CN101355820B - 波分复用无源光网络实现波长利用率增倍的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计一种波分复用无源光网络实现波长利用率增倍的系统和方法。本系统由光线路终端OLT通过单模光纤连接远端节点RN，而远端节点RN连接多个光网络单元ONU构成；共有2N个光网络单元ONU，分成I组光网络单元ONU和II组光网络单元ONU两组，每组中的光网络单元ONU数目相同，两组光网络单元ONU上下行信号所处波段恰好相反，彼此之间无相互影响；远端节点RN分别连接两组光网络单元ONU并实现对两组光网络单元ONU下行信号分离、上行信号合路及种子光的回传。本方法是采用上述系统，将可用波段分为A波段和B波段，I组光网络单元ONU利用波段A的波长承载上行信号及其种子光，波段B的波长承载下行信号，而II组光网络单元ONU恰好相反，从而避免了种子光与下行信号处于同一波段而相互混叠致使光网络单元ONU无法将二者分离，实现波长利用率增倍。

Description

波分复用无源光网络实现波长利用率增倍的系统和方法

技术领域

本发明涉及光通信领域，具体是涉及一种可实现波长利用率增倍的外注入锁定式频谱分割的波分复用无源光网络WDM-PON系统和方法。

背景技术

波分复用无源光网络WDM-PON技术可以在不改变物理基础设备的情况下升级带宽，大幅提升网络的传输容量，在光接入网当中拥有广阔的应用前景。而基于外注入锁定频式谱分割的波分复用无源光网络WDM-PON系统是各类波分复用无源光网络WDM-PON系统中应用十分普遍的类型，目前已实际运营的波分复用无源光网络WDM-PON系统亦多采用这种类型，因此本发明在波分复用无源光网络WDM-PON系统中有着非常重要的作用。

在常规外注入锁定式频谱分割波分复用无源光网络WDM-PON当中，上行信号波长与注入的种子光是一样的，而种子光通常是与下行信号一道从光线路终端OLT传送到光网络单元ONU当中，为了避免种子光与下行信号混叠而导致光网络单元ONU无法将二者分离，种子光波长(同时也是上行信号波长)必须与下行信号波长设置在不同的波段上。可见，在上述网络中的所有可用波长中，一半只能用于传输上行信号及其种子光，而另一半则只能用于传输下行信号，故无法在同一个波长上实现上下行信号的双向传输，其系统实际处于一种“半双工”的工作状态。在上述网络当中，每个光网络单元ONU上下行均需占用一个波长，因此网络中允许的最大光网络单元ONU数目只有波长数的一半，从而导致其网络规模受到实际可连接的光网络单元ONU数目的严重限制。目前已有的各方案均未能解决其波长利率低的问题，即：光网络单元ONU数目仅为可用波长数的一半。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种波分复用无源光网络实现波长利用率增倍的系统和方法。为了达到上述目的，本发明的构思是：引入一种新的远端节点RN结构及光网络单元ONU光源配置方式，通过这种新的远端节点RN结构及光网络单元ONU光源配置方式使新的网络系统有效地克服常规外注入锁定式频谱分割波分复用无源光网络WDM-PON系统所存在的：网络的规模受到实际可连接的有限光网络单元ONU数目的严重限制、波长利用率过低等问题。

为解决上述问题，本发明将可用波段分为A波段和B波段，光网络单元ONU分为I组和II组，其中，I组利用波段A的波长承载上行信号及其种子光，波段B的波长承载下行信号，II组则恰好相反，从而避免了种子光与下行信号因处于同一波段而相互混叠，致使光网络单元ONU无法将二者分离。各组光网络单元ONU的种子光由组内某一特定光网络单元ONU提供，而AB两波段下行信号的分离、上行信号的合路以及种子光的回传则由远端节点RN实现。这样，整个波分复用无源光网络WDM-PON系统中所有可用波长均能同时承载上下行信号，故其可连接的光网络单元ONU数目等于可用波长数。由此，使系统可连接的光网络单元ONU数目较常规外注入锁定式频谱分割的波分复用无源光网络WDM-PON增加了一倍，从而实现波长利用率增倍的效果。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种波分复用无源光网络实现波长利用率增倍的系统，由光线路终端OLT通过单模光纤连接远端节点RN，而远端节点RN连接多个光网络单元ONU构成，其特征在于：1)共有2N个光网络单元ONU分成I组光网络单元ONU和II组光网络单元ONU两组，每组中的光网络单元ONU数目相同；两组光网络单元ONU上下行信号所处波段恰好相反，彼此之间无相互影响；2)所述远端节点RN分别连接两组光网络单元ONU并实现对两组光网络单元ONU下行信号分离、上行信号合路及种子光的回传。

