基于线路编码的无源光网络升级毕业论文.doc

本科毕业设计（2014届）题 目基于线路编码的无源光网络升级学 院通信工程学院专 业通信工程班 级10083413学 号10081323学生姓名 指导教师 完成日期2013年12月 摘 要 随着科技的发展，计算机和数字媒体技术发生了日新月异的变化，人们对于高带宽业务要求也越来越高。运营商们为了满足逐渐增加高带宽新业务的需求和解决和同行之间的竞争压力,所以在建设接入网络时，必须考虑提供更高的带宽与业务能力，所以他们需要架构一张面向未来的网络。从网络运营的角度来看，“超宽带，可共存”应是接入网演进的基本原则。首先，运营商的战略目标是增加营业收入，那么就会使得带宽消耗的强劲增长，然而新的商业模式将进一步推动带宽需求的增长。其次，接入网系统整体投资巨大，回报周期长，分配网络投资和终端投资是整个网络投资中的关键部分；因此，运营商赢利的要求就是尽可能保护分配网络投资，最大化用户终端价值，意义非凡。所以本课题研究了怎么样能更好的升级接入网技术，使得人们平稳的度过这次升级。我们提出了在PON升级中使用线路编码,并且使用软件仿真证明了线路编码的可行性并以及其实用性。在线路编码中，建设新的WDM-PON网络并不用改变原有光纤分布网络ODN。为了避免新旧信号的重叠，也就是说为了降低编码信号的低频分量，一些特殊的线路码型组合被发明了，这些特殊编码组合能使得编码信号频谱较高。新旧混合信号到达网络终端设备时，因为新、旧两个网络信号的频谱没有重叠，致使新增的信号不会对原来的TDMA-PON网络的接收信号造成影响。我们通过仿真验证了线路编码应用在PON升级的可行性,并测试了提出的系统的表现。本文还探讨了线路编码码型的选择及其应用的优缺点。 关键词：高带宽；接入网升级；可共存；线路编码；ABSTARTWith the development of science and technology, the change rapidly changes of computer and digital media technology, people for high bandwidth requirements are also getting higher and higher. Operators in order to meet the increased demand for high bandwidth services and solutions and peer pressure, so in the construction of access network, must consider providing more bandwidth and service capabilities, so they need a future oriented network architecture. From the network point of view, ultra wideband, can coexist should be the basic principle of the access network. Firstly, the strategic goal of operators is to increase the revenue, strong growth that will make the bandwidth consumption, however, the new business model will further promote the growth of bandwidth demand. Secondly, access network system of huge investment, long payback period of investment, distribution network and terminal investment is a key part of the whole network investment; therefore, the operator profit requirement is protected as far as possible distribution network investment, maximizing user terminal value, significance, not all. So the research how to upgrade technology access network better, make people get through