基于GPON的自由空间接入装置的.ppt

中国移动集团重点/联合研发项目结题汇报报告,2010年11月18日,项目名称：基于GPON的自由空间接入装置的开发 项目编号：2010_JZ_07,研究课题组,一. 开题计划完成情况,目 录,二、主要研究成果（整合后）,1.1 研究背景及目标,光纤通信成为最优手段,基于SDH体系下FSO或微波设备,目前方案,存在问题,有线通信,并非在任何地方都具备铺设光缆的条件或铺设光缆的代价非常高，比如在跨铁路、跨高速公路、高档住宅小区内部，因铺设光缆要破开水泥路面，施工压力非常大，甚至有关部门直接拒绝运营商请求，造成通信网络无法覆盖到相应的区域，阻碍了该区域通信业务市场的拓展。,1.1 研究背景及目标,说明：当不同类型光纤通信网络的某一个环节的一定距离内需要采用除光纤外的其它通信方式作为接续或接入手段时，将会遇到通信协议和技术规范不相同，使得目前的FSO设备在GPON网络中无法使用。 结论：目前基于SDH框架设计的自由空间光通信(Free Space Optical Communication，简称FSO)装置就不再适用于PON协议。,SDH,PON,1.1 研究背景及目标,初步的抽样调查和数据分析表明，大约45%以上的城市光缆铺设、光缆入小区、入楼、入户工程都要遇到需要采用FSO手段的问题。以城市平均每万人需要一套本发明装置，而每套系统产生10万元人民币经济效益（含代替其他施工手段所节省的工程费用和每套产品的利润）计，本系统相关产品的市场价值显然是相当可观的。,带宽宽,经济效益好,安装部署快,无需频谱许可,1.2 主要研究内容及分工,研究内容：在GPON网络最后一公里接入的领域，又无法铺设光缆的情况下，发明一种基于GPON的自由空间接入装置，来实现GPON光信号的透明传输。,本发明应用场合如图所示。 关键技术：PON网络全部或部分地采用突发型光信号模式,而目前国内外光学直接放大装置基本上是基于连续光信号的技术，在猝发信号模式下它们都无法正确跟踪信号前后沿并及时运转 ，所以迄今国内外市场上尚未出现与这个技术环节有关的成型产品。 本发明的主要特征就是将光纤网络中的突发型光信号采用光学放大模块进行高增益的放大，从而实现对GPON网络的透明介入和传输。,1.2 主要研究内容及分工,系统核心模块图,系统结构图,1.2 主要研究内容及分工,上两图分别是本发明的核心模块及双向通信系统工程上、下行对称结构示意图。 如图所示，系统主要由FSO光发射模块、FSO光接收模块、波分复用/解波分复用模块、EDFA(DP-EDFA)、以及参考光模块和系统控制模块等组成。 上述的DP-EDFA为本发明专门设计的光学放大模块，用以完成系统对突发光信号的有效功率放大及耦合输出，是一种双回路、高增益、信号自适应、周期性掺铒光纤放大器。 传统的EDFA之所以无法有效放大突发型光信号有两个主要原因：其一是能量转移过程的时间延迟导致EDFA对猝发性光波反应不及时；其二是由于单路结构的放大参数在时间域上不均匀从而导致在空间域上变化剧烈，光学共模抑制比（OCMRR）很低（典型值为25db），使增益后的突发型光学信号前后沿产生畸变，从而无法得到有效输出。而本系统的DP-EDFA即是针对上述问题而发明的。 下图是它的基本原理图：,1.2 主要研究内容及分工,DP-EDFA 它有两个主要创新之处： 其一是光纤周期性的掺铒方式PEDFA，即光纤的掺铒浓度随光纤光轴方向按正弦规律变化，如下图：,1.2 主要研究内容及分工,这种设计使整个掺铒光纤处于空间间歇式工作模式，从而在空间上形成微型多级级联效应。当待放大的光信号为突发型时，这种工作模式让系统能量转移过程从传统的一次性变换变为N次（N = 光纤长度/掺铒周期）逐级转移，大大扩展了对猝发性光波的反应时域，十分有效地改善了能级间能量转移过程的时延带来的问题。应该指出的是这种方式会使单位长度光纤的光学增益系数下降约30%。 其二是双回路双泵浦对称结构（Double Loop）。利用可调分光比的耦合器将待放大光与泵浦光按可控比例混合后再分别耦合进入泵浦光波相向而行的、物理参数一致的两路掺铒光纤（EDF）进行双路放大，最后再经过可调分光比的耦合器耦合输出。这样就构成了独特的光学全差分放大系统，从而系统的光学共模抑制比（OCMRR）可达100db以上（实际DCMRR取决于双回路间的物理参数对称性），十分有效地抑制了放大后突发型光信号的前后沿畸变，以保证可靠的有效信号输出。