CN101490987A

CN101490987A - 使用光学放大信号的非现场调制的长距离无源光网络

Info

Publication number: CN101490987A
Application number: CN200780027004.7A
Authority: CN
Inventors: 纳维那·格内; 欧万·平斯明; 伯特兰·勒古亚德尔
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 2006-07-20
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2009-07-22
Also published as: EP2050213B1; WO2008009849A3; US20090269059A1; JP2009545197A; JP5193199B2; WO2008009849A2; EP2050213A2; US8238756B2

Abstract

本发明涉及无源光网络，包括通过所述网络的至少一个分支(24，26_j)链接到线路终端设备(27_i)中的至少一项的光学交换站(OC)，所述分支包括至少一个无源放大媒介(24，28)，所述光学交换站包括：－用于发送/接收第一光学数据信号的装置(20)；－第一放大装置(210，21)，包括用于发送至少一个第二光学放大信号的装置，所述第二信号以放大光学信号的光功率的方式来激励放大媒介，所述线路终端设备包括：－用于接收第一光学信号的装置(R’)；－用于调制第二光学放大信号的装置(35)；－用于将所述调制后的第二信号注入到所述网络的装置(30)。

Description

使用光学放大信号的非现场调制的长距离无源光网络

技术领域

本发明涉及光学接入网络，更具体地涉及无源光网络(passive opticalnetwork，PON)形式的接入网络。

背景技术

标准无源光学接入网络具有20公里(km)量级的范围。该受限的范围与下列事实相关：在无源光网络中，例如耦合器、多路复用器和光纤的光学组件使得信号在该网络中传送时损耗光功率，并且正被传送的信号不能在没有招致约束的情况下放大来补偿所述损耗。在无源光网络中，通过单根光纤来运送下行链路光学信号(即，由中心站发送到用户的光学信号)和上行链路光学信号(即，由用户设备发送到光学中心站的光学信号)。这减少了网络的成本。然而，使用单根光纤来运送上行链路和下行链路光学信号招致了对传送那些光学信号的功率的约束，这导致了受限的网络范围。

尽管无源光学接入网络的范围在城市地区是足够的，在该城市地区中用户距光学中心站5km到10km量级的相对短距离，但是这不适用于农村地区中的用户，在农村地区中用户通常在地理上分散、并且因此通常位于比无源光网络的标准范围更远的距光学中心站的一段距离处。因此，那些用户不能够受益于由无源光网络提供的高传送比特率，因此不能受益于需要高比特率连接的出售中的服务。

本专利申请的发明人先前已经建立了以与本专利申请相同的申请人的名义在法国专利申请No.06/52705中描述的长距离(long-reach)无源光网络。它是一种点对多点网络，例如，如图1所示。光学中心站OC构成网络的第一末端。光纤14的第一末端连接到光学中心站OC的输出。光纤14的第二末端连接到光学耦合器15的输入，该光学耦合器15具有一个输入和N个输出，N表示网络中分支的数目。光纤14被称作网络的主分支。光纤16_j(j∈{1，2，...，N})的第一末端连接到光学耦合器15的N个输出之一S_j。光纤16_j的第二末端连接到线路终端设备17_i，i∈{1，2，...，N}，该线路终端设备17_i连接到一个或多个用户。光纤16₁到16_N被称作网络的辅助分支。

光学中心站OC包括产生与特定波长相关联的光学信号的第一激光器10。在所述网络中，该第一光学信号运送被寻址到根据时分复用原理连接的用户的数据。光学中心站还包括第二激光二极管110，该第二激光二极管110用以产生与不同于与数据光学信号相关联的波长的特定波长相关联的放大光学信号。

