CN101779397A - 高吞吐量双向无源光学网络、相关联的光学集线器和线路终端装置 - Google Patents

高吞吐量双向无源光学网络、相关联的光学集线器和线路终端装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无源光学网络，该无源光学网络包括通过至少一个光纤而链接到所述网络的至少一个线路终端装置的光学集线器，其能够发射以NRZ-DPSK格式来相位调制的下行光学信号和接收上行光学信号。根据本发明，所述线路终端装置包括：用于将所传送的以NRZ-DPSK格式来相位调制的下行光学信号转换为以双二进制调制格式来幅度调制的光学数据信号的部件、用于基于以NRZ-DPSK格式来相位调制的所述下行光学信号来生成以NRZ-DPSK格式来相位调制的上行光学信号的部件。所述光学集线器能够将以NRZ-DPSK格式来相位调制的所述上行光学信号转换为以双二进制调制格式来幅度调制的光学数据信号。

Description

高吞吐量双向无源光学网络、相关联的光学集线器和线路终端装置
技术领域
本发明涉及光学接入网络的领域，且更具体地，涉及无源光学接入网络或PON(无源光学网络)的领域。
背景技术
接入网络是对电信运营商(operator)而言昂贵的网络，这是因为它们时常是用于服务无数订户的树形结构网络。这样的网络配备有经常消耗电能的许多组件。为了限制这些操作成本同时改善向订户提供的服务的质量，运营商已经开发了无源光学接入网络。位于光交换站(optical exchange)与用户设备之间的所述网络中的所有组件都是无源的，也就是说，它们不需要电供电而起作用。
这样的光学网络向订户提供了2.5Gbit/s(吉比特每秒)量级的高连接比特率。这些比特率使得可能提供诸如高清晰度电视、因特网、乃至可视电话(videophony)之类的服务，从而满足来自订户的需求。
当前，实现它们，以部署对FTTH(光纤到户)类型的住宅订户的家庭的高比特率接入。
双向PON类型的无源光学网络从如下的文献中已知，即题目为“Bidirectional WDM/TDM-PON access Networks integrating downstream 10Gbits/s DPSK and upstream 2.5Gbits/s OOK on the same wavelength(在同一波长上集成了下游10Gbits/s DPSK和上游2.5Gbits/s OOK的双向WDM/TDM-PON接入网络)”、作者为Genay等人、在法国戛纳召开的theEuropean Conference on Optical Communications(ECOC：欧洲光学通信会议)2006上公布为文章Th3.6.6的文献。参考图1，这样的光学接入网络1包括通过双向光纤20链接到1到N分布元件30的光交换站10，N为大于或等于1的整数，所述1到N分布元件30能够分布下行链路光学信号到N个线路终端装置501到50N、并且对所述N个线路终端装置501到50N向光交换站10传送的N个上行链路光学信号进行多路复用。通过N个光纤401到40N而将分布元件链接到线路终端装置501到50N。对于每个线路终端装置，可连接一个或更多订户。
光交换站10包括：用于传送光学信号的部件11，通常为用于输送寻址到一个或更多订户的信息的激光器；部件12，用于接收源自于订户的上行链路光学信号；和循环器13，能够使下行链路和上行链路光学信号在单根光纤20中循环。
线路终端装置50i包括能够使下行链路SOD，ri和上行链路SOR光学信号在双向光纤40i中循环的循环器51i。它还包括耦合部件52i，其能够在第一已接收下行链路光学信号SOD，ri1和第二已接收下行链路光学信号SOD，ri2之间分布已接收下行链路光学信号SOD，ri的光功率。第一已接收下行链路光学信号SOD，ri1由接收部件53i来处理以进行解码。第二已接收下行链路光学信号SOD，ri2由用于从已接收下行链路光学信号SOD，ri生成上行链路光学信号SORi的部件54i来处理。
前面所描述的无源光学网络使用时分复用或TDM的原理。在这样的网络中，激光器10传送的光学信号被划分为相同持续时间的多个时隙。然后，每个时隙根据线路终端装置的需要而与线路终端装置之一50i相关联。
还存在使用波分复用或WDM的无源光学网络。在这样的网络中，光交换站包括多个激光器，每个激光器用于传送与所述激光器特有的波长相关联的光学数据分量(component)。被放在光交换站的输出处并且连接到网络的主光纤的第一端的光学多路复用器用于向所述主光纤的第一端注入已波分复用的信号。在这样的光学网络中，每个线路终端装置与从光交换站中获得的光学分量相关联，并因此与特定的波长相关联。
