上的周期編碼。而在頻域上依次占據波長片4，波長片8，波長片5，波長片0，完成頻域上的跳頻編碼，對應頻域的跳頻序列為(4, 8, 5, 0)。·上述跳頻周期光編碼可利用圖3所示的跳頻周期光編碼器實現，如圖所示，該跳頻周期光編碼器由w個光纖布拉格光柵通過光纖延時線串聯組成的跳頻周期光編碼器實現，光柵之間的光纖延時線具有相同的長度，光纖延時線的長度為vgXPXT，其中Vg為光在光纖中的傳播速度，P為光碼字的周期值，T為檢測光脈沖的時域寬度；光柵的中心波長由跳頻周期光碼字中的頻域跳頻序列決定。步驟C、中心局對用戶發送的跳頻周期光編碼信號進行光解碼，得到各用戶的跳頻周期光解碼信號，并根據以下準則判斷光纖鏈路的狀態如果所有用戶的跳頻周期光解碼信號中都沒有自相關峰，則判斷主干光纖鏈路出現故障；如果某個用戶的跳頻周期光解碼信號中沒有自相關峰，則判斷該用戶所處支路的光纖鏈路出現故障；當所有用戶的跳頻周期光解碼信號中都存在自相關峰，而業務出現中斷，則判斷無源光網絡的光纖鏈路正常，ONU的設備出現故障；同一跳頻周期光碼字的光解碼器與光編碼器結構相同，方向相反。圖4顯示了幾種光編碼方法的碼字容量，幾種光編碼方法分別為現有的一維光正交編碼、二維光正交編碼以及本實用新型的跳頻周期光編碼。跳頻周期光碼字參數為q =9,w = 4, Tc=Ins,其中T。為寬帶檢測光脈沖的時域寬度。將周期P定義跳頻周期光碼字的碼字長度。從圖中可以看到，當碼長為40，一維光正交碼的碼字容量為4，二維光正交碼的碼字容量為70。而跳頻周期碼的碼字容量為189，約為二維光正交碼數量的2. 5倍和一維光正交碼數量的47倍。可見在三種光碼字中，跳頻周期碼的碼字容量最大，可以監控大用戶容量的無源光網絡光纖鏈路狀態。由于寬帶檢測光脈沖的重復頻率一般在kHz級別，速率較低，而且PON網絡的用戶呈分散，隨機的分布。所以在光編碼監控中，只有當兩個ONU所在支路的長度相差小于光碼字的相關距離時，兩個ONU產生的光編碼信號才會相互重疊并產生多用戶干擾。所以相關距離可以看做兩個ONU產生的光編碼信號不發生互相干擾的最小距離。相關距離的大小取決于所選用光碼字的結構和檢測光脈沖的時域寬度。圖5顯示了在檢測光脈沖的時域寬度一定時，幾種光碼字的相關距離，這幾種光碼字分別為現有的周期編碼、二維光正交編碼以及本實用新型的跳頻周期光編碼。當網絡用戶數量為32時，需要有32個相互正交的光碼字用于監控光網絡，即要求碼字容量不低于32。此時，如圖所示，跳頻周期碼的相關距離為4.8m，而周期碼的相關距離為38m，二維光正交碼的相關距離為77m，分別相當于跳頻周期碼的相關距離的8倍和16倍。由此可見，跳頻周期光碼字在保持大碼字容量的同時，具有更小的相關距離，從而大大降低了多用戶干擾發生的概率，使得監控性能得到了提高。為了進一步驗證本實用新型監控方法的效果，構建了如圖6所示的無源光網絡鏈路監控系統，并利用該系統進行了以下試驗在OLT側，調制數據加載在光調制器上，將寬帶光源調制產生脈沖寬度為1ns，重復頻率為IkHz的寬帶檢測光脈沖序列。寬帶檢測光脈沖的波長與數據傳輸的波長不相同，從而不影響數據通道的傳輸。寬帶檢測光脈沖序列依次通過EDFA光放大器和光環形器進A 20km光纖進行傳輸，通過1:4分光器到達每個0NU。在每個ONU的前端，通過波分復用器將寬帶檢測光脈沖序列送進光編碼器進行跳頻周期光編碼，并且由光編碼器將編碼光信號反射，依次通過波分復用器，I 4分光器，20km光纖和光環型器送回OLT側。在接收端，所有ONU的光編碼信號分別通過色散補償光纖和EDFA光放大器進行色散補償和功率補償，再經過光解碼器得到光解碼信號，最后送入采用示波器得到監控測試結果。示波器的信號平均 次數為256，用于消除噪聲。在本實驗中，共有四個ONU用戶，在接收端，只進行ONUl所在支路的解碼處理和監控測試，光解碼器I和光編碼器I使用相同的碼字，從而得到正確的解碼光信號。其它ONU支路的監控方法相同，不再重復。在本實驗中，跳頻周期光碼字參數選取為q=7，w=2，七個可用波長片的中心波長選擇為入!=1548. 8nm,入 2=1549. 2nm,入 3=1549. 6nm,入 4=1550nm,入s=1550. 4nm,A 6=1550. 8nm, X 7=1551. 2nm。四個ONU所用的跳頻周期光碼字分別為{(4，1)，5}，{(7,4),5}，{(2,6),5}, {(4，1)，9}，其中(4，I)，(7，4)，(2，6)表示頻域所選用的跳頻序列，5和9表示時域編碼的周期值。光編碼器由兩個中心波長不同，相距一定長度光纖延時線的光纖布拉格光柵FBG串聯構成，其中FBG的3dB反射譜寬約為0. 2nm,反射率約為95%，光纖延時線的長度為50cm和90cm對應于周期值5和9。根據實驗結果可看出在只有ONUl支路進行編碼的情況下，接收端得到的解碼自相關峰，正確恢復出了檢測光脈沖；在4個ONU都進行光編碼的情況下，根據接收端得到的光解碼信號可以發現，干擾信號并沒對ONUl的解碼自相關峰產生干擾，只是在附近產生了一些干擾信號；當ONUl支路發生故障損耗時，解碼自相關峰信號減弱，但干擾信號保持不變；如果ONUl支路斷開，則解碼自相關峰完全消失，而干擾信號未變化；當主干光纖發生斷開故障時，可以發現解碼自相關峰壑干擾信號都消失了，在接收端得不到任何信號。
權利要求1.一種跳頻周期光編解碼器，由#個光纖布拉格光柵通過光纖延時線串聯組成，#為光碼字的碼重，其特征在于，光柵之間的光纖延時線具有相同的長度，光纖延時線的長度為VgXPXT，其中Vg為光在光纖中的傳播速度，P為光碼字的周期值，T為檢測光脈沖的時域寬度；光柵的中心波長由跳頻周期光碼字中的頻域跳頻序列決定。
專利摘要本實用新型公開了一種跳頻周期光編解碼器，用于無源光網絡光纖鏈路監控。該光編解碼器由w個光纖布拉格光柵通過光纖延時線串聯組成，w為光碼字的碼重，光柵之間的光纖延時線具有相同的長度，該長度取決于跳頻周期光碼字的周期值和檢測光脈沖的時域寬度；每個光柵的中心反射波長由頻域上的跳頻序列決定。本實用新型能夠增加光碼字的碼字容量，降低光碼字的相關距離，有效抑制多用戶干擾和差拍噪聲，提高系統監控性能。
文檔編號H04L1/00GK202565428SQ20112050441
公開日2012年11月28日 申請日期2011年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者孫小菡, 周谞 申請人:東南大學