CN102395059B - 波分复用无源光网络中传输、接收业务数据的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波分复用无源光网络中传输、接收业务数据的装置及方法，包括：依次连接的宽带光源、第一调制器、第一阵列波导光栅、第二调制器和第二阵列波导光栅，所述第二调制器为多个，所述第一阵列波导光栅包含多个输出端，每个输出端与一第二调制器的输入端连接，所述第二阵列波导光栅包含多个输入端，每个输入端与一第二调制器的输出端连接，本发明可以灵活地在同一个波长上传输广播信号和单播信号，波长利用率高，可以保证每个比特每时每刻都有光能量，因此不受上行传输速率的限制；并且只需要一些简单的调制器和解调装置便可以使光谱效率加倍；每个光网络单元节约了一个光发射机，可以直接对下行信号进行再调制作为上行信号源。

Description

波分复用无源光网络中传输、接收业务数据的装置及方法

技术领域

本发明涉及光网络信息传输技术领域，尤其涉及一种波分复用无源光网络中传输、接收业务数据的装置及方法。

背景技术

由于传统电信网、计算机互联网和有线电视网三大接入网的技术各不相同，虽然对于光纤接入网来说实现基于FTTH(光纤到户)的三网合一是大势所趋，但是传输图像业务所占用的巨大带宽和所要求的较高的Qos(服务质量)是数字光接入技术较难解决的问题，因此，基于模拟技术的有线电视业务和基于数字技术的数据和语音业务在短时间内难以得到融合。为了使用户同时享受到上述三重业务，一般做法是：模拟有线电视(CATV)业务和基于数字技术的数据、语音业务采用各自的光纤线路接入。为了降低综合业务接入网的成本，早日实现三网合一的目标，结合WDM(波分复用)技术，提出了单纤三向传输技术。

目前存在的几种综合业务光接入，初步实现三网融合的方案有以下几种：

第一种方式是1310/1310/1550nm双波长单纤三向传输技术，即将普通的数字光接入设备和经过光分路后的模拟CATV设备通过点到点的方式由局端接入到用户端，数字光接入设备采用1310/1310nm的双向传输技术，模拟CATV采用1550nm窗口的单向传输技术。

第二种方式是共缆分纤的方式，因为传输模拟CATV的结构也采用了无源分路结构，与无源光网络具有相同的拓扑结构，并且功率预算也相近，所以适合采用共缆分纤的接入方式。

第三种方式是1310/1490/1550nm三波长单纤三向传输技术，这种方案是将1550nm的窗口用于下行传输模拟CATV信号，将1310nm用于终端用户的上行传输，下行的数字信号传输则是利用1490nm窗口，通过CWDM技术将三个方向的传输集中复用到一根光纤上，这种方案继承了点对多点的传输方式，可以节省设备投资，而且系统可靠性高，简化了施工的难度。

无源光网络(PON)技术既符合FTTH的发展趋势，又与有线电视网络的拓扑结构相类似，具有与有线电视相匹配的特征，因此PON技术成为有线电视传输的优先选用技术。在WDM-PON(波分复用-无源光网络)中传输广播信号已处于研究阶段，假如可以在WDM-PON中传输广播信号，能够对在单根光纤中实现图像、语音和数据的三重业务的传输提供很好的借鉴，并且可以促进FTTH数据业务的快速发展，使上述三重业务得到推广和普及。

如图1所示，为典型的波分复用无源光网络的结构图，包括：OLT(光线路终端)、ODN(光分配单元)和ONU(光网络单元)。OLT对应网络侧，ONU对应用户侧。OLT端的光发射机发出的下行信号，经过ODN进行解复用，并分配给指定的ODU单元。每个ONU单元对应的上行信号，经过ODN单元将各路的上行信号复用到一根光纤中，传输至OLT端，由OLT端进行接收。