this upgrade.We propose the PON upgrade using the line code, and the use of software simulation proves the feasibility of line code and its practicability. The line code, the construction of a new WDM-PON network does not change the original fiber distribution network ODN. In order to avoid the overlap between the old and the new signal, that is to say in order to reduce the low frequency component signal, code type combination of some special line was invented, the special combination of coding can make the code signal spectrum high. The old and new mixed signal arrives at the network terminal equipment, because the spectrum of new, old two network signals do not overlap, the received signal of new signal not to the original TDMA-PON network impact. We verified the feasibility of application of line code in PON upgrade through simulation, and testing the proposed system performance. This paper also discusses the advantages and disadvantages of the selection and application of line code type.Keywords: high bandwidth; access network upgrade; coexistence; line code; 目录1 引言12 光通信3 2.1 光通信简介3 2.2 中国光通信的发展和展望3 2.3 光通信的优缺点4 3 接入网5 3.1 电信网中的接入网5 3.2 接入网接口5 3.3 接入网通用模型6 3.4 接入网功能7 3.5 接入网的演变7 3.6 接入网的特点7 3.7 光接入网84 无源光网络9 4.1 无源光网络的概述9 4.2 PON的多址接入技术10 4.3 无源光网络的优势115 无源光网络的升级12 5.1 升级的原因12 5.2 升级的紧迫性12 5.3 升级的要求13 5.4 升级的方式13 5.5 基于线路编码的无源光网络升级136 编码与仿真15 6.1 编码思路15 6.2 matlab编程仿真思路16 6.3 matlab程序仿真16 6.4 编码结果对比分析287 总结和展望31致谢33参考文献341 引言在不断进步的科学发展下，高带宽的出现成为了可能，人们也迫切需要这种服务，在快速增长的高带宽业务需求下，促进了通信技术的发展。由于骨干网采用的光纤结构，其容量已经达到Gb/s,甚至达到了Tb/s,基本能满足新兴高带宽业务的带宽要求。然而接入网由于成本敏感，需要个体用户承担自己的成本，所以发展比较滞后，成为了整个网络系统的瓶颈。所有运营商拓展新业务都为了盈利，然而新出现的商业模式将进一步推动带宽需求的增长。其次，接入网系统整体投资巨大，回报周期长，分配网络投资和终端投资是整个网络投资中的关键部分；因此，尽可能保护分配网络投资，最大化用户终端价值，对加速运营商赢利来说，意义重大。又由于接入网1的费用需要用户自己负担，所以并不会所有用户都支持自己的接入网升级，这次研究就是为了解决怎么使得新老用户共存且使它们之间的互相干扰变的最低这个问题，所以这次研究对于接入网的升级，甚至对于整个网络的发展都具有重要的意义。光纤接入网是以光纤为传输介质，利用光波作为载波传输信号的接入网。光线路终端(OLT)、光网络单元(ONU)和光分配网络(ODN)组成了光网络2，光网络又分成有源光网络和无源光网络。