CN101557540A - 自注入波分复用无源光网络实现波长重用的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自注入波分复用无源光网络实现波长重用的系统和方法。本系统由光线路终端OLT通过馈送连接远端节点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产生及回传。本方法是采用上述系统实现波长重用，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，从而使I组光网络单元ONU的上下行信号波长均能被II组光网络单元ONU重用，不但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，还实现了系统支持的光网络单元ONU数目和波长利用率的增倍。

Description

自注入波分复用无源光网络实现波长重用的系统和方法
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重用的自注入锁定式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。相对于使用较多的外注入锁定式波分复用无源光网络WDM-PON，采用自注入锁定的波分复用无源光网络WDM-PON由于无需昂贵的外置宽带光源，其成本相对较低，上行信号的波长不再受宽带光源频谱的限制，故其适用范围更广。本发明正是基于自注入锁定式波分复用无源光网络，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。
在常规自注入波分复用无源光网络WDM-PON中，为了使光网络单元ONU能将出上行信号的种子光与下行信号分离，二者的波长需设置在不同的波段上。因此，整个系统的可用波长被分为两个波段：一个波段为种子光(包括上行信号)专用，另一个波段则为下行信号专用。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。在入波分复用无源光网络WDM-PON中，波长资源非常紧张，目前开通的C波段可用波长仅为80波，而上述常规自注入波分复用无源光网络WDM-PON需要为每个光网络单元ONU设置两个波长(上行信号光波长和下行信号波长)，因此其网络能支持的网络单元ONU数目仅为40个，网络规模受到严重限制，系统波长利用率也较低。目前已有的各方案均未能解决系统波长利用率低、网络可支持的光网络单元ONU数目过少的问题。
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重用的系统和方法，实现系统波长重用，提高波长利用率，增加网络容量。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结构以及各光网络单元ONU上下行波长分配方式，通过这种新的远端节点RN结构及光网络单元ONU上下行波长分配方式使新的网络系统有效地克服常规自注入锁定式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，即，I组中的下行信号波长在II组中被重用为的上信信号及种子光波长，I组中的上行信号及种子光波长在II组中则被重用为的下信信号波长，由此使I组光网络单元ONU的上下行信号波长均能被II组光网络单元ONU重用，不但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，还实现了系统支持的光网络单元ONU数目和波长利用率的增倍。
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重用的系统由光线路终端OLT、远端节点RN和两组光网络单元ONU构成，其特征在于：1)系统中共有2n个光网络单元ONU分成I组和II组两组，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；2)所述远端节点RN分别连接两组光网络单元ONU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产生及回传。
上述光线路终端OLT由1个光发送机阵列、1个光接收机阵列、2个第一阵列波导光栅AWG和1个3端口光环形器构成。下行信号由光发送机阵列发出后，被第一阵列波导光栅AWG合波并经由3端口光环形器传出光线路终端OLT；传输至光线路终端OLT的上行信号则由第一光环行器发送到第一阵列波导光栅AWG处进行分波后，再由光接收机阵列接收。
上述各光网络单元ONU均由1个第二粗波分复用器、1个光接收机和1个反射式半导体光放大器RSOA构成。其中，第二粗波分复用器的作用在于对传送至光网络单元ONU的种子光和下行信号进行分波，反射式半导体光放大器RSOA不但有下行信号进行放大的作用，还有对其进行再调制从而载入上行信号的作用。系统中的光网络单元ONU被分为两组：组I和组II。其中I组光网络单元ONU使用利用波段A的波长承载下行信号，波段B的波长承载上行信号及其种子光；II组光网络单元ONU利用波段B的波长承载下行信号，波段A的波长承载上行信号及其种子光。由此，使I组光网络单元ONU的上下行信号波长均能被II组光网络单元ONU重用。