无论所述无源光学接入网络使用时分复用还是波分复用，它们都提供传统的20km(公里)量级的范围。网络的这个受限范围起因于这样的事实：在无源光学网络中，各种光学组件(例如为光学耦合器、光学多路复用器、或光纤)导致通过网络的信号中的光功率损耗，并且所传送信号不能被无约束地放大来补偿这样的损耗。实践中，在无源光学网络中，通过单根光纤来输送下行链路光学信号(即，由交换站传送到订户的光学信号)和上行链路光学信号(即，由订户设备传送到光交换站的光学信号)。这减少了网络的成本。然而，使用单根光纤来输送下行链路和上行链路光学信号引入了对这些光学信号的传送功率电平的约束。
特别地，一方面，数据信号的传送功率足以补偿与跨越网络相关联的损耗并因此允许正确接收是必需的。所述功率将不高到生成反向散射信号的点也是必需的，所述反向散射信号可使得用于检测正在订户-交换站方向中传播的信号的接收部件迷乱(dazzle)。在无源光学网络中对信号的传送光功率值的这个折衷的结果被反映在受限的网络范围中。
一个当前趋势是增加无源光学接入网络中的传送比特率超过10Gbit/s而到达40Gbit/s。比特率的这种增加导致了通过光学接入网络传送的信号所经历的失真的增加。随比特率而加重的这些失真包括色散(CD)的现象。给定恒定范围(因此给定恒定的总体色散)，对于乘以4的比特率而言，色散的影响被乘以16。
现有技术的解决方案在于引入用于补偿线路中的(in-line)色散的模块。这样的装置的第一缺点是它们很昂贵。第二缺点是它们因此不适合于PON类型的接入网络，这是因为线路终端装置不一定都位于距光交换站相同距离处(它将需要对于每个顾客特定的补偿，以使一切都完美)。
这样，需要补偿在高比特率无源光学网络(典型地为10Gbit/s和更高)上传送光学信号时引入的色散，同时维持这样的网络的无源特性。
发明内容
本发明通过提出一种无源光学网络来满足这个需要，所述无源光学网络包括通过至少一个光纤而链接到所述网络的至少一个线路终端装置的光交换站，所述交换站包括：用于传送以NRZ-DPSK格式来相位调制的下行链路光学数据信号的部件、和接收上行链路光学信号的部件，所述线路终端装置包括：能够划分所传送的下行链路光学信号的光功率以便获得第一和第二下行链路光学信号的耦合部件、用于接收所述第一下行链路光学信号的部件、和用于从第二下行链路光学信号生成上行链路光学信号并传送该上行链路光学信号的部件。
根据本发明的无源光学网络的特征在于：
-所述线路终端装置包括用于将以NRZ-DPSK格式来相位调制的所述第一下行链路光学信号转换为以双二进制调制格式来幅度调制的光学数据信号的第一部件，所述第一接收部件能够接收所述第二已幅度调制的下行链路光学信号；
-用于生成上行链路光学信号并传送该上行链路光学信号的所述部件能够从所述第二下行链路光学信号生成以NRZ-DPSK格式来相位调制的上行链路光学信号并传送该上行链路光学信号；
-所述光交换站包括在所述第二接收部件之前的第二部件，该第二部件用于将以NRZ-DPSK格式来相位调制的所述上行链路光学信号转换为以双二进制调制格式来幅度调制的光学数据信号，所述第二接收部件能够接收所述已幅度调制的上行链路光学信号。
根据本发明，在线路光纤中传送的下行链路和上行链路光学信号是NRZ-DPSK格式。这个相位调制格式提供的第一优点是限制了由非线性布里渊(Brillouin)效应引入的反向散射功率电平。仅仅当在线路光纤中传送的光学信号的传送功率超过特定阈值时，这样的效应才出现。作为示例，已经观察到，与现有技术相比，根据本发明的无源光学网络使得可能将这样的阈值后推几个dB。
根据本发明的无源光学网络的第二优点是它适合于顾客家中的再调制，这是因为它的恒定幅度。
根据本发明，当在线路终端装置上接收所传送的下行链路光学信号时提供了对在光纤中传送时引入的色散的补偿。更具体地，所接收的下行链路光学信号被转换为双二进制格式的已幅度调制的信号。在实践中，由于以下两个主要原因而导致这个格式特别能抵抗色散的建立：
-它提供了窄的频谱；
-它组合了幅度调制和相位调制。
现在，已知的是，色散通过在频谱的组成波长彼此变得更远时使所述波长相移得更多，来以有区别的方式作用于所述波长。例如，对于100km长的标准光纤，当频谱的极射线(extreme ray)相距1nm时，色散是1700ps/nm；而当它们相距2nm时，色散是3400ps/nm。因此，减少向订户模块传送的信号的频谱覆盖区(footprint)大大地增加了对色散的抵抗。
将注意到，在长通信距离传输网络的领域中已知了双二进制格式的使用，但是在这样的网络中，该转换在传送交换站进行，而不是在线路终端装置中进行。
