CN101160768A - 一种波分复用无源光网络及实现方法 - Google Patents

一种波分复用无源光网络及实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种波分复用无源光网络及实现方法，该网络中光线路终端包括至少一个光发射模块，每个光网络单元包括一个光接收模块，所述光发射模块与所述光接收模块一一对应；光发射模块，用于将同一光源分成两束，一束作为下行信号载波，一束从光网络单元环回，作为上行信号载波。光网络单元接收模块，接收光发射模块的信号，并利用接收的光发射模块提供的上行信号载波发送上行信号。本发明实施例还提供了一种波分复用无源光网络的实现方法。本发明实施例不再需要在ONU中使用其他的光源发生器产生上行信号的载波，节省ONU中的光源发生器，并且，上行光信号和下行光信号共用同一光波长段，节省光纤带宽。

Description

一种波分复用无源光网络及实现方法
本申请要求于 2005 年 12 月 22 日提交中国专利局、 申请号为 200510131990.3、 发明名称为 "一种波分复用无源光网絡及实现方法" 的 中国专利申请的优先权， 其全部内容通过引用结合在本申请中。 技术领域
本发明涉及光通信及网络技术领域， 尤其涉及一种波分复用无源光 网络及实现方法。 背景技术
接入网是指在核心网与用户或用户驻地网之间提供传送承载能力的 网络设备和设施， 包括光线路终端（OLT, Optical Line Termination )和光 网络单元（ O U , Optical Network Unit )接入网分为有线接入网和无线接 入网，其中有线接入网主要包括铜线接入网、混合光纤或同轴电缆（HFC， Hybrid Fiber-Coax )接入网、 光纤接入网等。
目前， 接入网两端设备都已达到 Gbit/s以上的速率， 而由于受传输损 耗、 传输带宽及噪声等限制和影响， 现有技术中铜线接入网已很难满足电 信新宽带业务发展的传输速率需求， 特别是视频应用， 并逐步成为宽带综 合业务数字网的瓶颈。
为了克服铜线接入'网的缺陷，产生了以光纤作为主要传输媒盾的光纤 接入网（OAN， Optical Access Network )。 由于光纤具有容量大、质量高、 性能稳定、 防电磁干扰、 保密性强等优点， 且光纤接入网的高性能、 宽带 宽， 最能适应未来的宽带接入发展方向， 最终以光纤到户（FTTH， Fiber to the Home ) 实现全业务的接入网。
OAN按室外传输是否有源，可分为无源光网络（PON， Passive Optical Network )和有源光网络（AON, Active Optical Network ) 。 其中， PON 具有成本低、便于维护、对各种业务透明等优点，且易于扩容和展开业务， 同时 PON能够平滑地过渡到 TTH。 PON可以分为功率分割无源光网络 ( PSPON , Power-Split Passive Optical Network )和波分复用型无源光网络 ( WDM-PON, Wavelength-division Multiplexing- PON ) 。 当前巳经应用 的 BPON ( Board PON )和 GPON ( Gitbit PON )属于 PSPON。 PSPON采用 星型耦合器分路， 上 /下行传送采用时分多址 （TDMA, Time-division Multiple Address ) /时分复用 （ TDM, Time-division Multiplexing )方式实 现共享信道带宽， 因而限制了 ONU数量和接入到用户的传输速率。
WDM-PON在接入网中的应用结构如图 1所示， 光线路终端通过密集 波分复用（WDM, Wavelength-division Multiplexing)技术与不同用户网络 单元通信， 进而实现与电话、 计算机和电视机的信息交互， 另外， 光线路 终端侧可以通过合波器将有线电视（CATV )信号发送到传输线路。 在实 际应用中， 由于实现的技术不同， 使用波长段和方法的不同， 拓朴会有些 差別， 但实现功能相同： 用户 ONU要接收中心局 OLT的信息， 同时要上传 信息； OLT要向每个 ONU发送信息， 同时接收用户上传的信息。
