CN101557542B - 可升级的无源光网络 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可升级的无源光网络。所述无源光网络通过子系统PON2为附加的高速通信被升级。附加的子系统PON2经由附加的上行和下行信道利用第二下行时分复用信号(D2j)和第二上行复用突发信号(U2j)使新型光网络终端(ONT2)之间的独立高速通信得以实现。

Description

可升级的无源光网络
技术领域
本发明涉及可实现标准和高速通信的可升级的无源光网络。
背景技术
M.Rasztovits-Wiech在ECOC2006，论文Mo4.5.7，2006的文章“用于未来超大无源光网络的双向EDFA”中描述了一种在城域网中除了TDM(时分复用)外还使用WDM(波分复用)的XL-PON(无源光网络/超PON)系统。不同的光载波信号对于光线路终端OLT和城域接入点MAP之间的每个连接来说是必要的。光分配网络(ODN)通过分离器(splitter)将多个光网络终端ONT与城域接入点进行连接。在基础系统中，使用相同的波长进行所有ONT上行突发(burst)信号的传输。
已知的还有：在MAP中使用波长转换器，以便在ODN中所有下行信号也能用相同的波长传输。
静态和动态带宽分配是满足客户的不同要求的方法。根据该方法，突发和数据分组的长度根据客户的要求会有所变化。但是，特别地，总的上行带宽保持不变，可能不满足未来的需求。高分离因数进一步加剧了带宽问题。
在HARALD ROHDE等人在SPI APOC 2007会议论文6784-8的文件“面向未来接入网络：XL-PON、PIEMAN和充分可调的网络”描述了一种充分灵活的PON，具有可调的ONT(光网络终端或光网络单元ONU)。这个未来系统成本增大，并且也有技术局限性。
发明内容
本发明的目的是详细说明也能满足未来更高带宽要求的经济型PON系统。
本发明涉及可升级系统，该升级系统满足普通PON系统的需求，而且对于更高带宽的需求，它也能够通过增加独立的PON2子系统而被升级。
通过用新型ONT2代替ONT并且通过升级城域接入点，能够容易地升级该系统。
本发明的更多有利的方面涉及在从属权利要求中所描述的特征。
附图说明
可以通过参考如下对优选实施例和图示例子的详细描述对本发明进行说明。
图1示出本发明实施例的PON简化框图，
图2示出波长图，
图3示出复用信号的时间图，
图4示出可升级MAP的基础实施例，以及
图5示出更经济的可升级MAP体系结构。
具体实施方式
简化的框图图1示出根据本发明的无源的光网络PON(Passive OpticalNetwork)。光线路终端OLT通过馈线(feeder)网或城域网(例如环网)的光纤FIM连接到至少一个城域接入点MAP。图1示出OLT和MAP之间的逻辑连接，为了清楚只示出一个MAP。OLT和MAP间的物理连接(通常)通过两根光纤建立，每个方向一根光纤，用于传输波分复用信号(WDM信号)。
在光分配网络ODN中，ONT1和/或ONT2这两种类型的光网络终端的若干组ONTa、ONTb、ONTc、ONTd……通过相关联的功率分离器SP1-SPn和相关联的光纤FI1-FIn被连接到MAP。每个组根据普通的或新的PON标准接收下行时分复用信号。
ODN中的每个下行信号是时分复用信号D1j，被调制到光载波λ1j上。用于OLT-MAP连接的载波波长或信道也用于MAP-ONT连接。
第一组ONT1a包括a＝1，2，3，……，ONT1通过光纤FI3连接到MAP。只示出一个ONT1。下行时分复用信号D13由光载波λ1j＝λ13从OLT通过MAP传输到组ONT1a。该组的每个ONT1均发送突发信号，该突发信号被调制到第一光上行载波λU1上，然后，分离器SP3复用ONT1的突发信号，形成第一上行复用突发信号U13。第一上行载波波长λU1被ONT1类型的所有ONT使用。光上行载波λU1通常是由ONT自己(不同激光器)生成的，因此载波频率可能略有不同。因为所有的ONT1使用相同的上行载波波长，并且如果进一步地，ONT1的接收机具有宽波长范围，则在故障情况下它们能够被容易地调换。