在这种类型的网络中，掺铒光纤部分18被插入到主光纤14中。光纤部分18用作无源放大媒介。

来自第一激光二极管110的放大光学信号激励光纤部分18中的铒原子。当铒原子返回到它们的非激发状态时，它们根据受激发射原理、以与在网络中在传送时的数据光学信号的波长对应的波长来释放光子。这些光子增加了数据信号的光功率。这种技术被称作远程放大，因为放大媒介18是在网络中，而不是在放大装置中，这里激光二极管110在光学中心站OC中。因此，通过增加数据信号I的光功率，可能使其行进更远的距离。这种类型的网络可以实现一百公里量级的范围。

当然，存在其他媒介和其他线路中(in-line)无源放大技术，例如拉曼效应(Raman effect)放大技术，其使用光纤14作为放大媒介。

然而，尽管使用无源放大媒介减少了无源光网络的成本，但是无源光学接入网络对于电信运营商来说仍旧是成本较高。所述无源光网络的终端配备有大量的消耗电能的昂贵组件，例如产生数据信号的激光器、用作放大装置的激光二极管和在线路终端设备中放置的有源传送装置。而且，所述网络服务于大量的用户，这增加了那些组件的数目，因此增加了网络的成本。因此需要进一步减少所述无源光网络的运行成本。

发明内容

本发明解决了这一需要来减少无源光网络的运行成本，而不向网络引入附加的组件。

本发明提供了一种无源光网络，包括光学中心站，所述光学中心站通过包括无源放大媒介的所述网络的分支连接到线路终端设备，所述中心站包括：

·用于发送/接收第一数据光学信号的装置；和

·第一放大装置，包括用于发送第二放大光学信号的装置，所述第二信号激励放大媒介以放大光学信号的光功率；并且

所述线路终端设备包括：

·用于接收第一光学信号的装置；

·用于调制第二放大光学信号的装置；和

·用于将调制后的第二信号注入到所述网络的装置。

第二放大信号是被光学中心站中的放大装置的传送装置传送的连续信号，以便激励在本发明的网络的分支中的放大媒介。放大装置的这些传送装置通称为泵(pump)。在所述泵的输出处的连续第二放大光学信号不运送任何数据。本发明提出在线路终端设备中使用该信号来运送寻址到光学中心站(即上行链路方向上)的数据。结果，在线路终端设备中通过它运送的数据来调制第二光学信号。

因此根据本发明，第二光学信号具有两个独特的功能。第一，它激励放大媒介来增加下行链路数据信号的光功率，和第二，它在上行链路方向上传送数据。

通过每个线路终端设备中的调制装置调制第二放大光学信号去除了标准线路终端设备中的有源传送装置。给定了可连接到无源光学接入网络的用户的数目，去除线路终端设备中的有源传送装置极大地减少了网络运行成本。

根据本发明的网络的一个特征，该网络包括：

·用于分离第一光学信号和第二光学信号的装置；

·用于放大所述第二光学信号的装置；和

所述用于调制第二光学信号的装置连接到用于分离第一信号和第二信号的装置的输出、和用于放大所述第二光学信号的装置的输入。

在本发明的实现中，调制装置由电吸收调制器组成，用于分离第一信号和第二信号的装置由布拉格光栅(Bragg grating)组成，并且最后，所述放大装置由半导体放大器组成。这些独立光学组件都是批量生产的，并且现货供应。因此，根据这种发明的实施例的线路终端设备的成本相对较低。

在本发明的网络的第一实施例中，网络的分支包括第一光纤，并且第一放大装置包括用于发送第二放大光学信号的第一装置和用于发送用以放大所述第二光学信号的第三放大光学信号的第二装置。

在该实施例中，下行链路和上行链路信号在相同的光纤中行进。以其传送也被用来在上行链路方向上运送数据的第二放大信号的光功率必须不超过瑞利反向散射(Rayleigh backscattering)(其对接收器有害)发生之上的值。对于能够以将被调制的足够功率到达线路终端设备的第二光学信号，它的光功率必须增加。这是为什么第一放大装置包括第二传送装置(其构成第二泵)的原因，该第二传送装置的功能是激励无源放大媒介来增加第二光学信号的光功率。来自该第二泵的光学信号不放大第一数据信号的光功率。而且，第三光学信号增加在下行链路方向和上行链路方向二者上的第二光学信号的光功率。

