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开题报告

杭州电子科技大学

毕业设计（论文）开题报告

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

姓名

曹林璞

班级

10083413

学号

10081323

指导教师

卢旸

1、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

随着科技的发展，计算机[1]和数字媒体[2]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。

在这个大潮流下，下一代接入网技术已经成为业界的研究热点。

从网络运营的角度来看，“超宽带，可共存”[3]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[4]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。

因为接入网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，这个选题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，所以这个选题对于接入网的升级，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[5]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[6]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。

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[7]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。

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、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

无源光网络（PON）[8]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）[9]、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、上行采用TDMA（时分多址接入）方式[10]，而且可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓扑结构[11]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[12]。

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[13]，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相比，PON技术的主要特点在于维护简单[14]，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[15]，PON一直视被为接入网未来的发展方向。

PON带宽分配技术[15]是整个接入网技术的核心，带宽分配算法[16]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[17]，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。

PON升级的主要目标是在不改变原有光纤分布网络ODN[18]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[13]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。

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[19]。

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。

经过一系列的测量，发现编码是最能达到要求的，但是编码是01码型，传输效率低下，只有50%。

所以我们需要想另外一种编码让其既能达到用户之间干扰低，同时带宽利用率也算是比较高的这种效果。

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[20]，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[21]的接收信号造成影响。

所以本课题研究阐述了接入网的概念，提出了无源光网络的升级方案，模拟仿真了升级过程以及升级结果。

主要研究工作如下：

（1）简单阐述了光通信的发展路程，详细的介绍了接入网。

（2）对无源光网络进行了研究，并且和有源光网络进行了对比。

（3）分析了PON的升级背景，升级迫切性和目前升级的一些方法。

（4）根据用户要求，给出了无源光网络（PON）的一些升级要求，重点研究分析了基于线路编码的无源光网络升级，根据线路编码思路，使用mtalab进行了编程仿真。

三、研究步骤、方法及措施：

研究的大体思路是这样的，我们要编写一种码型要达到升级要求，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。

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。

我们参考了斯坦福的编码，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（m>n），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。

四、研究工作进度：

序号

时间

内容

1

2013/9/13-2013/9/30

熟悉课题，查阅文献

2

2013/10/1-2013/10/14

完成文献综述、开题报告，准备开题答辩

3

2013/10/15-2013/10/28

深入理解课题，完成外文文献翻译

4

2013/10/29-2013/11/11

编写各种低频压制的码型

5

2013/11/12-2013/12/2

利用matlab对PON升级共存过程进行仿真分析

6

2013/12/3-2013/12/9

对数据进行分析总结

7

2013/12/10-2013/12/20

完成毕业论文，准备毕业答辩

8

9

10

五、主要参考文献：

[1]G.KramerandG.Pesavento,“Ethernetpassiveopticalnetwork（EPON）:

Buildinganext-generationopticalaccessnetwork,”IEEECommun.

Mag.,vol.40,no.2,pp.66–73,Feb.2002.

[2]J.D.Angelopoulos,H.-C.Leligou,T.Argyriou,S.Zontos,E.Ringoot,

andT.V.Caenegem,“EfficienttransportofpacketswithQoSinan

FSAN-alignedGPON,”IEEECommun.Mag.,vol.42,no.2,pp.92–98,

Feb.2004.

[3]G.Maier,M.Martinelli,A.Pattavina,andE.Salvadori,“Designandcost

performanceofthemultistageWDM-PONaccessnetworks,”J.Lightw.

Technol.,vol.18,no.2,pp.125–143,Feb.2000.

[4]A.X.WidmerandP.A.Franaszek,“ADC-balanced,portionedblock,

8B/10Btransmissioncode,”IBMJ.Res.Develop.,vol.27,no.5,

pp.440–451,Sep.1983.

[5]Y.Ofek,“Theconservativecodeforbitsynchronization,”IEEETrans.

Commun.,vol.38,no.7,pp.1107–1113,Jul.1990.