所谓的无源光网络就是说在光线路终端（OLT）和光网络单元（ONU）3之间的光分配网络（ONU）4均由无源光器件组成，没有任何有源电子设备的接入。与点到点的有源光网络相比，PON技术的主要特点在于维护简单，成本较低(节省光纤和光接口)和较高的传输带宽，其高性能价格比的特点会使其在很长时间内保持竞争优势，PON一直视被为接入网未来的发展方向。PON的本质特征就是ODN全部由无源光器件组成，不包含任何有源电子器件。这样避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，简化了供电配置和网管复杂度，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，是电信维护部门长期期待的技术,越来越受到业界的关注和重视,发展非常迅猛。无源光网络的优势：（1）点到点的拓扑结构适合汇聚多用户（2）容量大，传输距离比较长，使用的寿命长（3）可以承载一些广播组播业务（4）承载数据业务效率高（5）便于运营维护（6）成本比较低廉全光网络是传输网的最终目标，就是将接入网，城域网，骨干网中的铜线传输替换成光纤传输，目前的一切研发进展，都是为了实现这个目标。2 光通信2.1 光通信简介光通信是用光波作为载波的一种通信方式。光纤通信的首要技术是密集波分复用技术，其特点是带宽比较高，传输数据的透明性，多种接入类型，但是由于其距离比较短所以其只能在小范围的得到使用，在长远距离上，如果使用这个技术将会带来一个巨大的成本问题，考虑到这个问题，粗波分复用产生了并快速成为实用设备。现在，光纤通信逐渐成熟，在各个方面都得到了应用，它不仅在陆地使用，在海底也铺设了大量光纤，方便全球通信。全光网络是传输网的最终目标，就是将接入网，城域网，骨干网中的铜线传输替换成光纤传输，目前的一切研发进展，都是为了实现这个目标。骨干网是对速度、距离和容量的要求是最高，由于其现在已经完全采用光纤通信，基本能满足未来长时间的带宽需求，骨干网的发展是光网络智能化的重要技术指标。城域网是运营商提供带宽和业务和瓶颈，同时，城域网也是最大的市场机遇。目前基于SDH的MSTP技术成熟、兼容性好，特别是采用了RPR、GFP、LCAS和MPLS等新标准之后，已经可以灵活有效地支持各种数据业务。接入网，FTTH(光纤到户）5是一个长远的理想解决方案。其演进路线将是逐渐将光纤向用户推近的过程，这将是一个很长的过渡时期，在这个过程中，光纤接入方式还将与ADSL并存。2.2 中国光纤通信的发展和展望我国一直以来，十分重视光通信的发展，一直跟随着世界光通信发展的脚步，在国内大力度推广了光通信器件的研究开发和产业化工作。随着技术的完善，全球光器件产业逐渐向中国转移，使得中国的光通信行业发展变的更加快速，现在，中国已然已经成为全球光电元器件的重要生产销售基地。光通信器件是光通信系统与网络的基础，光通信器件技术进步和产品更新换代的支持决定了发展、升级以及推广应用高速光传输设备、长距离光传输设备和智能光网络。因此，通信技术的更新与升级将促使光通信器件不断发展进步。我国不仅在光通信设备上面有着很好的发展，同时在一些核心技术方面同样有着不错的成果。中国在1974年对低损耗光纤和光通信开始进行研发，1979年建立，光缆通信试验系统在北京和上海两个城市成立，当时中国凭借着这些成果成为当时少有的几个拥有光缆通信系统试验段的几个国家之一。到了80年代末，中国的光纤通信的关键技术已达到国际先进水平。从1991年起，中国开始大力发展光纤通信。在“八五”期间，建成了含22条光缆干线、总长达33000公里的“八横八纵”大容量光纤通信干线传输网。1999年1月，中国第一条最高传输速率的国家一级干线（济南青岛）82.5Gb/s密集波分复用（DWDM）系统建成，使一对光纤的通信容量又扩大了8倍。目前，由于三网融合和宽带政策对光纤的大量需求，光纤的需求急速增加，为光纤行业盈利改善提供了基本保障。大部分光纤公司有着自己研发的光纤相关技术，那么这部分企业的压力又有相应的减少。在光网络系统设备方面，三网融合需要大量光通信设备。三网融合将刺激国内运营商们对光纤网络建设的投入，同时，PTN、OTN网络升级也会带动相应设备需求的上升。在光器件光模块方面，在市场的推动下，国内涌现出一大批光器件企业。当然，国家加大了对光通信产业扶持力度，投入研发的成本也有所上升，这无疑是对光通信的发展是极其有利的。我相信，随着我们国家的推动力度增加，我们国家的光通信发展会越来越快，光通信水平也将在世界中占据领先地位。2.3 光纤通信的优缺点优点：光通信与其他通信方式相比，有着巨大优势；（1）容量大 光纤容量已经达到Gb/s,甚至达到了Tb/s，然后一个光缆中有着几十根光纤，然而一根光纤有可以通过波分复用扩展其容量，所以一根光缆可以传输大量的信息。