CN101835070B - 波分复用无源光网络实现波长重用和广播功能的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波分复用无源光网络实现波长重用和广播功能的系统和方法。系统中采用1个光线路终端OLT，通过两根单模光纤连接远端节点RN，而远端节点RN连接至两组光网络单元ONU；其中远端节点RN主要由两个光滤波器、3个光环行器、一个光耦合器和2个2x N的阵列波导光栅AWG组成；实现在RN处就可以完成上下行信号的分离、合路，每个ONU可同时收到广播信号以及点到点的数据信号；本发明仅通过改变系统的结构实现了广播信号的传输和波长重用功能，并且使系统在成本和性能之间达到了均衡。

Description

波分复用无源光网络实现波长重用和广播功能的系统和方法

技术领域

本发明涉及光通信领域，具体是涉及一种波分复用无源光网络(WDM-PON)实现波长重用和广播功能的系统和方法。

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，大幅度提升网络的传输容量，在光接入网中拥有广阔的应用前景，被认为是FTTx未来演进的最终选择。WDM-PON为每个ONU分配了一个(或一对)波长进行通信，从而实现了ONU与OLT之间虚拟的点对点传输，但这种传输方式却使得点对多点的广播信号传输较为困难，并且为每个ONU设置一个特定波长的激光器将导致系统的成本过高。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WDM-PON网络中，大量使用特定波长的光源导致其高昂的部署成本以及运营成本。在传统的WDM-PON网络中，由于波长作为用户ONU的标识，每个ONU需要一个特定的波长用于用户上传数据时。毫无疑问，这样就大量的增加了网络的部署成本和维护成本。这是导致目前WDM PON网络无法实现商用化的一个重要原因，针对这个问题，目前已经提出了多种方案构造一个低成本、无色的ONU。相关的技术有：使用法布里珀罗激光器，使用反射式半导体放大器和使用宽带光源实现无色化的操作。其中，一种有前途的技术是使用RSOA实现的光环回和重调制技术。这里，从中心局的OLT端发射出的下行波长在ONU中通过RSOA实现了重调制，进而作为上行载波进行传输。因为此方案避免了使用额外的光源和实现了ONU中光源的简单操作，在WDM-PON中是一种很有前景的无色化方案。但是在采用这种方案的WDM-PON网络中，由于光功率的上下行往返损耗，功率预算问题是一个非常关键的问题。另外，由于上下行采用相同的波长，如何让同一光波上的下行数据不对上行数据产生干扰是本方案的另一关键问题。虽然目前RSOA的性能在不断的提高，但这仍旧是一个难点。

再者，由于WDM-PON中OLT与ONU之间固有的逻辑上点到点之间的连接，导致很难在WDM-PON网络中传输广播信号。这又是另外一个阻止WDM-PON实现商用化的重要原因。随着目前各种新型业务的不断增加，如IPTV，高清晰的广播电视等业务，它们将是下一代光接入网中必须承载的业务。目前针对此问题的解决方法，大多是在WDM-PON中叠加一个TDM-PON系统来传输广播信号，或者利用调相的方式载入广播信息来进行的，再或者采用电域的子载波复用(SCM)方式来解决这个问题。但这些方法有各种各样的缺点，如价格高昂、速率受限等等。事实上，可承载广播业务的下一代WDM-PON光接入网，通过对网络架构的合理安排，可使系统在兼容广播业务和点对点业务的同时，还将能够在系统的性能和成本之间取得平衡，这对未来的WDM-PON发展具有重要影响。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供了一种波分复用无源光网络(WDM-PON)实现波长重用和广播功能的系统和方法，能有效的在WDM-PON中传输广播信号以及实现波长重用。