接下来，根据本发明的无源光学网络在40Gbit/s上生成与根据现有技术的无源光学网络在10Gbit/s上生成的色散级别等同的色散级别。结果，这样的无源光学网络使得可能补偿由比特率的增加而引入的色散。
此外，已转换的下行链路光学信号可通过线路终端装置的与根据现有技术的接收部件相同的接收部件来处理。
由于根据本发明的无源光学网络是双向的，所以线路终端装置能够发送上行链路光学信号到光交换站。以已知的方式，这样的光学信号通常通过所接收的下行链路光学信号的再调制来生成，这使得可能避免必须在顾客的家中使用激光器。这样的生成通常是通过将已相位调制的下行链路光学信号再调制为已幅度调制的上行链路光学信号来进行的。
根据本发明，从所接收的下行链路光学信号获得的上行链路光学信号是以NRZ-DPSK格式来相位调制的，以便能够在光交换站向它应用与在线路终端装置上应用到下行链路光学信号的转换相同类型的转换。因此，根据本发明的在无源光学网络的光交换站上的用于接收上行链路光学信号的部件适合于接收以NRZ-DPSK格式来相位调制的光学信号。
根据本发明的另一方面，所述下行链路光学信号具有给定的基本比特率，所述第一和第二转换部件包括高斯滤波级，该高斯滤波级的半高宽度落入与所述基本比特率的50％和65％之间的百分比对应的值的范围内。
这是窄的高斯滤波级，其使得当其被应用到NRZ-DPSK格式的下行链路或上行链路光学信号时、可能大大地减少这个信号的频谱覆盖区，并使得它与NRZ-DPSK格式的光学信号相比能三到四倍地抵抗在无源光学网络PON中建立的色散。
这样的高斯滤波可通过FBG(光纤布拉格光栅)类型的滤波器而在光学域中产生，所述FBG类型的滤波器产生非常简单并且很便宜。
将注意到，在长通信距离的传输网络的领域中，双二进制格式的信号的转换通常通过在电学域中从五阶低通贝塞耳(Bessel)滤波器而对所传送的光学信号的二进制数据序列进行滤波来完成。
优选地，调整范围处于56％和60％之间。
根据本发明的另一方面，用于从以NRZ-DPSK格式来相位调制的所述第二已接收下行链路光学信号生成以NRZ-DPSK格式来相位调制的上行链路光学信号并传送该上行链路光学信号的所述部件包括：用于清除(clean)所述第二下行链路光学信号的相位的部件；用于放大已清除的下行链路光学信号的部件；相位调制部件，能够供应以NRZ-DPSK格式来相位调制的所述上行链路光学信号；和三分支循环部件，能够在第一分支上接收所述第二下行链路光学信号，经由第二分支来发送所述第二下行链路光学信号到所述相位清除部件，在第三分支上接收所生成的上行链路光学信号，并在所述光纤上发送它。
根据本发明的生成部件的益处在于：通过充分利用以NRZ-DPSK格式来相位调制的下行链路光学信号的恒定幅度，而在订户的家中的线路终端模块中重新使用来自光交换站的下行链路光学信号以产生上行链路光学信号。这样的部件能够再调制下行链路光学信号，以便避免必须在PON网络的每个顾客的家中使用附加的激光器。
将注意到，尽管本领域的技术人员公知对下行链路光学信号进行再调制以生成上行链路光学信号，但是所执行的再调制通常是幅度再调制而不是相位再调制。相位再调制的优点在于它使得可能生成以NRZ-DPSK格式来相位调制的上行链路光学信号，并在光交换站向它应用与向下行链路光学信号应用的色散补偿相同的色散补偿。
根据本发明的又一方面，所述光交换站包括用于放大所述下行链路光学信号的光功率的第一部件，其能够在所述光纤中传送第一下行链路放大信号；
-所述光纤包括能够被所述第一放大信号激励的至少一个第一无源放大介质；
-所述无源光学网络包括用于放大下行链路光学信号的光功率的第二部件，其能够在所述光纤中传送第二上行链路放大信号；
-所述光纤包括能够被所述第二放大信号激励的第二放大介质。
根据本发明的这个方面，无源光学网络实现远程定位的放大部件，该放大部件通过如在上行链路方向一样地在下行链路方向中放大由光纤传输的光学信号，来使得可能增加无源光学网络的范围，同时保持它的无源特性。
这样的无源光学网络使得可能一方面补偿由于传送比特率的增加而导致的色散的增加，且另一方面满足对于增加无源光学网络的范围以能够服务位于农村地区的订户的需要。实践中，尽管根据现有技术的无源光学接入网络的范围在其中订户位于距光交换站5到10km量级的相对短距离的城市地区是足够的，但是对于位于农村地区的订户则并非如此。在这些地区，订户经常是地理上分散的，并因此时常位于距光交换站一大于无源光学网络的传统范围的距离。这些订户因此不能受益于由无源光学网络提供的高比特率传送，并结果不能受益于所提供的、需要高比特率连接的服务。
