CN102113256A - 用于在光网络中处理数据的方法、光网络组件和通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于在光网络中处理数据的方法，包括步骤：(a)提供至少一个主波长；(b)为所述至少一个主波长处理副载波调制，其中抑制副载波调制信号的一部分。此外，建议一种光网络组件和一种包括这样的光网络组件的通信系统。

Description

用于在光网络中处理数据的方法、光网络组件和通信系统

技术领域

本发明涉及一种用于在光网络中处理数据的方法、一种光网络组件以及一种包括这样的光网络组件的通信系统。

背景技术

无源光网络(PON(passive optical network))是关于光纤到户(FTTH(fiber-to-the-home))、光纤到企业(FTTB(fiber-to-the-business))、光纤到路边(FTTC(fiber-to-the-curb))方案的有前途的方法，特别由于它克服了传统点对点解决方案的经济制约。

PON针对FTTH解决方案已经标准化，并且当前由全世界的网络服务供应商部署。传统的PON以广播方式从光线路终端(OLT)分配下行通信量到光网络单元(ONU)，而ONU发送时间复用的上行数据分组给OLT。因此，ONU之中的通信需要通过OLT传送，包含电子处理，例如缓冲和/或调度，这导致等待时间和网络吞吐量降低。

可使用多址协议、也即不变时分多址(TDMA)来组合上行信号。OLT“排列”ONU以提供时隙分配用于上行通信。因此，数据速率在几个用户之中被分配，但是单个ONU需要能够处理远高于由这样的ONU所利用的平均数据速率的数据速率。

就多数用户而言，估计未来的通信量共达每用户大约1Gb/s。用户的一小部分(与总用户数相比)将被供以在大约10Gb/s范围内的数据速率。这将是非常成本低效的，并且给所有用户配备能够处理例如10Gb/s的高数据速率的ONU明显浪费资源，其中只有一小部分用户将实际上接收这种高数据速率。