上述远端节点RN由1个第一粗波分复用器，2个4端口光环形器、2个第二阵列波导光栅AWG、2n个光纤光栅FBG和2n个耦合器构成。其中，光纤光栅FBG的反射波长被设置在与下行信号不同的波段，且与连接的所述第二阵列波导光栅AWG端口的允许波长相匹配；所述第一粗波分复用器复用端与馈送光纤相连，其解复用端分别连接至两个所述4端口光环行器的2端口；两个4光环行器的1、4端口分别与对方的4、1端口连接，其3端口分别与第二阵列波导光栅AWG复用端连接；所述耦合器解复用端分别与光纤光栅FBG和第二阵列波导光栅AWG的解复用端连接，其复用端通过分布光纤与各光网络单元ONU连接，而光纤光栅FBG的另一端则与吸收介质连接。
一种自注入波分无源光网络实现波长重用的方法为：采用上述系统，下行时，信号由光发送机阵列发出、并被第一阵列波导光栅AWG合波后，通过3端口光环行器传出光线路终端OLT，最终由馈送光纤传输至远端节点RN处，在远端节点RN内，A、B两波段的下行信号被第一粗波分复用器分波后，各自输入4端口光环行器的2端口，并由3端口输出至第二阵列波导光栅AWG处各自分波，最后经由耦合器通过分布光纤传输至各光网络单元ONU，在光网络单元ONU内，信号通过第二粗波分复用器后被光接收机接收；上行时，上行信号先后通过第二粗波分复用器和耦合器后，传输至第二阵列波导光栅AWG处进行合波，合波后的信号将输入4端口光环行器的3端口，从其4端口输出后输送至另一个4端口光环行器的1端口，最后由2端口输出至第一粗波分复用器处合波并由馈送光纤传送回光线路终端OLT，在光线路终端OLT内，信号经过3端口光环行器传送至第一阵列波导光栅AWG处分波后，由光接收阵列接收。
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，实现系统波长重用，使支持的光网络单元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，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自注入波分复用无源光网络实现波长重用的系统结构框图。
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，本自注入波分复用无源光网络实现波长重用的系统由光线路终端OLT 1、远端节点RN 4和两组光网络单元ONU 2，3构成，其中光线路终端OLT 1通过馈送光纤10与远端节点RN 4连接，光网络单元ONU 2，3则通过分布光纤与远端节点RN 4连接。
参见图1，上述系统的光线路终端OLT 1由1个光发送机阵列5、1个光接收机阵列6、2个第一阵列波导光栅AWG 7，8和1个3端口光环形器9构成。下行信号由光发送机阵列5发出后，被第一阵列波导光栅AWG 7合波并经由3端口光环形器9传出光线路终端OLT 1；传输至光线路终端OLT  1的上行信号则由第一光环行器9发送到第一阵列波导光栅AWG 8处进行分波后，再由光接收机阵列6接收。
参见图1，上述系统中各光网络单元ONU 2，3均由1个第二粗波分复用器20，21、1个光接收机22和1个反射式半导体光放大器RSOA 24，25构成。其中，第二粗波分复用器20，21的作用在于对传送至光网络单元ONU 2，3的种子光和下行信号进行分波，反射式半导体光放大器RSOA 24，25不但有下行信号进行放大的作用，还有对其进行再调制从而载入上行信号的作用。系统中的光网络单元ONU 2，3被分为两组：组I 2和组II 3。其中I组光网络单元ONU 2使用利用波段A的波长承载下行信号，波段B的波长承载上行信号及其种子光；II组光网络单元ONU 3利用波段B的波长承载下行信号，波段A的波长承载上行信号及其种子光。由此，使I组光网络单元ONU 2的上下行信号波长均能被II组光网络单元ONU 3重用。
参见图1，上述系统的远端节点RN 4由1个第一粗波分复用器11，2个4端口光环形器12，13、2个第二阵列波导光栅AWG 14，15、2n个光纤光栅FBG 16，17和2n个耦合器18，19构成。其中，光纤光栅FBG 16，17的反射波长即为个光网络单元ONU的种子光及上行信号的波长，该波长被设置在与下行信号不同的波段，且与连接的第二阵列波导光栅AWG14，15端口的允许波长相匹配。因此，既可使各光网络单元ONU 2，3通过第二粗波分复用器20，21对接收到的种子光和下行信号分波，又可使上行信号通过第二阵列波导光栅AWG 14，15而不被滤除。4端口光环形器12，13的作用在于将不同波段的上行信号传送至对应的第二阵列波导光栅AWG  14，15处，并将不同波段的上行信号传送至第一粗波分复用器11的匹配端口。