为达到上述目的，本发明的构思是：在RN处采用了一种新的结构配置方式，通过这种新的远端节点RN的结构方式可以克服已有方法来传输广播信号的缺陷。

本发明主要是在采用两根馈线光纤，使点对点的传输和广播信号的传输在不同的传输路径上，通过结构的改变就实现了波长重用功能和广播信号的传输。采用光环行器和光滤波器，以及2xN阵列波导光栅AWG，这样，在RN处就可以完成上下行信号的分离、合路，每个ONU可以同时接收到广播信号以及点对点的数据信号。

根据上述发明构思，本发明采用下列方案：

一种波分复用无源光网络实现广播功能的系统，由1个光线路终端OLT是2n个DFB激光器分别经2n个光耦合器和2n个强度调制器与2n个光接收机分别连接2n个光环行器的两个端头，而2n个光环行器的第三个端头分别连接一个2x2N的阵列波导光栅AWG和一个1x2N的阵列波导光栅AWG，2x2N的阵列波导光栅AWG的输出口连接单模光纤Ⅰ，1x2N的阵列波导光栅AWG的输出经一个相位调制器和一个光环行器连接至单模光纤Ⅱ，其特征在于：

1)所述远端节点RN包括两个滤波器——第一光滤波器和第二光滤波器、一个1x2光纤耦合器、三个光环行器-第一光环行器、第二光环行器和第三光环行器以及两个2xN的阵列波导光栅AWG-第一2xN阵列波导光栅AWG和第二2xN阵列波导光栅AWG；

其中第一光滤波器的两个输出端口分别连接至第一2xN阵列波导光栅AWG和第二2xN阵列波导光栅的第一端口；第二光滤波器的两个输出端口经光环行器后分别连接第一2xN阵列波导光栅和第二2xN阵列波导光栅的第二端口，第一光环行器连接至1x2光纤耦合器，1x2光纤耦合器的输出端口连接至第二光环行器和第三光环行器的第二个端口，第二光环行器以及第三光环行器的第三端口分别连接至第一2xN阵列波导光栅和第二2xN阵列波导光栅的第二端口；

2)共有两光网络单元组，每个光网络单元ONU组有N个是完全相同的光网络单元ONU。所述远端节点RN通过两组分布光纤连接至两组光网络单元，所述的光网络单元ONU包括一个光环行器、一个光滤波器、一个光耦合器、一个强度调制器、一个广播信号接收机和一个点对点信号接收机；光滤波器的输出端口分别连接至点对点信号接收机和光耦合器，光耦合器输出端口连接至广播信号接收机和光强度调制器，光强度调制器连接至光环行器。

一种波分复用无源光网络实现广播功能的方法，采用上述系统进行广播，其特征在于：下行时，所述光线路终端OLT中的2n个DFB激光器发射出的波长通过2n个耦合器分成两部分，其中上半部分通过强度调制器后通过OLT中的光环行器耦合进2x2N的阵列波导光栅AWG，作为点到点的信号在单模光纤Ⅰ中传输，其中DFB1至DFB n，n个激光器的发射波长为红波波段，DFB n+1至DFB 2n的发射波长为蓝波波段；下半部分耦合进1x2N的阵列波导光栅AWG，通过相位调制器后经光环行器传输到单模光纤Ⅱ中作为广播信号传输。信号进入远端节点RN后，点对点信号经第一光滤波器将红光和蓝光分开后，红光进入到第一2xN阵列波导光栅，蓝光进入第二2xN阵列波导光栅；广播信号经第二光滤波器后，承载有广播信号的蓝光经第三光环行器后进入到第一2xN阵列波导光栅，承载有广播信号的红光经第二光环行器后进入到第二2xN阵列波导光栅；信号经ONU中的环行器进入ONU后，经光滤波器将红蓝光分离，红光/蓝光被点到点信号接收机接收，蓝光/红光分经耦合器分为两部分，其中一部分经延迟干涉仪后将相位信号变成强度信号后，广播信号被广播接收机接收，另一部分作为上行信号传输；这样，GroupⅠ中的ONU将接收到红光承载的点到点的信号以及蓝光承载的广播信号；GroupⅡ中的ONU将接收到蓝光承载的点到点的信号以及红光承载的广播信号；上行信号经强度调制后经环行器进入分布光纤，进而进入RN处的第一2xN阵列波导光栅或者第二2xN阵列波导光栅，经2xN阵列波导光栅第二端口输出后通过第二光环行器和第三光环行器输入到耦合器中，再经第一光环行器进入单模光纤Ⅱ，在OLT端经光环行器输入到2x2N的阵列波导光栅AWG的第二端口，进而被OLT中相应的上行光接收机进行接收。