发明内容

要解决的问题是克服上述缺点，特别是提供一种灵活的和节省成本的光网络，例如无源光网络或光接入网。

依照独立权利要求的特征解决这个问题。从从属权利要求产生进一步的实施例。

为了克服这个问题，提供一种用于在光网络中处理数据的方法，包括步骤：

(a)提供至少一个主波长；

(b)为所述至少一个主波长处理副载波调制，其中副载波调制信号的一部分被抑制。

抑制副载波调制信号的一部分、例如边带(side band)允许有效地利用光功率并且经济地供应大量用户。

注意的是，该方法规定在点对点或点对多点光网络中的相干数据传输。

该光网络可包括各种结构，例如环、或总线拓扑、或其混合。

根据一个实施例，该至少一个主波长是特别是由至少一个光梳状波发生器和/或由几个光源、特别是由几个激光器提供的光载波。

特别地，几个光梳状波发生器可用于提供交织主波长，其中每个这样的波长均可进一步用于副载波调制。

在另一实施例中，副载波调制包括光和/或电调制。

因此，副载波调制可光地和/或电子地实现。例如，一组副载波可由主波长的光调制产生。

注意的是，各种类型调制可能是可应用的，例如，OOK，QAM，QPSK等。

特别地，集成调制器可以被使用、尤其被部署为阵列结构来将用户数据和副载波组合。

在又一实施例中，在步骤(b)中，抑制调制信号的一部分的副载波调制基本上包括单边带调制。

因此，通过单边带调制，所述副载波调制信号的一部分被抑制。

在下一实施例中，在步骤(b)中，进行光滤波，用以抑制该副载波调制信号的一部分，特别是用以基本上至少抑制边带的一部分。

因而，作为替代方案，可以应用滤波以抑制副载波调制信号的所述部分。例如通过光滤波器可以实现这样的滤波。

作为另一替代方案，可应用电子滤波。有利地，可组合光和电子滤波以抑制副载波信号的所述部分。

特别是通过破坏性干扰抑制主波长也是一个实施例。

这可以通过馈送主波长至调制器和180°移相器并且以下将这样的调制器和移相器的输出组合来实现。这允许在无主波长的情况下获得调制信号。

在一个实施例中，特别是基于每个所述至少一个主波长光地和/或电子地提供用于所述副载波调制的副载波。

优选地，可利用调制器阵列来处理该至少一个主波长以及提供(多个)调制信号。

有利地，每个副载波可携带用户数据，并且被供应给至少一个用户。

按照另一实施例，将该至少一个副载波或一组副载波分配给一个用户或几个用户。

因此，一个用户可注册(sign up for)更高的带宽，从而被供给几个副载波来传送用户数据。作为替代方案，副载波间的间隔可以改变以允许较高带宽被传送给用户。

有利地，这个概念应用于下行方向以及上行方向。

优选地，在下行方向，光线路终端(OLT)供应几个光网络单元(ONU)，其中在上行方向通信量从ONU向OLT被传送。

可能的是，从几个ONU通过重叠的或相同的、但在每个ONU处以不同的不相交副载波频率调制的波长传送上行通信量。

注意的是，例如由光梳状波发生器或由单独的激光器所提供的一个光源用作一组ONU的光本地振荡器。

根据一个实施例，不同的副载波用于上行和下行数据。

特别地，不同的副载波或副载波组可被分配给不同的接收单元和/或不同的发射单元(在OLT处以及在ONU处)。这有利地允许以灵活的方式使用副载波来满足用户的带宽需求并且提供有效和不贵的光网络。

特别有利的是，在上行和下行方向使用不相交副载波或不相交副载波组。

注意的是，ONU处的发射机可被实现为反射式发射机。

根据另一实施例，由本地振荡器提供该至少一个主波长。由本地振荡器提供的主波长可进一步用于接收和发射目的。

因此，特别是在ONU处，本地振荡器信号可用于接收以及发射目的。

上述问题由光网络组件解决，所述光网络组件

(a)被布置用以提供至少一个主波长；

(b)被布置用以为所述至少一个主波长处理副载波调制，其中抑制副载波调制信号的一部分。

作为一个实施例，该至少一个主波长是光载波，所述光载波特别地由至少一个光梳状波发生器和/或由几个光源、特别是由几个激光器提供。

上述问题也可由以下光网络组件解决，所述光网络组件包括和/或关联于处理器单元和/或硬接线电路和/或逻辑装置和/或光组件，其被布置，使得如这里所述的方法。

根据一个实施例，该光网络组件是或关联于光线路终端和/或光网络单元。

该光网络组件可以是或者可以关联于相干接收机，其中该接收机包括：

-用于电向下转换(down-conversion)到所接收的信号的基带的装置；以及

-用于特别地经由后面有数字处理的模数转换来检测数据符号的装置。

也可布置相干接收机以通过电滤波分离副载波，并且经由后面有数字处理的模数转换检测数据符号。

上述问题进一步由包括这里所述的光网络组件的通信系统、特别是PON来解决。

一个实施例是，由来自本地振荡器的信号供应至少一个光网络单元，所述本地振荡器被部署在光网络单元的外部或内部。

注意的是，所述光网络可包括或者是光接入网(OAN)，其中光接入网特别地基于树拓扑并包括至少一个无源光分路器，并且利用这里所述的发射和/或接收概念。所述OAN可包括(粗)WDM多路复用器、无源光分路器、(双向)光放大器。

附图说明

在下面的图中示出和说明本发明的实施例：

图1示出提供几个主波长到波分复用器WDM的光梳状波发生器，所述WDM进一步将波长馈送至调制器阵列；

图2示出可由光本地振荡器产生的主波长，其中将这个主波长处理为包括主波长以及附加波长的一组波长；

图3示出OLT处的示例性接收机结构；

图4描述了ONU处的接收机/发射机概念，包括本地振荡器和部署在每个ONU处的发射机；

图5示出了包括共享本地振荡器的有效概念，所述共享本地振荡器被用作ONU的发射机激光器；

图6示出基于图4的ONU处的接收机/发射机概念，其中本地振荡器被用作传输激光器；

图7示出无需附加放大级的发射机/接收机概念的体系结构选择；

图8示出具有部署在OLT和无源分路器之间的双向放大器的发射机/接收机概念的体系结构选择；

图9示出基于图7的结构的体系结构选择，其中双向放大器被部署在WDM分路器和OLT之间。

具体实施方式

所提供的方法允许在基于分路器的结构上建立基于超密WDM(UDWDM)的光接入网(OAN)，使得在无需数千稳定激光源的情况下并且在无昂贵的光UDWDM组件的情况下能够实现动态带宽分配。

特别地，通过利用基于相干传输和副载波调制的光和/或电单边带RX/TX概念满足这个目的。

UDWDM可与相干接收机和通用光本地振荡器以及发射机激光器组合地被用于至少一个ONU，特别是用于ONU的子集。可使用特别适用于相干检测的所有调制格式。特别地，为调制目的，可将开关键控(OOK)和正交幅度调制(QAM)与正交频分复用(OFDM)组合。