此外，已知的是，色散现象不仅随着传送比特率的增加而加重，而且随着光学网络范围的增加而加重。结果，对于更大范围(例如，100km)的无源光学接入网络而言，在与传统范围的PON相比小得多的比特率上(典型地来自10Gbit/s)，色散现象成为问题。于是，组合无源光学网络中的范围增加和色散补偿将显得特别有利。
本发明还涉及一种在无源光学网络中通过至少一个光纤而链接到至少一个线路终端装置的光交换站，所述交换站包括：用于传送以NRZ-DPSK格式来相位调制的下行链路光学数据信号的第一部件、和用于接收由所述至少一个线路终端装置传送的上行链路光学信号的第二部件。
根据本发明，所述光交换站的特征在于，所述上行链路光学信号被以NRZ-DPSK格式来相位调制，所述光交换站包括在所述第二接收部件之前的第二部件，该第二部件用于将以NRZ-DPSK格式来相位调制的所述上行链路光学信号转换为以双二进制调制格式来幅度调制的光学数据信号，所述接收部件能够接收以双二进制调制格式来幅度调制的所述上行链路光学信号。
本发明还涉及一种在无源光学网络中的线路终端装置，该无源光学网络(1)包括通过至少一个光纤而链接到所述网络的所述线路终端装置的光交换站，所述交换站包括：用于传送以NRZ-DPSK格式来相位调制的下行链路光学数据信号的第一部件、和用于接收上行链路光学信号的第二部件，所述线路终端装置包括：能够划分所传送的下行链路光学信号的光功率以便获得第一和第二已传送下行链路光学信号的耦合部件、用于接收所述第一下行链路光学信号的第一部件、和用于从所述第二下行链路光学信号生成上行链路光学信号并传送该上行链路光学信号的第二部件。
根据本发明，所述线路终端装置的特征在于，它包括用于将以NRZ-DPSK格式来相位调制的所述第一已传送下行链路光学信号转换为以双二进制调制格式来幅度调制的光学数据信号的部件，所述第一接收部件能够接收所述已幅度调制的下行链路光学信号；并且其特征在于，用于生成上行链路光学信号并传送该上行链路光学信号的所述部件能够从所述第二已接收下行链路光学信号生成以NRZ-DPSK格式来相位调制的上行链路光学信号并传送该上行链路光学信号。
本发明还涉及一种用于在无源光学网络中传送下行链路光学信号和接收上行链路光学信号的方法，所述无源光学网络包括通过至少一个光纤而链接到所述网络的至少一个线路终端装置的光交换站，所述方法包括：用于传送以NRZ-DPSK格式来相位调制的下行链路光学数据信号的步骤、和用于接收上行链路光学信号的步骤。
根据本发明，这样的方法的特征在于，在用于接收上行链路光学信号的步骤之前，它包括：用于将以NRZ-DPSK格式来相位调制的所述上行链路光学信号转换为以双二进制调制格式来幅度调制的上行链路光学信号的步骤。
本发明最后涉及一种用于在无源光学网络中接收下行链路光学信号和传送上行链路光学信号的方法，所述无源光学网络包括通过至少一个光纤而链接到所述网络的至少一个线路终端装置的光交换站，所述方法包括如下步骤：
-耦合步骤，所述耦合步骤意欲划分所传送的下行链路光学信号的光功率，以便获得第一和第二下行链路光学信号；
-接收所述第一下行链路光学信号；和
-从所述第二下行链路光学信号生成上行链路光学信号并传送该上行链路光学信号。
根据本发明，这样的方法的特征在于，它还包括用于将以NRZ-DPSK格式来相位调制的所述第一已传送下行链路光学信号转换为以双二进制调制格式来幅度调制的光学数据信号的步骤，所述已幅度调制的下行链路光学信号意欲通过接收步骤来处理，并且其特征在于，所述用于生成上行链路光学信号并传送该上行链路光学信号的步骤从所述第二已接收下行链路光学信号生成以NRZ-DPSK格式来相位调制的上行链路光学信号并传送该上行链路光学信号。
附图说明
一旦阅读了借助于简单说明性且非限制性示例、以及根据附图而给出的本发明的特定实施例的以下描述，本发明的其它益处和特征就将变得更加清楚明显，在附图中：
图1图解性地呈现了根据现有技术的无源光学接入网络；
图2图解性地呈现了根据本发明的高比特率无源光学接入网络；
图3图解性地呈现了根据本发明的用于从已接收的下行链路光学信号生成上行链路光学信号的部件；以及
图4图解性地呈现了根据本发明的高比特率无源光学接入网络，其还呈现了长距离。
具体实施方式
本发明的一般原理在于：在下行链路和上行链路信道二者上，在接收在根据本发明的无源光学网络的光纤上传送的光学信号时补偿色散。这样的补偿是通过将在光纤上传送的NRZ-DPSK格式的相位调制的信号转换为双二进制格式的幅度调制信号来产生的，该双二进制格式与其它格式相比能三倍或四倍地抵抗色散。
