背景技术
随着视频点播、高清晰度电视、网络游戏等新兴业务的兴起,用户对带宽的需求日益增长,发展光纤到户可有效保证“最后一公里”的接入网带宽。其中PON(Passive Optical Network无源光网络)技术消除了传统接入网中的有源节点,有利于降低运营商的维护费用,是目前应用最广泛的光纤到户的技术之一。现有PON的体制包括全业务接入网组织制定的BPON(Broad Band PassiveOptical Network宽带无源光网络)、GPON(Gbit Passive Optical Network吉比特无源光网络);以及IEEE组织制定的EPON(Ethernet Passive Optical Network以太无源光网络)。目前PON的覆盖范围为20km,下行和上行速率在吉比特量级。
各种体制的PON,其网络架构基本相同。如图1所示,OLT(Optical LineTerminal光线路终端)位于中心局,ONU(Optical Network Unit光网络单元)位于用户家庭(或路边、大楼等),OLT和ONU之间由无源的ODN(OpticalDistribution Network光分配网)相连。OLT和无源的光分路器之间由主干光纤相连,光分路器实现点对多点的光功率分配,并通过多个分支光纤连接到多个ONU。从OLT到ONU的方向称为下行方向,从ONU到OLT的方向称为上行方向。
PON的点对多点的树型拓扑结构决定了各个ONU之间必须以共享媒质方式与OLT通信。OLT的下行信号通过TDM(Time Division Machine,时分复用)广播的方式发送给所有ONU,并用特定的标识,例如BPON用虚通道标识、EPON用逻辑链路标识、GPON用虚通道标识和分配标识来指示各时隙是属于哪个ONU的。载有所有ONU的全部信息的光信号功率在光分路器处被分成若干份 经各分支光纤到达各ONU,各ONU根据相应的标识收取属于自己的数据,其他时隙的数据则丢弃。ONU的上行方向通过时分多址接入,各ONU在OLT的控制下,只在OLT指定的时隙发送自己的上行信号,各ONU的时隙在光分路器处汇合。PON系统通过测距和多址接入控制保证各ONU的上行信号不发生冲突。由于各ONU沿不同分支光纤到达光分路器,不同分支光纤的距离不同,例如GPON规定ONU之间的最大距离差达到20km。因此,对光功率的衰减也就不同,而且ONU光发射机的光功率也不一致,不同ONU的上行信号到达光分路器的光功率相差可达10dB,并且是快速变化的(相邻两个ONU的上行信号之间的保护间隔只有25ns),称为突发的上行信号。
下一代光接入网络的兴起提出了PON拉远的需求,从而光传输达到上下行10Gbps对称速率、100km传输距离和512分光比的系统目标。PON的拉远有利于实现接入网与城域网的融合,减少网络节点数目,将进一步降低维护费用。
为了实现PON的拉远,有人提出了在PON的远程节点中加入光放大器以改善功率预算。参见图2,OLT在远程节点光分路器处的主干光纤上增加一个波分复用器WDM,用来分离波长为1310nm的上行信号和波长为1490nm的下行信号,上行和下行信号各使用一个EDFA(掺铒光纤放大器)分别进行放大。仅从改善功率预算的角度来看,该架构的OLT可位于核心网节点,与ONU之间的距离达到100km。
使用光放大器的优点在于对信号的延时较小。PON的下行信号为连续模式,使用EDFA放大较为合适。然而,该技术存在的问题是,PON的上行信号为突发模式,不同ONU的发射光功率存在差异,且经过不同距离的分支光纤到达光分路器,又会经历不同的链路衰减。因此,不同ONU的上行信号到达分路器的光功率高低各不相同,相差可达10dB,且相邻两个ONU的上行信号之间的保护间隔只有25ns。EDFA的典型瞬态效应响应时间常数为微秒量级。突发的上行信号经过EDFA放大之后会产生浪涌现象,导致信号失真。
