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1、10申请公布号CN104185095A43申请公布日20141203CN104185095A21申请号201410325097322申请日20140709H04Q11/00200601H04L12/4620060171申请人山东大学地址250100山东省济南市历城区山大南路27号72发明人季伟郑卓文74专利代理机构济南金迪知识产权代理有限公司37219代理人吕利敏54发明名称基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统及其运行方法57摘要本发明涉及一种基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统，包括光线路终端OLT、光网络单元ONU、波带复用器WB及光纤布拉格光栅FBG，。
2、光网络单元ONU包含功分器、光滤波器2、反射式的半导体放大器RSOA二、节点RN四及光电二极管PIN二，功分器连接光滤波器2，光滤波器2连接反射式的半导体放大器RSOA二，反射式的半导体放大器RSOA二通过节点RN四连接光电二极管PIN。本发明涉及的用户的发射机简单，上行数据能得到高性能的传输质量，保证光学虚拟专用网OVPN用户群之间数据的传送的私密性，在物理层建立光学虚拟专用网OVPN通道，从物理层保证专有网络的安全和信息的安全性。51INTCL权利要求书2页说明书5页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图1页10申请公布号CN104185095。
3、ACN104185095A1/2页21基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统，其特征在于，所述的光学虚拟专用网OVPN系统包括光线路终端OLT、光网络单元ONU、波带复用器WB及光纤布拉格光栅FBG，所述的光线路终端OLT通过节点RN二及在所述节点RN二处设有的阵列波导光栅AWG三连接所述的光网络单元ONU，所述的光网络单元ONU一侧设有波带复用器WB，所述的波带复用器WB连接所述的光纤布拉格光栅FBG；所述的光线路终端OLT包括连续波长激光器CW、光CSRZDPSK调制器、阵列波导光栅AWG一、节点RN一、阵列波导光栅AWG二及上行数据接收机，所述的连续波长激光器CW连接所述。
4、的光CSRZDPSK调制器，所述的光CSRZDPSK调制器通过所述的阵列波导光栅AWG一、节点RN一、阵列波导光栅AWG二连接所述上行数据接收机；所述的光网络单元ONU包含功分器、光滤波器2、反射式的半导体放大器RSOA二、节点RN四及光电二极管PIN二，所述的功分器连接所述的光滤波器2，所述的光滤波器2连接所述的反射式的半导体放大器RSOA二，所述的反射式的半导体放大器RSOA二通过节点RN四连接所述的光电二极管PIN二。2根据权利要求1所述的基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统，其特征在于，所述的光网络单元ONU还包括光CSRZDPSK解调器，所述的功分器连接所述的光CS。
5、RZDPSK解调器。3根据权利要求2所述的基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统，其特征在于，所述的光网络单元ONU还包括光电二极管PIN一，所述的功分器连接所述的光电二极管PIN一。4根据权利要求3所述的基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统，其特征在于，所述的光网络单元ONU还包括光滤波器1及反射式的半导体放大器RSOA一，所述的功分器连接所述的光滤波器1，所述的光滤波器1连接所述的反射式的半导体放大器RSOA一，所述的反射式的半导体放大器RSOA一通过阵列波导光栅AWG四连接节点RN2。5根据权利要求4基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统。
