CN101189836A - 光学传输系统 - Google Patents

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Abstract

光学传输系统包括以波长多路复用运行方式运行的城域核心网(MET)，通向经由无源光学分配器(SPL)所连接的光学网络终端(ONU)的接入连接(AC1、AC2、…)通过城域连接装置(MAP)连接在所述城域核心网上。城域连接装置(MAP)包括再生器和波长变换器，使得在网络终端(ONU)与管理和交换中心(ZEN)之间进行数据再生。由此可以跨接约100千米的距离。

Description

光学传输系统
本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的光学传输系统。
在光学网络中，按照SONET或者SDH推荐标准实施的广域网(Weitverkehrsnetz)(核心网)与访问或者接入网(Access-Netz)之间存在着区别。接入网被实施为所谓的无源光学网络(PON，Passive Optische Netz)，其中数据传输在第一“波长信道”内按照特定的PON协议进行。在“下行方向”上，以时分多路复用广播模式从大多称为“光线路终端(Optical LineTerminal)OLT”的中心向所连接的多个单独编址的光学网络终端(ONU/ONT)进行传输。“上行”时，网络终端(ONU/ONT)分享第二波长信道，以便同样以时分多路复用运行方式以突发或者单元式地向中心发送数据。在中心与网络终端之间的称为“带宽”的传输容量可以被改变。称为有效载荷的有效数据例如以“异步传输模式”(ATM，Asynchronus Transfer Mode)或者出于成本原因按照以太网推荐标准被传输。以太网PON的主要优点在于避免复杂并因此昂贵的ATM或者SONET元件。对这种网络的开发在Gerry Pesavento Senior和Mark Kelsey，Alloptic Inc，Livermore，CA 94550的文章“Gigabit Ethernet PassiveOptical Networks”中得以描述。
在ITU推荐标准G984中确定为GPON的用于更高数据速率的这种系统的进一步开发和称为“Super PON”的较新开发在2000年2月的IEEECommunications Magazine的第74-82页在标题“The SuperPON Demonstrator：An Exploration of Possible Evolution Path for Optical Access Networks”下被论述。开发的目标是，既扩展这种接入网的范围，又增大可能的用户端子的数量。通过以下方式实现简化，即将所谓的接入节点“窄带交换机(Narrow BandSwitch)”从接入区域转移到核心网(图1、图2)。但接入区域仍然具有有源(放大的(amplified))分配器装置，以便给光学网络终端(ONT/ONO)供应足够的光学功率。
这里所述的网络因此另外具有以下缺点：在接入区域内仍然需要光学再生器Optical Repeater Unit(ORU)(光学转发器单元)；在那里所使用的再生器可以作为有源元件来维护。作用范围对较大的网络结构在城域区域内太小并处在纯无源区域内(在图2中用Drop(10km)来说明)。
因此，本发明的任务在于，提供一种具有大的作用范围和简单结构的光学传输系统。
这种系统在权利要求1中予以说明。
本发明的有利改进在从属权利要求中予以说明。
在这种传输系统中，在城域区域(Metro-Bereich)与接入区域或城域核心网和接入连接之间进行区分。在城域区域与接入区域之间的交点中使用具有再生器和/或者波长变换器的城域连接装置。所述城域连接装置包括下行和上行方向的再生器(放大器)，由此显著地增加管理和交换中心与网络终端之间的作用范围。
仅在直至城域连接装置的城域区域内还需要供电。因为仅在该区域内存在有源部件，所以维护工作实际上同样限制于该区域。而城域连接点与光学网络终端(ONU/ONT)之间的接入连接以纯无源的方式来实施并因此实际上不需要维护。
在城域区域内，传输合理地以波长多路复用运行方式进行，使得可以传送多个接入连接的巨大的数据量。管理和交换中心将重要装置集中在点上，使得也可以毫无问题地进行扩展。同样从该中心出发进行监控。