参见图1，本自注入波分无源光网络实现波长重用的方法为：采用上述系统实现波长重用，下行时，信号由光发送机阵列5发出、并被第一阵列波导光栅AWG 7合波后，通过3端口光环行器9传出光线路终端OLT 1，最终由馈送光纤10传输至远端节点RN 4处，在远端节点RN内，A、B两波段的下行信号被第一粗波分复用器11分波后，各自输入4端口光环行器12，13的2端口，并由3端口输出至第二阵列波导光栅AWG 14，15处各自分波，最后经由耦合器18通过分布光纤传输至各光网络单元ONU，在光网络单元ONU 2，3内，信号通过第二粗波分复用器20，21后被光接收机22，23接收；上行时，反射式半导体光放大器RSOA 24，25发出的信号经由第二粗波分复用器20，21传送至耦合器18，19处，并通过耦合器18，19将信号部分功率注入光纤光栅FBG 16，17中，从光纤光栅FBG  16，17中反射出来的特定波长的光即为种子光，种子光先后通过耦合器18，19和第二粗波分复用器20，21后，输入反射式半导体光放大器RSOA 24，25中进行注入锁定，从而使反射式半导体光放大器RSOA输出信号的波长锁定在种子光所处的波长上。种子光经过反射式半导体光放大器RSOA 24，25放大和再调制之后即生成上行信号，上行信号先后通过第二粗波分复用器20，21和耦合器18，19后，传输至第二阵列波导光栅AWG 14，15处进行合波，合波后的信号将输入4端口光环行器12，13的3端口，从其4端口输出后输送至另一个4端口光环行器13，12的1端口，最后由2端口输出至第一粗波分复用器8处合波并由馈送光纤10传送回光线路终端OLT 1，在光线路终端OLT内，信号经过3端口光环行器9传送至第一阵列波导光栅AWG 8处分波后，由光接收阵列6接收。可见，本自注入波分复用无源光网络中一组光网络单元ONU的上行信号波长可重用为另一组光网络单元ONU的下行信号，而其下行信号则可重用为另一组光网络单元ONU的上行信号，从而达到系统波长利用率增倍，扩大网络规模的目的。

Claims (3)

1.一种自注入波分复用无源光网络实现波长重用的系统，由光线路终端OLT(1)通过馈送光纤(10)连接远端节点RN(4)，而远端节点RN(4)连接多个光网络单元ONU(2，3)构成，其特征在于：
a.共有2n个光网络单元ONU分成I组光网络单元ONU(2)和II组光网络单元ONU(3)两组，每组中的光网络单元ONU(2，3)数目相同；两组光网络单元ONU(2，3)上下行信号所处波段恰好相反；
b.所述远端节点RN(4)分别连接两组光网络单元ONU(2，3)实现对两组光网络单元ONU(2，3)下行信号分离、上行信号合路及种子光的产生及回传。
2.根据权利要求1所述的自注入波分复用无源光网络实现波长重用的系统，其特征在于：所述远端节点RN(4)由1个第一粗波分复用器(11)，2个4端口光环形器(12，13)、2个第二阵列波导光栅AWG(14，15)、2n个光纤光栅FBG(16，17)和2n个耦合器(18，19)构成；所述光纤光栅FBG(16，17)的反射波长被设置在与下行信号不同的波段，且与连接的所述第二阵列波导光栅AWG(14，15)端口的允许波长相匹配；所述第一粗波分复用器(11)复用端与馈送光纤(10)相连，其解复用端分别连接至两个所述4端口光环行器(12，13)的2端口；两个4光环行器(12，13)的1、4端口分别与对方的4、1端口连接，其3端口分别与第二阵列波导光栅AWG(14，15)复用端连接；所述耦合器(18，19)解复用端分别与光纤光栅FBG(16，17)和第二阵列波导光栅AWG(14，15)的解复用端连接，其复用端通过分布光纤与各光网络单元ONU(2，3)连接，而光纤光栅FBG(16，17)的另一端则与吸收介质连接。
3.一种自注入波分复用无源光网络实现波长重用的方法，采用根据权利要求书1所述自注入波分复用无源光网络实现波长重用的系统实现波长重用，其特征在于：下行时，信号由光发送机阵列(5)发出、并被第一阵列波导光栅AWG(7)合波后，通过3端口光环行器(9)传出光线路终端OLT(1)，最终由馈送光纤(10)传输至远端节点RN(4)处，在远端节点RN内，A、B两波段的下行信号被第一粗波分复用器(11)分波后，分别输入两个4端口光环行器(12，13)的2端口，并由3端口输出至第二阵列波导光栅AWG(14，15)处各自分波，最后经由耦合器(18)通过分布光纤传输至各光网络单元ONU，在光网络单元ONU内，信号通过第二粗波分复用器(20，21)后被光接收机(22，23)接收；上行时，上行信号先后通过第二粗波分复用器(20，21)和耦合器(18，19)后，传输至第二阵列波导光栅AWG(14，15)处进行合波，合波后的信号将输入4端口光环行器(12，13)的3端口，从其4端口输出后输送至另一个4端口光环行器(13，12)的1端口，最后由2端口输出至第一粗波分复用器(8)处合波并由馈送光纤(10)传送回光线路终端OLT(1)，在光线路终端OLT内，信号经过3端口光环行器(9)传送至第一阵列波导光栅AWG(8)处分波后，由光接收阵列(6)接收。
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