CN101841367B - 一种具有波长选择功能的光路倒换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有波长选择功能的光路倒换装置，其外部设有1×2端口，内部包括一个1×2光耦合器、一个波长选通单元、一个端口数至少为2×2的光开关单元；所述光路倒换装置的单口端连接光耦合器的单口端，光耦合器的双口端的一个端口连接波长选通单元的输入端口，光耦合器的双口端的另一个端口与波长选通单元的输出端口分别与光开关单元输入端的两个端口连接，光开关单元输出端的两个端口分别连接光路倒换装置的双口端的两个端口。本发明提供的光路倒换装置，结构简单，使用元件少，能实现对输入的多波长光波信号的多种输出组合。该装置可用于波分复用无源光网络中波长选择性的保护倒换等需要实现波长选择的光路倒换场合。

Description

一种具有波长选择功能的光路倒换装置

技术领域

本发明涉及无源光网络，尤其涉及波分复用无源光网络的保护倒换装置。

背景技术

光纤接入技术是实现下一代宽带接入网络的主要技术之一，具有高带宽，大容量，高可靠，服务质量好等特点，便于实现语音、数据、视频等的多网合一。

在无源光网络(以下简称PON)技术中，目前主要存在波分复用无源光网络(以下简称WDM-PON)和时分复用无源光网络(以下简称TDM-PON)两种技术，TDM-PON技术相对成熟，带宽利用率高，器件成本相对较低，已有比较广泛的应用；而WDM-PON可为每个接入终端提供更高的带宽，扩展性好，可为未来的网络应用升级扩展提供保证，可以说是未来光接入网的发展趋势，但其元件成本相对较高，且对光带宽资源的使用率相对较低，尽管如此各种低成本多波长光源方案的提出使得WDM-PON的实用化已成为可能。

随着接入网所承载的业务种类和带宽的增加，尤其是可能的语音业务的并入，使得对其可靠性的要求越来越高，具体的表现在对网络生存性要求的提高，即要求网络在出现故障时具有冗余保护和快速恢复能力，即使在出现灾难性事故的情况下也应能最大限度地保持通信。从网络成本的角度考虑，还要以小的代价实现这样的保护。

光接入网主要由光线路终端(以下简称OLT)、光纤分配网(以下简称OND)及相应的链路节点(通常包括一个远端节点(以下简称RN))和光网络单元(以下简称ONU)/光网络终端(以下简称ONT)几部分组成，对光接入网的冗余保护亦可针对这几部分分别进行，由于OLT和光纤分配网络中光主干/馈线光纤部分的故障会影响到网络中所有用户的接入，因此在考虑网络保护的时候通常是首先要考虑的部位。又由于对光纤部分的保护除了采用双倍的光纤甚至相互独立的路由之外，通常有OLT或ONU端提供监控倒换功能来配合实现对光纤链路的保护和恢复，因此具有保护功能的OLT/ONU是实现网络保护和恢复的关键。

目前对TDM-PON中OLT的保护可以采用双倍的光收发模块或双倍的OLT来实现，因为其OLT中只有一对波长的光收发模块所以即便采用双倍冗余其成本的增加相对于整个网络还不算显著，但对WDM-PON中OLT的保护若也采用双倍冗余，则其所需增加的成本将成为该方案实现的主要限制，同时其保护效率也太低。目前，WDM-PON有利用不同PON的OLT的相互备份实现对光纤故障的保护的，有在OLT中使用冗余的光源对OLT中其它固定波长光源进行保护的，也有在OLT或ONU中提供倒换功能实现对冗余光纤光路的保护的。在OLT中利用保护倒换实现对冗余光纤的保护可以以最小的冗余代价实现对网络的保护，目前在OLT中有使用单个光开关和对每个波长使用一个光开关实现保护倒换的。使用单个光开关进行单点控制所需控制元件少，网络增加的成本小，但存在的问题是由于WDM-PON的主干馈线中多波长信号同纤传输，因此单个开关倒换动作通常会对所有波长同时产生影响，使得故障ONU的业务得到恢复的同时、未出现故障的正常工作波长的ONU也受到影响，此外单个光开关的保护倒换仅能保证对单个光纤故障进行恢复。而在OLT中使用和波长数目相同的多个光开关进行多点控制恢复则以更多元件和成本为代价，可实现局部故障的局部恢复，及可能对多个故障进行恢复。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种具有波长选择功能的光路倒换装置，该装置结构简单，用少量元件即可实现。该装置可用于波分复用无源光网络中波长选择性的保护倒换等需要实现波长选择性的光路倒换的场合，例如应用在WDM-PON的OLT中时，无需备份光收发模块就能够实现对各种光纤故障的灵活保护，对局部故障的局部恢复和多个并发故障的同时恢复。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种具有波长选择功能的光路倒换装置，外部设有1×2(g×h表示具有g个输入端口和h个输出端口，或者具有h个输入端口和g个输出端口)端口，其单口端(具有一个端口的接入端称为单口端，具有两个端口的接入端称为双口端)称为1端，双口端分别称为2-1端和2-2端，其通过内部光路的选择和调节可以实现1端与2-1端和2-2端各自的单独通信或者1端与2-1端和2-2端的同时通信，1端与2-1端或2-2端单独连通时，通路上所有波长均可通过或限定的波长可通过，1端与2-1端和2-2端同时连通时其中一路所有波长均可通过，而另一路的波长有选择的通过。