（2）传输距离长 因为光纤的衰耗系数比较低，可以传输数百公里以上，是传统传输的几倍到几十倍。（3）保密性能好 光波在光纤传输时，基本不会发生泄漏，保密性能好（4）施工方便，价格低廉光纤的铺设方式多样，施工方便，光纤材质是二氧化硅，价格便宜缺点：虽然它有很多优点，但是同样也有缺点机械强度不好，需要一定的设备技术。3 接入网 3.1 电信网中的接入网电信界从整个电信网角度将全网分成公用电信网和用户驻地网两部分，用户驻地是用户所有，通常说的电信网是指公用的电信网。然后，公用电信网可以分成长途网，中继网和接入网三部分。长途网又和中继网合称核心网，其他部分称为用户接入网或者接入网。核心网CPN接入网CPN接入网 图1.电信网模型 接入网：接入网是电信网的重要组成部分，其功能是将电信业务传送到用户手里。在1995年7月，ITUT第13研究组（SNI）通过的G.902建议对接入网提出了明确的定义：接入网是由业务接口（SNI）和相关用户网络接口（UNI）之间的一系列传送实体（例如线路设施和传输设施）组成，为传送电信业务而提供所需传送承载能力的实施系统，可经由Q3接口进行配置和管理。按照G.902的规范要求，接入网对用户信令是透明的，由于对接入网可实现的UNI和SNI的类型和数目没有限制。因此，接入网可以认为是介于网络侧V参考点和用户侧T或者Z参考点直接的设备总和，其功能是复用，交叉连接和传输，一般不含有交换功能。3.2 接入网的接口电信管理网（TMN）接入网业务节点 Q3 Q3 UNI SNI 图2.接入网接口接入网通过业务节点接口SNI连接到业务节点，通过Q3接口连接到电信管理网，接入网允许和多个业务节点相连。3.3接入网的通用协议模型接入网的功能结构是以ITU-TG.803建议中定义的分层模型为基础的。有图可见，接入网有接入承载处理功能，电路层，通道层，传输媒介层，传输媒介层又分为传输段层和物理煤质层。 图3.接入网协议模型（1）电路层电路层网络是电路层接入点之间的信息传递，并且它独立于传输通道层。电路层的网络为用户提供直接的通信业务。（2）通道层传输通道层是通道层接入点间的信息传递，并且支持多个电路层网络，为其提供传输服务。（3）传输媒质传输煤质支持一个或者多个通道层，可以分为传输段层和物理层。3.4 接入网的功能接入网有着这几个基本功能：用户端口功能，业务端口功能，核心功能，传送功能和系统管理功能。（1）用户端口功能 用户端口功能是指将特定的UNI要求适配到核心功能和系统管理功能。接入网支持不同的接入以及需要特定功能的用户网络接口。（2）业务端口功能：业务端口功能是将特点的UNI分配到公共承载体，便于在核心功能中处理，并且选择相关信息用于接入网的系统管理功能处理。（3）核心功能核心功能是将游湖端口承载体要求或业务端口承载体要求分配到公共承载体，核心功能分布在整个接入网中。（4）传送功能传送功能是指为公共承载体提供传送通道功能。（5）接入网管理功能协调接入网中各个设备之间的指配，操作和管理。3.5接入网的演变随着Internet业务的发展，IP业务快速增长。提供IP业务的接入网和提供传统的电话业务的接入网大不相同，所以ITU-T SG13定义了IP接入网，与之前定义的电信接入网进行区别。由于Internet业务的流行，传统的电信接入网不再以支持电路业务为基本特征，而向提供电话、数据和视频业务综合接入网方向演进，同时IP运营商也希望IP接入网能提供传统的电话服务，所以接入网就逐渐的向着综合接入网的方向演进，所以现在，我们用接入网来表示用户和核心网之间的一系列传输实体，为传送接入电信业务和IP业务提供所需的传送承载和IP接入能力。3.6 接入网的特点（1）业务量低接入网一般多为住宅用户，住宅用户的业务量密度低，经济收益差，投资回收周期长。（2）成本必须低廉接入网由个别少数用户专用，各个用户之间承担自己的成本，所以就要求接入网总成本必须低廉。（3）成本差异比较大因为接入网的用户类型比较多，不同的用户对于接入网的要求也不一样，不同的地区接入网的建设条件也不一样，这些就会使得接入网的成本差异变大。（4）维护工作量大接入网设备一般在室外，这就对设备的要求就变高了，所以出故障的概率也有增加，运营维护接入网的工作量就变的十分庞大了。（5）技术要求复杂因为接入网的用户较多，每个用户的要求也不一样，大型用户，比如像企业就要求有质量保证，传输效率要高，而相对的居民用户就不需要这么高的要求，所以接入网技术要求更为复杂多样以便于其适应用户的多样化要求。3.7 光接入网近年来，由于互联网技术的快速发展，计算机和数字媒体技术也发生了日新月异的变化，随着这种变化人们对于视频通话等高带宽业务要求也越来越迫切。