UDWDM能够提供大约1GHz到10Ghz的信道间隔。波长或波长组可被分配给每个用户，特别地无需任何共享容量和/或无需时分复用(TDM)。

每用户数据速率可以总计从对于标准用户的大约1Gb/s到大约10Gb/s，或者对于具有增强传输容量需求的用户甚至更大。波长信道的间隔反映带宽的该需求。可替代地，分配一组波长以满足增强容量要求和/或较高阶调制格式可以被用作于无线通信(参见，例如EDGE)中。

能够基于光本地振荡器的频率(波长)进行接收机处的信道分离，其中光本地振荡器与电低通滤波相组合。具有可调带通的电滤波允许为几个接收机、特别是为接收机的子集使用共享本地光振荡器。共享本地光振荡器降低系统成本。在实际应用中，共享达到大约10的因数或者更高是可行的，而无需快速电处理(以及因此昂贵组件)。

包括一组n个电带通滤波器的接收机可处理相比于由单波长提供的数据速率提高到n倍的总每用户数据速率。

在OLT处，至少一个用于提供光频率梳的发生器(“光梳状波发生器”)可被使用来替代数千单独的激光器。具有1THz跨度(Span)的光梳状波发生器是已知的。

通过与电副载波相组合地利用光单边带调制，可以减少光学光源以及电光转换器(调制器)的数目。

使用交织光频率梳状波发生器组能够单独地分离和调制光载波。例如，可处理以1GHz间隔交织的25乘25GHz频率梳，或者具有2.5GHz间隔的10乘25GHz。

所提供的方法进一步允许使用相同的激光器作为光本地振荡器以及作为发射光源。因此，上行和下行信号可由电副载波分离，例如，下行可被分配给奇数，如1，3，5，7，...GHz副载波频率，并且上行信号可被分配给偶数，如2，4，6，8，...GHz副载波频率。可替代地，下行信号可利用更高频率并且上行信号可利用更低频率，以在ONU处节省调制成本。

进一步地可能的是，在电域中提供和利用单边带调制。与光单边带调制一起，与电域和光域中双边带信号相比，使光谱效率增强到大约4倍。

另一替代方案基于提供关于实施复杂性的优点的光双边带调制。于是副载波可通过单边带或通过双边带调制以电的方式被调制。

特别地，所提供的方法具有如下优点：

1)无需有源组件，如本地交换机处的拉姆达(lambda)敏捷开关。

2)在ONU处无需可调窄带光滤波器。

3)无需突发模式和时隙管理。

4)可通过电滤波和相干检测提供信道分离。

5)可容易地成束波长信道从而为高值用户提高数据速率。

6)相干检测以非常低的光功率水平工作。

7)网络本身可以是纯无源的，无任何光在线(inline)放大器。

8)无需昂贵的光DWDM组件(DEMUX，滤波器)。

9)降低的每波长数据速率允许具有现有技术技术(例如，OFDM)的数据处理，这特别地允许使ONU的成本显著降低。

10)在无需改变现存基础结构的情况下，可重构或升级波长带。

11)该OAN与现今的GPON基础结构兼容。

12)灵活的调制技术或格式能够为“普通”用户以及为“高值”用户实现单独的数据速率。

发射机/接收机实施

注意的是，有利地，接收机包括基于极化分集的相干接收机，其特别是外差的(heterodyne)、“伪”零差的(”pseudo”-homodyne)或内差的(intradyne)(接近于零的中频，在所接收的光和本地振荡器之间可能没有光相位同步；该同步可在电域内被处理。)

OLT处的发射机

图1示出提供几个主波长102到波分复用器WDM 103的光梳状波发生器101，WDM 103进一步将波长102馈送至调制器阵列104。调制器阵列104中的每个调制器通过单边带调制均产生几个1GHz数据流，所述数据流由波分复用器WDM 105组合成光信号106。

调制器104的输出包括电副载波和电单边带信息，所述电单边带信息可以由模拟和/或由数字装置或两者的组合创造。

图2示出可由光本地振荡器产生的主波长201。这个主波长201被处理为包括主波长201以及附加波长202的一组波长。附加波长202优选地为单边带波长。作为选择，由光或电装置或两者可以抑制主载波201。

OLT处的接收机

图3示出OLT处的示例性接收机结构。在这样的相干接收机处，为一组相邻波长(光信道)利用一个本地振荡器301。

上行信号301与来自本地振荡器301的输出一同被传送到组合器303，并进一步被馈送至光/电(O/E)转换器304。在光/电转换器304的输出端处所提供的模拟电信号被A/D转换器305转换为数字信号，并且该数字信号进一步被传送到数字处理单元306。