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，可使网络很简单的实现广播信息的传输；(2)仅仅是对网络结构进行了安排，对器件的要求不高，使网络易于实施使系统在成本和性能之间达到了一个均衡；(3)相对于上下行信号在采用同样的波长进行传输，本结构更加灵活，采用结构上的改变实现了波长重用，使的在ONU中不需要其它额外的光源，实现了网络的“无色化”，进而降低了系统成本。

附图说明

图1为本发明一个实施例证波分复用无源光网络实现波长重用和广播功能的系统结构框图。

图2是图1中光网络单元ONU的结构框图。

具体实施方式

结合附图说明，本发明的一个实施示例如下：

参见图1，本波分复用无源光网络WDM-PON实现广播功能的系统由1个光线路终端OLT 1，通过两根单模光纤(单模光纤Ⅰ11，单模光纤Ⅱ12)连接远端节点RN 13，而远端节点RN(13)连接两组光网络单元(GroupⅠ23，GroupⅡ24)构成，所述光线路终端OLT 1由2n个DFB激光器4、2n个光耦合器5、2n个强度调制器6、2n个光接收机10、一个2x2N的阵列波导光栅AWG 2、一个1x2N的阵列波导光栅AWG 3和2n个光环行器7构成。其中远端节点RN 13包括两个滤波器(第一光滤波器14，第二光滤波器17)、一个1x2光纤耦合器16、三个光环行器(第一光环行器15，第二光环行器19，第三光环行器20)和两个2xN的阵列波导光栅AWG(第一2xN阵列波导光栅AWG 18，第二2xN阵列波导光栅AWG 21)；其中第一光滤波器14将点到点的信号的蓝红光分开后，两个输出端口分别连接至第一2xN阵列波导光栅AWG  18和第二2xN阵列波导光栅21的第一端口；第二光滤波器17将广播信号的蓝红光分开后，两个输出端口经光环行器19后分别连接第一2xN阵列波导光栅18和第二2xN阵列波导光栅21的第二端口，第一光环行器15连接至1x2光纤耦合器16，1x2光纤耦合器16的输出端口连接至第二光环行器19和第三光环行器20的第二个端口，第二光环行器19以及第三光环行器20的第三端口分别连接至第一2xN阵列波导光栅18和第二2xN阵列波导光栅21的第二端口。

共有两光网络单元组(GroupⅠ23、GroupⅡ24)，每个光网络单元组有N个完全相同的光网络单元ONU 25。

所述远端节点RN 13通过两组分布光纤22连接至两组光网络单元，所述的光网络单元ONU 25包括一个光环行器26、一个光滤波器29、一个光耦合器30、一个强度调制器28、一个广播信号接收机31和一个点对点信号接收机27；光滤波器29的输出端口分别连接至点对点信号接收机27和光耦合器30，光耦合器30输出端口连接至广播信号接收机31和光强度调制器28，光强度调制器28连接至光环行器26。