在这种市场的推动下，出现了各式各样的接入网技术，光纤接入网是指用光纤作为主要的传输介质，实现接入网的传输功能，光纤接入网技术由于具有通信容量大、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密性强等优点，从各个接入网技术中脱颖而出，成为了接入网发展的长远解决方案。在1996年通过的ITU-TG.98中第一次出现了光接入网的概念，光接入网由光线路终端，光分配网，光网络单元和适配设施组成，后来人们普遍使用光接入网来代表光纤传输的接入网。光接入网与其他技术相比，具有以下特点：光纤接入网由于容量大，所以可以满足用户对高带宽业务的需求；光纤的损耗低、频带宽而且不受电磁干扰，保证了信号传输质量；光纤价格不断下降，而铜缆的价格在不断上涨。现在，影响光纤接入网发展的主要原因是成本。由于接入网的成本敏感，所以导致其发展较慢，但是光纤接入网是光纤通信发展的必然趋势，光纤到户也是全球公认的接入网的发展目标。光接入网又分为有源光网络和无源光网络，其主要区别就是指在OLT和ONU之间的光分配网络（ODN）中有没有含有有源电子设备，下面一章我们会着重介绍一下无源光网络。4 无源光网络（PON）4.1 无源光网络的概述无源光网络6是指采用无源光分/合路器或光耦合分配/汇聚各ONU信号的光接入网，也就是说在在OLT和ONU之间是光分配网络（ODN），没有任何有源电子设备。无源光网络（PON）是光接入网的主流技术之一，其 拓扑结构有树形，总线型7等。ONU6 ONU4ONU2ONU5ONU3ONU1OLTOUN4OUN3OUN2OUN1OLT 树形 （b）总线型 图4.无源光网络结构 无源光网络(PON)技术是最新发展的点到多点的光纤接入技术。无源光网络由光线路终端(OLT)、光网络单元(ONU)和光分配网络(ODN)组成。一般其下行采用TDM广播方式8、上行采用TDMA(时分多址接入)方式，而且可以灵活地组成树型、总线型等拓扑结构(典型结构为树形结构)，PON的本质特征就是ODN全部由无源光器件组成，不包含任何有源电子器件。与点到点的有源光网络相比，PON技术的主要特点在于维护简单，成本较低(节省光纤和光接口)和较高的传输带宽，其高性能价格比的特点会使其在很长时间内保持竞争优势，PON一直视被为接入网未来的发展方向。PON的本质特征就是ODN全部由无源光器件组成，不包含任何有源电子器件。这样避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，简化了供电配置和网管复杂度，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，是电信维护部门长期期待的技术,越来越受到业界的关注和重视,发展非常迅猛。与点到点的有源光网络9相比，PON技术的主要特点在于维护简单，成本较低(节省光纤和光接口)和较高的传输带宽，其高性能价格比的特点会使其在很长时间内保持竞争优势，PON一直视被为接入网未来的发展方向。4.2 PON的多址接入技术1 时分多址接入在时分复用中，ONU以共用一个媒介的方式和OLT通信。其下行方向是OLT到ONU，下行信号是连续数字信号，OLT利用广播的方式给ONU发送下行信号，ONU10接收到下行信号后，根据特定的标识，提取相关的对应信息。上行方向是ONU到OLT，ONU通过TDMA方式实现接入到OLT。ONU在OLT的控制下，只在OLT指定的时隙发送自己的信息数据。各ONU的时隙在光合路器处汇合，为了避免数据发生冲突，PON系统还采用了测距等技术加以保障。2 波分多址接入 波分多址方式，为每个ONU上行提供了一条虚拟的上行通道11，简化OLT和ONU设备的设计，使得技术要求降低，并且设备运营维护简单。但是对于波分多址接入来说，主要技术是指密集波分多址接入技术，这种技术传输效率高，带宽高，然后其成本也高，还有重要一点接入网用户并没有那么密集就会导致接入网如果使用这种接入技术就会导致成本大幅上升，对于一些小型用户或者居民用户来说还会导致资源过剩，然而接入网的成本本身就十分敏感，同时一些用户还暂时不需要高带宽服务，所以其发展一直受到限制。3 码分多址接入 码分多址接入是指其编码解码是先按照光形式还是以电形式进行而分为两种：一种是光码分多址接入，另外一种是电码分多址接入。电码分多址接入为了多址接入数目多，地址码的码长就要求非常长，那么地址码调制后传输信号速率远远大于信息数字信号速率，那么成本就变高了。光码分多址受制于其光编码技术的发展，目前也随着光编码技术的发展而逐渐成熟。4 副载波多址接入副载波多址接入是利用不同频率的电载波（相对于光波来说是副载波）来复用和解复用不同用户信息数据流，然后再去调制光载波，产生光模拟信号。