目前，在PON中传输广播信号(例如，有线电视信号)均是利用单一波长的广播形式从OLT端到ONU端，但是，还没有成熟的在WDM-PON中传输广播信号的技术。随着人们对视频、语音和数据三重业务的宽带服务的强烈需求，有文献提出增加一个波长用来传输广播信号，但是这种方法存在以下缺点：一是需要一个额外的调制器去调制广播信号；二是需要增加一个额外的波长用来传输广播信号，增加了系统的成本，还有文献提出利用时分复用的方法支持同时传输点到点信号和广播信号，这种方法增加了时间控制的难度，并且牺牲了单个信道的带宽，另外也有提到利用反转归零码调制方式来传输广播信号，虽然这种方法是在对单个信道的数据传输无影响的前提下，由服务提供商为指定的用户提供广播服务，但是需要高速逻辑电路产生信号。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种波分复用无源光网络中传输、接收业务数据的装置及方法，能够减少在波分复用无源光网络中传输广播信号的成本。

为解决上述技术问题，本发明的一种波分复用无源光网络中传输业务数据的装置，包括：依次连接的宽带光源、第一调制器、第一阵列波导光栅、第二调制器和第二阵列波导光栅，所述第二调制器为多个，所述第一阵列波导光栅包含多个输出端，每个输出端与一第二调制器的输入端连接，所述第二阵列波导光栅包含多个输入端，每个输入端与一第二调制器的输出端连接，其中：

所述宽带光源，用于输出宽带光载波；

所述第一调制器，用于将广播信号调制到所述宽带光载波上；

所述第一阵列波导光栅，用于将调制有广播信号的宽带光载波分割为多路子波分信号，分别向一第二调制器传输一路子波分信号；

所述第二调制器，用于将单播信号调制到所述子波分信号上，将子波分信号传输给所述第二阵列波导光栅；

所述第二阵列波导光栅，用于将多路子波分信号进行合波，得到合波信号，将合波信号传输给光分配单元。

进一步地，还包括：偏振控制器、偏振分束器和偏振合束器，其中，所述偏振控制器和偏振分束器相连接，设置在所述第一阵列波导光栅与所述第二调制器之间，所述偏振合束器设置在所述第二调制器与所述第二阵列波导光栅之间，其中：

所述偏振分束器，用于将所述子波分信号分为偏振方向垂直的第一光波信号和第二光波信号；

所述偏振控制器，用于调整所述第一光波信号和第二光波信号与光波主轴的夹角；

所述第二调制器是将所述单播信号调制到所述第一光波信号上；

所述偏振合束器，用于将已调制单播信号的第一光波信号和第二光波信号进行合束。

进一步地，在所述第一阵列波导光栅的输出端与所述第二阵列波导光栅的输入端之间还设置有光放大器；

所述光放大器，用于抑制所述第一阵列波导光栅进行频谱分割产生的强度噪声。

进一步地，所述第一调制器为相位调制器，所述第二调制器为强度调制器。

进一步地，一种波分复用无源光网络中接收业务数据的装置，包括：耦合器和下行信号接收机，其中：

所述耦合器，用于将下行信号分成第一路下行信号和第二路下行信号，将所述第一路下行信号发送给下行信号接收机；

所述下行信号接收机，用于从第一路下行信号中解调出广播信号和单板信号。

进一步地，还包括：半导体光放大器和用户侧调制器，其中：

所述耦合器，还用于将所述第二路下行信号发送给所述半导体光放大器；

所述半导体光放大器，用于擦除所述第二路下行信号中的业务数据，将第二路下行信号发送给用户侧调制器；

所述用户侧调制器，用于将上行信号调制到所述第二路下行信号上，发送光线路终端。

进一步地，一种波分复用无源光网络中传输业务数据的方法，包括：

将广播信号调制到宽带光载波上，将调制有广播信号的宽带光载波分割为多路子波分信号；

将单播信号调制到所述子波分信号上，将多路子波分信号进行合波，得到合波信号，将合波信号传输给光分配单元。

进一步地，还包括：

在将单播信号调制到所述子波分信号上之前，将所述子波分信号分为偏振方向垂直的第一光波信号和第二光波信号，调整所述第一光波信号和第二光波信号与光波主轴的夹角，将所述单播信号调制到所述第一光波信号上，将已调制单播信号的第一光波信号和第二光波信号进行合束。

进一步地，一种波分复用无源光网络中接收业务数据的方法，包括：

将下行信号分成第一路下行信号和第二路下行信号；

从所述第一路下行信号中解调出广播信号和单板信号。

进一步地，还包括：

擦除所述第二路下行信号中的业务数据，将上行信号调制到所述第二路下行信号上，发送光线路终端。

综上所述，本发明可以灵活地在同一个波长上传输广播信号和单播信号，波长利用率高，可以保证每个比特每时每刻都有光能量，因此不受上行传输速率的限制；并且只需要一些简单的调制器和解调装置便可以使光谱效率加倍；每个光网络单元节约了一个光发射机，可以直接对下行信号进行再调制作为上行信号源。

