CN101635869A

CN101635869A - 一种混合复用无源光通信方法及其网络

Info

Publication number: CN101635869A
Application number: CN200910305975A
Authority: CN
Inventors: 刘德明; 崔晟; 张敏明
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2009-08-24
Filing date: 2009-08-24
Publication date: 2010-01-27

Abstract

本发明涉及一种混合复用无源光网络及其通信方法，其特征在于，在光通信线路中注入可用于四波混频的泵浦波，该泵浦波与用户终端上行光信号经过波分复用后注入高非线性光纤或高非线性光子晶体光纤，由高非线性光纤或高非线性光子晶体光纤实现泵浦波和用户终端上行信号光间的四波混频，产生波长转换光信号，该波长转换光信号经波分复用器后传输到光线路终端，从而实现光信号上行通信，支持单根光纤中多个时分复用光网络的传输。本发明提出的混合复用无源光通信网络，利用高非线性光纤、高非线性光子晶体光纤中的四波混频(FWM)效应，具有与原有ONU设备良好的兼容性和ODN的无源特性，ONU设备无需改变即可实现网络的升级，大幅降低了网络改造成本。

Description

一种混合复用无源光通信方法及其网络

技术领域

本发明涉及混合复用无源光网络技术领域。

背景技术

混合复用无源光网络(HPON)兼具功率分割型无源光网络(又称为时分复用无源光网络，即TDM-PON)和波分复用型无源光网络(WDM-PON)的优点，具有单纤接入容量大、网络建设成本低、易于运营维护和升级等一系列优点。HPON中采用了WDM技术以支持单根光纤多个TDM-PON的运行。由于每个TDM-PON需要均分配一个上下行波长，因此HPON技术的关键是避免在每个TDM-PON光网络的用户终端(ONU)中使用昂贵的波长选择光学器件。如果ONU中使用密集波分复用(DWDM)传输使用的固定类型激光器，成本会十分昂贵。此外，在每个用户终端设置一个固定的单一波长激光器是不切实际的，因为对网络运营商来说激光器清单的管理和维护相当复杂，从而增加了成本。

为了实现ONU的“无色”化，用户端可以使用可调谐激光器。从长远来看，可调谐激光器方案可能为波分复用无源光网络提供最高性能，因为它可能提供最大数目波长信道，但是目前可调谐激光器成本仍然太高。目前提出的较为可行的方案有频谱分割法和光环回技术两种。频谱分割法中ONU采用的是低成本的宽带光源，如发光二极管(LED)，通过波分复用器后产生固定波长的上行光信号，其波长取决于与ONU相连的波分复用器的端口。但是LED的入纤功率一般只有-10dBm，频谱分割会导致的较大的损耗，从造成了信号传输距离受限。此外频谱分割还会产生信道间的串扰，限制了系统的动态范围。光环回技术中光线路终端(OLT)以集中的方式向ONU提供直流(未调制的)种子光，ONU只需要一个反射式光调制器，加载信号调制种子光并上行发射至OLT完成上行通信。反射式ONU结构要求OLT种子光源的光功率需要足够大，以补偿上、下行的双向线路损耗。常规的解决方案主要分为两类：1)ONU采用高增益的反射式半导体光放大器(RSOA)作为调制器件，其主要弊端在于高增益RSOA的成本过高，难以满足实际应用的要求；或者采用注入锁定的法布里-珀罗(FP)激光器作为调制器件，其主要弊端对注入种子光功率范围要求苛刻，并且传输距离和速率严重受限于模式波动引起的强度噪声。2)OLT直接采用高功率密度的分布反馈(DFB)半导体激光器为种子光源。这种方案有利于改善系统的功率预算，但是要求ONU端的光调制器件须偏振无关，这会带来成本的增加。另外一个关键的问题是常规PON网络的单纤馈纤的ODN拓扑形式，OLT接收端会因为种子光的相干后向瑞利散射严重劣化信噪比，解决的方法是采用双纤结构，将下行种子光和上行调制光分纤传输，这将带来光纤资源的浪费以及维护成本的上升，也非常不利于系统向下一代长距离接入网络的演进。

以上方案的另外一个缺点是与已有的ONU设备无法兼容，这样的ONU多采用无制冷FP-LD光源，因此会造成前期设备投资的浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种混合复用无源光通信方法及其网络，它无需OLT提供下行种子光，具有与现有ONU设备良好的兼容性、低廉性，实现现有混合复用无源光通信中ONU的“无色”化，保持现有混合复用无源光通信中ODN的无源特性。

为解决上述技术问题，本发明提出一种混合复用无源光通信方法，其特征在于，在光通信线路中注入可用于四波混频的泵浦波，该泵浦波与用户终端(ONU)上行光信号经过波分复用后注入高非线性光纤或高非线性光子晶体光纤，由高非线性光纤或高非线性光子晶体光纤实现泵浦波和ONU上行信号光间的四波混频产生波长转换光信号，该波长转换光信号经上下行信号波分复用器传输到光线路终端(OLT)，从而实现光信号上行通信。