OLT的激光器中，DFB1至DFB n的发射波长为红波波段，DFB n+1至DFB 2n的发射波长为蓝波波段；点到点的信号通过强度调制器6后传到单模光纤Ⅰ11中；广播信号通过相位调制器8后传到单模光纤Ⅱ12中，经第一光滤波器14和第二光滤波器17后将点对点的信号以及广播信号红波段波长和蓝波段波长分开后送到2xN阵列波导光栅18和2xN阵列波导光栅21中，通过阵列波导光栅AWG自身的特性实现广播信号以及点到点信号的传输；这样，红光用于承载GroupⅠ23中点到点信号的传输，蓝光用于承载GroupⅠ23中广播信号的传输，反之，蓝光用于承载GroupⅡ24中点到点信号的传输，红光用于承载GroupⅡ24中广播信号的传输。该方案仅通过改变系统的结构实现了广播信号的传输和波长重用功能，并且使系统在成本和性能之间达到了均衡。

下行时，所述光线路终端OLT 1中的2n个DFB激光器4发射出的波长通过2n个耦合器5分成两部分，其中上半部分通过强度调制器6后通过OLT中的光环行器7耦合进2x2N的阵列波导光栅AWG 2，作为点到点的信号在单模光纤Ⅰ11中传输，其中DFB1至DFB n 4，n个激光器的发射波长为红波波段，DFB n+1至DFB 2n的发射波长为蓝波波段；下半部分耦合进1x2N的阵列波导光栅AWG 3，通过相位调制器8后经光环行器9传输到单模光纤Ⅱ12中作为广播信号传输。信号进入远端节点RN 13后，点对点信号经第一光滤波器14将红光和蓝光分开后，红光进入到第一2xN阵列波导光栅18，蓝光进入第二2xN阵列波导光栅21；广播信号经第二光滤波器17后，承载有广播信号的蓝光经第三光环行器20后进入到第一2xN阵列波导光栅18，承载有广播信号的红光经第二光环行器19后进入到第二2xN阵列波导光栅21；信号经ONU中的环行器26进入ONU后，经光滤波器29将红蓝光分离，红光/蓝光被点到点信号接收机27接收，蓝光/红光分经耦合器30分为两部分，其中一部分经延迟干涉仪31后将相位信号变成强度信号后，广播信号被广播接收机31接收，另一部分作为上行信号传输；这样，GroupⅠ23中的ONU将接收到红光承载的点到点的信号以及蓝光承载的广播信号；GroupⅡ24中的ONU将接收到蓝光承载的点到点的信号以及红光承载的广播信号；上行信号经强度调制28后经环行器26进入分布光纤22，进而进入RN 13处的第一2xN阵列波导光栅18或者第二2xN阵列波导光栅21，经2xN阵列波导光栅18，21第二端口输出后通过第二光环行器19和第三光环行器20输入到耦合器16中，再经第一光环行器15进入单模光纤Ⅱ12，在OLT端经光环行器9输入到2x2N的阵列波导光栅AWG 2的第二端口，进而被OLT中相应的上行光接收机10进行接收。

Claims (3)

1.一种波分复用无源光网络实现波长重用和广播功能的系统，由光线路终端OLT(1)通过两根单模光纤——单模光纤I(11)和单模光纤II(12)而连接远端节点RN(13)，远端节点RN(13)连接两组光网络单元构成，在所述光线路终端OLT(1)中，2n个DFB激光器(4)分别经2n个光耦合器(5)和2n个强度调制器(6)与2n个光接收机(10)分别连接2n个光环行器(7)的两个端头，而2n个光环行器(7)的第三个端头分别连接一个2x2N的阵列波导光栅AWG(2)和一个1x2N的阵列波导光栅AWG(3)，2x2N的阵列波导光栅AWG(2)的输出口连接单模光纤I(11)，1x2N的阵列波导光栅AWG(3)的输出经一个相位调制器(8)和一个光环行器(9)连接至单模光纤II(12)，其特征在于：