附图说明

图1为现有技术中波分复用无源光网络的结构示意图；

图2为本发明在波分复用无源光网络中传输业务数据的方法的流程图；

图3为本发明在波分复用无源光网络中传输、接收业务数据的装置的整体结构示意图；

图4为本发明中单路下行传输有线电视信号的基本链路图；

图5为本发明改善下行用户接收信噪比的系统方案图；

图6为本发明加EDFA前后信噪比的对比数据图；

图7为本发明模拟单个用户的波分复用无源光网络传输有线电视的示意图。

具体实施方式

本实施方式中采用第一调制方式将广播信号调制到宽带光载波上，利用第一阵列波导光栅进行频谱分割，将宽带光载波分为N(N＞1)路子波分信号，每个波长对应一个用户，并采用第二调制方式将点到点的单播信号调制到子波分信号上，经过第二阵列波导光栅合束传输。在接收端，经过一个耦合器将下行信号分为两路，一路用于解调，采用对应的下行信号接收机分别接收广播信号和单播信号；另外一路用于上行再调制，既节约了WDM-PON的成本；并且，本实施方式中通过控制每路子波分信号的消光比，控制是否在子波分信号上传输广播信号。

如图2所示，本实施方式的在波分复用无源光网络中传输业务数据的方法，包括：

步骤201：光线路终端(OLT)中的第一调制器将广播信号调制到宽带光载波上；

广播信号可以是有线电视信号，可以采用相位调制器作为第一调制器，将广播信号调制到宽带光源上。

步骤202：OLT中的第一阵列波导光栅对宽带光载波进行光谱分割，分割为N路子波分信号；

利用阵列波导光栅的频谱分割，将宽带光载波分割得到多个子波分信号，解决了OLT端需要多个光发射机的问题。

步骤203：对于每一路子波分信号，偏振分束器将子波分信号分为两路偏振方向垂直的光波信号，第一光波信号和第二光波信号，第一光波信号采用第二调制器，调制上单播信号，第二光波信号不经过任何处理，是一束白光；

第二调制器可以采用强度调制器，调制单播信号。

白光是指不含有强度调制的单播信号，广播信号是通过相位调制方式调制在宽带光载波上，白光是针对强度而言。

步骤204：偏振合束器对第一光波信号和第二光波信号进行合束，将偏振方向垂直的第一光波信号和第二光波信号合成为一路信号；

步骤205：OLT中的第二阵列波导光栅对N路子波分信号进行合波，得到合波信号，经过光纤进行传输；

步骤206：光分配单元中的第三阵列波导光栅对合波信号进行分波处理，得到N路不同波长的子波分信号，将N路子波分信号分别传输给不同的光网络单元；

步骤207：每个光网络单元接收子波分信号，经过自身的耦合器分为两路信号，一路信号用于下行接收，另外一路信号用于上行再调制。

在进行上行再调制时，将下行信号擦除掉，调制上行信号后，再传输至OLT单元，由OLT单元进行接收。通过对下行信号的上行再调制处理，节省了每个ONU单元的光源，从而节约了整个光纤接入网的成本。

本实施方式中，在OLT中，对于每一路子波分信号，可以在偏振分束器前设置偏振控制器，偏振控制器控制每一路子波分信号的消光比，通过调整偏振分束器所分两路信号与主轴方向的夹角，来控制比特“1”和比特“0”的强度比值，进而决定下行的广播信号是否被某个用户接收，从而实现广播信号接收的可选择性。

如图3所示，为在波分复用无源光网络中传输业务数据的装置的结构示意图，其中，OLT包括：宽带光源(BLS)、第一调制器(DPSK调制器)、第一阵列波导光栅(第一AWG)、偏振控制器(PC)、偏振分束器(PBS)、第二调制器(ASK调制器)、偏振合束器(PBC)、第二AWG以及上行信号接收机。