就像在大部分PON中一样，在ODN的光纤FI1-FIn中不同光载波波长被用于上行和下行传输，以避免光信号的干扰。
上行比特率通常低于下行比特率，例如对于未来系统来说下行为10Gbit/s，而上行为2.5Gbit/s。
光线路终端OLT负责下行和上行信号的“带宽”分配，换句话说：负责所有光网络单元ONT的定时。下行信号也携带必要的定时信息。
所述的操作模式遵从普通PON系统并且遵从新PON系统的子功能，称为PON1子系统。
根据建议，1529.55nm和1544.53nm之间的波长带应当用于上行通信，1548.51nm和1563.86nm之间的波长带应当用于下行通信。
本发明的总体思想是：
●由第二高带宽子系统PON2系统使用相同的传输光纤升级PON1子系统。
●在馈线网/城域网和ODN中，PON1下行传输均使用建议的下行波段，在馈线网/城域网中，PON1上行通信使用相同的频带。
●在PON2子系统的馈线网/城域网中下行和上行传输使用建议的上行波段的一部分。
●在ODN中，子系统PON2的上行传输使用第二上行信道。
●可选地，使用新一代ONT1和ONT2，该ONT1和ONT2具有带宽或波长可选的接收机和/或发射机，其具有不同的或可调的激光器。
●在叠加的PON2系统中，在上行信道和/或下行信道中使用高带宽容量时隙。
●允许PON1和PON2子系统的独立和分离的操作。
参照图2中的波长图来说明新波长带的使用。标准下行波长带DB1被PON1用于WDM-信号(波分复用)从OLT到MAP和从MAP到ONT1类型的ONT的下行传输。例如，具有不同波长λ1j的40个下行信道CD1j被用于来自OLT和ONT1组的信号D1j的数据传输。
(原下行波段的)相同的波长/载波现在也用于馈线网或城域网FE/MET中PON1的上行传输。该新的上行波段在图2中被标示为UB1，现在被用于我们的PON1中用以从MAP到OLT传输上行复用突发信号U1j。
因此，此前建议的上行波长带的主要部分对新的应用是空闲的。
现在再次参照图2的波长图和图1来描述PON2子系统的操作，图1示出包含ONT1和ONT2这两种类型的混合组ONT1b和ONT2c。
如图1所示，多个ONT1类型和ONT2类型均连接到相同的分离器SPj。为了清楚只示出了一个ONT1和一个ONT2。在所示的实施例中，根据分离因数1∶512，一个组可包括多达512个ONT。
子系统PON1发送第一下行时分复用信号D1j(参见图1中的实线)到多个ONT1j(j＝1，2，……)的ONT1。ONT1类型的ONT具有用于接收位于波长带DB1内的所有下行频率λ1j的宽带接收机，或被调谐到下行信道。
如前所述，所有的ONT1使用相同的上行波长λU1(虚线)来发送上行复用突发信号U1j的突发。
由于该波长布置，子系统PON2能使用位于第二下行波长带DB2的第二下行信道CD2j来发送相似数量的下行时分复用信号D2j(j＝1-n)，ONT2能在上行波长带UB2的第二上行信道CU2j中发送上行复用突发信号U2j。在光分配网络ODN和馈线网或城域网FE/MET中使用相同的信号附图标记，如D1j，D2j，U1j，U2j。
在ODN中，下行时分复用信号D2j也在波长带DB2中被发送给所有ONT，但它们只被ONT2接收。ONT2包括能接收波长带DB2的所有信道的宽带接收机。当然，也可以安装可调接收机。图1中在OLT出示出了PON1域和PON2域。
可选地，如果MAP包括波长转换器，则可以在所有的ODN光纤FI1-FIn上使用标准的下行信道，该转换器将PON1下行信道CD1j的载波波长转换为具备相同载波波长λB1的信道CB1j(j＝1-n)。同样，PON2的下行信道CD2j可被转换为具有相同载波波长λB2的标准下行信道CB2j。
PON2下行信道的子载波调制也可能是值得考虑的特征。PON2下行信号与PON1下行信号一样是被调制到相同载波上的子载波。
对于上行传输，所有的ONT2都使用第二上行信道CU2，其载波波长λU2不同于第一上行信道CU1的载波波长λU1。