6、的运行方法，具体步骤包括1在光线路终端OLT中，通过连续波长激光器CW产生的连续激光通过光CSRZDPSK调制器产生两个功率的一级边带CSRZDPSK信号，两个所述的一级边带CSRZDPSK信号同时承载下行数据，两个所述的一级边带CSRZDPSK信号之间存在两倍于时钟信号频率的间隔，光载波分量被抑制掉；所述的光CSRZDPSK调制是两级MZM调制，经过第一级MZM调制得到相位调制信号NRZDPSK，所述的相位调制信号NRZDPSK经过第二级MZM调制得到CSRZDPSK信号，所述的CSRZDPSK信号通过阵列波导光栅AWG一实现解复用，解复用的部分CSRZDPSK信号到达节点RN一，又通过阵列。
7、波导光栅AWG二到达上行数据接收机；解复用的剩余部分的CSRZDPSK信号通过光纤进行长距离传输通过节点RN一到达远端节点RN二，通过阵列波导光栅AWG三实现解复用；解复用后的CSRZDPSK信号通过所述的功分器将所述的CSRZDPSK信号分成多路CSRZDPSK信号；2所述的多路CSRZDPSK信号中的一路CSRZDPSK信号承载光学虚拟专用网OVPN信号，具体步骤包括A、所述的CSRZDPSK信号通过光滤波器2滤出一个边带，得到DPSK信号；B、所述的DPSK信号通过反射式的半导体放大器RSOA二完成幅度调制；C、通过节点RN四经过波带复用器WB过滤，到达节点RN三，通过一个中心波长与光边。
8、权利要求书CN104185095A2/2页3带波长相等的光纤布拉格光栅FBG，发射回波带复用器WB，经过波带复用器WB设定的波带，通过广播的方式发送回所述波带中包含的光学虚拟专用网OVPN用户群，通过节点RN四，然后光学虚拟专用网OVPN用户通过光网络单元ONU中光电二极管PIN二直接接收承载光学虚拟专用网OVPN信号；3所述的多路CSRZDPSK信号中的一路CSRZDPSK信号进行解调获得有线数据，所述的CSRZDPSK信号通过光CSRZDPSK解调器恢复所述的下行数据，解调出信号；所述的光CSRZDPSK解调是通过平衡接收机来实现的，所述的平衡接收机包括光滤波器，MZ干涉仪解调器MZDI、。
9、平衡光电检测器，所述的平衡光电检测器由两个光电二极管PIN、一个能产生平衡光电流的减法运放电滤波器组成；具体步骤包括D、所述的CSRZDPSK信号通过MZ干涉仪解调器MZDI，所述的MZ干涉仪解调器MZDI的两臂有1BIT的时延差；E、所述的MZ干涉仪解调器MZDI的两个输出端分别连接平衡光电检测器的两个光电二极管PIN上，输出信号相减，经过光滤波器解调出有线信号。4所述的多路CSRZDPSK信号中的一路CSRZDPSK信号通过光载无线通信ROF实现无线数据覆盖，具体步骤包括F、所述的CSRZDPSK信号通过光电二极管PIN一光电检测，所述的CSRZDPSK信号的两个光边带拍频，擦除边带上承载。
10、的相位信息，产生两倍频的射频信号RF，所述的射频信号RF为纯净的电载波，承载无线数据，实现无线覆盖；5所述的多路CSRZDPSK信号中的一路CSRZDPSK信号承载上行数据，具体步骤包括G、所述的CSRZDPSK信号通过光滤波器1滤出一个边带，得到DPSK信号；H、所述的DPSK信号通过反射式的半导体放大器RSOA一完成幅度调制；I、通过阵列波导光栅AWG四实现解复用，上传至节点RN二，通过光纤传输至光线路终端OLT，在光线路终端OLT采用OOK幅度解调恢复出上行数据。权利要求书CN104185095A1/5页4基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统及其运行方法技术领域0001。