城域区域优选地被实施为环形网络，因为这样以最小耗费达到最佳的面积覆盖。运行安全性可以通过具有第二光纤的保护环得到显著提高。
在所有接入连接上，对相同的业务采用相同的波长，使得可以使用统一的光学网络终端。
出于耗费的原因，接入区域内的传输通过仅一个光纤双向进行，其中，为避免相互的信号干扰对每个传输方向使用不同的波长。此外，通过该光纤可以以不同波长传输多个业务。
因为该网络具有比迄今的网络更大的范围，所以修改的PON协议调节数据交换。
借助附图更详细地对本发明的实施例进行说明。其中：
图1示出传输系统的电路原理图；
图2示出城域连接装置，以及
图3示出传输系统的变型方案。
传输系统由具有管理和交换中心ZEN的城域核心网(Metro-Kemnetz)MET和通向光学网络终端ONUs的多个接入连接组成。管理和交换中心ZEN在功能上可以例如与扩展的光线路终端(OLT)对比。数据传输按照PON协议在管理和交换中心ZEN与网络终端ONUs之间双向进行。
城域核心网MET在图1中作为具有两个光纤F1、F2的双向环形网络来实施。该城域核心网同样可以作为具有一个光纤的双向环形网络或者作为具有一个或者两个光纤的单向环形网络来构成。但它同样也可以是交织的(vermascht)网。
在按照图1的城域网MET中，在管理和交换中心ZEN直至不同的城域连接装置(Metro-Anschlusseinrichtung)MAP1-MAP3之间双向地以波长多路复用运行方式传输数据。在城域核心网中的传输在这种情况下可以双向地通过一个光纤或者例如对于每个传输方向分开地通过两个光纤进行。第二光纤的使用非常有助于提高运行可靠性，因为在干扰情况下在管理和交换中心ZEN与每个城域连接装置MAP1-MAP4之间的运行可以通过公知的等效电路方法保持。
在城域核心网MET的城域连接装置MAP1-MAP3与光学网络终端ONUs(Optical Network Unit(光学网络单元)ONU或者Optical Network Terminal(光学网络终端)ONT)之间分别存在纯无源光学“接入连接(Access-Verbindung)”，数据同样双向地经由纯无源光学“接入连接”来传输。第一接入连接AC1通过连接在城域连接装置MAP1上的接入光波导FI1和无源分配器SP1实现，在其其他端子上连接多个光学网络终端ONUs。其他接入连接AC2-AC4相应地被建立。然而，通过分配器(Splitter)SP1、SP2、…根据分配比例来减少可供分别所连接的网络终端ONUs使用的接收功率。目前力求约1∶100的分配比例，由此在城域连接装置中设置相应的强功率激光器或放大器并且必要时必须采取防止非线性干扰效应的措施。大多在光电转换之后，在网络终端ONUs上连接用户设备。
传输系统如此被设计，使得接入连接AC1-AC4(在图1中仅部分地示出)不包括有源元件。仅城域连接装置MAP和网络终端ONUs需要有源元件并因此需要电能。其余的传输系统、即城域核心网优选地也如此被设计，使得在城域连接装置MAP与管理和交换中心ZEN之间不需要放大器。在这里，当然在使用两个光纤的情况下等效电路也是可能的。
在下行方向(从管理和交换中心ZEN通过城域连接装置MAP到连接在其上的网络终端ONUs)上，数据的传输以广播时分多路复用运行方式按照对无源光学网络适用的ITU推荐标准或按照修改的推荐标准分别以下行脉冲帧进行。这种多路复用信号这里应该称为城域下行信号。从管理和交换中心ZEN通过城域核心网MET的第一光纤一般以不同的波长λD1、λD2、λD3、…(在图1中括号内)向不同的城域连接装置MAP1、MAP2、MAP3、MAP4发送多个城域下行信号SλD1、SλD2、SλD3、…。这些城域连接装置分别选择(droppen)对所连接的接入连接所属的“波长”并然后将所选择的城域下行信号的波长变换成接入下行信号的对所有接入连接相同的波长λD。因此城域下行信号SλD1在第一城域连接装置MAP1中被选择并根据波长被变换成接入下行信号λD1。否则这些信号保持不变，使得所述信号作为逻辑透明的信号直接在中央管理和交换中心ZEN与光学网络终端ONUs之间被传输。在一种关于成本有利的变型方案中，仅放大下行信号，但其波长保持。网络终端ONUs的通过分配器连接的各个宽带接收电路接受这些波长。它们通过不同的地址而动作并选择对其确定的信息。如果在另一波段中传输附加业务，那么为所有ONUs进行依据波长的选择，所述选择一方面包括用于在管理和交换中心ZEN之间运行的全部波长λD1、λD2、λD3、…和另一方面包括其他业务。