所述具有波长选择功能的光路倒换装置基本结构为内部包括一个1×2光耦合器、一个波长选通单元、一个端口数至少为2×2的光开关单元；所述光路倒换装置的1端连接光耦合器的单口端，光耦合器的双口端的一个端口连接波长选通单元的输入端口，所述光耦合器的双口端的另一个端口与所述波长选通单元的的输出端口分别与所述光开关单元的输入端的两个端口连接，所述光开关单元的输出端的两个端口分别连接所述光路倒换装置的2-1端和2-2端。

所述光开关单元可由相应端口数目的光开关或光开关的组合构成，主要用于实现两个光路的选择，在波长选通单元不具备关断功能时也可用于对有滤波器的这条光路的通断的控制。

所述波长选通单元可由一个波长可调滤波器构成，所述光开关单元由一个端口数至少为2×2的光开关构成，通过对滤波器的调节实现对通过的波长的选择，当滤波器的通带处于所有在用波长的波长范围之外时，则所有波长无法通过，相当于这条光路处于断路状态。

所述波长选通单元亦可以由一个1×1光开关和一个波长可调滤波器串联构成，用1×1光开关控制波长可调滤波器的通断，所述光开关单元则可由一个2×2光开关构成。

所述波长可调滤波器为单波长或多波长滤波器。

所述波长选通单元还可由两个1×n的阵列波导光栅(以下简称AWG)及n个1×1光开关光开关组成，所述两个AWG的分波端相同波长所对应的端口各通过一个光开关连接起来，所述两个阵列波导光栅的合波端分别作为波长选通单元的两个端口，所述光开关单元由一个端口数至少为2×2的光开关构成。

有益效果：本发明的提供的一种具有波长选择功能的光路倒换装置，结构简单，用少量元件即可实现，能实现对输入的多波长光波信号的多种输出组合。应用在WDM-PON的有源节点如OLT和ONU中时无需备份光收发模块、仅用很少的无源光器件就能实现对WDM-PON中各种光纤故障的灵活保护，对局部故障进行局部恢复甚至对多个并发故障进行同时恢复；该装置亦可用于其它具有多波长处理功能的光网络节点中。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的另一种结构示意图及连通状态图；

图3为本发明的又一种结构示意图及连通状态图；

图4为本发明的再又一种结构示意图；

图5为一种使用本发明提供的具有波长选择功能的光路倒换装置的OLT；

图6为使用图5所示OLT的PON在几种网络故障情况下实现恢复的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图形中的文字及符号文字说明：

一种具有波长选择功能的光路倒换装置，外部设有1×2端口，其单口端称为1端，双口端分别称为2-1端和2-2端，1端的输入波长范围为λ₁～λ_m，其通过内部连接可以实现1端与2-1端和2-2端各自的单独连通或者1端与2-1端和2-2端的同时连通，其一条通路上所有波长均可通过，另一条通路上满足限定的波长可通过。

如图1所示为具有波长选择功能的光路倒换装置的基本结构，内部包括一个1×2光耦合器、一个波长选通单元、一个端口数至少为2×2的光开关单元；所述1端连接光耦合器的单口端，光耦合器的双口端的一个端口连接波长选通单元的输入端口，所述光耦合器的双口端的另一个端口与所述波长选通单元的输出端口分别与所述光开关单元输入端的两个端口连接，所述光开关单元输出端的两个端口分别连接所述2-1端和2-2端。