因此，两个PON子系统都能同时完全相互独立地运行。在MAP处，必须将上行信道波长转换成上行波段UB1和UB2的WDM信道。
通常ONT1必须被ONT2替代以获得更高速的连接。可以将具有波长可调发射机/接收机并且既有ONT1功能又有ONT2功能的适应性ONT安装在新的系统中，以满足客户要求。激光发射器的热调谐将足以改变上行信道，这是因为用于ONT1类型和ONT2类型的ONT的载波波长λU1和λU2是相近的。
通过向下行和/或上行信道分配少于ONT1的ONT2，叠加的PON2的每个用户可以获得带宽(有效的传输率)的提高。如果信道的带宽被更少量的ONT共享，那么每个ONT2的带宽就增加了。这个例子在图3中被示出，图3示出用于OLT和分离器SPj之间的光纤FIj上数据传输的下行帧和上行帧。第一行“a”示意性地示出了携带PON1子系统的下行时分复用信号D1j的下行复用帧。第一下行帧根据ONT1的数量划分为多个时隙TDy，y＝1，2，3，……。携带上行复用突发信号U1j的上行帧，即“b”行，也划分为携带上行时分复用突发信号U1j的相同数量的突发时隙TUy。
“c”行和“d”行示出第二下行帧和第二上行帧，第二下行帧携带第二下行时分复用信号D2j且被划分为时隙TD2z，z＝1，2，3，……，第二上行帧携带第二上行复用突发信号U2j且被划分为PON2子系统的时隙TU2z。PON2时隙的长度比PON1时隙长，因此每个用户的带宽增加，例如4倍，即使PON1和PON2的传输率相同也是如此。
仅包含ONT2类型的ONT的组ONT2d通过分离器SPn和光纤FIn(图1)连接到OLT。
当然，通过使用更多可用的波长带，如1563.86nm以上或1529.55nm以下，或者通过以不同的方式将1529.55nm和1563.86nm之间的波长范围进一步划分成多个波段，也能够将更多的PON子系统堆叠到PON1和PON2上。
图4示出借助于两根光纤连接到OLT的可升级MAP的例子。被分配到PON1子系统的MAP包括第一双向放大器BAM1，BAM1通过波分线路复用器WDNL(例如，环行器(circulator)和WD复用器)连接到ODN并通过第一环行器CR1向OLT连接。WDNL(环行器和解复器)可用功率分离器/组合器代替。环行器CR1把下行信号和上行信号分离开。波分解复器DMX、波长转换器CW1和CW2以及波分复用器MUX插入到环行器CR1的第二和第三端子与OLT之间。该图只示出一个PON1下行信道的选择。但是如果使用具有附加输出的解复器DMX，那么可以选择附加下行信道。
升级单元UMAP包括第二双向放大器BAM2和第二环行器CR2，BAM2和CR2通过第一端子而串接。第二环行器CR2的第二和第三端子连接到复用器MUX的另一个输入端和解复器DMX的另一个输出端。另一个放大器端子连接到波分线路复用器WDNL。
PON1和PON2通信业务由解复器DMX和波分线路复用器WDNL分离，并由不同的放大器放大。
图5所示的另一个解决方案在PON1信号和PON2信号之间共享光双向放大器(BAM)。图5示出了用于多个PON1和PON2信道的高级MAP2和高级升级单元UMAP2。通过第一解复器DM1和第二解复器DM2，将下行波长带DB1、DB2分离并划分成多个信道(对应于信号)(图5中DB1和DB2分别只被示出一个信道)。放大所选择的信道(DB1和DB2分别只有一个信道)，并将其合并到第三复用器MX3，通过环行器CR馈入双向放大器BAM，并发送到类型1和类型2混合的ONT组。
上行信号被环行器CR与下行信号分离，并被解复器DM3划分成分离的上行信道CU1和CU2。波长转换器CW1和CW2将这些信道转换为第一上行波段UB1的信道和第二上行波段UB2的信道。在MX2和MX1中复用之后，WDM信号被发送给OLT。
如果系统使用具有相同载波波长的下行信道，那么必须在PON1下行信号和PON2下行信号的下行路径中插入附加波长转换器。当然，其他的MAP布置也是可能的。
附图标记
PON     无源光网络
PON1    PON1子系统
PON2    PON2子系统
ODN     光分配网络