11、本发明涉及基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统及其运行方法，属于网络通信技术领域。背景技术0002无线通信技术能在“任何时间、任何地点以任何方式进行信息交流”，比如WIFI/WIMAX/3G有可扩展性和灵活性，越来越受欢迎。但是，与此同时无线资源频谱资源会更加紧张，尤其是无线低频段的频谱资源大部分没有空余资源，只有通过提高无线工作频率才能增大无线通信的容量，但是无线频谱资源中，超过30GHZ频率的毫米波无线频谱基本上没被占用。另外，光纤通信PON的带宽资源很丰富，损耗低，有限接入传输容量大，只是接入方式不灵活。0003为了更大可能地利用巨大的光纤的容量和无线网中移动性强的优点。
12、，无线和光纤的融合，有效地解决无线接入中带宽吃紧和能耗危机的问题。光纤无线融合组网，将射频信号RF信号加载在光纤上，基带数据流和调制的射频信号RF信号被同时传送到有线和无线用户。因而，光纤通信和无线技术结合，取长补短，光载无线通信ROF提供高速率的无线接入服务给特定范围内的用户，使得无源光纤网络PON结合光载无线通信ROF给用户提供灵活的宽带接入方式。0004接入网是承载电信业务的基础网络，对安全、可靠、稳定具有很高的要求。在接入网中，光通信网络具有高速数据信息吞吐量，网络的安全性更加不容轻视，无源光纤网络PON需要面对复杂多变的环境，保证高安全性和可靠性。0005光学虚拟专用网络OVPN技术。
13、就是在光接入网中，在特定用户间建立专门的光学物理层数据通道，特定用户之间能传输、交换数据，非授权用户不能读取识别这些信息，这样就建立一个特定用户之间的专有网络，保证了网络的安全性、私密性。光学虚拟专用网络OVPN也可以和AES、DES等数据加密协议、GMPLS等结合起来，并且光学虚拟专用网络OVPN是全光虚拟专用网，节省资源，转化效率高，保证高速、低延时的虚拟专用网络VPN通道，极大地增强信息的安全性。在现代通信网络中，光接入网是解决最后一公里的离终端用户最近的部分，安全特性的光通信技术有巨大研究价值。0006因此，提出一种光纤无线融合组网方案，并在现有的光网络硬件设施上实现一个光学虚拟专用网。
14、络OVPN，是非常有意义的。发明内容0007针对现有技术中的缺陷，本发明提出基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统；0008本发明还提出一种上述系统的运行方法。0009本发明的技术方案如下说明书CN104185095A2/5页50010基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统，所述的光学虚拟专用网OVPN系统包括光线路终端OLT、光网络单元ONU、波带复用器WB及光纤布拉格光栅FBG，所述的光线路终端OLT通过节点RN二及在所述节点RN二处设有的阵列波导光栅AWG三连接所述的光网络单元ONU，所述的光网络单元ONU一侧设有波带复用器WB，所述的波带复用器WB连接所。
15、述的光纤布拉格光栅FBG；所述的光线路终端OLT包括连续波长激光器CW、光CSRZDPSK调制器、阵列波导光栅AWG一、节点RN一、阵列波导光栅AWG二及上行数据接收机，所述的连续波长激光器CW连接所述的光CSRZDPSK调制器，所述的光CSRZDPSK调制器通过所述的阵列波导光栅AWG一、节点RN一、阵列波导光栅AWG二连接所述上行数据接收机；所述的光网络单元ONU包含功分器、光滤波器2、反射式的半导体放大器RSOA二、节点RN四及光电二极管PIN二，所述的功分器连接所述的光滤波器2，所述的光滤波器2连接所述的反射式的半导体放大器RSOA二，所述的反射式的半导体放大器RSOA二通过节点RN四。