在本发明的网络的第二实施例中，其中网络包括至少两个线路终端设备，每一个线路终端设备通过网络的相应第一分支和相应第二分支连接到分配元件，所述分配元件通过网络的第三分支连接到光学中心站，所述网络进一步包括第二放大装置，该第二放大装置连接到所述分配元件并且适于放大待由所述分配元件分配的光学信号的光功率。

在分配元件附近放置构成第三泵的第二放大装置的传送装置使得可能在各个线路终端设备之间共享泵，从而减少了网络成本。

在本发明的网络的另一个实施例中，网络的分支包括第二光纤，第一光纤运送第一信号和第二信号到线路终端设备，而第二光纤运送调制后的第二信号到光学中心站。

分开下行链路和上行链路方向防止瑞利反向散射中断通过光学中心站的接收装置调制的第二信号，所述瑞利反向散射是在线路终端设备处反射一部分第二光学信号引起的。

因为下行链路信号和上行链路信号在两条分离的光纤中行进，因此可能增加激光二极管的功率。然后可以进一步增加第一数据信号的光功率。因此，单个放大媒介可能就足够了。

第一放大装置和第二放大装置的第一传送装置和第二传送装置有利地包括激光二极管。

这些光学组件是批量生产的，并因此成本相对较低。

本发明最后提供了一种无源光网络的线路终端设备，所述线路终端设备适于接收第一数据光学信号，所述设备包括：

·用于接收第一光学信号的装置；

·用于分离所述第一放大光学信号和第二放大光学信号的装置；

·用于调制第二放大光学信号的装置；

·用于放大调制后的第二光学信号的装置；

·用于将调制后的第二信号注入到所述网络的装置；

所述调制装置连接到用于分离第一信号和第二信号的装置的输出、以及放大装置的输入。

根据本发明的线路终端设备的一个特征，用于分离第一光学信号和第二光学信号的装置包括布拉格光栅，用于调制第二光学信号的装置包括电吸收调制器，并且所述放大装置包括半导体光学放大器。

这些光学组件由于它们的广泛使用而成本相对较低。

附图说明

在阅读参考附图给出的本发明优选实施例的描述时，本发明的其他特征和优点会变得明显，其中：

图1描绘了本专利申请的发明人已知的长距离无源光学接入网络；

图2描绘了使用光纤和一部分掺铒光纤作为放大媒介的长距离TDM无源光网络；

图3描绘了本发明的线路终端设备；和

图4描绘了其分支包括运送上行链路信号的光纤和运送下行链路信号的光纤的长距离TDM无源光网络。

具体实施方式

图2描绘了根据本发明的第一实施例的长距离TDM无源光学点对多点网络。光学中心站OC构成网络的第一末端。光纤24的第一末端连接到光学中心站OC的输出。光纤24的第二末端连接到光学耦合器25的输入，该光学耦合器25具有一个输入和N个输出，N表示网络分支的数目。光纤24被称作网络的主分支。光纤26_j(j∈{1，2，...，N})的第一末端连接到光学耦合器25的N个输出之一S_j。光纤26_j的第二末端连接到线路终端设备27_i，i∈{1，2，...，N}，该线路终端设备27_i连接到一个或多个用户。光纤26₁到26_N被称作网络的辅助分支。

光学中心站OC包括产生与特定波长相关联的第一光学信号的第一激光器20。在所述网络中，该第一光学信号运送向根据时分复用原理连接的各个用户发送的数据。光学中心站还包括第二激光二极管210和第三激光二极管21，该第二激光二极管210用以产生与不同于与第一数据光学信号相关联的波长的特定波长相关联的第二放大光学信号，该第三激光二极管21产生与不同于先前两个波长的特定波长相关联的第三放大光学信号。第二放大光学信号和第三放大光学信号是连续的信号，即，它们不运送在下行链路方向上的数据。