如图2所示为具有波长选择功能的光路倒换装置的另一种结构示意图，波长选通单元由一个波长可调滤波器构成，光开关单元由一个端口数至少为2×2的光开关构成。图2(a)、2(b)、2(c)和2(d)为该结构的4种内部连通状态：如图2(a)所示，当滤波器的通带(以Λ表示滤波器通带范围)处于所有在用波长(λ₁～λ_m)的波长范围之外时，即Λ∩{λ₁～λ_m}＝Φ，所有波长无法通过滤波器，相当于有滤波器的这条光路处于断路状态，同时2×2光开关处于交叉连接态，1端仅和2-1端之间连通，所有波长均可从1端和2-1端之间通过而不能从1端和2-2端之间通过；如图2(b)所示，当滤波器的通带处于所有在用波长的波长范围之外：Λ∩{λ₁～λ_m}＝Φ，且2×2光开关处于直通连接态时，1端和2-2端之间连通，所有波长均可由此路通过而不能从另一路通过；如图2(c)所示，当滤波器的通带调到使某些在用波长(以λ_i～λ_j表示)可以通过，即Λ∩{λ₁～λ_m}＝{λ_i～λ_j}、且2×2光开关处于直通连接态时，1端和2-2端之间连通，此通路所有波长均可以通过，同时，1端和2-1端之间的通路上仅满足可调滤波器的滤波条件的波长λ_i～λ_j可以通过；如图2(d)所示，当滤波器的通带调到使某些在用波长可以通过：Λ∩{λ₁～λ_m}＝{λ_i～λ_j}，且2×2光开关处于交叉连接态时，1端和2-1端之间建立通路允许所有波长通过，同时，1端和2-2端之间的通路仅满足可调滤波器的滤波条件的波长λ_i～λ_j可以通过；图2(e)和2(f)分别为实现图2(a)和2(b)的连通状态的另外一种方式。如图2(e)所示，当光开关单元所使用的光开关的端口具有断开状态的光开关(例如采用三维模拟束控镜MEMS技术实现的光开关)时，利用2×2光开关与可调滤波器相连的端口置于断开状态、且同侧另一端口置于交叉态可实现1端仅和2-1端之间连通，所有波长均可从1端和2-1端之间通过而不能从1端和2-2端之间通过。类似的图2(f)利用2×2光开关与可调滤波器相连的端口置于交叉连接态、且同侧另一端口置于断开状态可实现1端仅和2-2端之间连通，所有波长均可从1端和2-2端之间通过而不能从1端和2-1端之间通过。此外，如图2各图中虚线所示，该种结构中的光开关单元亦可用3×3光开关、2×3光开关等端口数目更多的光开关来实现上述功能，多出的端口还可用于光信号的分流和监测等，其中图(e)和图(f)中采用多端口光开关时，与可调滤波器相连的一端可利用与未接馈线光纤的空置端口间的连接来实现此条光路的断路。

如图3所示为具有波长选择功能的光路倒换装置又一种结构示意图及其连通状态图，和图2的不同之处在于这里波长选通单元由一个波长可调滤波器和一个1×1光开关串联而成，此1×1光开关用于控制可调滤波器的通断；同时光开关单元不要求所用光开关的端口具有断路功能。图3(a)、3(b)、3(c)和3(d)为该结构的4种内部连通状态：如图3(a)所示，当1×1光开关断开而2×2光开关处于交叉连接态时，1端和2-1端之间连通，所有波长均可以通过，而1端和2-2端之间不连通；如图3(b)所示，当1×1光开关断开而2×2光开关处于直通连接态时，1端和2-2端之间连通，所有波长均可以通过；如图3(c)所示，当1×1光开关闭合且2×2光开关处于直通连接态时，1端和2-2端之间连通，此通路所有波长均可以通过，同时，1端和2-1端之间连通，此通路仅满足可调滤波器的滤波条件的波长λ_i～λ_j可以通过；如图3(d)所示，当1×1光开关闭合且2×2光开关处于交叉连接态时，1端和2-1端之间建立通路允许所有波长通过，同时，1端和2-2端之间连通，此通路仅满足可调滤波器的滤波条件的波长λ_i～λ_j可以通过。

