CN101527610B - 具有1:n波长备份功能的波分复用无源光网络系统 - Google Patents

具有1:n波长备份功能的波分复用无源光网络系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种具有1:N波长备份功能的波分复用无源光网络系统。包括一光网络单元，一远端节点，一中心局，用于与光网络单元进行双向光纤通讯。本发明通过使用一个注入锁定法布里-珀罗激光器来代替大量的DFB激光器和昂贵的波长可调谐激光器可以降低系统维护难度并使得系统开销最少。

Description

具有1:N波长备份功能的波分复用无源光网络系统
技术领域
本发明涉及波分复用无源光网络(WDM-PON)系统，具体说是利用光网络单元(ONU)的上传光对法布里-珀罗激光器进行注入锁定来实现中心局(CO)1:N波长备份的WDM-PON系统。
背景技术
随着网络技术的发展以及各种高带宽业务的出现，使得光纤接入网尤其是无源光网络(PON)成为光通讯领域的研究热点。其中WDM-PON代表着未来无源光网络发展的方向，并有着不可替代的优势。
典型的WDM-PON主要由中心局(CO)、远端节点(RN)和光网络单元(ONU)组成。中心局中主要包含多波长光发射单元、光接收机以及WDM复用/解复用器等器件，负责提供网络间的光接口和相关交换任务，并为光网络单元提供数据传送并对来自光网络单元的数据信息进行管理和监控。远端节点中的光分支设备为无源光器件，如阵列波导光栅AWG或波导光栅路由器WGR，可以降低系统成本以及维护难度，中心局的下行信号经远端节点进行解复用并发送到相应的光网络单元，同时每个光网络单元单元的上传信号经远端节点进行复用后传送回中心局。每个光网络单元都有独立的光收发机负责接收和发送数据信息。
WDM-PON最大的特点在于中心局与各光网络单元间为点对点(P2P)连接，每个光网络单元都有自己独立的波长，无须对信号进行加密。这使得WDM-PON系统的信息安全性大大提高，并且故障诊断变得容易。由于WDM-PON的传输通路与传输协议无关，因此可以支持不同业务的传输。由于使用了WDM复用/解复用器来代替光功率分配器，使得传输中光功率损耗降低，相应的传输距离可以延长。同时结合WDM的优点，WDM-PON可以最大可能的利用网络带宽，并且可以在不改变基础设备的情况下升级网络带宽。
由于WDM-PON中每个光网络单元都有独立的波长，中心局端需要有多波长光源来在不同的波长上传输数据。该多波长光源通常为工作在不同波长上的DFB激光器，该DFB激光器可以将电信号转换成光信号，并通过光纤进行传输，作为光发送机每个DFB激光器的发射波长要与光网络单元的工作波长相对应。为防止DFB激光器因发生故障而中断与光网络单元的通讯，每个发送机都需要有相对应波长的DFB激光器作为备份单元。一旦发送机出现故障不能正常工作，可以通过控制部分对光开关进行切换，用备份发送机进行通讯。然而，该方法的缺点在于需要有大量的DFB激光器作为波长备份，这必定会导致系统成本以及维护难度的增加。美国专利5,299,293中公开了一种WDM网络的发送机1:N备份方案，该方案使用一个可调谐激光器作为备份发送机，当有发送机发生故障时，通过调节可调谐激光器的工作波长可以使其工作在故障机的波长处来实现波长的备份。该方案的缺点在于所使用的波长可调谐激光器价格昂贵，同时还要求波长可调谐激光器具有宽的波长调谐范围和高的调制速率。
发明内容
为了解决上述问题做出本发明，本发明的目的在于利用注入锁定法布里-珀罗激光器102来实现一种具有1:N波长备份功能的WDM-PON网络。本发明的另一个目的在于使用廉价的注入锁定法布里-珀罗激光器102的WDM-PON网络，通过使用一个注入锁定法布里-珀罗激光器102来代替大量的DFB激光器和昂贵的波长可调谐激光器可以降低系统维护难度并使得系统开销最少。
本发明提出一种具有1:N波长备份功能的波分复用无源光网络(WDM-PON))系统，其特征在于，包括：