然而， 经过深入研究， 发明人发现， 在实现 WDM-PON时， 光器件的 成本是限制 WDM技术广泛应用的主要原因。 因为在光路中应用了波分器 件， 因此要求 ONU和 OLT发射模块中的激光器输出波长稳定的光源， 而目 前稳定波长激光器由于制冷等方面的原因， 成本 4艮高、 体积大、 功耗高。 此外， 为了减小运营， 管理， 维护和扩容的费用， ONU期望设计成与波长 无关， 即每个 ONU不需要限定给特别的波长。
为了实现 ONU与波长无关， 现有技术中采用了不同方法。 其中普遍 应用的方案是 ONU中只出现调制器， 载波光信号通过光传输网提供， 在 该种方案中一种方法是上行占用 C波段， 下行占用 L波段， C波段的载波 也由 OLT发出， 到 ONU环回作为上行信号载波， 结构如图 2。 另一种方 案是在 ONU中配置 FP (法布里 -波罗）激光器， 网络提供波长锁模的方 法， 通常锁模光源来自于分割宽带 ASE (自发发射）， 结构如图 3所示， 这种方法在 ONU中仍然需要配有光源模块。
发明内容
本发明实施例提供一种波分复用无源光网络及实现方法， 使得光网 络单元 ONU上行信号载波不需要额外的激光器光源就可进行组网通偉。. 本发明实施例提供一种波分复用无源光网络， 包括光线路终端和至 少一个光网絡单元， 所述光线路终端包括至少一个光发射模块， 所述光网 络单元包括光接收模块， 所述光发射模块与所述光接收模块一一对应； 所述光发射模块， 用于将同一光源发出的光分成两束光信号， 第一束 光信号作为下行信号载波， 第二束光信号从光网络单元环回， 作为上行信 号载波；
所述光接收模块， 用于接收来自所述光发射模块的两束光信号， 并利 用接收的所述第二束光信号作为上行信号载波发送上行信号。
更适宜地， 所述光线路终端还包括无共享光源的发射模块， 所述光网 络单元还包括与所述发射模块对应的接收模块。
所述波分复用无源光网络还包括：
波分复用 /解复用器，分别设置在光线路终端和光网络单元侧，用于分 别对所述下行或上行信号进行复用、 解复用。
本发明实施例提供一种光线路终端 , 包括：
光发射模块， 用于将同一光源发出的光分成两束光信号， 第一束光信 号作为下行信号载波， 第二束光信号从光网絡单元环回， 作为上行信号载 波。
本发明实施例提供一种光网络单元， 其特征在于， 包括：
光接收模块， 用于接收来自光发射模块的两束光信号： 下行信号和光载波 信号， 并利用接收的所述光载波信号作为上行信号载波发送上行信号。
本发明实施例提供还一种波分复用无源光网络的实现方法 , 其特征在 于， 包括：
在光线路终端将同一光源发出的光分为两束光信号， 将其中第一束光 信号调制后作为下行信号， 第二束作为上行信号载波；
将所述下行信号与上行信号载波进行合波， 再发送到光网络单元接收 模块；
所述光网络单元接收模块接收所述下行信号和上行信号载波， 并利用 所述上行信号载波发送上行信号。
本发明实施例提供的技术方案中， 在 OLT传输下行信号的同时传输连 续光源到 ONU,此连续光用作上行传送信号的载波，从而不再需要在 ONU 中使用其他的光源发生器产生上行信号的载波， 节省 ONU中的光源发生 器， 节省系统成本， 也会使开设和维护的成本降低； 并且， 上行光信号和 下行光信号共用同一光波长段， 节省光纤带宽。
而且， 本发明中下行信号采用副载波调制， 中心波长与上行信号的中 心波长分开， 在低功率条件下， 可以避免在同一光纤传输时的相互干扰。
另外， 本发明使用全光探测解调的副载波调制方式， 简化系统结构。 附图说明
图 1是一种现有技术的波分复用无源光网絡结构图；
图 2是现有技术中一种实现 ONU与波长无关的网络结构图； 图 3是现有技术中另一种实现 ONU与波长无关的网络结构图； 图 4是本发明的一个实施例中的波分复用无源光网络结构示意图； 图 5是本发明的另一个实施例中的波分复用无源光网絡结构示意图； 图 6a是本发明实施例中下行传输时合波器与分波器之间信号光谱图； 图 6b是本发明实施例中下行传输时分波器与光网络单元接收模块之 间信号光谱图；