数字处理单元306提供传送到LO频率控制器307的电信号，所述LO频率控制器307设置本地振荡器301的频率。

数字处理单元306进一步提供来自不同ONU的数字信号作为输出。

在电域中，每个光信道在电载波上以基本上等于光本地振荡器的频率和光信道的频率之间频率差的频率产生数据信号。

分离、向下转换到基带以及数据信号和/或电域中的信道符号的检测可通过电带通滤波和操纵、或通过后面有如FFT等的数字处理的模数转换提供。

根据带宽分配，将数字数据流中的每个或每组数字数据流分配给至少一个相应的ONU。

ONU处的接收机

ONU处的接收机与OLT处的接收机基本相似。一个区别是，ONU可以仅处理分配给该特定ONU的至少一个副载波或一组副载波。另一个与OLT接收机的区别是，光本地振荡器可与每个ONU一起被部署或可被提供给一组ONU。

ONU处的发射机

关于怎样实现ONU的两个例子示出在图4和图5中。

图4描述了在ONU处的接收机/发射机概念，包括本地振荡器和在每个ONU处部署的发射机。

OLT 401连接到1:n分路器402，所述1:n分路器402进一步连接到n个ONU。在图4中，示出两个ONU、ONU_1 403和ONU_n 404。ONU优选地包括类似结构。在下文中描述ONU_1 403的结构。

ONU_1 403通过环行器405连接到分路器402，所述环行器405用于接收和发射目的。接收路径从环行器405馈送至波分复用器WDM 406。来自本地振荡器407的信号也被传送到波分复用器406的输入端。波分复用器WDM 406的输出被传送到O/E转换器408，并进一步由处理单元409处理。所述处理单元409提供上行和下行信号，也即处理由OLT 401提供的下行信号，以及布置要传送到所述OLT 401的上行信号。

上行信号被馈送至调制器410，其中用由激光器二极管TX LD 411提供的光载波调制上行信号，所述调制器410的输出端连接到所述环行器405。

注意的是，对于上行数据信号，可使用特定的波长带，例如C带红(C-band-red)，对于下行数据信号，可使用不同的波长带，例如C带蓝(C-band-blue)。因此，本地振荡器407提供C带红频率，激光器二极管TX LD提供C带蓝频率。

图5示出包括共享本地振荡器的有效概念，所述共享本地振荡器被用作ONU的发射机激光器。上行和下行以及ONU分离通过分配特定的电副载波实现。

OLT501连接到1:n分路器502，所述1:n分路器502的一个输出端连接到2:5分路器503。来自本地振荡器504的信号也被馈送至所述2:5分路器。在图5中，示出两个ONU、ONU_1 505和ONU_5 506。ONU优选地包括类似结构。在下文中描述ONU_1 505的结构。

ONU_1 505通过环行器507连接到分路器503，所述环行器507被用于接收和发射目的。接收路径从环行器507馈送至1:2分路器508，所述1:2分路器508第一输出被传送到O/E转换器509和调制器MOD 511。O/E转换器509进一步连接到处理上行和下行信号的处理单元510。

例如，副载波1，2，3，4和5GHz用于上行数据，并且副载波6，7，8，9和10GHz用于下行数据。对上行数据利用较低频率进一步降低ONU成本。

作为例子，图5中的ONU_1 505可对下行利用6GHz带宽并对上行利用1GHz带宽，而ONU_5 506可对下行利用10GHz并对上行利用5GHz。

在每个ONU中所利用的带宽可集中地例如通过OAM消息被配置。有利地，可远程接入和根据用户需求设定每个ONU处的参数。由于无需改变任何硬件和无需(手动地)对每个客户的驻地(premise)进行改变，这允许低成本的灵活和容易的管理。

处理单元510的输出被馈送至调制器MOD 511，由所述分路器508提供光载波给所述调制器MOD 511。调制器MOD 511的输出被传送到环行器507并进一步向OLT 501传输。

注意的是，本地振荡器407的光功率水平比所接收的信号高几个数量级。这使得能够分裂到来的数据信号和本地振荡器信号用于接收目的(解码所接收的信息)以及光源(振荡器信号)用于调制要传输回OLT的信号。

注意的是，发射机可实现为反射式发射机。

图6示出基于图4的ONU处的接收机/发射机概念，其中本地振荡器被用作传输激光器；

OLT 601连接到1:n分路器602，所述1:n分路器602进一步连接到n个ONU。在图6中，示出两个ONU、ONU_1 603和ONU_n 604。ONU优选地包括类似结构。在下文中描述ONU_1 603的结构。

ONU_1 603通过环行器605连接到分路器602，所述环行器605用于接收和发射目的。接收路径从环行器605馈送至2:2分路器606。来自本地振荡器607的信号也被传送到2:2分路器606的输入端。2:2分路器606的一个输出被传送到O/E转换器608，其中所述2:2分路器606的一个输出进一步被处理单元609处理。所述2:2分路器606的另一个输出被馈送至调制器MOD 610。