一光网络单元120，该光网络单元120包括：
多个光网络单元2-1、12-2、……12-n，
一远端节点110，
一中心局100，用于与光网络单元120进行双向光纤通讯，该中心局100包括：
一阵列波导光栅101，用于将下行光信号复用，同时用于上行光信号的解复用；
多个发送机10-1、10-2、……10-n，用于输出不同波长的光信号；
多个接收机20-1、20-2、……20-n，用于接收不同波长的光信号；
多个上/下行光开关21-1、21-2、……21-n/11-1、11-2、……11-n，用于对波长备份单元106和故障发送机或接收机进行切换；
一波长备份单元106，用于对故障发送机或接收机进行备份保护。
进一步，所述波长备份单元106包括：
一法布里-珀罗激光器102，用于对故障发送机进行备份保护；
一备份接收机103，用于对故障接收机进行备份保护；
一光耦合器104，该耦合器输出分别与备份接收机103和法布里-珀罗激光器102相连；
一阵列波导光栅105，用于接收或发送备份光信号。
进一步，当中心局100某一发送机发生故障时，上/下光开关21-1、21-2、……21-n/11-1、11-2、……11-n进行状态切换，使得波长备份单元106对该故障发送机进行备份保护。
进一步，每个所述发送机10-1、10-2、……10-n与每个接所述收机20-1、20-2、……20-n之间的波长一一对应于λ1、λ2、……λn。
进一步，每个所述光网络单元2-1、12-2、……12-n都包含一个接收机130和发送机131。
进一步，光网络单元2-1、12-2、……12-n的工作波长与中心局100的发送机10-1、10-2、……10-n和接收机20-1、20-2、……20-n之间的波长一一对应于λ1、λ2、……λn。
进一步，每个光网络单元2-1、12-2、……12-n发送光信号的波长与接收光信号的波长相同。
进一步，所述中心局100与所述远端节点110之间通过干线光纤1相连接。
进一步，所述远端节点110与所述光网络单元2-1、12-2、……12-n之间通过光纤支路2-1、2-2、……2-n连接。
进一步，所述远端节点110包括阵列波导光栅111。
附图说明
图1为依据本发明来实施的WDM-PON系统1:N波长备份的结构示意图；
图2为依据本发明来实施的波长备份工作原理图；
图3a为举例说明用于波长备份的法布里-珀罗激光器102在注入锁定前的输出光谱；
图3b为举例说明用于波长备份的法布里-珀罗激光器102在注入锁定后的输出光谱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1为依据本发明来实施的WDM-PON系统1:N波长备份的结构示意图。如图1所示，该具有1:N波长备份功能的WDM-PON系统主要包括光网络单元(ONU)120、远端节点(RN)110、中心局(CO)100以及位于中心局100的波长备份单元106。如图1所示，中心局(CO)100负责提供网络间的光接口和相关交换任务，并为光网络单元(ONU)120提供数据传送并对来自光网络单元的数据信息进行管理和监控。中心局(CO)100通过干线光纤1与远端节点(RN)110连接远端节点(RN)110与光网络单元12-1、12-2、……12-n通过光纤支路2-1、2-2、……2-n连接。远端节点(RN)110用于对中心局(CO)100的下行信号解复用，并通过光纤支路2-1、2-2、……2-n将信号传送到相对应的光网络单元12-1、12-2、……12-n。同时光网络单元12-1、12-2、……12-n的上行信号经过光纤支路2-1、2-2、……2-n传送到远端节点(RN)110，远端节点(RN)110将上行信号复用后经干线光纤1传送回中心局(CO)100。