图 7a是本发明实施例中利用副载波调制电外差拍频解调方案结构图； 图 7b是本发明实施例中利用全光探测副载波解调方案结构图； 图 8 是本发明实施例中多光线路终端发射模块和多光网络单元接 收模块级联结构图；
图 9是本发明实施例中波分复用无源光网络的实现方法流程图。 具体实施方式
下面将结合附图， 对本发明的实施方案进行详细描述。
本发明实施例用于实现接入网的光线路终端到网络单元之间的信号 传输。 如图 4所示， 本发明的一个实施例中波分复用无源光网络， 包括： 在光线路终端侧具有一个可以提供共享光源的光线路终端发射模块 1、 在 光网络单元侧提供一个光网络单元接收模块 6、 及传输光纤段 7。 光网络 单元接收模块 6利用光线路终端发射模块 1 提供的共享光源发射上行信 号， 同时接收下行信号。 其中， 单向箭头表示单纤单向传输， 双向箭头表 示单纤双向传输； 下行传输的波长标于线上方， 上行传输的波长标于线下 方。
光线路终端发射模块 1中包括： 共享光源 11 (如单纵模连续光源） 、 分光器 12、 合波器 13、 调制器 14、 分路选择器 15和光线路终端接收器 16。 其中，分光器 12,也可以是功分器，用于将光源 11发出的连续光分成两束， —束直接输入到合波器 13, —束经过调制器 14， 加载上传输信号后输入合 波器 13, 与另一束不带信号的连续光合波后输出到环形器的端口 I。
其中，分路选择器 15可采用环行器、具有分路选择功能的器件或系统。 其中， 环行器是一种单向传输光束的器件， 输入光从输入端口进入光环行 器， 从第二个端口 II输出， 同样从第二个端口进入光环行器的光被反射倒 第三个端口 III输出。
通常，将从 OLT到 ONU的传输信号称下行信号，从 ONU到 OLT的传输 信号称上行信号。
光网络单元接收模块 6同时实现下行光信号的接收和上行光信号的发 送， 包括分波器 61、 光网络单元接收器 62、 环行器 63和调制器 64。 其中， 分波器 61将光线路终端发送模块 1送来的波长为 λ的连续光和波长为 λ士 △λ的信号光分开。 信号光被送到接收模块解调， 而连续光被用作上行信 号的载波， 由环形器的端口 II输入到调制器 64加载上待传输信号后， 再由 环形器的端口 III送回到传输线路传送到模块 1， 由接收模块 16接收。 所述 接收模块 16具有处理突发模式的功能。 系统 ONU端在接收到 OLT允许发送 数据的指令后， 采用突发模式发送数据到上行帧的指定时隙， 因此 ONU端 光收发器件除具有千兆以太网光收发器件的要求外， 还必须支持突发发射 模式。 对于 ONU光收发器件而言， 其连续接收一般采用光电二极管 PIN 接收机， 突发发射可采用 FP激光器或者分布反馈 DFB激光器。
上述实施例只说明光线路终端侧有一个发送单元， 且只对应一个光网 络单元的情况，实际上一个光线路终端中可以对应多个光网络单元，因此， 可以在光线路单元中设置多个发送模块，并增加波分复用 /解复用器构成波 分复用光网络， 并且可以与现有技术中的光收发器混合使用如图 5所示， 在图 4的基础上增加： 不提供共享光源的光信号发射模块 2; 波分复用 /解复 用器 3， 用于将光线路终端侧多个光发射模块输出的下行信号进行复用， 并对来自光网络单元的上行信号进行解复用； 波分复用 /解复用器 4， 用于 将光网絡单元侧多个上行信号进行复用 , 并对来自光线路终端的下行信号 进行解复用； 接收无共享光源的光信号发射模块 2的光信号的光接收模块 5。 其中， 下行传输时， 波分复用 /解复用器 3与波分复用 /解复用器 4之间的 光纤段中传输的信号光谱如图 6(a)所示； 下行传输时波分复用 /解复用器 4 与接收单元 6之间信号光谱如图 6(b)所示。
所述调制器 14为副载波调制器 (SCM, SubCarrier Modulation), 从而输 出光的中心波长与连续光的中心波长相比偏移 Δλ (可以是正向偏移， 也 可以是负向偏移， Δλ的值可才艮据分波器 61的波长分辨率确定） ， 从环形 器 15的端口 II输出的中心波长为 λ的连续光和中心波长为 ±厶 的信号光 的合光。