激光器20以及激光二极管210和21的输出都各自连接到3:1光学多路复用器22的输入，该3:1光学多路复用器22具有三个输入和一个输出。光学中心站OC还包括用于接收线路终端设备27₁到27_N发送的信号的模块R。光学多路复用器22的输出和接收器模块R的输入都各自连接到三端光学循环器23的输入。光纤24的第一末端连接到光学循环器23的第三端口，首先使得激光器20以及激光二极管210和21产生的信号能够通过朝向线路终端设备27₁到27_N的网络，其次使得由线路终端设备发送的信号能够通过朝向光学中心站OC和接收器装置R的网络。

构成网络的光纤24以及26₁到26_N中的每条光纤使得光学信号能够在网络上进行双向传送；换句话说，相同的光纤运送从线路终端设备到光学中心站的上行链路信号以及从光学中心站到线路终端设备的下行链路信号。这减少了安装网络的成本并且便于维护。

在该实施例中，掺铒光纤部分28被插入到主光纤24。该光纤部分28用作数据光学信号的无源放大媒介。该放大媒介被激光二极管210产生的放大光学信号激励并且因此放大数据光学信号。这种放大技术被称作远程光学泵浦放大(ROPA)。

在附图中未示出的本发明的实施例中，掺铒光纤部分28被插入到网络的辅助分支26₁到26_N的一个或多个中。

为了减少网络运行成本，本专利申请的发明人提议去除存在于标准线路终端设备中的传送装置。

图3描绘了本发明的线路终端设备27_i，其包括第一光学循环器30，它的运行原理与循环器33的运行原理相同。光学循环器30的第一端口连接到第二光学循环器32的第一输入端口。第二光学循环器32的第二端口连接到布拉格光栅33的输入。布拉格光栅33连接到用于接收下行链路数据光学信号的接收器装置R’。当第一数据光学信号和第二放大光学信号到达线路终端设备27_i的输入时，布拉格光栅33将第一数据光学信号与第二放大光学信号进行分离。布拉格光栅33反射第二光学信号，并且允许第一数据光学信号通过它到接收器装置R’。

以这种方式反射的第二光学信号经由第二循环器32的第三端口被发送到调制器35的输入，该调制器35用于调制光学信号，其例如是适于使用要发送到光学中心站的数据调制第二光学信号的电吸收调制器(EAM)。电吸收调制器接收将要使用其以电信号调制第二光学信号的数据。一旦第二光学信号已经被待发送到光学中心站OC的数据调制，则它被发送到半导体光学放大器36的输入，该半导体光学放大器36放大调制后信号的光功率。最后，半导体光学放大器36的输出连接到光学循环器30的第二端口。循环器30的第三端口连接到光纤26_j，它将调制后的信号注入到去向光学中心站的网络的分支。电吸收调制器35和半导体光学放大器36组成用于调制和放大所述放大信号的装置M。

在该实施例中，第二激光二极管21保证第二放大光学信号到达线路终端设备27_i。它发出用于激励光纤24的第三放大信号，光纤24随后变成放大媒介。在通过光纤24时，由激光二极管210产生的第二放大信号的光功率增加。这种技术使用RAMAN效应来产生在整个光纤长度上分布的放大。

例如，如果数据光学信号的波长是1550纳米(nm)，则由激光二极管210产生的第二光学信号的波长必须是1480nm。为了增加由激光二极管210产生的第二放大信号的光功率，由激光二极管21产生的第三放大信号的波长必须是1380nm。

最后，因为这两个信号与相同的波长相关联，因此在线路终端设备中被调制并且被注入到网络以便将其发送到光学中心站的第二光学信号使得其光功率在通过光纤24时被放大，就象由激光二极管210产生的第二放大信号一样。

上面的两表给出了在包括两个放大媒介24和28的网络的下行链路和上行链路方向中的光功率平衡的示例。

这些表示出了平衡下行链路和上行链路传送方向的光学预算。在上行链路方向中，光学中心站OC接收的光功率大于瑞利反向散射光学信号的功率。因此，光学中心站OC中的接收器装置R并没有被反向散射的信号遮蔽，并且上行链路数据光学组件的接收未中断。