根据电副载波调制光载波方式又可以分成单通道副载波和多通道副载波。单通道就是指每一个点副载波调制一个光信号，然后所有调制后的光信号在光合路器合并在一起，接收端光信号由光电探测器转换成电信号后通过中心频率为各个副载波的带通滤波器，并进一步的通过鉴相解调出信息数据。单通道副载波多用于PON的上行多址接入。多通道副载波多址接入是指将电副载波在电域上合并到一起，然后调制出一个光波长信号。与TDMA相比，SCMA的优势在于上下行各信道在频域上彼此独立，在时域上的要求比较宽松，时延小。因此，不需要像 TDMA PON那样要求高精度的测距和上行突发接收等。但是SCMA用户接入数目受限制和其动态带宽分配不如TDMA那样灵活。 4.3 无源光网络的优势PON应用于光接入网具有独特的优势：（1）点到点的拓扑结构适合汇聚多用户接入网的作用是汇集各个用户的各种各种的业务。由于成本的敏感，接入网需要经济有效的汇集各个用户的业务。传统的有源光网络不仅需要大量的光纤，而且还需要在运营商的机房或者局端占用较大的空间，消耗较多的电力。无源光网络（PON）的无缘点对点拓扑结构节约了光缆和光缆施工的大量费用，节省了空间和电力，是有效的汇集各个用户的经济有效的方法。所以说，PON不只适合分散用户，更加适合用于用户密集的场所。（2）容量大，传输距离比较长，使用的寿命长PON传输的效率都已经高达Gbp/s12；而且PON支持传输距离在20km以上并且有比较大的分路比；一般来说，光缆的使用寿命年限比一般的双绞线，同轴电缆等要高出许多。（3）可以承载一些广播组播业务PON无源点对点结构，下行物理层13广播传输，易于下行传输容量大于上行的机制使之非常适合承载广播，组播类型的业务。（4）承载数据业务效率高PON带宽分配技术是整个接入网技术的核心，带宽分配算法14是重中之重。带宽分配方式有两种，一种是静态带宽分配方式，另一种是动态带宽分配方式，相比于结构简单的静态带宽分配方式，动态带宽分配方式能根据用户的需求而更改带宽分配情况，提高带宽的使用效率。（5）便于运营维护由于PON从用户端到局端设备中间没有任何有源设备，所以不会产生有源干扰，可靠性能高；各个用户设备，或者光缆出现问题，或者有其他新用户的加入都不会影响其他用户的正常使用，所以PON的网络运行维护成本比其他的要低的多（6）成本比较低廉由于PON的投资成本和运行维护成本比较低，所以导致了其成本低廉。上面所诉的第二点PON的容量大，使用寿命长以及在第五点提出的可靠性高等特点使得PON的运行维护成本大幅降低。而PON的铺设成本在升级时候会比重新铺设双绞线要低的多，但是PON的服务质量却要比双绞线要好，带宽也比双绞线高。5 无源光网络（PON）的升级5.1 升级的原因随着科技的发展，计算机和数字媒体技术发生了日新月异的变化，随着这种变化人们对于视频通话等高带宽业务要求也越来越高。在逐渐增加高带宽新业务的需求推动下,运营商们在建设接入网络时，必须考虑提供更高的带宽与业务能力，来满足用户需求和来解决和同行的竞争压力，所以运营商们需要努力架构一张面向未来的网络15。从网络运营的角度来看，“超宽带，可共存”应是接入网演进的基本原则。首先，以增加营业收入为目的拓展新业务是所有运营商的战略目标，此举势必引发带宽消耗的强劲增长。在可见的未来，新的商业模式将进一步推动带宽需求的增长。其次，接入网系统整体投资巨大，回报周期长，分配网络投资和终端投资是整个网络投资中的关键部分；因此，尽可能保护分配网络投资，最大化用户终端价值，对加速运营商赢利来说，意义非凡。所以本课题研究了怎么样能更好的升级接入网技术，使得人们平稳的度过这次升级。5.2 升级的紧迫性由于科技飞速发展，人们对于带宽的要求也越来越高，在这个众多用户的要求下，以及运营商为了更好的抢占市场份额，在这两方面的压力下，PON的升级变得尤为紧迫。能不能平稳的度过这次升级，是国家在这方面一个实力的展现，同时也是对国内运营商的能更好的占领市场份额的一种保证。因为接入网的成本比较敏感，用户需要自己负担升级费用，那么在这种情况下，各个用户对于高带宽的要求是不一样的，有用户迫切需要升级为高带宽16，而有的用户却不需要高带宽，毕竟高带宽的成本比普通的要高一些，运营商既要满足用户对于高带宽的要求，同时也不能放弃那些老用户，也要满足他们的要求，同时，还要对他们的信号质量有所保证。那么这个将是在PON升级过程中一直存在的矛盾，我们需要用一个合理的升级手段，使得新老用户能够共存，并且使得他们之间的干扰变为最低。所以超带宽，可共存，就是我们PON升级的一个重要指标。