上述两组光网络单元ONU，每组光网络单元ONU当中均有一个特殊光网络单元ONU提供全组光网络单元ONU上行信号种子光，该特殊光网络单元ONU由1个接收机、1个第二粗波分复用器、1个外调制器和1个宽带光源构成，其中第二粗波分复用器复用端与所述远端节点相连，解复用端分别与接收机和调制器相连，而调制器另一端则与宽带光源连接。其余光网络单元ONU则由1个接收机、1个第二粗波分复用器和一个法布里-珀罗F-P激光器构成，其中第二粗波分复用器复用端与波导光栅路由器相连，解复用端分别与接收机和法布里-珀罗F-P激光器相连。所述特殊光网络单元ONU中宽带光源所发射的宽带光不仅包含自身上行信号的载波，还包含组内其余光网络单元ONU的种子光。

上述远端节点RN由2个波导光栅路由器WGR、1个第一光环形器、2个第二光环行器、2个星型耦合器、1个第一粗波分复用器和1个3dB耦合器构成。两个波导光栅路由器中一边的端口分别与两组光网络单元ONU相连，另一边的端口中，除其端口11、21分别与两个第二光环行器相连外，其余端口均分别与两个星型耦合器解复用端相连；分别与两个波导光栅路由器相连的两个第二光环形器的另外两个端口分别连结至两个星型耦合器复用端与3dB耦合器解复用端；星型耦合器解复用端除与两个波导光栅路由器WGR相连外，还有一个端口与第一粗波分复用器解复用端连接；第一光环行器连接3dB耦合器复用端、第一粗波分复用器复用端以及所述单模光纤。

一种波分复用无源光网络实现波长利用率增倍的方法，采用上述系统，其特征在于：下行时，A、B两波段下行信号经第一光环形器发送至第一粗波分复用器处分离，分别通过各自的星型耦合器和第二光环形器传到两个波导光栅路由器WGR的端口11、21，然后发送至各个光网络单元ONU接收；上行时，在上行信号均处于A波段的I组光网络单元ONU中，先由光网络单元ONU1的宽带光源发出宽频谱光信号，经调制器将其上行信号调制载入后，传送到波导光栅路由器WGR的11’端口，根据波导光栅路由器WGR的波导特性，其11、12、13、…、1N端口输出的信号分别为A₁、A’_N、A’_N-1、…、A’₂，其中，A₁的信号作为光网络单元ONU1的上行信号经依次通过第二光环形器、3dB耦合器和第一光环形器后直接传送至光线路终端OLT处，种子光A’₀₂-A’₁₆则由星型耦合器合波并通过第二光环形器传送回波导光栅路由器WGR的11’端口，再由波导光栅路由器WGR分别传送至12-1N端口，然后作为种子光注入至光网络单元ONU2、光网络单元ONU3、…、光网络单元ONUN的激光器当中；被锁定的激光器所输出的信号经调制载入上行信息后，被传至波导光栅路由器WGR处并由端口11’输出，然后通过第一光环形器在3dB耦合器处与II组光网络单元ONU处于B波段的上行信号合路，最后通过第一光环形器发送至光线路终端OLT接收机阵列接收；II组光网络单元ONU上行方式也采用类似上述类似方式实现；通过这样的方式，使A、B两波段所有可用波长能够同时承载上下行信号，从而实现波长利用率的倍增。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：(1)通过远端节点RN的新型结构和光网络单元ONU光源配置方式，可使网络所支持的光网络单元ONU数目增加一倍；(2)在信道波长数一定的情况下，通过提高波长利用率，增加了网络容量；(3)在光网络单元ONU数目为可用波长数一半的情况下，减少了波长所占的带宽，不但使其放大更为容易，同时也降低了光纤中的光强，从而可有效抑制系统中的非线性效应；在光网络单元ONU数目等于可用波长数的情况下，可使系统所需光纤数目减少一半，从而将已敷设光纤的利用率提高了一倍；(4)网络对于器件的要求较低，易于实施。