为克服EDFA的瞬态效应,使EDFA适用于放大突发的上行信号,有人提出了引入放大器增益钳制技术。参见图3,来自ONU的波长为λPON的上行信号到达位于远程节点的EDFA之前,首先经过一个耦合器分出小部分光功率输入光接收器,控制器根据接收到的光功率大小判决出一个补偿值并驱动波长为λc的激光器,λc和λPON为两个不同的波长。λPON的信号光和λc的控制 光一起输入EDFA进行放大,并在EDFA的输出端将λc过滤掉,放大之后的λPON的信号光再传送到OLT。增益钳制的原理在于λPON的信号光和λc的控制光共享EDFA的增益,而EDFA的泵浦功率保持不变,因此EDFA对λPON的信号光和λc的控制光提供的增益总量保持不变。PD检测到λPON的信号光功率大小,并通过控制器动态改变LD发出的λc的控制光功率大小,使得信号光和控制光两者输入EDFA的光功率之和保持恒定,因此λPON的信号光获得的增益保持恒定,从而消除了EDFA瞬态效应产生的浪涌现象。
上述技术存在的问题是,使用增益钳制的放大器会引入额外的成本上升,需要增加激光器、接收器,并且在EDFA的输出端还要增加滤波器。另外上行光功率接收、判决、调整激光器输出功率等一系列处理过程需要在上行光功率到达瞬间完成,技术困难较大。
发明内容
本发明实施例提供了一种用于PON中光信号的放大装置、放大方法以及光线路终端,以解决上行突发信号的放大问题,即利用下行光信号中的控制信息动态调节上行光信号放大器的泵浦电流大小,实现不同功率的上行突发光信号的均衡增益。技术方案如下:
为了解决上述技术问题,本发明实施例提供一种光线路终端,所述光线路终端包括:
测距单元,用于测量多个光网络单元到上行光信号放大器之间的距离,并根据该距离计算多个光网络单元发出的光信号到达上行光信号放大器的不同时刻;
控制信息生成单元,用于根据测距结果,生成用于控制上行光信号放大的控制信息;所述控制信息包括与所述不同时刻对应的放大增益值列表;
合路器,用于将所述控制信息和业务信号合成为电信号;
光收发模块,用于将所述电信号转换为光信号作为下行光信号输出。
本发明实施例还提供一种用于无源光网络中光信号的放大装置,所述放大装置包括:
控制信息提取单元,用于接收来自光线路终端的下行光信号,并从所述下行光信号中提取出控制信息;所述控制信息包括与不同时刻对应的放大增益值列表;所述不同时刻为多个光网络单元发出的光信号到达上行光信号放大器的 不同时刻;
泵浦单元,用于根据所述控制信息生成上行光信号放大器的泵浦电流;
上行光信号放大器,用于接收所述泵浦电流,并根据该泵浦电流对上行光信号进行放大。
本发明实施例还提供了一种用于无源光网络的放大方法,所述方法包括:
根据各光网络单元到上行光信号放大器的距离和各光网络单元发送的上行光信号到达上行光信号放大器的不同时刻,生成用于控制上行光信号放大的控制信息;
将所述控制信息和下行业务信号合成为下行光信号输出;
接收所述下行光信号并提取所述控制信息,根据该控制信息生成用于控制所述上行光信号放大器的泵浦电流;
根据所述泵浦电流对在不同时刻到达的上行光信号进行放大。
本发明以上实施例,适用于无源光网络的远程放大问题,可以有效地解决上行突发信号的放大问题。通过对上行光信号放大器的增益控制,解决上行突发信号经过上行光信号放大器后产生浪涌现象的问题,最终实现均衡增益;通过控制信息包含各网络单元的上行光信号的上行时刻信息,能够对远程放大器进行监视和管理。与现有放大器增益钳制技术相比,本发明实施例技术方案成本降低。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提出一种用于PON中光信号的放大装置、放大方法和光线路终端,通过利用下行光信号中的控制信息动态调节上行光信号放大器的泵浦电流大小,以实现不同功率上行突发信号的均衡增益的目的。