再次参考图2，描述本发明的第二实施例。在该实施例中，光纤仅仅是用于数据和放大光学信号的放大媒介。

在该实施例中，激光二极管210产生的第二放大光学信号激励光纤24，并且因此当数据光学信号通过光纤24时，它的光功率增加。激光二极管21产生的第三放大光学信号激励光纤24，从而激光二极管210产生的第二放大光学信号的光功率随着其穿过光纤24而增加。

例如，如果数据光学信号的波长是1550nm，则激光二极管210产生的第二光学信号的波长必须是1450nm。为了增加激光二极管210产生的第二放大信号的光功率，激光二极管21产生的第三放大信号的波长必须是1350nm。

上面的两表给出了在包括一个放大媒介24的网络的下行链路和上行链路方向中的光功率平衡的示例。

这些表示出了平衡下行链路和上行链路传送方向的光学预算。在上行链路方向中，光学中心站OC接收的光功率大于瑞利反向散射光学信号的功率。因此光学中心站OC中的接收器装置R并没有被反向散射的信号遮蔽，并且上行链路数据光学组件的接收未中断。

再次参考图2，可能经由多路复用器31将发送第四放大光学信号的第三激光二极管29连接到光学耦合器25的输入。为了防止来自激光二极管21和210的放大光学信号遮蔽激光二极管29，在多路复用器31与激光二极管29之间放置隔离器。来自该第三激光二极管29的第四放大光学信号被注入到光学耦合器25，以便放大上行链路和下行链路数据光学信号。例如，在包括两个放大媒介24和28的本发明的实施例中，激光二极管29产生与波长1380nm相关联的放大光学分量，或者在仅包括一个放大媒介的网络的实施例中，激光二极管29产生与波长1350nm相关联的放大光学分量。

共享第三激光二极管29通过去除标准线路终端设备中的放大装置而减少了网络成本。

图4描绘了长距离TDM无源光网络的另一实施例。为参考先前附图描述的实施例所共有的网络组件具有相同的附图标记，并不再描述。

在该实施例中，网络的分支包括两条光纤，每条光纤专用于光学信号在网络的传送中的一个方向。因此网络的主分支由光纤24₁和24₂组成。光纤24₁传输由激光器20和激光二极管21产生的光学信号。相同的光学信号施加到辅助光纤26₁到26_N。主光纤24₂以及辅助光纤26’₁到26’_N传输上行链路调制的光学信号。

在该实施例中，修改线路终端设备27₁到27_N，以使它们适应具有两条光纤的这种配置。因此，在该设备中，省去了循环器30，并因此光纤26_j直接连接到循环器32的第一端口。光纤26’_j连接到半导体光学放大器36的输出，该半导体光学放大器36使得调制后的光学信号能够被传输到光学中心站OC。

因为光纤24₁和26₁到26_N专用于下行链路通信方向，因此可能增加由激光器20产生的数据信号的功率以及由激光二极管21产生的第二放大信号的功率，而没有中断经由光学中心站的接收器装置R的上行链路调制后的光学信号接收的风险。在分离的光纤中传输下行链路和上行链路信号消除了中断光学信号接收的瑞利反向散射影响。

在第一实施例中，无源放大媒介是光纤24₁或26_j之一中放置的掺铒光纤部分28。在第二实施例中，无源放大媒介由光纤24₁和26₁到26_N组成。

上面的两表给出了在其分支由两条光纤组成的网络的下行链路和上行链路方向中的光功率平衡的示例，其中一个表针对上行链路方向，一个表针对下行链路方向，并且其中放大媒介由掺铒光纤放大器部分28组成。