附图说明

图1为本发明一个实施例证波分复用无源光网络实现波长利用率增倍的系统模块框图。

图2为图1示例证波分复用无源光网络系统示出远端节点RN及光网络单元ONU内部结构的示意图。

具体实施方式

本发明的一个优选实施例结合附图说明如下：

参见图1，本波分复用无源光网络WDM-PON实现波长利用率增倍的系统由光线路终端OLT1中的收发机阵列3、4、2个波导光栅路由器WGR 5，6、1个光环行器7、1个远端节点RN2和2组光网络单元ONU 8、9构成。光线路终端OLT 1与远端节点RN 2之间通过20km单模光纤23连接，各光网络单元ONU通过分布光纤分别与远端节点RN 2连接。两组光网络单元ONU 8、9的上下行信号所处波段恰好相反，彼此之间无相互影响。远端节点RN 2的作用在于分离两个波段的下行信号，回传各组光网络单元ONU的种子光，以及合路两组光网络单元ONU 8、9的上行信号。

参见图2，上述系统中的远端节点RN 2由2个波导波导光栅路由器WGR 17、18、1个第一光环形器10、2个第二光环行器11、12、2个星型耦合器15，16、1个第一粗波分复用器14和1个3dB耦合器13构成。第一粗波分复用器14的作用在于将A、B两波段的下行信号分离，并传送至相应的光网络单元ONU处。而两个波导光栅路由器WGR 17、18不但具有分路下行信号，合路上行信号的作用，还具有将下行信号种子光回传至各光网络单元ONU的作用。两组光网络单元ONU 8、9所含光网络单元ONU数目相同，并各与一个波导光栅路由器WGR 18、19相连。每组光网络单元ONU 8、9当中均有一个特殊光网络单元ONU 21、22提供全组光网络单元ONU 8、9的种子光，该特殊光网络单元ONU 21、22由1个接收机26、30、1个第二粗波分复用器24、31、1个外调制器25、28和1个宽带光源19、20构成。其余光网络单元ONU则由1个接收机26、30、1个第二粗波分复用器24、31和一个可直接调制的法布里-珀罗F-P激光器27、29构成。特殊光网络单元ONU 21、22中宽带光源19、20所发射的宽带光不但包含自身上行信号的载波，还包含组内其余光网络单元ONU的种子光。

参见图1和图2，本波分无源光网络实现波长利用率倍增的方法为：采用上述系统，两组光网络单元ONU 8，9的上下行信号均由不同的波段的波长承载：I组光网络单元ONU 8A波段上行，B波段下行；II组光网络单元ONU 9B波段上行，A波段下行。故在光网络单元ONU处可利用第二粗部分复用器24、31将下行信号及上行信号种子光分开并分别进行相应处理。通信时，下行信号由光线路终端OLT 1传至远端节点RN 2后，经第一光环形器10到达第一粗波分复用器14处，通过其将A、B两波段的下行信号分离后，分别通过各自的星型耦合器15，16和第二光环形器11，12传到两个波导光栅路由器WGR 17，18的11、21端口，然后发送至各个光网络单元ONU接收。上行信号的传输过程为：以I组光网络单元ONU 8为例，先由光网络单元ONU121的宽带光源19发出一个宽频谱光，经调制器25将其上行信号调制载入后，传送到波导光栅路由器WGR 17的11’端口，根据波导光栅路由器WGR(17)的波导特性，其11、12、13、…、1N端口输出的信号波长分别为A₁、A’_N、A’_N-1、…、A’₂，其中，A₁的信号作为光网络单元ONU121的上行信号经依次通过第二光环形器11、3dB耦合器13和第一光环形器10后直接传送至光线路终端OLT 1处，种子光A’₀₂-A’₁₆则由星形耦合器15合路并通过第二光环形器11传送回波导光栅路由器WGR 17的11端口，再由波导光栅路由器WGR 17分别传送至12’-1N’端口，然后作为种子光注入光网络单元ONU2、光网络单元ONU3、…、光网络单元ONUN的激光器当中。被锁定的激光器信号经调制载入上行信息后，被传至波导光栅路由器WGR 17处并由端口11输出，然后通过第二光环形器11在3dB耦合器13处与II组光网络单元ONU 9处于B波段的上行信号合路，最后通过第一环形器10发送至光线路终端OLT接收机阵列4接收。II组光网络单元ONU 9的上行信号传输也以上述相应类似方式实现。可见，本系统两波段的所有可用波长均能同时承载上下行信号，因此可实现波长利用率增倍的目的。

Claims (3)

1.一种波分复用无源光网络实现波长利用率增倍的系统，由光线路终端OLT(1)通过单模光纤(23)连接远端节点RN(2)，而远端节点RN(2)连接多个光网络单元ONU构成，其特征在于：

1)共有2N个光网络单元ONU分成I组光网络单元ONU(8)和II组光网络单元ONU(9)两组，每组中的光网络单元ONU数目相同；两组光网络单元ONU(8、9)上下行信号所处波段恰好相反，彼此之间无相互影响；