1)所述远端节点RN(13)包括两个滤波器——第一光滤波器(14)和第二光滤波器(17)、一个1x2光纤耦合器(16)、三个光环行器——第一光环行器(15)、第二光环行器(19)和第三光环行器(20)以及两个2xN的阵列波导光栅AWG——第一2xN阵列波导光栅AWG(18)和第二2xN阵列波导光栅AWG(21)；其中第一光滤波器(14)的两个输出端口分别连接至第一2xN阵列波导光栅AWG(18)和第二2xN阵列波导光栅(21)的第一端口；第二光滤波器(17)的两个输出端口经第二光环行器(19)后分别连接第一2xN阵列波导光栅(18)和第二2xN阵列波导光栅(21)的第二端口，第一光环行器(15)连接至1x2光纤耦合器(16)，1x2光纤耦合器(16)的输出端口连接至第二光环行器(19)和第三光环行器(20)的第二个端口，第二光环行器(19)以及第三光环行器(20)的第三端口分别连接至第一2x N阵列波导光栅(18)和第二2x N阵列波导光栅(21)的第二端口；

2)共有两个网络单元组，每个光网络单元ONU组有N个是完全相同的光网络单元ONU(25)。

2.根据权利要求1所述的波分复用无源光网络实现波长重用和广播功能的系统，其特征在于：所述远端节点RN(13)通过两组分布光纤(22)连接至两组光网络单元，所述的光网络单元ONU(25)包括一个光环行器(26)、一个光滤波器(29)、一个光耦合器(30)、一个光强度调制器(28)、一个广播信号接收机(31)和一个点对点信号接收机(27)；光滤波器(29)的输出端口分别连接至点对点信号接收机(27)和光耦合器(30)，光耦合器(30)输出端口连接至广播信号接收机(31)和光强度调制器(28)，光强度调制器(28)连接至光环行器(26)。

3.一种波分复用无源光网络实现波长重用和广播功能的方法，采用根据权利要求书1所述的波分复用无源光网络实现波长重用和广播功能的系统进行广播，其特征在于：下行时，所述光线路终端OLT(1)中的2n个DFB激光器(4)发射出的波长通过2n个光耦合器(5)分成两部分，其中上半部分通过强度调制器(6)后通过OLT中的光环行器(7)耦合进2x2N的阵列波导光栅AWG(2)，作为点到点的信号在单模光纤I(11)中传输，其中DFB1至DFB n，n个激光器的发射波长为红波波段，DFB n+1至DFB 2n的发射波长为蓝波波段；下半部分耦合进1x2N的阵列波导光栅AWG(3)，通过相位调制器(8)后经光环行器(9)传输到单模光纤II(12)中作为广播信号传输；信号进入远端节点RN(13)后，点对点信号经第一光滤波器(14)将红光和蓝光分开后，红光进入到第一2xN阵列波导光栅(18)，蓝光进入第二2x N阵列波导光栅(21)；广播信号经第二光滤波器(17)后，承载有广播信号的蓝光经第三光环行器(20)后进入到第一2xN阵列波导光栅(18)，承载有广播信号的红光经第二光环行器(19)后进入到第二2xN阵列波导光栅(21)；信号经ONU中的环行器(26)进入ONU后，经光滤波器(29)将红蓝光分离，红光/蓝光被点到点信号接收机(27)接收，蓝光/红光分经耦合器(30)分为两部分，其中一部分经延迟干涉仪(31)后将相位信号变成强度信号后，广播信号被广播接收机(31)接收，另一部分作为上行信号传输；这样，Group I(23)中的ONU将接收到红光承载的点到点的信号以及蓝光承载的广播信号；Group II(24)中的ONU将接收到蓝光承载的点到点的信号以及红光承载的广播信号；上行信号经光强度调制器(28)后经环行器(26)进入分布光纤(22)，进而进入RN(13)处的第一2xN阵列波导光栅(18)或者第二2xN阵列波导光栅(21)，经2xN阵列波导光栅(18，21)第二端口输出后通过第二光环行器(19)和第三光环行器(20)输入到光纤耦合器(16)中，再经第一光环行器(15)进入单模光纤II(12)，在OLT端经光环行器(9)输入到2x2N的阵列波导光栅AWG(2)的第二端口，进而被OLT中相应的上行光接收机(10)进行接收。

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