OLT     光线路终端
ONT     光网络终端
ONT1    ONT类型1
ONT2    ONT类型2
FIj     ODN中MAP和分离器之间的光纤j
FE/MET  馈线网/城域网
MAP     城域接入点
MAP2    具有UMAP2升级端口的城域接入点
SPj     第j个功率分离器
λ      波长
DB1     第一下行波段
UB1     第一上行波段
DB2     第二下行波段
UB2     第二上行波段
D1j     第一下行复用信号
λ1j    FE/MET中D1j和U1j的载波波长
U1j     第一上行复用突发信号
λU1    ODN中U1j的载波波长
D2j     第二下行复用信号
λ2j    FE/MET中D2j和U2j的载波波长
U2j     第二上行复用突发信号
λU2    ODN中U2j的载波波长
CD1j    PON1的下行信道
CU1j    PON1的上行信道
CD2j    PON2的下行信道
CU2j    PON2的上行信道
CB1     具有相同PON1载波波长的第一下行信道
CB2     具有相同PON2载波波长的第二下行信道
UMAP    重叠的PON的升级单元
UMAP2   优化的升级单元，共享双向光放大器
DMX     解复器
MUX     复用器
CR      环行器
BAM1    PON1信号的双向放大器
BAM2    PON2信号的双向放大器
WDML    线路-复用器
CW      波长转换器
MX1     UB1波长带复用器
MX2     UB2波长带复用器
DM1     UB1波长带解复器
DM2     UB2波长带解复器

Claims (10)

1.一种无源光网络(PON)，具有光线路终端(OLT)和光网络终端(ONT1，ONT2)的至少一个组(ONT1b，ONT2c)之间的点到多点连接，所述光网络终端通过光分离器(SPj)和城域接入点(MAP)连接到光线路终端(OLT)，
其中所述无源光网络被设计为
用于使用第一下行波长带(DB1)从光线路终端(OLT)传输第一下行复用信号(D1j；j＝1-n)到城域接入点(MAP)，以及用于使用与第一下行波长带(DB1)具有相同光谱范围的第一上行波长带(UB1)从城域接入点(MAP)传输第一上行复用突发信号(U1j；j＝1-n)到光线路终端(OLT)；
用于使用第二下行波长带(DB2)从光线路终端(OLT)传输至少一个第二下行复用信号(D2j；j＝1-n)到城域接入点(MAP)，以及用于使用与第二下行波长带(DB2)具有相同光谱范围的第二上行波长带(UB2)从城域接入点(MAP)传输第二上行复用突发信号(U2j；j＝1-n)到光线路终端(OLT)；
用于通过第一下行信道(CD1j；j＝1-n)从城域接入点(MAP)经由光分配网络中的分离器(SPj；j＝1-n)和光纤(FIj；j＝1-n)发送第一下行复用信号(D1j；j＝1-n)到光网络终端(ONT1，ONT2)的组(ONT1b，ONT2c)，以及
用于通过第二下行信道(CD2j；j＝1-n)从城域接入点(MAP)经由所述光纤(FIj)和所述分离器(SPj)传输第二下行复用信号(D2j；j＝1-n)到光网络终端(ONT1，ONT2)的相同组(ONT1b，ONT2c)；其中
第一类型的光网络终端(ONT1)被设计成用于接收第一下行信道(CD1j)以及用于在第一上行信道(CU1j)中传输第一上行复用突发信号；(U1j；j＝1-n)，第二类型的光网络终端(ONT2)被设计成用于接收第二下行信道(CD2j)以及用于在第二上行信道(CU2j)中传输第二上行复用突发信号(U2j；j＝1-n)，而第二下行复用信号(D2j)的时隙(TD2z；z＝1，2，3，……)和/或第二上行复用突发信号(U2j)的时隙(TU2z；z＝1，2，3，……)分别比第一下行复用信号(D1j)的时隙(TD1y；y＝1，2，3，……)和/或第一上行复用突发信号(U1j)的时隙(TU1y；y＝1，2，3，……)长。