16、连接所述的光电二极管PIN二。0011根据本发明优选的，所述的光网络单元ONU还包括光CSRZDPSK解调器，所述的功分器连接所述的光CSRZDPSK解调器。0012根据本发明优选的，所述的光网络单元ONU还包括光电二极管PIN一，所述的功分器连接所述的光电二极管PIN一。0013根据本发明优选的，所述的光网络单元ONU还包括光滤波器1及反射式的半导体放大器RSOA一，所述的功分器连接所述的光滤波器1，所述的光滤波器1连接所述的反射式的半导体放大器RSOA一，所述的反射式的半导体放大器RSOA一通过阵列波导光栅AWG四连接节点RN二。0014上述系统的运行方法，具体步骤包括00151在光线路终。
17、端OLT中，通过连续波长激光器CW产生的连续激光通过光CSRZDPSK调制器产生两个功率的一级边带CSRZDPSK信号，两个所述的一级边带CSRZDPSK信号同时承载下行数据，两个所述的一级边带CSRZDPSK信号之间存在两倍于时钟信号频率的间隔，光载波分量被抑制掉；所述的光CSRZDPSK调制是两级MZM调制，经过第一级MZM调制得到相位调制信号NRZDPSK，所述的相位调制信号NRZDPSK经过第二级MZM调制得到CSRZDPSK信号，所述的CSRZDPSK信号通过阵列波导光栅AWG一实现解复用，解复用的部分CSRZDPSK信号到达节点RN一，又通过阵列波导光栅AWG二到达上行数据接收机；。
18、解复用的剩余部分的CSRZDPSK信号通过光纤进行长距离传输通过节点RN一到达远端节点RN二，通过阵列波导光栅AWG三实现解复用；解复用后的CSRZDPSK信号通过所述的功分器将所述的CSRZDPSK信号分成多路CSRZDPSK信号；00162所述的多路CSRZDPSK信号中的一路CSRZDPSK信号承载光学虚拟专用网OVPN信号，具体步骤包括0017A、所述的CSRZDPSK信号通过光滤波器2滤出一个边带，得到DPSK信号；0018B、所述的DPSK信号通过反射式的半导体放大器RSOA二完成幅度调制；0019C、通过节点RN四经过波带复用器WB过滤，到达节点RN三，通过一个中心波长与光边带波。
19、长相等的光纤布拉格光栅FBG，发射回波带复用器WB，经过波带复用器WB设定的波带，通过广播的方式发送回所述波带中包含的光学虚拟专用网OVPN用户群，通过节点RN四，然后光学虚拟专用网OVPN用户通过光网络单元ONU中光电二极管PIN二直接接收承载说明书CN104185095A3/5页6光学虚拟专用网OVPN信号；00203所述的多路CSRZDPSK信号中的一路CSRZDPSK信号进行解调获得有线数据，所述的CSRZDPSK信号通过光CSRZDPSK解调器恢复所述的下行数据，解调出信号；所述的光CSRZDPSK解调是通过平衡接收机来实现的，所述的平衡接收机包括光滤波器，MZ干涉仪解调器MZDI、。
20、平衡光电检测器，所述的平衡光电检测器由两个光电二极管PIN、一个能产生平衡光电流的减法运放电滤波器组成；具体步骤包括0021D、所述的CSRZDPSK信号通过MZ干涉仪解调器MZDI，所述的MZ干涉仪解调器MZDI的两臂有1BIT的时延差；0022E、所述的MZ干涉仪解调器MZDI的两个输出端分别连接平衡光电检测器的两个光电二极管PIN上，输出信号相减，经过光滤波器解调出有线信号；00234所述的多路CSRZDPSK信号中的一路CSRZDPSK信号通过光载无线通信ROF实现无线数据覆盖，具体步骤包括0024F、所述的CSRZDPSK信号通过光电二极管PIN一光电检测，所述的CSRZDPSK信号。