实施例1
参见图4,本发明实施例1提供了一种光线路终端,所述光线路终端包括:
测距单元101,与控制信息生成单元102、光收发模块104相连,用于用于测量多个光网络单元到上行光信号放大器之间的距离,并根据该距离计算多个光网络单元发出的光信号到达上行光信号放大器的不同时刻;
测距单元101在初始时进行测距,包括测量所有ONU到OLT的距离和上行光信号放大器到OLT的距离,从而计算出各ONU到上行光信号放大器的距离。
同时,测距单元101根据动态带宽分配算法给所有ONU分配上行时隙,并将所述所有ONU的上行时隙分配结果写入下行帧中,以通知各网络单元发出上行光信号的时隙,并复制一份所述测距得到的测距结果和所述上行时隙分配结果输出到控制信息生成单元102中。
因此,根据所述上行时隙和各光网络单元到上行光信号放大器的距离计算各光网络单元发送的上行光信号到达上行光信号放大器的不同时刻。
控制信息生成单元102,与测距单元101和光收发模块104相连,用于根据所述测距结果生成用于控制上行光信号放大的控制信息;
其中,根据各ONU到OLT的距离和各光网络单元发送的上行光信号到达上行光信号放大器的不同时刻,生成控制信息。所述控制信息包括与所述不同时刻对应的放大增益值列表。例如,若ONU1的距离较远,且ONU1的上行信号在第i个时刻到达上行光信号放大器,则放大增益值在第i时刻为一个较大的值。反之,若ONU2的距离较近,且ONU2的上行信号在第j个时刻到达上行光信号放大器,则放大增益值在第j时刻为一个较小的值。值得注意的是,由于OLT预先已知所有ONU的上行时隙,控制信息并非等到第i或第j个时刻才发 出,而是提前足够的时间发送出去。
合路器103,与控制信息生成单元102和测距单元101相连,用于将所述控制信息和业务信号合成为电信号;
实际光信号传输过程中,在下行方向,合路器103将所述控制信息进行转换,比如进行时分复用生成电信号输出到测距单元中;而在上行方向,合路器103对测距单元输出的信号不作任何处理直接通过;
光收发模块104,与测距单元101和控制信息生成单元102相连,用于将所述电信号转换为光信号作为下行光信号输出。
实际业务传输时,由于不同ONU的上行信号到达分路器的光功率高低各不相同,为了实现上行光信号的均衡增益,光收发模块104中的功率信息提取模块还可以通过提取上行光信号的功率信息,以动态调整方法器控制信号,从而对上行光信号进行均衡增益。
因此,控制信息生成单元102,除了在初始时,根据测距结果生成用于控制上行光信号放大的控制信息外,实际业务传输开始后,控制信息生成单元102中的控制信息调整模块还将在上行方向接收功率信息提取模块输出的上行光信号中的功率信息来动态调整所述控制信息;
实施例2
参见图5,本实施例2提供了一种用于PON中上行光信号的放大装置,包括:
控制信息提取单元,与泵浦单元相连,接收来自光线路终端的下行光信号,并从所述下行光信号中提取出控制信息输出到泵浦单元中;
泵浦单元,与上行光信号放大器相连,接收控制信息提取单元输出的控制信息,生成上行光信号放大器的泵浦电流;
上行光信号放大器,与泵浦单元相连,接收泵浦单元生成的泵浦电流,并根据该泵浦电流对上行光信号进行放大。
其中,控制信息提取单元具体包括:
光接收器,与控制单元相连,接收来自光线路终端的下行光信号并将所述下行光信号转换为电信号;
控制单元,与泵浦单元相连,接收光接收器发出的电信号,并从所述电信号中提取出控制信息。
其中,上行光信号从光网络单元ONU发出,是突发模式的信号,经WDM分离后,输入上行方向光放大器中。