[6]G.L.Pierobon,“Codesforzerospectraldensityatzerofrequency,”IEEE

Trans.Commun.,vol.IT-30,no.2,pp.435–439,Mar.1984.

[7]C.G.Lee,J.Cho,C.H.Zhung,J.H.Ko,andD.Y.Kim,“Atestresult

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system,”inProc.Int.Conf.Information,Communications,SignalProcessing,

Singapore,Sep.1997,pp.1148–1152.

[8]SmoothUpgradeofExistingPassiveOpticalNetworksWithSpectral-Shaping

Line-CodingServiceOverlayYu-LiHsueh,StudentMember,IEEE,MatthewS.Rogge,Member,IEEE,Wei-TaoShaw,StudentMember,IEEE,JaedonKim,StudentMember,IEEE,ShuYamamoto,SeniorMember,IEEE,andLeonidG.Kazovsky,Fellow,IEEE

[9]Long-termEvolutionofPassiveOpticalNetworks（InvitedPaper）J.Prat,P.Chanclou,R.Davey,J.M.Finochietto,G.Franzl,A.M.J.Koonen,S.Walker

[10]ePhoton/OneDeliverable2.5,“VD2TechnicalReportII-Metroand

AccessNetworks”,February2006.

[11]C.Bock,J.Prat,SD.Walker,“High-DensityOpticalBurstSwitched

AccessNetworkCombiningWDMandTDMOveraPassiveOptical

Infrastructure”,OFC/NFOEC’06Anaheim,March2006.

[12]C.Bock,J.Prat,SD.Walker,“HybridWDM/TDMPONusingthe

AWGFSRandfeaturingcentralisedlightgenerationanddynamic

bandwidthallocation”,IEEEJ.LightwaveTech,Vol.23,No.12,

December2005,pp.3981-3988.

[13]A.Carena,A.,VitoDeFeo,;J.M.Finochietto,R.Gaudino,F.Neri,C.

Piglione,P.Poggiolini,“RingO:

anexperimentalWDMopticalpacket

networkformetroapplications”IEEEJ.onSelectedAreasin

Communications,vol.22,no.8,pp.1561-1571,Oct.2004.

[14]C.Bock,MP.Thakur,C.Arellano,JJ.Lepley,SD.WalkerandJ.Prat,

“WavelengthIndependentRSOA-basedONUforFTTHPON

ImplementationofSwitchedEthernetServices”,ECOC’05Glasgow

（UK）,September2005.

[15]MP.Thakur,C.Bock,JJ.Lepley,C.Arellano,J.PratandSD.Walker,

“PassiveVDSLTransmissionoverSingleFibreusingReflective

TechniqueatCustomerPremises”,ECOC’05Glasgow（UK）,September

2005.

[16]JJ.Lepley,MP.Thakur,I.Tsalamanis,C.Bock,C.Arellano,J.Prat,

andSD.Walker,“VDSLtransmissionoverafiberextended-access

network”,OpticalNetworking,OSAJournalof,No.4,August2005,pp.

517-523.

[17]王燕,王宇.PON技术的电力系统应用前景浅析[J].邮电设计技术,2011.06

[18]梁静，粗波分复用（CWDM）技术及其在接入网中的应用网.通信技术,2009.07

[19]赵均锋，浅谈无源尤网络技术在接入网改造中的应用[J].科技资讯,2009.34.

[20]冯艳，PON技术在接入网光进铜退发展中的优势与应用[J].信息通信,2008.05.

[21]汪永明,彭琳明.有线接入网技术及市场与应用分析[J].电信科学,2000.10.

六、指导教师审核意见：

指导教师签字：

　　年　　月　　日

七、系（教研室）评议意见：

系（教研室）主任签字：

　　年　　月　　日

八、开题小组评审意见：

开题小组负责人签字：

　　　　　　　　　　　　　年　　月　　日

九、学院领导审核意见：

1．通过；2．完善后通过；　　　　　３．未通过

学院领导签字：

　　　　　　　　　　　　　年　　月　　日