21、的两个光边带拍频，擦除边带上承载的相位信息，产生两倍频的射频信号RF，所述的射频信号RF为纯净的电载波，承载无线数据，实现无线覆盖；0025此处设计的优势在于，所述的射频信号RF为纯净的电载波，承载无线数据，实现无线覆盖，有效降低光载无线通信ROF系统成本；00265所述的多路CSRZDPSK信号中的一路CSRZDPSK信号承载上行数据，具体步骤包括0027G、所述的CSRZDPSK信号通过光滤波器1滤出一个边带，得到DPSK信号；0028H、所述的DPSK信号通过反射式的半导体放大器RSOA一完成幅度调制；0029I、通过阵列波导光栅AWG四实现解复用，上传至节点RN二，通过光纤传输至光线路。
22、终端OLT，在光线路终端OLT采用OOK幅度解调恢复出上行数据；0030此处设计的优势在于，由于所述的CSRZDPSK信号有两个一样的DPSK边带，通过光滤波器1将这两个边带分离，分离后各自得到DPSK信号，DPSK信号光功率恒定，用作光载波，再通过强度调制来承载上行数据，通过反射式的半导体放大器RSOA一完成幅度调制，因而，在基站BS上行数据的调制不需要额外的光源，降低了基站BS的配置成本。0031本发明的有益效果为00321、不用为光学虚拟专用网OVPN用户增加新的激光器，节省成本，直接利用部分下行光再调制，分别承载上行数据和OVPN数据，并且互不干扰，有频率间隔；00332、对于需要光学。
23、虚拟专用网OVPN服务的老用户单元，在光网络单元ONU中通过增加光滤波器和反射式的半导体放大器RSOA，即可灵活的搭建物理层的光学虚拟专用网OVPN，建立专有网络光学虚拟专用网OVPN；00343、光学虚拟专用网OVPN用户的发射机简单，并且上行数据能得到高性能的传输质量，保证光学虚拟专用网OVPN用户群之间数据的传送的私密性，本发明主要是在物理层建立光学虚拟专用网OVPN通道，从物理层保证专有网络的安全；为了全方位增强信息的安全性，结合网络层一起来加密数据。附图说明说明书CN104185095A4/5页70035图1是本发明的架构图。具体实施方式0036下面结合实施例和说明书附图对本发明做详。
24、细的说明，但不限于此。0037实施例10038基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统，所述的光学虚拟专用网OVPN系统包括光线路终端OLT、光网络单元ONU、波带复用器WB及光纤布拉格光栅FBG，所述的光线路终端OLT通过节点RN二及在所述节点RN二处设有的阵列波导光栅AWG三连接所述的光网络单元ONU，所述的光网络单元ONU一侧设有波带复用器WB，所述的波带复用器WB连接所述的光纤布拉格光栅FBG；所述的光线路终端OLT包括连续波长激光器CW、光CSRZDPSK调制器、阵列波导光栅AWG一、节点RN一、阵列波导光栅AWG二及上行数据接收机，所述的连续波长激光器CW连接所述的光。
25、CSRZDPSK调制器，所述的光CSRZDPSK调制器通过所述的阵列波导光栅AWG一、节点RN一、阵列波导光栅AWG二连接所述上行数据接收机；所述的光网络单元ONU包含功分器、光滤波器2、反射式的半导体放大器RSOA二、节点RN四及光电二极管PIN二，所述的功分器连接所述的光滤波器2，所述的光滤波器2连接所述的反射式的半导体放大器RSOA二，所述的反射式的半导体放大器RSOA二通过节点RN四连接所述的光电二极管PIN二。0039所述的光网络单元ONU还包括光CSRZDPSK解调器，所述的功分器连接所述的光CSRZDPSK解调器。0040所述的光网络单元ONU还包括光电二极管PIN一，所述的功分。
26、器连接所述的光电二极管PIN一。0041所述的光网络单元ONU还包括光滤波器1及反射式的半导体放大器RSOA一，所述的功分器连接所述的光滤波器1，所述的光滤波器1连接所述的反射式的半导体放大器RSOA一，所述的反射式的半导体放大器RSOA一通过阵列波导光栅AWG四连接节点RN2。0042实施例20043基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统的运行方法，具体步骤包括00441在光线路终端OLT中，通过1931THZ连续波长激光器CW产生的连续激光通过光CSRZDPSK调制器产生两个功率一样大的一级边带CSRZDPSK信号，承载以太网中40GBIT/S的数据，光载波分量被抑制掉，2。