2.如权利要求1所述的无源光网络(PON)，其特征在于
城域接入点包括波长转换器(CW)，用于将第一上行信道(CU1)的载波波长(λU1)转换为第一上行波长带(UB1)的WDM信道(CU1j)的载波波长(λ1j)，以及用于将第二上行信道(CU2)的载波波长(λU2)转换为第二上行波长带(UB2)的WDM信道(CU2j)的载波波长(λ2j)。
3.如权利要求1所述的无源光网络(PON)，其特征在于
城域接入点(MAP)被设计为用于解复用位于第一下行波长带(DB1)内的第一下行信道(CD1j)并传输相关联的下行时分复用信号(D1j)到光网络终端(ONT1，ONT2)的组，以及用于解复用位于第二下行波长带(DB2)内的第二下行信道(CD2j)到第二下行信道(CD2j)，以及用于并行传输相关联的第二下行时分复用信号(D1j，D2j)到光网络终端(ONT1，ONT2)的相同组(ONT1b，ONT2c)。
4.如权利要求1或2所述的无源光网络(PON)，其特征在于
城域接入点(MAP)被设计为用于将具有不同的载波波长(λ1j)的第一下行波长带(DB1)的所有第一下行信道(CD1j)转换为具有相同的第一载波波长(λB1)的光分配网络(ODN)中的第一下行信道(CB1j)，以及
用于将具有不同的载波波长的第二下行波长带(DB2)的所有第二下行信道(CD2j)转换为具有相同的第二载波波长(λB2)的光分配网络(ODN)中的第二下行信道(CB2j)。
5.如权利要求4所述的无源光网络(PON)，其特征在于
城域接入点(MAP)被设计为用于传输具有不同的载波频率(λ1j，λ2j)的第一下行信道(CD1j)和第二下行信道(CD2j)。
6.如权利要求1所述的无源光网络(PON)，其特征在于
城域接入点(MAP)被设计为用于将第一下行时分复用信号(D1j)和/或第二下行时分复用信号(CD2j)子载波调制到相同的光载波(λ1j，λB1)上。
7.如权利要求1所述的无源光网络(PON)，其特征在于
城域接入点(MAP)通过单光纤(FIj)连接到光分离器(SP1-SPn)，并且通过所述光纤(FIj)传输第一下行时分复用信号(D1j)和第二下行时分复用信号(D2j)和/或第一上行复用突发信号(U1j)和第二上行复用突发信号(U2j)。
8.如权利要求1所述的无源光网络(PON)，其特征在于
光线路终端(OLT)还被设计为传输第一下行时分复用信号(D1j)到只有第一类型的光网络终端(ONT1)的另一个组(ONTa)，并从该组(ONTa)只接收第一上行复用突发信号(U1j)，和/或
发送单个第二下行时分复用信号(D2j)到只包括第二类型的光网络终端(ONT2)的光网络终端(ONT2)的另一个组(ONTd)，并从该组(ONTd)只接收第二上行复用突发信号(U2j)。
9.如权利要求1所述的无源光网络(PON)，其特征在于
城域接入点(MAP)被设计为连接第一类型的光网络终端(ONT1)，并且能够通过升级单元(UMAP)而升级以与第二类型的光网络终端(ONT2)连接。
10.如权利要求1所述的无源光网络(PON)，其特征在于
城域接入点(MAP2)包括
双向放大器(BAM)，用于在第一端子从光线路终端(ONT1，ONT2)接收第一和第二上行复用突发信号(U1j，U2j)，以及在第二端子接收第一和第二下行时分复用信号(D1j，D2j)，
环行器，连接到第二放大器端子，用于分离上行复用突发信号(U1j，U2j)和下行时分复用信号(D1j，D2j)，
波分解复器(DM3)，其输入端连接到第二环行器端子，用于输出第一上行复用突发信号(U1j)和第二上行复用突发信号(U2j)，
波长转换器(CW1，CW2)，用于将第一和第二上行复用突发信号(U1j，U2j)的波长(λU1，λU2)转换为第一和第二上行波段(UB1，UB2)的波长(λ1j，λ2j)，
波分复用器(MX3)，其输出连接到第三环行器端子，用于合并第一和第二下行时分复用信号(D1j，D2j)。
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