在附图中未示出的实施例中，可能经由多路复用器将发送第三放大光学信号的第三激光二极管连接到光学耦合器25₂的输入。为了防止来自激光二极管20和210的放大光学信号遮蔽第三激光二极管，在多路复用器与第三激光二极管之间放置隔离器。来自该第三激光二极管的第三放大光学信号被注入到光学耦合器25₂以便放大上行链路数据光学信号。例如，在包括由光纤24₂组成的单个放大媒介的本发明的实施例中，激光二极管发送与波长1350nm相关联的放大光学分量。

共享第三激光二极管通过去除在标准线路终端设备中包含的放大装置而减少了网络成本。

不管选择哪个实施例，都不必如在其中网络的分支仅由一条光纤组成的实施例中一样放大第二放大信号，这是因为在每个分支中具有多于一条光纤的实施例中由于不存在瑞利反向散射影响所以放大信号的光功率更大。因此仅必须放大数据光学信号。

本发明的所有实施例可被用于点对点光学网络。所述实施例必须或者包括用于网络的每个分支的放大激光器、或者包括单个激光器和使得网络的所有分支共享它的装置。

Claims

1.一种无源光网络，包括光学中心站(OC)，所述光学中心站通过包括无源放大媒介(24，28)的所述网络的分支(24，26)连接到线路终端设备(27_i)，所述中心站包括：

·用于发送/接收第一数据光学信号的装置(20，R)；和

·第一放大装置(210，21)，包括用于发送第二放大光学信号的装置，所述第二信号激励放大媒介(24，28)以放大光学信号的光功率；并且

所述线路终端设备包括：

·用于接收第一光学信号的装置(R’)；

·用于调制第二放大光学信号的装置(35)；和

·用于将调制后的第二信号注入到所述网络的装置(30)。

2.如权利要求1所述的网络，其特征在于包括：

·用于分离第一光学信号和第二光学信号的装置(33)；

·用于放大所述第二光学信号的装置(36)；和

·其特征在于：所述用于调制第二光学信号的装置(35)连接到用于分离第一信号和第二信号的装置(30)的输出、和用于放大所述第二光学信号的装置(36)的输入。

3.如权利要求1或权利要求2所述的网络，其特征在于：网络的分支包括第一光纤(24)，并且放大装置(21，210)包括用于发送第二放大光学信号的第一装置(210)和用于发送用以放大所述第二光学信号的第三放大光学信号的第二装置(21)。

4.如权利要求3所述的网络，包括至少两个线路终端设备(27_i)，所述线路终端设备分别通过网络的相应第一分支(26_j)和网络的相应第二分支(26’_j)连接到分配元件(25₁，25₂)，所述分配元件通过网络的第三分支(24₁，24₂)连接到光学中心站，其特征在于，所述网络包括第二放大装置(28)，该第二放大装置连接到所述分配元件并且适于放大由所述分配元件处理的光学信号的光功率。

5.如权利要求1到4中的任一项所述的网络，其特征在于，网络的分支包括第二光纤(24₂)，第一光纤(24₁)运送第一信号和第二信号到线路终端设备，而第二光纤(24₂)运送调制后的第二信号到光学中心站。

6.如任一在前权利要求所述的网络，其特征在于第一放大装置和第二放大装置(210，21)的第一传送装置和第二传送装置(210，21)包括激光二极管。

7.一种无源光网络的线路终端设备(27_i)，所述线路终端设备适于接收第一数据光学信号，所述设备包括：

·用于接收第一光学信号的装置(R’)；

·用于分离所述第一放大光学信号和第二放大光学信号的装置(33)；

·用于调制第二放大光学信号的装置(35)；

·用于放大第二光学信号的装置(36)；

·用于将调制后的第二信号注入到所述网络的装置(30)；

所述调制装置(35)连接到用于分离第一信号和第二信号的装置(33)的输出、以及放大装置(36)的输入。

8.如权利要求7的线路终端设备，其特征在于，用于分离第一光学信号和第二光学信号的装置(33)包括布拉格光栅，用于调制第二光学信号的装置(35)包括电吸收调制器，并且放大装置(36)包括半导体光学放大器。