在PON的升级中，我们还要注意，尽量使用原先的设备设施，在其基础上添加一些设备，而不是替换掉他们，接入网的铺设成本是很高的，运营商们不一定愿意承担重新替换的成本。5.3 升级的要求1.升级是要更换终端设备17，我们要求尽量减少这个设备的成本。2.要能使用原来的光纤设备，由于光纤设备多数铺设在地下，海里，更换光纤设备会带了一个巨大的工程成本。3.要支持共存，要升级以后能为新老用户同时提供服务。尽量避免升级带来的干扰，不仅要降低新信号对旧信号的干扰，如果不能避免这个干扰，那么我们要将其降至最低。5.4 升级的方式无源光网络的升级有波长升级，空分升级以及速率升级。波长升级是指在现有的系统中给更高级的光网络单元（ONU）分配新的上下行波长。空分升级是指在中心局和分路器之间部署新的光纤网络。速率升级是指在原有的网络结构下，在系统中放入能在高速工作的光网络单元（ONU），同时光线路终端（OLT）18也要升级为能在两种速率下工作。5.5 基于线路编码的无源光网络升级 图5.编码升级过程 PON升级的主要目标是在不改变原有光纤分布网络ODN就是说不重新铺设设施设备来完成新网络的建立。虽然新旧信号的不一样，然而旧网络中ONU的接受波长范围较大，所以旧网络中的 ONU仍然能接收到WDM-PON网络19的部分信号，那么这样新的信号网络就会对旧的信号网络产生影响干扰。基于线路编码的无源光网络技术就能避免这个干扰，首先对新增传输数据进行线路编码，使得其频谱较高，这样就可以避免新旧信号在频谱的重叠。当新旧混合信号到达网络终端设备的接收器时，由于新、旧两个网络信号的频谱没有重叠，致使新增的信号不会对原来的TDMA-PON网络的接收信号造成影响。6 编码与仿真6.1 编码思路怎么编写带宽分配算法使得新老用户都能获得自己需要的服务要求，而且新老用户之间的干扰降至最低。在发送数据时，可以使新老用户的数据同时发送，然后新老用户可以在用户终端前通过滤波器来分离各自需要的数据。然后，这样它们之间必然存在一定的干扰，如果不消除干扰，用户也不能获得满意的数据。干扰降至最低的方法就是在低频带中尽量不出现新用户所需数据而在高频带中尽量都是新用户数据。因此我们想到了在低频压制的码型，所谓的低频压制就是出现的高频尽可能的多，即在码型中0和1数量接近并且最好穿插频繁使得0和1之间的跳变多那么就达到了低频压制效果。那么我们首先对一些已有的码型进行对比分析，看看它们各自对于升级要求的满足程度，找出相近的码型再做详细的分析，得到编码思路。众所周知，曼彻斯特码型是低频压制效果最好的，下面简单介绍一下曼彻斯特码型。曼彻斯特编码又称相位编码，是一个同步时钟编码，具有同步能力以及良好的抗干扰能力，但是每个码元被调制成两个电平，传输效率只有50%，过于低下，常用于局域网传输。我们还参考了斯坦福20的编码，编码实现升级，它用的是插入比特的方法，首先先把数据分成很多的处理窗，然后再在处理窗里面分出很多单元，单元中的一些固定位置是插入比特也就是并非实际信号的比特，插入比特究竟是插入比特“0”还是比特“1”要根据处理窗的频谱分析结果决定。它的码型构造比较麻烦，复杂。并不适用于PON的升级。我们需要想出另外一种码型，受到了斯坦福编码的影响我们想到了nbmb编码，就是用m个比特来承载n比特信息（mn），但是并非预留固定位置插入码型。这种编码省去了斯坦福的在固定位置插入比特的复杂性。例如4b6b，就是在6比特中64种组合中的16种对应原始的4比特数据，传输效率有66.7%。但是这并不是很理想，我们还要继续实验，通过模拟分析数据寻找出一个最为合适的码型。在寻找到了合适的码型后，我们要对原始码型和译后码型进行分析，找出他们之间相互对应的关系，编写出程序。那么既然曼彻斯特码型在低频压制的效果是最好的，那么我们可以借鉴其编码类型编写出一种低频压制效果好的，同时传输效率又比较高的码型。大家都知道曼彻斯特码型在低频段有着很好的抑制效果，然而由于其低下的传输效率使得其并不能成为升级PON的编码技术。编码结果要求低频压制，编码码型要求0和1数量接近并且0和1之间的跳变次数多。6.2 matlab编程仿真思路旧信号观察滤波后信号频谱图和眼图滤波观察混合信号眼图新信号混合信号=新信号+旧信号首先我们先进行新信号的编码，观察其频谱图有没有低频压制以及压制的效果如何，其次我们将原有的旧信号和编译好的新信号一起混合，观察并记录混合信号的眼图，其次我们将混合信号进行滤波并且观察记录滤波后的频谱图和眼图，并对滤波前的进行比较，分析。6.3 matlab编程仿真编程重要参数说明：新旧信号速率比k，原始信号长度为2k，滤波范围2*2(n-k)，伪随机码：伪随机码结构可以预先确定，可重复产生和复制，具有某种随机序列随机特性的序列码，所谓“随机码”，就是无论这个码有多长都不会出现循环的现象，而“伪随机码”在码长达到一定程度时会从其第一位开始循环，但是其循环长度较大，所以可以当成随机码使用。