参考图2，呈现了根据本发明的光学接入网络1。这样的网络1适合于10Gbit/s的基本比特率或更高比特率上的数据传送。它包括通过双向光纤20链接到1到N分布元件30的光交换站10，N为大于或等于1的整数，所述1到N分布元件30能够分布下行链路光学信号到N个线路终端装置501到50N、并且对所述N个线路终端装置501到50N向光交换站10传送的N个上行链路光学信号进行多路复用。通过N个光纤401到40N而将分布元件链接到线路终端装置501到50N。
光交换站10的传送部件11能够传送以NRZ-DPSK格式来相位调制的光学信号SOD，e。这样的信号展示了恒定的幅度。
光交换站10还包括：用于传送光学信号SOD，e的部件11；用于接收上行链路光学信号SOR的部件12；和循环器13；第二部件14，用于将以NRZ-DPSK格式来相位调制的所述已接收上行链路光学信号SOR转换为以双二进制调制格式来幅度调制的光学数据信号SOR，duo，以便被呈现给所述第二接收部件12的输入。
图2还图示了用光交换站10实现的、根据本发明的用于传送下行链路光学信号和接收上行链路光学信号的方法。
优选地，这样的转换部件包括高斯滤波器，其半高宽度(mid-heightwidth)位于基本比特率的50％和65％之间，最佳调整范围在56％和60％之间。例如，对于10Gbit/s的基本比特率而言，它的半高宽度在5GHz和6.5GHz之间，最佳调整范围在5.6GHz和6GHz之间。通过NRZ-DPSK信号的窄高斯滤波而获得的双二进制光学信号对由色散激起的码间干扰(IES)鲁棒(robust)得多。所获得的双二进制格式被更详细地描述在如下的文章中，即公布于2006年9月在法国戛纳召开的ECOC会议上的、题目为″Performance comparison of Duobinary Modulation Formats for 40GBsLong-Haul WDM Transmissions(用于40GBs长通信距离WDM传送的双二进制调制格式的性能比较)″、作者为Tan等人的文章。
这样的格式提供了双调制：
-幅度调制，承载由光学信号输送的信息；
-相位调制，不承载信息但是给予这个格式所关注的对IES的鲁棒性属性。
是窄频谱和在相位调制上叠加幅度调制的组合给予了其对色散的非常优秀抵抗。
然而，将注意到，以NRZ-DPSK格式来相位调制的光学信号到以双二进制格式来幅度调制的信号的转换还可通过例如马赫-森德延迟干涉仪(MZDI：Mach-Zehnder Delay Interferometer)滤波器的其它滤波部件来实现。然后，这样的滤波器被配置为对光学信号引入一个比特时间的延迟，并在输出处供应所述光学信号和被延迟了一个比特时间的相同光学信号之和。然而，在实验室进行的测试突显了高斯滤波器部分上用于补偿色散的大得多的能力。
这种转换的另一益处在于双二进制格式具有受限制的频谱占有率的事实。现在，色散不同地作用于频谱的各个组成波长，特别地，随着频谱的射线变得更远，它使信号失真得更多。接着是，限制频谱占有率具有减少色散对所传送的光学信号的影响的效果，因此对双二进制格式感兴趣。
将注意到，在基本比特率的50到65％的值的这个范围中，从56到60％的范围在对所传送的光学信号减少色散方面导致了最佳结果。
所获得的双二进制信号被呈现给光交换站的接收部件12。将注意到，这样的部件必须简单地适于接收以NRZ-OOK(开-关键控)来幅度调制的光学信号，所述双二进制格式不需要任何特定的适配。
除了循环器51i和耦合部件52i之外，根据本发明的线路终端装置50i还包括第一部件54i，其用于将以NRZ-DPSK格式来相位调制的所述第一已接收下行链路光学信号SODi，1转换为以双二进制调制格式来幅度调制的光学数据信号SOD，i，duo，以便呈现给所述第一接收部件55i的输入。
根据本发明，生成部件53i能够从所述第二已接收下行链路光学信号SODi，2生成以NRZ-DPSK格式来相位调制的上行链路光学信号SORi，e，并将它发送到循环器51i以在线路光纤40i上传送。
还通过图2图示了根据本发明的通过线路终端装置501到50N实现的用于接收下行链路光学信号和传送上行链路光学信号的方法。
参考图3，该图示出了根据本发明的一个方面的用于从第二已接收下行链路信号SOD，i2生成上行链路光学信号SORi的部件53i。这样的部件包括循环器531i，其能够使所接收的下行链路信号SOD,ri和所传送的上行链路信号SORi，e在线路光纤40i中循环。经由第一分支，循环器531i将所接收的下行链路光学信号发送到相位清除部件532i中，所述相位清除部件532i典型地为电吸收调制器(EAM)，能够“清除”或删除所接收的下行链路NRZ-DPSK光学信号的相位。有利地，EAM在其最大传送点被极化，以便导致最小级别的功率损耗。然后，相位方面“被清除”的、具有恒定幅度的信号被发送到典型地为半导体光学放大器(SOA)的放大部件533i，以便补偿通过下行链路方向中的传送和通过EAM而引入的功率损耗。所获得的已放大的信号被呈现给相位调制部件534i(或相位调制器MP)的输入，所述相位调制部件534i以NRZ-DPSK格式来执行要返回到光交换站的数据的编码。将注意到，为了预料MP所引入的功率损耗而添加SOA类型的第二放大器可能是有用的。