由于不同ONU的发射光功率存在差异,且经过不同距离的分支光纤到达光分路器,又会经历不同的链路衰减。因此,不同ONU的上行信号到达分路器的光功率高低各不相同。为了实现上行光信号的均衡增益,还可以通过提取上行光信号的功率信息,以动态调整方法器控制信号,从而对上行光信号进行均衡增益。例如,经过上行光信号放大器后,ONU1和ONU2的上行信号输出光功率基本持平,以实现对PON的上行突发信号的有效放大。
另外,本发明实施例2中所述的上行光信号放大器可使用EDFA(掺铒光纤放大器)、TDFA(掺铥光纤放大器)或SOA(半导体光放大器)。本发明实施方式不限制所使用的光放大器。
另外,本实施例2提供的一种用于PON中上行光信号的放大装置,所述放大装置可单独用于对上行光信号进行放大,还可以组合下行光信号放大器组成集成的放大装置,分别对上行光信号和下行光信号进行放大,任何使用本发明精神和不脱离本发明实质的实施方式都在本发明保护范围内。
实施例3
参见图6,本发明提供了一种应用本发明实施例中放大装置和光线路终端的PON中光信号的放大系统,包括:
光线路终端,用于生成控制信息在下行光信号中输出,或者在上行方向提取上行光信号中的功率信息来动态调整所述控制信息;
远程放大装置,用于接收所述下行光信号,提取出所述控制信息用来对上行光信号进行放大。
因此,下行方向上:
在光线路终端,业务信号经过映射、复用、成帧等处理后变为数据信号输出。控制信息生成单元发出控制信息,控制信息和数据信号输入合路器进行时分复用,复用后的控制信号和数据信号输入测距单元进行成帧等处理,并经过光收发模块进行电光转换为1490nm的下行光信号,输入到PON光纤中;
在进入远程放大装置前,使用波分复用器WDM分离。
在远程放大装置,来自OLT的下行光信号(包含控制信息)分出小部分光功率和大部分光功率,大部分光功率经过下行光信号放大器放大,而小部分光 功率输入光接收器,转换为电信号后输入控制单元,控制单元提取出控制信息并产生一个泵浦电流调节量送给泵浦单元,泵浦单元根据调节量调节上行光信号放大器的泵浦电流。
上行方向上:
来自一个或多个ONU的1310nm的上行光信号使用波分复用器WDM分离。
在远程放大装置,上行光信号经过上行光信号放大器放大后从PON光纤输出;
在光线路终端,经过上行光信号放大器放大后的信号输入光收发模块进行光电转换为电信号,光收发模块从所述电信号中提取出突发信号的功率信息输入控制信息生成单元,用来动态调整转换后的电信号直接通过合路器,然后输入测距单元进行解帧等处理,最后进行解复用和解映射等处理,还原为业务信号。
实施例4
参见图7,本发明实施例4提供了一种用于PON中光信号的放大方法,具体步骤如下:
步骤101.根据各光网络单元到上行光信号放大器的距离和各光网络单元发送的上行光信号到达上行光信号放大器的不同时刻,生成用于控制上行光信号放大的控制信息;
PON中网络设备连接完成之后,进行初始时测距,包括测量所有ONU到OLT的距离和上行光信号放大器到OLT的距离,从而计算出各ONU到上行光信号放大器的距离。
其中,上行光信号放大器位于远程放大器装置中。
根据动态带宽分配算法给所有ONU分配上行时隙,并将所述所有ONU的上行时隙分配结果写入下行帧中,通知各网络单元发出上行光信号的时隙。
因此,根据各网络单元发出上行光信号的时隙和各光网络单元到上行光信号放大器的距离计算各光网络单元发送的上行光信号到达上行光信号放大器的不同时刻。
根据各ONU到上行光信号放大器的距离和各光网络单元发送的上行光信号到达上行光信号放大器的不同时刻,生成控制信息。所述控制信息包括与所述不同时刻对应的放大增益值列表。与所述上行光信号到达上行光信号放大器的 时刻对应,并与所述上行光信号对应的光网络单元到光线路终端的距离成正比。