在上行方向上，在光学网络终端的上述同步化之后，传输以时分多路复用运行方式同样按照对无源光学网络适用的ITU推荐标准或按照修改的ITU推荐标准进行。由网络终端ONUs在分别所分配的时隙中所发送的数据块或者数据包(必要时具有安全漏洞)被组合成TDM信号并以上行脉冲帧被传输。它们除了有效载荷(本来要传输的数据)外，还可以包括与信号质量、需要的带宽、路由信息等相关的附加信息。带宽或传输容量的分配可以固定地或者选择地动态地根据要求或者优先权通过管理和交换中心进行。
城域下行信号SλD1、SλD2、SλD3、…均可以被变换成相同波长λD的接入下行信号或者以不变的波长被传输到ONUs。而利用相同波长λU在接入连接上传输的全部接入上行信号λU1、λU2、λD3、…必须被变换成具有不同波长λU1、λU2、λU3、…的城域上行信号SλU1、SλU2、SλU3、…，所述城域上行信号然后通过城域网MET的第二光纤F2被传输到管理和交换中心ZEN。同样不进行上行信号的“逻辑”变换，除了波长之外所述上行信号保持不变。简短概括地说：在管理和交换中心ZEN与网络终端ONUs之间的传输在没有逻辑变换的情况下根据所使用的“PON”协议直接进行。
管理和交换中心ZEN与广域网WN和/或者其他城域网相连接；所有连接、例如在不同的接入连接AC1和AC2上所连接的两个ONUs之间的连接通过所述管理和交换中心ZEN运行。
通过环形网络和接入连接可以以波长多路复用运行方式传输多个不同类型的信号ZDλ(附加业务)，其中在图1中仅示出一个ZDλ。对此也可以是广播业务。于是，代替举例说明的接入信号(例如λD1)，将不同波长的束通过接入连接来传输。不同的用户设备于是通过波长多路解复用器连接到网络终端ONUs上。
该光学传输系统为覆盖更大的区域而被构思，也就是说，通过城域网可以跨接约70km的距离并且通过接入连接跨接进一步的约30km的距离或者更大。为此在城域连接装置MAP1、MAP2、MAP3中设置再生器、优选地3R再生器，所述再生器在振幅、脉冲形式和时钟方面对所接收的信号进行再生。在目前的现有技术中，为此在输入侧需要光电转换和在输出侧需要电光转换。安装在管理和交换中心ZEN中的城域连接装置可以相对更简单地被构造或接入连接AC4可以直接连接在管理和交换中心上。
城域连接装置MAP中的波长变换器功能一般与放大功能相组合。图2示出具有光电光变换的城域连接装置MAP的原理性实施形式。所接收的光学城域下行信号(例如SλD1)通过光电二极管PD被变换成电信号DS1，其通过接收放大器V1放大。锁相环PLL用于时钟恢复(Taktrückgewinnung)。利用再生的时钟信号TS在扫描装置AS中对电数据信号DS进行扫描。产生所期望的新波长的激光二极管LD对被扫描的并因此按时钟被再生的电数据信号进行调制。这样产生的下行信号λD1通过功率放大器LV发送。根据数据速率、包括耦合器在内的传输路段以及发射和接收装置的质量，出于成本原因必要时可以至少在下行方向上放弃3R再生并仅设置放大。
对于上行方向来说，同样存在再生器装置。一般，在上行方向上接收突发(Burst)信号，所述突发信号具有不同的电平和不同的位相以及信号间隔(Signalpause)。因此再生器装置包括模拟接收部分在内必须较耗费地来构造。再生器应尽可能完整地和无误差地再生数据突发。数据再生这里也可以利用(部分)光学再生器来执行，其中为变换波长也可以利用非线性效应。通常需要3R再生。在连接装置与管理和交换中心ZEN之间也可以在上行方向上利用二进制信号实现无较大相位波动的点对点运行。在布置在管理和交换中心ZEN附近的城域连接装置MAP4的情况下当然可以放弃再生。
在图3中作为替代方案示出了具有一个光纤F1和多个城域连接装置MAP11-MAP13的单向环形网络，其适用于单向耦合输出和耦合输入。城域下行信号SλD1、SλD2、SλD3、…根据其波长在城域连接装置MAP11-MAP13中被选择、放大并被转发到ONUs。在上行方向上，突发信号λU1、λU2、λU3、…依据波长被变换成分别与所选择的城域下行信号具有相同波长的城域上行信号SλU1、SλU2、SλU3、…并且被耦合输入到环内。这种实现首先看起来比在双向环情况下更简单。这里出于保护目的也可以设置第二光纤F2(虚线)或者光纤F1出于保护目的在两个方向上被运行。