参考图4，现在将呈现根据本发明的另一方面的高比特率、长通信距离无源光学网络。对于与参考前面的图而描述的网络共同的该网络的组成元件给出了相同的附图标记，并将不进行描述。
光交换站10包括用于放大下行链路光学信号的光功率的第一部件15，其例如为至少一个激光二极管，能够在所述光纤40中传送下行链路放大信号SAD。这个放大信号能够激励放在线路光纤40中的第一无源放大介质，以便放大下行链路光学信号SOD。于是，表述“远程放大”适用。在这个示例中，所使用的放大模式是分布式放大或基于拉曼(Raman)效应的放大。这样的放大被沿着线路光纤40的整个长度来分布。利用这个放大模式，第一放大介质是线路光纤本身。
无源光学网络1还包括用于放大下行链路光学信号SOD的光功率的第二部件31，其能够在所述光纤中传送第二上行链路放大信号SAR。这个第二放大信号能够激励放在线路光纤40中的第二无源放大介质，以便放大下行链路光学信号SOD和上行链路光学信号SOR。
在这个示例中，光纤还充当用于所述光学信号的第二放大介质。因此，这样的实施例使得可能基于拉曼效应而在相同的放大介质中放大上行链路信号和下行链路信号。
更具体地，分别通过激光二极管15和31传送的放大光学信号SAD和SAR使得可能激励用于形成网络的光纤20的硅矩阵SiO2的分子的声振动模式(声子)。通过回复到它们的非激励状态，光纤40的硅石SiO2矩阵的分子以具有与下行链路和上行链路信号相同波长的光子的形式、通过受激发射来释放能量，这因此不同于放大光学信号的形式。这样，利用将光学数据信号通过其分子已经被放大光学信号激励的光纤，当它们在光纤20中传播时，该光学数据信号使得它的功率以分布式方式进行放大。
选择放大光学分量的波长，从而在返回到光纤的硅石分子的非激励状态时发射的光子的波长对应于要被放大的信号的波长。作为示例，为了放大具有1550纳米波长的光学数据分量，以1450纳米的波长来传送放大光学分量。对于通过光交换站和线路终端装置传送的下行链路和上行链路光学数据信号而言，是由放大部件15和31传送的放大信号释放了与它相同波长处的能量。
将注意到，存在两种用于传送下行链路和上行链路光学信号的主要技术，第一种技术是TDM，而第二种技术是WDM，并且取决于所选择的传送技术，实现远程放大的方式将不同。
让我们首先考虑基于对所传送的数据的时分多址来实现TDM技术的无源接入网络的第一情况。换言之，光交换站包括在单个波长上传送下行链路光学信号的单个激光二极管11，所述波长按时间在订户之间共享。在这个情况下，分布元件30是1到N耦合器，其将下行链路光学信号的功率划分为包含相同数据的N个子信号，以用于N个线路终端装置。然后，在时间定序的基础上，由线路终端装置50i的接收机来提取用于一个或多个订户的相关数据。
在高比特率、长通信距离的无源光学网络的这个第一实施例中，放大部件15和31在单个波长传送放大信号，例如在1450nm上传送放大信号，以用于在1550nm的波长上传送的下行链路和上行链路光学信号。
在高比特率、长通信距离的无源光学网络的第二实施例中，基于波长资源的分布来使用WDM技术。换言之，向订户分配波长。在这个情况下，线路分布元件30是1到N多路复用器/解多路复用器，其对下行链路光学信号SOD进行滤波，并仅向订户路由涉及他的这个信号的部分，并且在上行链路方向，对由不同的线路终端装置在不同的波长上传送的上行链路信号进行多路复用。与TDM无源网络相比，WDM接入网络更昂贵，这是因为它使用了更大数目的波长和路由元件。另一方面，它实现更加简单并且向订户提供更大的安全性，这是因为波长被分派给订户、并且光学解多路复用器与耦合器相比对所传送的信号衰减少得多。
利用WDM接入网络，放大部件15和31必须以至少三个不同的波长(典型地为1435、1450和1465nm)来生成放大信号，以确保整个C波段上的平坦增益。
还将注意到，存在对拉曼放大的至少一个替换例。这是通过将掺铒光纤部件插入到线路光纤20中来进行的远程放大。这样的光纤部分构成了放大介质。通过将激励波长注入到掺铒光纤部分中，可能放大通过网络的这个分支的光学数据信号。这样的放大技术被称为ROPA(远程光学泵浦放大：Remote Optically-Pumped Amplification)技术。