步骤102.所述控制信息和下行业务信号合成为下行光信号输出;
步骤103.接收所述下行光信号并提取所述控制信息,根据该控制信息生成用于控制所述上行光信号放大器的泵浦电流;
值得注意的是,由于OLT预先已知所有ONU上行光信号的上行时隙,放大器控制信号并非等到第i或第j个时刻才发出,而是提前足够的时间发送出去
因此,在所述上行光信号在到达上行光信号放大器之前提取所述控制信息并存储于一个内部的存储器中。
步骤104.根据所述泵浦电流对在不同时刻到达的上行光信号进行放大。
现有技术只提供了OTL对ONU的测距技术,由OLT的测距单元完成,但对于远程放大器的测距,现有技术中还没有,本发明实施例根据本发明的技术方案,提供了OLT对远程放大器的测距技术,具体如图8所示,测量远程放大器到光线路终端OLT的距离的步骤具体包括:
步骤a、光线路终端通知某个光网络单元发出连续光,并关断其他所有光网络单元;
步骤b、光线路终端发出测距授权信号,并记录初始时刻T1;
步骤c、远程放大器接收测距授权信号并转换为电信号;
步骤d、解析出电的测距授权信号,并突发显著地改变泵浦电流,使得所述连续光产生一个突发显著的上升沿或下降沿;
步骤e、光线路终端检测到突发的、显著的上升沿或下降沿时,记录此时的时刻T2;
步骤f、计算远程放大器到光线路终端的往返时间为T2-T1,并由所述往返时间计算出远程放大器到光线路终端的距离。
如图9所示,步骤103中,所述接收所述下行光信号并提取所述控制信息,根据该控制信息生成用于控制所述上行光信号放大器的泵浦电流的步骤具体包括:
步骤103a.接收所述下行光信号并将所述下行光信号转换为电信号;
步骤103b.从所述电信号中提取所述控制信息,并存储于一个内部的存储器;
步骤103c.根据所述电信号产生一个泵浦电流调节量输出;
步骤103d.根据所述泵浦电流调节量调节上行光信号放大器的泵浦电流。
例如,在第i个时刻来自ONUi的上行光信号到达上行光信号放大器之前的保护时间内,控制单元提取出控制信息在第i时刻的增益值,生成泵浦电流调节量并送给泵浦单元,泵浦单元增大泵浦电流,使得上行光信号放大器在第i个时刻的泵浦电流增大;在第j个时刻来自ONUj的上行光信号到达上行光信号放大器之前的保护时间内,控制单元提取出控制信息在第j时刻的增益值,生成泵浦电流调节量并送给泵浦单元,泵浦单元减小泵浦电流,使得上行光放大器在第j个时刻的泵浦电流减小。
由于实际业务传输中,不同ONU的上行信号到达分路器的光功率高低各不相同,为了实现上行光信号的均衡增益,还可以通过提取上行光信号的功率信息,以动态调整方法器控制信号,从而对上行光信号进行均衡增益。
初始时生成的增益值是没有经过动态调整的,所以利用初始的增益值来放大上行光信号可能达不到很理想的效果。本发明实施例还利用上行光信号的功率信息来动态调整放大器控制信号,反复提取每一次的上行光信号,由于控制信号也是反复提取的,因此这种动态调节是反复进行的,直到达到稳定的工作状态:所有ONU的上行光经过放大之后都为相同的光功率。
因此,经过远程放大器后,ONU1和ONU2的上行信号输出光功率基本持平,从而实现了对PON的上行突发信号的有效放大。
本发明以上实施例,适用于无源光网络的远程放大问题,可以有效地解决上行突发信号的放大问题,通过对上行光信号放大器的增益控制,解决上行突发信号经过上行光信号放大器后产生浪涌现象的问题,最终实现均衡增益,通过控制信息包含各网络单元的上行光信号的上行时刻信息,能够对远程放大器进行监视和管理,与现有放大器增益钳制技术相比,本发明实施例技术方案成本降低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。