同时由于双路结构的增益在理论上两倍于单路结构，很好地弥补了周期性掺铒带来的增益损失，使总的有效增益约为传统EDFA的140%。,本发明的核心主要是通过对掺铒波导型式、全光学差分放大结构进行创新设计，获得了一种全新的的DP-EDFA。,1.2 主要研究内容及分工,提出项目思路、编写项目方案、系统设计、项目推进：广东移动 接口模块、光放大模块、系统控制模块:中国电子科技集团第三十四研究所 光发射模块、光发射天线、光接收天线、光接收模块：美国MRV公司,分工,1.3 开题计划完成情况总结,进度,1.3 开题计划完成情况总结,原定研发进度与实际研发进度比较： 实际的研发进度一直比原定计划的进度稍快，比原计划早一个月已经研发出了产品样品并开始测试。 但考虑到产品稳定性测试的问题，在不影响验收日期的情况下，我们延长了产品的测试时间，保证产品的可用性和稳定性。,实际研究成果与原设想研究成果比较： 实现了基于GPON的FSO的传输，圆满的完成了原设想的目标。并在此基础上创新性的开发了自动追踪系统，使得FSO链路更加稳定。,1.3 开题计划完成情况总结,由于是探索创新性的产品，在研究过程中很难找到现成适合的模块，因此设备机箱相对较大，不易携带。 样品研发成功之后，只要经过一定的设计，采用高集成度的模块，就能大大的提高空间利用率，使得设备更加的精巧，可用性更高。,3U,2U,不足,2.1 成果概述,成果可推广的范围及对象 随着通信领域竞争的日趋激烈，宽带接入资源的拥有和快速部署已成为占领市场和争取主动的重要因素。由于前期的移动传输网络规划主要是围绕基站业务提供服务的，受到业主阻挠、报建困难等诸多因素的影响，移动光缆网络主要分布在大型商住小区、高级写字楼的周边，在小区的内部，光缆资源则相对比较缺乏，成为移动公司快速开展FTTX小区宽带接入业务的主要瓶颈。开发一种全新的基于GPON的自由空间接入装置，对于解决这一瓶颈有着很大的意义，此种设备必将是应用范围广泛，需求量大，对解决GPON网络最后一公里接入问题有极其重要的作用！ 主要应用可归结为如下几个方面： (1)在不具备有线接入条件或原带宽不足时提供高效的接入方案 (2)有效解决“最后一公里”问题 (3)GPON网络应急备用方案 (4)快速组建GPON网络,2.1 成果概述,现在城镇管道建设造价非常高，1公里总造价18万左右。在部分交通要道、热点地区甚至不予报建。跟管道建设相比2公里距离的此种设备批量生产时的成本大约12万。,FSO系统微波相比，主要的优势是更高的带宽。FSO比微波，天线小，更易于安装成本更低，无需申请许可证(能延迟安装或阻拦运用微波系统)。另外，FSO技术避免EM干扰和辐射。 FSO与光纤电缆相比，在很多需要LAN或WAN链接的地方，难于用到光纤电缆，如被水隔开的地方、山区或街道，那里敷设光缆电缆极其高贵。当需要迅速部署连接时，FSO系统的安装比安装光缆、电缆花的时间少得多。FSO系统使在临时连接如会议、体育比赛或灾难发生时，不再需要铺设光缆。,2.1 成果概述,光纤接续方法、光纤发射机、光纤接收机及光纤接续系统申请号：201010244457.9 突发型光信号直接放大系统，已通过公司内部审核。,目前已形成2个专利：,2.1 成果概述,成果：在国内外首次实现了基于GPON的FSO的传输，研发出了GPON的FSO设备。基于GPON的FSO使得接入网手段更加的丰富、灵活，成本更低、部署时间更加快速。,2.2 设备,GPON FSO 局端设备,GPON FSO收发器,设备集成了放大模块，系统控制模块、电光转换模块、参考光模块等组成。,FSO天线小巧轻便，安装部署非常快。天线内置了自动追踪系统，在遭到轻微人为破坏时，天线能自动的及时调整自动对准。,2.3 安装部署情况,目前设备已经在广东梅州进行了实际部署，本端在广东梅州移动公司全球通大厦10楼顶层，对端安装在梅州市出入境检验检疫局12楼顶层。本端与对端的部署距离超过了900米。如下图为地图显示的部署距离：,2.4 应用前景,基于GPON制式的FSO设备目前国内还没有出现，正在大规模建设的GPON网络中，由于光缆建设困难而无法接入小区的问题也屡见不鲜。故基于GPON的自由空间接入装置的开发具有现实意义，市场需求很大，对全业务竞争中快速占领宽带市场有着重要应用价值！,目前小区有限的光缆资源是制约各大运营商发展FTTH的重要瓶颈，小区光缆铺设所投入的人力、物力及财力成本非常的高。因此，快速低成本及灵活的FTT