本发明还提出了一种实现上述混合复用无源光通信方法的混合复用无源光通信网络，包括光线路终端(OLT)、OLT端上下行信号波分复用器、馈纤、用户端上下行信号波分复用器、光分支器、用户终端(ONU)依次连接；其特征在于，它还包括泵浦光源发生器，光纤激光器，四波混频泵浦波和信号波分复用器，高非线性光纤或高非线性光子晶体光纤，所述泵浦光源发生器可用为光纤激光器提供能量，所述光纤激光器用于产生可进行波长选择的泵浦波，所述四波混频泵浦波和信号波分复用器用于调制所输入的泵浦波与用户终端(ONU)上行信号光，其输出端信号注入高非线性光纤或高非线性光子晶体光纤，所述高非线性光纤或高非线性光子晶体光纤用于实现泵浦光和ONU上行信号光间的四波混频，并产生波长转换光信号，该波长转换光信号输入用户端上下行信号波分复用器的输入端，后传输到光线路终端(OLT)。

所述光纤激光器包括掺杂特种光纤、波长选择元件。

作为一种选择方案，所述泵浦光源发生器通过光纤直接连接所述光纤激光器。

作为一种优选方案，还包括第一波分复用器、第二波分复用器，第一波分复用器的输入端连接在OLT端上下行信号波分复用器输出端、输出端连接馈纤，所述泵浦光源发生器连接在所述第一波分复用器的输入端；第二波分复用器的输入端连接馈纤、输出端分别连接用户端上下行信号波分复用器、光纤激光器。

还包括光分支器，所述光分支器连接在所述四波混频泵浦波和信号波分复用器和用户终端(ONU)之间。

本发明提出的混合复用无源光通信方法，利用高非线性光纤、高非线性光子晶体光纤中的四波混频(FWM)效应，对ONU上行光信号进行全光波长转换，为不同的TDM-PON分配相应的转换波长。这样ONU设备无需改变即可实现网络的升级，大幅降低了网络改造及用户使用成本。本发明提出的混合复用无源光通信网络，基于远程泵浦四波混频全光波长转换技术，可以保证ONU的“无色”化，并能与原有ONU设备兼容，同时保证了整个ODN的无源特性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1为本发明具体实施例1的混合复用无源光通信网络结构示意图。

图2为本发明具体实施例2的混合复用无源光通信网络结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，在OLT端包括OLT光接收机1、OLT端上下行信号光波分复用器2、泵浦激光器模块3、泵浦光和上下行信号光波分复用器4，泵浦激光器模块3作为泵浦源，该泵浦源的波长与掺杂特种光纤7能够产生自发辐射光所需的泵浦激光波长保持一致。同时，该波长也适合于在馈纤5中以低损耗特性进行传输。第一波分复用器4是一个三端口的无源器件，其通带光谱和反射带光谱分布覆盖了泵浦激光器模块3的波长和所有ONU所需的上下行光波长，它将馈纤5上传的上行信号光通过其反射端口输出，同时将泵浦激光器模块3输出的泵浦光从其透射端口输入，再注入5传输。泵浦光经5传输后进入第二波分复用器14，最后注入到光纤激光器6。光纤激光器6采用遥泵方式工作，在泵浦光驱动下发生激射。通过配置泵浦激光器模块3的波长和光功率以及光纤激光器6中的波长选择元件、掺杂特种光纤7的光纤类型和长度，光纤激光器6可以提供所需的四波混频FWM泵浦光。泵浦波经解复用器8进入四波混频泵浦波和信号波分复用器10。四波混频泵浦波和信号波分复用器10是一个三端口的无源器件，其通带光谱和反射带光谱分布覆盖了FWM泵浦波长和上下行信号光波长。FWM泵浦光和上行信号光经四波混频泵浦波和信号波分复用器10注入高非线性光纤9，通过高非线性光纤9的可以实现泵浦光和ONU上行信号光间的FWM，产生波长转换光信号。FWM泵浦光的传输方向是从FWM泵浦光和上行信号光经四波混频泵浦波和信号波分复用器10向高非线性光纤9传输，与下行光信号相反，因此不会与下行光信号发生FWM，亦不会影响OUN12对下行光信号的接收。通过配置光纤激光器6中的波长选择元件和解复用器8可以为不同的TDM-PON配置不同的FWM泵浦波长，产生不同的波长的上行转换光信号。设FWM泵浦波的波长数量为M个，M最多等于OLT端上下行信号光波分复用器2、用户端上下行信号光波分复用器13的通道数量。转换光信号经用户端上下行信号光波分复用器13、第二波分复用器14注入到馈纤5，最后经OLT端上下行信号光波分复用器2进入对应的OLT，从而实现单根馈送光纤5中M个TDM-PON的运行。由于高非线性光纤9注入用户端上下行信号光波分复用器13的FWM泵浦光波长落在用户端上下行信号波分复用器13和OLT端上下行信号光波分复用器2的通带范围之外，因此会被损耗而不会影响OLT端上行信号的接收。