光网络单元12-1、12-2、……12-n有其相应的工作波长λ1、λ2、……λn，并通过独立的光纤支路2-1、2-2、……2-n与远端节点110连接。其中如光网络单元12-1，包含一个接收机130和发送机131用于光信号的接收和发射，二者分别由光探测器和DFB激光器构成并工作在λ1波长上。
远端节点110主要由阵列波导光栅111构成，主要功能为：通过光纤支路2-1、2-2、……2-n接收来自光网络单元12-1、12-2、……12-n的光信号，经复用后通过干线光纤1发送到中心局100。同时通过干线光纤1，远端节点110接收从中心局100发出的不同波长λ1、λ2、……λn的光信号，光信号通过阵列波导光栅111解复用后，经光纤支路2-1、2-2、……2-n传送到相对应的光网络单元12-1、12-2、……12-n。
中心局100主要包括：阵列波导光栅101，发送机10-1、10-2、……10-n，接收机20-1、20-2、……20-n，下行光开关11-1、11-2、……11-n，上行光开关21-1、21-2、……21-n以及波长备份单元106。其中发送机10-1、10-2、……10-n由固定波长的DFB激光器构成，接收机20-1、20-2、……20-n由光探测器构成。其中，阵列波导光栅101与发送机10-1、10-2、……10-n，接收机20-1、20-2、……20-n通过光纤连接，并且可以通过下行光开关11-1、11-2、……11-n，上行光开关21-1、21-2、……21-n对光路进行切换。波长备份单元106包括：由法布里-珀罗激光器102构成的备份发送机、备份接收机103、光耦合器104和阵列波导光栅105。由法布里-珀罗激光器102构成的备份发送机通过光纤和阵列波导光栅105连接，同时还通过光纤与光耦合器104连接，用于对光发送单元进行波长备份保护。备份接收机103通过光纤与光耦合器104连接，用于对光接受单元进行备份保护。光耦合器104通过光纤与阵列波导光栅105连接。阵列波导光栅105通过光纤与下行光开关11-1、11-2、……11-n和上行光开关21-1、21-2、……21-n连接，从而可以实现波长的备份保护。正常工作时，该WDM-PON系统的中心局100与光网络单元12-1、12-2、……12-n之间为点对点通讯，其工作原理如下：上/下行光开关21-1、21-2、……21-n/11-1、11-2、……11-n用以保证波长备份单元106无信号输入和输出。发送机10-1、10-2、……10-n发送波长为λ1、λ2、……λn的下行光信号，经阵列波导光栅101复用后通过干线光纤传送至远端节点110。经远端节点110解复用后经光纤支路2-1、2-2、……2-n传送到光网络单元12-1、12-2、……12-n。同时光网络单元12-1、12-2、……12-n发送波长为λ1、λ2、……λn的上行光信号，经远端节点110复用后通过干线光纤传送到中心局100。上行光信号经阵列波导光栅101解复用为不同波长λ1、λ2、……λn的独立光信号，并由接收机20-1、20-2、……20-n进行接收。
如图2所示，当中心局100发送机10-1或接收机20-1出现故障时，波长备份单元106需要对波长为λ1的光信号进行备份保护，该WDM-PON系统按如下状态工作。
下行光开关11-1和上行光开关21-1对光路进行切换，使得波长为λ1的上行光信号经上行光开关21-1进入波长备份单元106，经光耦合器104部分光被备份接收机103接收以实现故障接收机20-1的备份保护。经光耦合器104部分光注入到法布里-珀罗激光器102中，并对法布里-珀罗激光器102进行注入锁定。图3为法布里-珀罗激光器102注入锁定前后的光谱图。如图3a所示，没有光信号注入时法布里-珀罗激光器102为多纵模发射谱。如图3b所示，当波长为λ1的光信号对法布里-珀罗激光器102进行注入锁定后，法布里-珀罗激光器102的工作模式被锁定在λ1处，腔内的其他模式都被抑制。经波长λ1注入锁定后的法布里-珀罗激光器102的输出通过阵列波导光栅105和下行光开关11-1进入到阵列波导光栅101。注入锁定使得法布里-珀罗激光器102成为工作在λ1处的单模光源，实现了对故障发送机10-1的备份保护。