6.3.1无编码无编码是指不对原始信号进行编码，主要起对比作用无编码程序 :n = 15 ; % PRBS length =(2n)k = 4 ; %线路速率比为2kg = 2 * 2 ( n - k ) ; % g表示滤波范围c = idinput ( 2 n , prbs , , 0,1); %这条语句的意思是生成一个伪随机码c = c. ;disp ( c )m = fft ( c ) ; %将c序列进行快速傅里叶变换 以便观察它的频谱图subplot ( 2 , 2 , 1 ) ;plot ( 10 * log ( abs ( m ) ) ) ; %图1是 无编码码的频谱图b = idinput ( 2 ( n - k ) , prbs , , 0 , 1 ) ; % b是一个低速信号b = b. ;b = b , b ;%将b的长度扩展成两倍f = zeros ( 2 ( n ) , 1 ) ; % f是混合信号，长度为 2 ( n )i = 1 ;while( i 2 n + 1 ) f ( i ) = c ( i ) + b ( ceil ( i / ( 2 k ) ) ) ; %将c信号和b信号相加并且赋值给混合信号 i = i + 1; endl = fft ( f ) ; %将混合信号进行傅里叶变换d = zeros ( 2 k , 2 ( n -k ) ); % d是看眼图用的j = 1 ;while ( j 2 ( n - k ) + 1 ) i = 1 ; while ( i 2 k + 1 ) d ( i , j ) = f ( i + 2 k * j - 2 k ) ; i = i + 1 ; end j = j+ 1 ;endsubplot ( 2 , 2 , 2) ;plot ( d ) ; %图2是combined signal眼图%滤波for i = g : 1 : 2 n - g + 2 %因为傅里叶变换后成对称性，所以要左右滤波l ( i ) = l ( i )/ 100 ; %滤波效果定为20dBendf = fft ( l ) / ( 2 ( n ) ) ;f = abs ( f ) ;subplot ( 2 , 2 , 3 ) ;plot ( 10 * log ( abs ( l ) ) ) ; %图3是combined signal滤波后的频谱图d = zeros ( 2 k , 2 ( n - k ) ) ; %d是看眼图用的j = 1 ;while ( j 2 ( n - k ) + 1 ) i = 1 ; while ( i 2 k + 1 ) d ( i , j ) = f ( i + 2 k * j - 2 k ) ; % d是看眼图用的 i = i + 1 ; end j = j + 1 ;endsubplot ( 2 , 2 , 4 ) ;plot ( d ) ; %图4是混合信号滤波后的眼图程序仿真 图6. 无编码仿真6.3.2 曼彻斯特码曼彻斯特码对应关系原始码曼彻斯特码00 111 0曼彻斯特码程序n = 15 ; %PRBS length =(2n)k = 4 ; %线路速率比为2kg = 2 * 2 ( n - k ) ; %g表示滤波范围a = idinput ( 2 n , prbs , , 0 , 1 ) ; %这条语句的意思是生成一个长度为 2 n 的伪随机码a = a . ;c = ones ( 2* 2 n , 1 ) ; %这条语句说的是定义c的长度为a的2倍i = 1 ;while ( i 2 n +1) ; %在伪随机码长度下进行编译 c ( 2 * i - 1 ) = a ( i ); c (2 * i ) = 1 - a ( i );i = i + 1; endm = fft ( c ) ; %将c序列进行快速傅里叶变换 以便观察它的频谱图subplot ( 2 , 2 , 1 ) ;plot ( 10 * log ( abs ( m ) ) ) ; %图1是曼彻斯特编码的频谱图b = idinput ( 2 ( n - k ) , prbs, , 0, 1 ) ; % b是低速信号b = b. ;b = b , b ; %将b的长度扩展成两倍f = zeros (2* 2 n , 1 ) ; % f是混合信号i = 1 ;while ( i 2* 2 n + 1 ) f ( i ) = c ( i ) + b ( ceil ( i / ( 2 k ) ) ) ; %将c信号和b信号相加并且赋值