2)所述远端节点RN(2)分别连接两组光网络单元ONU(8、9)实现对两组光网络单元ONU(8、9)下行信号分离、上行信号合路及种子光的回传；

所述远端节点(2)由2个波导光栅路由器WGR(17、18)、1个第一光环形器(10)、2个第二光环行器(11、12)、2个星型耦合器(15、16)、1个第一粗波分复用器(14)和1个3dB耦合器(13)构成，两个波导光栅路由器(17、18)一边端口(11’-1N’、21’-2N’)分别与两组光网络单元ONU(8、9)相连，另一边端口中，除其端口11、21分别与两个第二光环行器(11、12)相连外，其余端口均分别与两个星型耦合器解复用端(15、16)相连；分别与两个波导光栅路由器(17、18)相连的两个第二光环形器(11、12)的另外两个端口分别连结至两个星型耦合器(15、16)复用端与3dB耦合器(13)解复用端；星型耦合器(15、16)解复用端除与两个波导光栅路由器WGR(17、18)相连外，还有一个端口与第一粗波分复用器(14)解复用端连接；第一光环行器(10)连接3dB耦合器(13)复用端、第一粗波分复用器(14)复用端以及所述单模光纤(23)。

2.根据权利要求1所述的波分复用无源光网络实现波长利用率增倍的系统，其特征在于所述两组光网络单元ONU(8、9)当中均有一个特殊光网络单元ONU(21、22)提供全组光网络单元ONU上行信号种子光，该特殊光网络单元ONU(21、22)由1个接收机(26、30)、1个第二粗波分复用器(24、31)、1个外调制器(25、28)和1个宽带光源(19、20)构成，其中第二粗波分复用器(24、31)复用端与所述远端节点(2)相连，解复用端分别与接收机(26、30)和调制器(25、28)相连，而调制器(25、28)另一端则与宽带光源(19、20)连接，其余光网络单元ONU则由1个接收机(26、30)、1个第二粗波分复用器(24、31)和一个法布里-珀罗F-P激光器(27、29)构成，其中第二粗波分复用器(24、31)复用端与波导光栅路由器(17、18)相连，解复用端分别与接收机(26、30)和法布里-珀罗F-P激光器(27、29)相连，所述特殊光网络单元ONU(21、22)中宽带光源(19、20)所发射的宽带光不仅包含自身上行信号的载波，还包含组内其余光网络单元ONU的种子光。 

3.一种波分复用无源光网络实现波长利用率增倍的方法，采用根据权利要求书1所述的波分复用无源光网络实现波长利用率增倍的系统，其特征在于：下行时，A、B两波段下行信号经第一光环形器(10)发送至第一粗波分复用器(14)处分离，分别通过各自的星型耦合器(15、16)和第二光环形器(11、12)传到两个波导光栅路由器WGR(17、18)的端口11、21，然后发送至各个光网络单元ONU接收；上行时，在上行信号均处于A波段的I组光网络单元ONU(8)中，先由光网络单元ONU1(21)的宽带光源(19)发出宽频谱光信号，经调制器(25)将其上行信号调制载入后，传送到波导光栅路由器WGR(17)的11’端口，根据波导光栅路由器WGR(17)的波导特性，其11、12、13、...、1N端口输出的信号分别为A₁、A’_N、A’_N-1、...、A’₂，其中，A₁作为光网络单元ONU1(21)的上行信号经依次通过第二光环形器(11)、3dB耦合器(13)和第一光环形器(10)后直接传送至光线路终端OLT(1)处，种子光A’₀₂-A’₁₆则由星型耦合器(15)合波并通过第二光环形器(11)传送回波导光栅路由器WGR(17)的11端口，再由波导光栅路由器WGR(17)分别传送至12’-1N’端口，然后作为种子光注入至光网络单元ONU2、光网络单元ONU3、...、光网络单元ONUN的激光器当中；被锁定的激光器所输出的信号经调制载入上行信息后，被传至波导光栅路由器WGR(17)处并由端口11输出，然后通过第一光环形器(11)在3dB耦合器(13)处与II组光网络单元ONU(9)处于B波段的上行信号合路，最后通过第一光环形器(10)发送至光线路终端OLT(1)接收机阵列(4)接收；II组光网络单元ONU(9)的上行方式也采用上述相应类似方式实现；通过这样的方式，使A、B两波段所有可用波长能够同时承载上下行信号，从而实现波长利用率的倍增。 

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