此外， 本发明实施例对副载波调制的信号与传统的副载波调制电外差 拍频解调方案不同。 所述副载波调制电外差拍频解调方案如图 7a所示， 在 光网络单元侧， 对接收到的光信号先进行光电探测， 将光信号转换为电信 号； 通过载波相乘解调出有用电信号， 再通过电滤波器屡出信息数据。 全 光探测副载波解调方案如图 7b所示， 包括光滤波器 71和光探测器 72, 所述 光滤波器 71允许工作频段的信号通过， 并由光探测器 72将光信号转换为电 信号。 图中 为光载波的中心频率， ， /2 为副载波频率。
另外， 多个光线路终端发送模块通过多个合波器可以实现大量级联， 从而增加对端的光网络单元数量， 如图 8所示。 光线路终端包括多个光线 路终端发射模块， 每个光网络单元包括一个光网络单元接收模块， 所述光 线路终端发射模块与所述光网络单元接收模块一一对应。
另外， 光线路终端还可以包括不提供共享光源的发射模块， 且光网络 单元还包括与上述发射模块对应的接收模块。
如图 9所示， 本发明实施例提供的一种波分复用无源光网络的实现方 法， 包括：
步骤 S101 , 在光线路终端将同一光源分为两束， 一束调制后传送下行 信号， 另一束作为上行信号载波； 其中， 调制为副载波调制。
步驟 S 102 , 上述两束光经合波后发送到光网络单元接收模块； 步骤 S103 , 所述光网络单元接收模块解调下行信号， 并利用所述上行 信号载波发送上行信号， 并当步骤 S101采用副载波调制时， 采用全光探测 副载波解调对调制信号进行解调。
以上所述仅是本发明的示例性实施方式， 可以理解， 对于本技术领域 的普通技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以进行各种修 改和等同替换， 比如本发明也可通过双纤双向的网絡结构实现， 这些修改 和等同替换涵盖在本发明的保护范围中。

Claims (1)

  1. 权 利 要 求
    1、 一种波分复用无源光网络， 包括光线路终端和至少一个光网络单 元， 其特征在于， 所述光线路终端包括至少一个光发射模块（1)， 所述光 网络单元包括光接收模块（6)， 所述光发射模块（1) 与所述光接收模块 (6)——对应；
    所述光发射模块（1), 用于将同一光源发出的光分成两束光信号， 第 一束光信号作为下行信号载波， 第二束光信号从光网络单元环回， 作为上 行信号载波；
    所述光接收模块（ 6 )， 用于接收来自所述光发射模块（ 1 ) 的两束光 信号， 并利用接收的所述第二束光信号作为上行信号载波发送上行信号。
    2、 如权利要求 1 所述波分复用无源光网络， 其特征在于， 所述光线 路终端的发射模块（1), 具体包括： 共享光源 （11)、 分光器（12)、 合波 器（13)、 调制器（14)、 分路选择器（15)、 光接收器（16);
    所述分光器 （12), 用于将光源发出的连续光分成两束光信号， 第一 束光信号作为下行信号载波输入到调制器（14), 第二束光信号作为上行 信号载波直接输入到合波器（ 13 );
    所述调制器（14), 用于将下行信号调制到下行信号载波后输入合波 器（ 13 );
    所述合波器（13), 用于将已调制的下行信号与上行信号载波合波后 经所述分路选择器（ 15 )发送到光网络单元；
    光接收器 （ 16 ), 用于通过所述分路选择器（ 15 )接收光网絡单元发 送的上行信号。
    3、 如权利要求 2所述波分复用无源光网絡， 其特征在于， 所述调制 器（14)对所述下行信号进行副载波调制， 下行信号的中心波长与上行信 号载波的中心波长相比偏移预定值 Δλ。
    4、 如权利要求 1 所述波分复用无源光网络， 其特征在于， 所述光网 络单元的光接收模块（6) 包括： 分波器（61)、 光网络单元接收器（62)、 分路选择器（63)、 上行信号调制器（64);
    所述分波器（61 ) , 用于将所述光发射模块 ( 1 )发送的上行信号载 波和下行信号分开；
    所述光网络单元接收器（62) , 用于接收下行信号；
    所述分路选择器（63) ， 用于将上行信号载波发送到上行信号调制器 (64) ；
    所述上行信号调制器（64) , 用于采用所述上行信号载波调制上行信 号， 并将调制后的上行信号经过分波器（61)发送到光线路终端。