Claims (10)

1.光学传输系统(SPON)，
具有中央管理和交换装置(ZEN)，
具有以波长多路复用运行方式运行的环形城域核心网(MET)，
具有波长选择性的城域连接装置(MAP1、MAP2、…)，所述城域连接装置包括波长变换器和/或者数据再生器，
具有在城域连接装置(MAP1、MAP2、…)与分别通过光学分配器(SP1、SP2、…)所连接的光学网络终端(ONUs)之间的双向无源光学接入连接(AC1、AC2、…)，所述光学网络终端借助PON时分多路复用方法在逻辑上直接与中央管理和交换中心(ZEN)通信，
城域下行信号中的一个在城域连接装置(MAP1、MAP2、…)中分别被选择、再生并作为接入下行信号(λD1、λD2)在接入连接(AC1、AC2、…)的城域连接装置(MAP1、MAP2、…)之间在接入连接(AC1、AC2、…)上被传输到光学网络终端(ONUs)，
接入上行信号(λU1、λU2)通过接入连接(AC1、AC2、…)并以相同的或者可在传输频带内选择的波长(λU、λD)被传输，
接入上行信号(λU1、λU2)在城域连接装置(MAP1、MAP2、…)中被再生并根据波长被变换成城域上行信号(SλU1、SλU2、…)并且在城域核心网中被传输到管理和交换装置(ZEN)。
2.按权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于，城域核心网(MET)被实施为双向环形网络，其中城域下行信号(SλD1、SλD2、…)和相应的城域上行信号(SλU1、SλU2…)以不同的波长(λD1、λD2、…；λU1、λU2、…)被传输。
3.按权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于，城域核心网(MET)被实施为单向环形网络，其中城域下行信号(SλD1、SλD2、…)和相应的城域上行信号(SλD1、SλU2…)以不同的波长(λD1、λD2、…λU1、λU2、…)被传输。
4.按权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于，城域核心网(MET)被构造为具有保护功能的单或者双光纤式环形网络。
5.按权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于，在所有接入连接(AC1、AC2、…)上在光学网络终端(ONUs)与城域连接装置(MAP1、MAP2、…)之间以统一的波长(λU、λD)传输接入上行信号(λU1、λU2)和/或者接入下行信号(λD1、λD1)。
6.按权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于，城域连接装置(MAP1、MAP2、…)具有用于分配给多个不同业务(ZD)的信号的波长转换器，所述信号在城域网(MET)中通过分别不同的波长(Zλ1；Zλ2、…)并且通过接入连接(AC1、AC2、…)分别作为具有在所有接入连接(AC1、AC2、…)情况下相同波长的信号(λZT1；λZD2、…)以波长多路复用运行方式来传输。
7.按权利要求2所述的光学传输系统，其特征在于，城域连接装置(MAP1)与分配器(SP1)之间的接入连接通过唯一的光导纤维(FI1)实现，通过所述光导纤维双向传输信号。
8.按权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于，城域核心网(MET)作为环形网或者作为交织的网来构造，并且在城域网内的保护连接可利用第二光导纤维(F2)接到城域连接装置(MAP)上。
9.按权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于，管理和交换中心(ZEN)与城域连接装置(MAP1、MAP2、…)通过至少一个光纤(F1)在无中间放大器的情况下直接连接。
10.按权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于，城域连接装置(MAP1、MAP2、…)与网络终端(ONUs)之间的接入连接(AC1、AC2、…)没有需要电能的有源元件。
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