27、0GHZ的正弦时钟信号导致两个边带从光载波的中心分别偏离20GHZ，而光载波的频率是1931THZ，故产生的两个所述的一级边带CSRZDPSK信号的频率分别为19312THZ和19308THZ；所述的CSRZDPSK信号通过阵列波导光栅AWG一实现解复用，解复用的部分CSRZDPSK信号到达节点RN一，又通过阵列波导光栅AWG二到达上行数据接收机；解复用的剩余部分的CSRZDPSK信号通过采用30KM的单模光纤SMF和6KM的色散补偿光纤DCF的传输光纤到达节点RN一又传输至节点RN二，所述的CSRZDPSK信号通过阵列波导光栅AWG实现解复；解复后的CSRZDPSK信号通过所述的功分器将所述。
28、的CSRZDPSK信号分成四路CSRZDPSK信号；00452四路CSRZDPSK信号中的一路CSRZDPSK信号用来解调恢复有线数据，进行解调获得有线数据，所述的CSRZDPSK信号通过光CSRZDPSK解调器恢复所述的下行数据，调说明书CN104185095A5/5页8制出信号；所述的光CSRZDPSK解调是通过平衡接收机来实现的，所述的平衡接收机包括光滤波器，MZ干涉仪解调器MZDI、平衡光电检测器，所述的平衡光电检测器由两个光电二极管PIN、一个能产生平衡光电流的减法运放电滤波器组成；具体步骤包括0046A、所述的CSRZDPSK信号通过MZ干涉仪解调器MZDI，所述的MZ干涉仪解调器。
29、MZDI的两臂有1BIT的时延差；0047B、所述的MZ干涉仪解调器MZDI的两个输出端分别连接平衡光电检测器的两个光电二极管PIN上，输出信号相减，经过光滤波器解调出有线信号。00483四路CSRZDPSK信号中的一路CSRZDPSK信号通过光载无线通信ROF实现无线数据覆盖，具体步骤包括0049C、所述的CSRZDPSK信号通过光电二极管PIN一光电检测，所述的CSRZDPSK信号的两个光边带拍频，擦除边带上承载的相位信息，产生40GHZ的射频信号RF，所述的射频信号RF为纯净的电载波，承载无线数据，实现无线覆盖；00504四路CSRZDPSK信号中的一路CSRZDPSK信号承载上行信号，。
30、具体步骤包括0051D、所述的CSRZDPSK信号通过带宽均为5GHZ、中心频率为19308THZ的光滤波器1滤出一个边带，得到19308THZDPSK信号；0052E、所述的DPSK信号承载上8GBIT/S上行数据，通过反射式的半导体放大器RSOA一完成幅度调制；0053F、通过阵列波导光栅AWG四上传至节点RN二，通过采用30KM的单模光纤SMF和6KM的色散补偿光纤DCF的传输光纤传输至光线路终端OLT，在光线路终端OLT采用OOK幅度解调恢复出上行数据。00545四路CSRZDPSK信号中的一路CSRZDPSK信号承载光学虚拟专用网OVPN信号，具体步骤包括0055G、所述的CSRZD。
31、PSK信号通过带宽均为5GHZ、中心频率为19312THZ的光滤波器2滤出一个边带，得到19312THZDPSK信号；0056H、所述的DPSK信号承载5GBIT/S承载光学虚拟专用网OVPN数据，通过反射式的半导体放大器RSOA二完成幅度调制；0057I、经过波带复用器WB过滤，通过一个中心波长与光边带波长相等的反射频率为19312THZ光纤布拉格光栅FBG，发射回波带复用器WB，经过波带复用器WB设定的波带，通过广播的方式发送回所述波带中包含的光学虚拟专用网OVPN用户群，通过节点RN四，然后光学虚拟专用网OVPN用户通过光网络单元ONU中光电二极管PIN二直接接收承载光学虚拟专用网OVPN信号。说明书CN104185095A1/1页9图1说明书附图CN104185095A。