    5、 如权利要求 4所述波分复用无源光网絡， 其特征在于， 所述光网络 单元接收器（62)还包括：
    解调器， 用于解调接收到的下行信号。
    6、 如权利要求 5所述波分复用无源光网絡， 其特征在于， 所述解调器 为全光探测副载波解调器或副载波调制电外差拍频解调器。
    7、 如权利要求 6所述波分复用无源光网络， 其特征在于， 所述全光探 测副载波解调器包括： 光滤波器（71)和光探测器（72) ,
    所述光滤波器（71)允许工作频段的信号通过， 并由光探测器（72) 将光信号转换为电信号。
    8、 如权利要求 2或 4所述波分复用无源光网络， 其特征在于， 所述分 路选择器（15, 63)为环行器。
    9、 如权利要求 1所述波分复用无源光网络， 其特征在于， 所述光线路 终端还包括无共享光源的发射模块（2) , 所述光网络单元还包括与所述 发射模块（ 2 )对应的接收模块（ 5 ) 。
    10、 如权利要求 1或 9所述波分复用无源光网络， 其特征在于， 进一步 包括：
    波分复用 /解复用器（3, 4) ,分别设置在光线路终端和光网络单元侧， 用于分别对所述下行或上行信号进行复用、 解复用。
    11、 一种光线路终端， 其特征在于， 包括：
    光发射模块（1), 用于将同一光源发出的光分成两束光信号， 第一束 光信号作为下行信号载波， 第二束光信号从光网络单元环回， 作为上行信 号载波。
    12、 如权利要求 11 所述的光线路终端， 其特征在于， 所述光线路终 端发射模块 ( 1 )具体包括： 共享光源（ 11 )、 分光器（ 12)、 合波器（ 13 )、 调制器（14)、 分路选择器（15)、 光接收器（16);
    所述分光器 （12)， 用于将光源发出的连续光分成两束， 第一束作为 下行信号载波输入到调制器（14), 第二束作为上行信号载波直接输入到 合波器（ 13 );
    所述调制器（14), 用于将下行信号调制到下行信号载波后输入合波 器（13);
    所述合波器（13), 用于将已调制的下行信号与上行信号载波合波后 经所述分路选择器（ 15)发送到光网络单元；
    光接收器（ 16 ), 用于通过所述分路选择器（ 15 )接收光网络单元发 送的上行信号。
    13、 如权利要求 11 所述的光线路终端， 其特征在于， 还包括无共享 光源的发射模块（2)。
    14、 一种光网络单元， 其特征在于， 包括：
    光接收模块（ 6 ), 用于接收来自光发射模块（ 1 ) 的两束光信号： 下 行信号和光载波信号， 并利用接收的所述光载波信号作为上行信号载波发 送上行信号。
    15、 如权利要求 14所述的光网络单元， 其特征在于， 所述光接收模 块（6)具体包括： 分波器（61)、 光网络单元接收器（62)、 分路选择器 (63)、 上行信号调制器（64);
    所述分波器（61 ) , 用于将所述光发射模块（ 1 )发送的光载波信号 和下行信号分开；
    所述光网络单元接收器（62) ， 用于接收下行信号；
    所述分路选择器（ 63 ) ,用于将上行信号载波发送到上行信号调制器； 所述上行信号调制器（64) , 用于采用所述上行信号载波调制上行信 号， 并将调制后的上行信号经过分波器发送到光线路终端。
    16、 一种波分复用无源光网络的实现方法， 其特征在于， 包括： 在光线路终端将同一光源发出的光分为两束光信号，将其中第一束光 信号调制后作为下行信号， 第二束作为上行信号载波； 将所述下行信号与上行信号载波进行合波，再发送到光网络单元接收 模块；
    所述光网络单元接收模块接收所述下行信号和上行信号载波， 并利用 所述上行信号载波发送上行信号。
    17、 如权利要求 16所述波分复用无源光网络的方法， 其特征在于， 所 述调制为副载波调制。
    18、 如权利要求 17所述波分复用无源光网络的方法， 其特征在于， 副载波解调方式包括全光探测副载波解调和副载波调制电外差拍频解调。
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