如上所述，在波长备份单元106使用了法布里-珀罗激光器102，通过切换与故障发送机/接收机相对应的光开关，使得法布里-珀罗激光器102被注入锁定，实现了对中心局100发送机的1:N备份保护。同时在波长备份单元106使用了备份接收机103，可以实现中心局100接收机的1:N备份保护。综合以上方法实现了对WDM-PON系统中心局100的1:N波长备份。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种具有1：N波长备份功能的波分复用无源光网络(WDM-PON)系统，其特征在于，包括：
一光网络单元(120)，该光网络单元(120)包括：
多个光网络单元(12-1、12-2、……12-n)，
一远端节点(110)，
一中心局(100)，用于与光网络单元(120)进行双向光纤通讯，该中心局(100)包括：
一阵列波导光栅(101)，用于将下行光信号复用，同时用于上行光信号的解复用；
多个发送机(10-1、10-2、……10-n)，用于输出不同波长的光信号；
多个接收机(20-1、20-2、……20-n)，用于接收不同波长的光信号；
多个上/下行光开关(21-1、21-2、……21-n/11-1、11-2、……11-n)，用于对波长备份单元(106)与故障发送机进行切换，或对波长备份单元(106)与故障接收机进行切换；
一波长备份单元(106)，用于对故障发送机或接收机进行备份保护；
其中，所述波长备份单元(106)包括：
一法布里-珀罗激光器(102)，用于对故障发送机进行备份保护；
一备份接收机(103)，用于对故障接收机进行备份保护；
一光耦合器(104)，该耦合器输出分别与备份接收机(103)和法布里-珀罗激光器(102)相连；
一阵列波导光栅(105)，用于接收或发送备份光信号。
2.如权利要求1所述的波分复用无源光网络系统，其特征在于，当中心局(100)某一发送机发生故障时，上/下行光开关(21-1、21-2、……21-n/11-1、11-2、……11-n)进行状态切换，使得波长备份单元(106)
对该故障发送机进行备份保护。
3.如权利要求1所述的波分复用无源光网络系统，其特征在于，每个所述发送机(10-1、10-2、……10-n)与每个所述接收机(20-1、20-2、……20-n)之间的波长一一对应于λ1、λ2、……λn，其中λ1、λ2、……λn是相应光网络单元12-1、12-2、……12-n的工作波长。
4.如权利要求1所述的波分复用无源光网络系统，其特征在于，每个所述光网络单元(12-1、12-2、……12-n)都包含一个接收机(130)和发送机(131)。
5.如权利要求4所述的波分复用无源光网络系统，其特征在于，光网络单元(12-1、12-2、……12-n)的工作波长与中心局100的发送机(10-1、10-2、……10-n)和接收机(20-1、20-2、……20-n)之间的波长一一对应于λ1、λ2、……λn，其中λ1、λ2、……λn是相应光网络单元12-1、12-2、……12-n的工作波长。
6.如权利要求5所述的波分复用无源光网络系统，其特征在于，每个光网络单元(12-1、12-2、……12-n)发送光信号的波长与接收光信号的波长相同。
7.如权利要求1所述的波分复用无源光网络系统，其特征在于，所述中心局(100)与所述远端节点(110)之间通过干线光纤(1)相连接。
8.如权利要求1所述的波分复用无源光网络系统，其特征在于，所述远端节点(110)与所述光网络单元(12-1、12-2、……12-n)之间通过光纤支路(2-1、2-2、……2-n)连接。
9.如权利要求1所述的波分复用无源光网络系统，其特征在于，所述远端节点(110)包括阵列波导光栅(111)。
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