即使在WDM接入网络的情况下，也需要单个激光二极管来激励存在于放大介质中的铒原子。实质上，通过返回到它们的平衡状态，铒原子以多个波长来释放光子，所述多个波长不同但是其值构成了一范围。这样，如果光学信号具有由位于这个值范围中的波长来承载的它的数据，则它使得其光功率被放大。当网络使用波分复用时，由光交换站传送的光学数据分量与在给定值范围中包括的波长相关联，所述给定值范围对应于掺铒光纤部分能够放大的波长值的范围。
最后，将注意到，可能在同一个网络中使用两种类型的放大，例如对于第一介质(线路光纤20)用拉曼放大且对于第二介质用ROPA放大，且反之亦然。
接下来的两个表格通过示例而指明了与100km、10Gbit/s量级的高比特率长通信距离的无源光学网络对应的、分别在下行链路方向和上行链路方向的光功率预算，其中第一和第二放大介质是线路光纤20。表1和表2涉及TDM网络的情况，而表3和表4涉及WDM网络的情况。
表1
Figure GPA00001027260800142
表2
Figure GPA00001027260800143
表3
Figure GPA00001027260800152
表4
在这些表中，可以看出，平衡了与下行链路和上行链路传送方向对应的光学预算。在上行链路方向中，将观察到由光交换站10接收的光功率的值大于瑞利反向散射光学信号的功率。这样，放在光交换站10中的接收部件没有被反向散射的信号迷乱，并且没有扰乱上行链路光学数据分量的接收。
利用这两个实施例中的一个或另一个，本发明因此使得可能产生对色散鲁棒的高比特率、长通信距离的无源光学网络。作为示例，所获得的范围具有100km的量级，而传统的无源接入网络具有限于20km的范围。这通过组合两个因素而成为可能：
-引入远程放大部件使得可能放大所传送的光学信号，同时保持网络的无源特性；以及
-通过对订户侧和交换站侧二者上的接收模块使用高度抵抗IES的双二进制调制，来补偿色散。
范围上的这种增加显著地使得根据本发明的长通信距离接入网络它自己可能充当接入网络和汇集网络(collection network)二者。一个益处是取消了通常位于接入网络和汇集网络之间的边界上的交换站，并且该交换站的一个任务是放大所传送的光学信号。
有利地，放大部件31可放在这个交换站的位置中，并因此受益于共享的功率馈送资源。

Claims (8)

1.一种无源光学网络(1)，包括通过至少一个光纤(20、401到40N)而链接到所述网络的至少一个线路终端装置(501到50N)的光交换站(10)，所述交换站包括：用于传送以NRZ-DPSK格式来相位调制的下行链路光学数据信号(SOD，e)的部件(11)、和用于接收上行链路光学信号(SOR，r)的部件(12)，所述线路终端装置(50i)包括：能够划分所传送的下行链路光学信号(SOD，r)的光功率以便获得第一和第二下行链路光学信号(SOD，ri1、SOD，ri2)的耦合部件(52i)、用于接收第一下行链路光学信号的部件(55i)、和用于从第二下行链路光学信号(SOD，ri2)生成上行链路光学信号并传送该上行链路光学信号的部件(53i)，其特征在于：
-所述线路终端装置包括用于将以NRZ-DPSK格式来相位调制的所述第一下行链路光学信号(SOD，ri1)转换为以双二进制调制格式来幅度调制的光学数据信号(SOD，riduo)的第一部件(54i)，所述第一接收部件(55i)能够接收所述第二已幅度调制的下行链路光学信号；
-用于生成上行链路光学信号并传送该上行链路光学信号的所述部件能够从所述第二下行链路光学信号(SOD，ri2)生成以NRZ-DPSK格式来相位调制的上行链路光学信号并传送该上行链路光学信号；
-所述光交换站包括在所述第二接收部件(12)之前的第二部件(14)，该第二部件(14)用于将以NRZ-DPSK格式来相位调制的所述上行链路光学信号转换为以双二进制调制格式来幅度调制的光学数据信号(SOR，duo)，所述第二接收部件能够接收所述已幅度调制的上行链路光学信号(SOR，duo)。
2.根据权利要求1的无源光学网络，其特征在于，所述下行链路光学信号具有给定的基本比特率，所述第一和第二转换部件(54i，14)包括高斯滤波级，该高斯滤波级的半高宽度落入与所述基本比特率的50和65％之间的百分比对应的值的范围内。
3.根据权利要求1或2的无源光学网络，其特征在于，用于从以NRZ-DPSK格式来相位调制的所述第二已接收下行链路光学信号生成以NRZ-DPSK格式来相位调制的上行链路光学信号并传送该上行链路光学信号的所述部件(53i)包括：部件(532i)，用于清除所述第二下行链路光学信号的相位；部件(533i)，用于放大已清除的下行链路光学信号；相位调制部件(534i)，能够供应以NRZ-DPSK格式来相位调制的所述上行链路光学信号；和三分支循环部件(531i)，能够在第一分支上接收所述第二下行链路光学信号，经由第二分支来发送所述第二下行链路光学信号到所述相位清除部件，在第三分支上接收所生成的上行链路光学信号，并在所述光纤上发送它。