本具体实施例可以接入M×N个ONU，其中M为OLT端上下行信号光波分复用器2、用户端上下行信号波分复用器13的通道数量，N为光分支器11的分支数量。下行信号光经11注入各个ONU，而ONU上行信号光亦经过11注入高非线性光纤9。12为采用TDM方式共享光纤信道的ONU，其数量等于11的分支数N。

下面进一步描述本具体实施例的光通信流程：

外部控制系统开启泵浦激光模块3，ONU也启动并处于工作状态；

足够光功率的泵浦光经第一波分复用器4注入馈纤5，再经过第二波分复用器14注入掺杂特种光纤7；

在光纤激光器6内波长选择元件的作用下掺杂特种光纤7内产生多波长激射，输出与所需的FWM泵浦光，泵浦光波长数量最大等于OLT端上下行信号光波分复用器2及用户端上下行信号光波分复用器13的通道数量，FWM泵浦光经解复用器8后注入四波混频泵浦波和信号波分复用器10；

在高非线性光纤9中由四波混频泵浦波和信号波分复用器10注入的FWM泵浦光与ONU的上行信号光间发生FWM，产生全光波长转换，转换光中心波长对应于用户端上下行信号波分复用器13的通带中心波长。

其它与用户端上下行信号波分复用器13连接的ONU的上行光信号同样经波长转换后经13注入到馈送光纤5，最后经OLT端上下行信号波分复用器2解复用后由OLT光接收机1接收，经光电转换获得上行信号数据。

实施例2

如图2所示，相对具体实施例1的方式，本具体实施例2的区别之处在于，泵浦激光模块3的位置不在OLT端，因此，无需经过图1中的第一波分复用器4注入馈纤5，而是直接通过另外的光纤连接光纤激光器6，激发光纤激光器6产生泵浦光，因此，实施例2比实施例1要省掉第一波分复用器4，增加一条泵浦激光模块到激发光纤激光器光纤。另外相应的，实施例1中的第二波分复用器14在实施例2无需用到，因此被省掉。其他的结构相同，且实施例1、实施例2的工作原理与工作方式相同，为本领域技术人员可以理解，故不再赘述。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种混合复用无源光网络通信方法，其特征在于，在光通信线路中注入可用于四波混频的泵浦波，该泵浦波与用户终端(ONU)上行光信号经过波分复用后注入高非线性光纤或高非线性光子晶体光纤，由高非线性光纤或高非线性光子晶体光纤实现泵浦波和ONU上行信号光间的四波混频产生波长转换光信号，该波长转换光信号经上下行信号波分复用器传输到光线路终端(OLT)，从而实现光信号上行通信。

2.一种利用权利要求1所述混合复用无源光通信方法的混合复用无源光通信网络，包括光线路终端(OLT)、OLT端上下行信号波分复用器、馈纤、用户端上下行信号波分复用器、光分支器、用户终端(ONU)依次连接；其特征在于，它还包括泵浦光源发生器，光纤激光器，四波混频泵浦波和信号波分复用器，高非线性光纤或高非线性光子晶体光纤，所述泵浦光源发生器可用为光纤激光器提供能量，所述光纤激光器用于产生可进行波长选择的四波混频泵浦波，所述四波混频泵浦波和信号波分复用器用于所产生的四波混频泵浦波与用户终端(ONU)上行信号光的合波，其输出端信号注入高非线性光纤或高非线性光子晶体光纤，所述高非线性光纤或高非线性光子晶体光纤放置在光分支器靠近OLT一侧，用于实现四波混频泵浦光和ONU上行信号光间的四波混频，并产生波长转换光信号，该波长转换光信号输入用户端上下行信号波分复用器的输入端，后传输到光线路终端(OLT)。

3.一种根据权利要求2所述的混合复用无源光通信网络，其特征在于，所述光纤激光器包括掺杂特种光纤、波长选择元件。

4.一种根据权利要求2所述的混合复用无源光通信网络，其特征在于，所述泵浦光源发生器通过光纤直接连接所述光纤激光器。

5.一种根据权利要求2所述的混合复用无源光通信网络，其特征在于，还包括第一波分复用器、第二波分复用器，第一波分复用器的输入端连接在OLT端上下行信号波分复用器输出端、输出端连接馈纤，所述泵浦光源发生器连接在所述第一波分复用器的输入端；第二波分复用器的输入端连接馈纤、输出端分别连接用户端上下行信号波分复用器、光纤激光器。

6.一种根据权利要求2至5之一所述的混合复用无源光通信网络，其特征在于，还包括光分支器，所述光分支器连接在所述四波混频泵浦波和信号波分复用器和用户终端(ONU)之间。