所述处理单元609提供上行和下行信号，也即处理由OLT 601提供的下行信号，以及布置要传送到所述OLT 601的上行信号。

上行信号被馈送至到调制器MOD 610，其中所述上行信号用由所述2:2分路器606提供的光载波调制。所述调制器610的输出端连接到所述环行器605。

另外的例子和选择

图7示出无附加放大级的发射机/接收机概念的体系结构选择。OLT连接到WDM分路器，该WDM分路器分裂四组带宽分别至无源分路器。每个无源分路器进一步连接到几个用户终端。

图8示出具有部署在OLT和无源分路器之间的双向放大器的发射机/接收机概念的体系结构选择，其中该无源分路器进一步连接到几个用户终端。

图9示出组合在图7和图8中所描绘的方法的发射机/接收机概念的体系结构选择。由此，基于图7的结构，在图9中双向放大器被部署在WDM分路器和OLT之间。

这里所提供的方法的另一选择是，光振荡器可被锁定在副载波之一而不是光主波长(主载波)。

有利地，可抑制主波长。这将导致在无信息或信号性能的任何损失的情况下光功率的3dB降低。否则主波长将携带总光功率的大约50％，其中，因其(本地或通用)振荡器，在接收机(ONU)处不需要这样的主波长。在上行方向，这样的主波长有利地被抑制以避免与由使用相同主波长的不同ONU提供的其他上行数据干扰，所述相同的主波长由于电缆差异和变化的传输距离而将在OLT处被接收，并非作为一个主波长，而是作为几个相似的相互干扰的波长，从而使信号恶化。

缩写词列表

A/D 模拟到数字

CWDM 粗WDM

LO (光)本地振荡器

OAN 光接入网络

OFDM 正交频分复用

OLT 光线路终端

ONU 光网络单元

OOK 开关键控

QAM 正交幅度调制

O/E 光到电

PON 无源光网络

TDM 时分复用

UDWDM 超密WDM

WDM 波分复用(器)

Claims (17)

1.一种用于在光网络中处理数据的方法，包括步骤：

(a)提供至少一个主波长；

(b)为所述至少一个主波长处理副载波调制，其中抑制副载波调制信号的一部分。

2.根据权利要求1的方法，其中所述至少一个主波长是特别是由至少一个光梳状波发生器和/或由几个光源、特别是由几个激光器提供的光载波。

3.根据在前权利要求中任一项的方法，其中副载波调制包括光和/或电调制。

4.根据在前权利要求中任一项的方法，其中在步骤(b)中，副载波调制抑制调制信号的一部分基本上包括单边带调制。

5.根据在前权利要求中任一项的方法，其中在步骤(b)中，执行光滤波用以抑制副载波调制信号的一部分，特别是用以基本上至少抑制边带的一部分。

6.根据在前权利要求中任一项的方法，其中在步骤(b)中，特别是通过破坏性干扰抑制主波长。

7.根据在前权利要求中任一项的方法，其中，特别是基于每个所述至少一个主波长，光地和/或电子地提供用于所述副载波调制的副载波。

8.根据权利要求7的方法，其中至少一个副载波或一组副载波被分配给一个用户或几个用户。

9.根据权利要求7或8任一项的方法，其中不同的副载波被用于上行和下行数据。

10.根据在前权利要求中任一项的方法，其中，由本地振荡器提供至少一个主波长。

11.根据权利要求10的方法，其中，由本地振荡器提供的主波长被用于接收和发射目的。

12.一种光网络组件：

(a)被布置用于提供至少一个主波长；

(b)被布置用于为所述至少一个主波长处理副载波调制，其中抑制副载波调制信号的一部分。

13.根据权利要求12的光网络组件，其中至少一个主波长是特别是由至少一个光梳状波发生器和/或由几个光源、特别是由几个激光器提供的光载波。

14.一种包括和/或关联于处理器单元和/或硬接线电路和/或逻辑装置和/或光组件的光网络组件，所述光网络组件被布置使得在其上能执行根据权利要求1-11中任一项的方法。

15.根据权利要求12-14中任一项的光网络组件，所述光网络组件是光线路终端和/或光网络单元，或者关联于光线路终端和/或光网络单元。

16.包括根据权利要求12-15中任一项的光网络组件的通信系统。

17.根据权利要求16的通信系统，其中，由来自本地振荡器的信号供应至少一个光网络单元，所述本地振荡器被部署在光网络单元的外部或内部。

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