4.根据权利要求1到3中任一项的无源光学网络，其特征在于：
-所述光交换站包括用于放大所述下行链路光学信号(SODe)的光功率的第一部件(15)，其能够在所述光纤(20)中传送第一下行链路放大信号(SA，D)；
-所述光纤(20)包括能够被所述第一放大信号(SA，D)激励的至少一个第一无源放大介质；
-所述无源光学网络包括用于放大下行链路光学信号(SOD，e)的光功率的第二部件(31)，其能够在所述光纤中传送第二上行链路放大信号(SAR)；
-所述光纤包括能够被所述第二放大信号(SAR)激励的第二放大介质。
5.一种在无源光学网络(1)中通过至少一个光纤而链接到至少一个线路终端装置(50i)的光交换站(10)，所述交换站包括：用于传送以NRZ-DPSK格式来相位调制的下行链路光学数据信号(SODe)的第一部件(11)、和用于接收由所述至少一个线路终端装置(50i)传送的上行链路光学信号(SORr)的第二部件(12)，所述光交换站的特征在于，所述上行链路光学信号被以NRZ-DPSK格式来相位调制，所述光交换站包括在所述第二接收部件(12)之前的第二部件(14)，该第二部件(14)用于将以NRZ-DPSK格式来相位调制的所述上行链路光学信号转换为以双二进制调制格式来幅度调制的光学数据信号(SOR，duo)，所述第二接收部件能够接收以双二进制调制格式来幅度调制的所述上行链路光学信号。
6.一种在无源光学网络(1)中的线路终端装置(501到50N)，该无源光学网络(1)包括通过至少一个光纤(20、401到40N)而链接到所述网络的所述线路终端装置的光交换站(10)，所述交换站包括：用于传送以NRZ-DPSK格式来相位调制的下行链路光学数据信号的第一部件(11)、和用于接收上行链路光学信号的第二部件(12)，所述线路终端装置(50i)包括：能够划分所传送的下行链路光学信号的光功率以便获得第一和第二下行链路光学信号的耦合部件(52i)、用于接收所述第一下行链路光学信号的第一部件(55i)、和用于从所述第二下行链路光学信号生成上行链路光学信号并传送该上行链路光学信号的第二部件(53i)，其特征在于，所述线路终端装置包括用于将以NRZ-DPSK格式来相位调制的所述第一已传送下行链路光学信号转换为以双二进制调制格式来幅度调制的光学数据信号(SOD，riduo)的部件(54i)，所述第一接收部件能够接收所述已幅度调制的下行链路光学信号；并且其特征在于，
-用于生成上行链路光学信号并传送该上行链路光学信号的所述部件能够从所述第二下行链路光学信号生成以NRZ-DPSK格式来相位调制的上行链路光学信号并传送该上行链路光学信号。
7.一种用于在无源光学网络(1)中传送下行链路光学信号和接收上行链路光学信号的方法，所述无源光学网络(1)包括通过至少一个光纤(20、401到40N)而链接到所述网络的至少一个线路终端装置(501到50N)的光交换站(10)，所述方法包括：用于传送以NRZ-DPSK格式来相位调制的下行链路光学数据信号(SOD，e)的步骤和用于接收上行链路光学信号(SOR，r)的步骤，
所述方法的特征在于，在用于接收上行链路光学信号的步骤之前，它包括：用于将以NRZ-DPSK格式来相位调制的所述上行链路光学信号转换为以双二进制调制格式来幅度调制的上行链路光学信号(SOR，duo)的步骤。
8.一种用于在无源光学网络(1)中接收下行链路光学信号和传送上行链路光学信号的方法，所述无源光学网络(1)包括通过至少一个光纤(20、401到40N)而链接到所述网络的至少一个线路终端装置(501到50N)的光交换站(10)，所述方法包括如下步骤：
-耦合步骤，所述耦合步骤意欲划分所传送的下行链路光学信号的光功率，以便获得第一和第二下行链路光学信号；
-接收所述第一下行链路光学信号；和
-从所述第二已接收下行链路光学信号生成上行链路光学信号并传送该上行链路光学信号；
所述方法的特征在于，它还包括用于将以NRZ-DPSK格式来相位调制的所述第一已传送下行链路光学信号转换为以双二进制调制格式来幅度调制的光学数据信号的步骤，所述已幅度调制的下行链路光学信号意欲通过接收步骤来处理，并且其特征在于，所述用于生成上行链路光学信号并传送该上行链路光学信号的步骤从所述第二下行链路光学信号生成以NRZ-DPSK格式来相位调制的上行链路光学信号并传送该上行链路光学信号。
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