图2和图3中使用的波长可调滤波器可为单波长(i＝j)或多波长滤波器(i＜j)，例如使用声光可调滤波器。

如图4所示为具有波长选择功能的光路倒换装置的再又一种结构示意图，和图3所示的结构不同之处在于其波长选通单元由两个1×n的AWG、n个1×1光开光组成，这两个AWG的分波端相同波长所对应的端口各通过一个1×1光开关连接构成波长选通单元。

如图5所示为一种使用本发明提供的具有波长选择功能的光路倒换装置的OLT，该OLT内部还包括一个光收发模块和控制模块，所述光收发模块用来收发光信号，控制模块连接光路倒换装置的控制端口控制光路倒换装置的切换，光路倒换装置用来实现光路的选择和倒换，其1端连接光收发模块，2-1端和2-2端分别连接主用光纤和备用光纤。

如图6所示为几种使用如图5所示的OLT的PON在网络出现故障时实现恢复的情形，这里的PON皆设有备用光纤，OLT中光路倒换装置的2-1端口连接主用光纤、2-2端口连接备用光纤。如图6(a)所示，当主用馈线光纤出现故障时，光收发模块所有波长的收发信号经过光路倒换装置的切换可以连到备用馈线光纤与各光网络单元通信。如图6(b)所示为所述OLT使用在具有环形拓扑结构的混合型无源光网络中时出现环上光纤故障时的恢复情形，当连接两个相邻的光网络单元(这里为ONU₁₁和ONU₁₂)的光纤断纤时，对于使用相同波长的这两个光网络单元，可利用2-1端和2-2端同时收发故障单元所使用的波长(这里指上、下行信号波长λ₁、λ₁’)实现光网络单元的业务恢复。6(c)所示为当工作波长为λ₂、λ₂’的ONU₂所连接的分配光纤出现单纤故障时，OLT中光收发模块的收发信号经过光路倒换装置的切换利用2-1端和2-2端同时收发故障单元所使用的波长(这里上、下行信号波长为λ₂、λ₂’)实现光网络单元ONU₂的业务恢复。注意到利用这种光路倒换装置的OLT在对如图6(b)和图6(c)这样的分配光纤局部故障进行恢复时可以不影响其它波长(图b中上行信号λ₂...λ_m，下行信号λ₂’...λ_m’，图c中上行信号λ₁、λ₃...λ_m，下行信号λ₁’、λ₃’...λ_m’)的正常工作。图6(d)为分配光纤出现多处故障时的恢复情形，如图所示，当连接ONU₁、ONU₂的主分配光纤及连接ONU_m的备用分配光纤均出现故障时，OLT可通过光路倒换装置的倒换将全部波长信号倒换到和光路倒换装置2-2端相连的备用光纤上去，而利用2-1端选择ONU_m所使用的波长λ_m、λ_m’通过，并经主分配光纤与ONU_m通信，实现整个网络的恢复；类似的当光路倒换装置中使用具有n个通带的波长可调滤波器时，至少可以实现对网络中2n+1个分配光纤单纤故障这样的局部故障的完全恢复。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种具有波长选择功能的光路倒换装置，其特征在于：所述光路倒换装置外部设有1×2端口，内部包括一个1×2光耦合器、一个波长选通单元、一个端口数至少为2×2的光开关单元；所述光路倒换装置的单口端连接光耦合器的单口端，光耦合器的双口端的一个端口连接波长选通单元的输入端口，所述光耦合器的双口端的另一个端口与所述波长选通单元的输出端口分别与所述光开关单元输入端的两个端口连接，所述光开关单元输出端的两个端口分别连接所述光路倒换装置的双口端的两个端口。

2.根据权利要求1所述的具有波长选择功能的光路倒换装置，其特征在于：所述波长选通单元由一个波长可调滤波器构成，所述光开关单元由一个端口数至少为2×2的光开关构成。

3.根据权利要求1所述的具有波长选择功能的光路倒换装置，其特征在于：所述波长选通单元由一个波长可调滤波器和一个1×1光开关的串联构成，所述光开关单元由一个2×2光开关构成。

4.根据权利要求2或3所述的具有波长选择功能的光路倒换装置，其特征在于：所述波长可调滤波器为单波长可调滤波器或多波长可调滤波器。

5.根据权利要求1所述的具有波长选择功能的光路倒换装置，其特征在于：所述波长选通单元包括两个1×n的阵列波导光栅和n个1×1光开关，所述两个阵列波导光栅的分波端相同波长所对应的端口各通过一个1×1光开关连接，所述光开关单元由一个端口数至少为2×2的光开关构成。

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