DPSK(差分相位)调制器，用于将广播信号调制到宽带光载波上；

第一AWG，用于对宽带光载波进行分波，分为N路子波分信号；

偏振分束器PBS，用于将子波分信号分为两路偏振方向垂直的光波信号，第一光波信号和第二光波信号；

ASK调制器，用于将第一光波信号经过强度调制器，调制上单播信号；

偏振控制器PC，用于调整偏振方向相互垂直的第一光波信号和第二光波信号与光波主轴的夹角，控制广播信号是否被某个用户接收。

单播信号通过强度调制方式调制在比特“1”上，广播信号通过相位调制方式调制在比特“0”和比特“1”上，通过调整第一光波信号和第二光波信号与光波主轴的夹角，达到调整“1”和“0”的强度比(消光比)，从而实现广播信号接收的可选择性。当调整第一光波信号和第二光波信号与光波主轴的夹角使得比特“1”和比特“0”的强度比达到一阈值，广播信号无法通过DPSK相位调制解调器正确解调出来。通过实验观察，当消光比接近2时，此时广播信号无法正确解调出来，因此，控制消光比小于2，能够使广播信号被用户正确接收，即当第一光波信号与光波主轴的夹角大于26度时，广播信号能够被正确接收。

偏振合束器PBC，用于将已调制单播信号的第一光波信号和未经过任何处理的第二光波信号进行合束，合为一路子波分信号；

第二AWG，用于对N路子波分信号进行合波，即进行汇聚，通过光纤进行传输；

上行信号接收机，用于接收光网络单元ONU发送的上行信号。

ODN包括：第三AWG，第三AWG用于对第二AWG传输的合波信号进行分波处理，得到N路不同波长的子波分信号，将N路子波分信号分别传输给不同的光网络单元。

光网络单元ONU包括：耦合器、半导体光放大器(RSOA)、下行信号接收机和用户侧调制器(ASK调制器)。

耦合器，用于接收第三AWG传输的子波分信号，将子波分信号分成两路，第一路下行信号和第二路下行信号，第一路下行信号用于下行接收，传输给下行信号接收机；第二路下行信号路用于上行再调制，传输给半导体光放大器；

半导体光放大器，用于将第二路下行信号擦除业务数据，将第二路下行信号发送给用户侧调制器；

用户侧调制器，用于将上行信号调制到第二路下行信号上，作为上行信号，发送至OLT单元；

下行信号接收机，用于从第一路下行信号中分别解调出广播信号和单播信号。

图4是从图3中抽取的一路下行传输广播信号和单播信号的基本链路图，其中，宽带光源采用ASE，DPSK调制器将广播信号(有线电视信号)调制到宽带光源上，经过光滤波器(第一AWG)进行滤波，得到单路的子波分信号；ASK调制器将单播信号调制到单路的子波分信号上，经光纤传输给接收机。对于中国制式的电视信号，用户接收端的信噪比要求最低为43dB。在频谱分割WDM系统中，非相干光源引入的相对强度噪声远远大于其他的噪声源，在很大程度上限制了频谱分割WDM系统的性能。

如图5所示，本实施方式提出了一种利用光放大器的非线性饱和效应抑制相对强度噪声，从而提高信噪比的方法。ASE宽带光源经过隔离器后成为线偏振光，MZ调制器(马赫曾德调制器)将有线电视信号调制到光载波上；经过分割带宽为2.0nm的滤波器，得到窄带光波，经过EDFA(掺铒光纤放大器)放大，对ASE频谱分割引起的强度噪声进行抑制。

如图6所示，通过可调衰减器、探测器和电频谱仪对信噪比进行测量得到，在相同的调制深度下，在ASE频谱分割后加入EDFA后信噪比比原来提高了3-4dB，这对于有线电视信号在波分复用无源光网络中传输有重要的意义。ONU端接收有线电视信号的信噪比是有线电视信号能否正确传输的决定性因素，加入EDFA抑制相对强度噪声，提高用户接收的信噪比，对于有线电视信号的传输有着非常重要的作用。

如图7所示，下面通过模拟单个用户在波分复用无源光网络中接收有线电视信号，验证本实施方式的可实施性，由于是模拟单个用户，因此，可以不用对宽带光源进行频谱分割，以DFB激光器作为OLT端的光发射机。如图7所示，DFB激光器发出的光波经过光纤隔离器变成线偏振光，经过PBS进行偏振分束，一路采用强度调制器调制上单播信号，并采用相位调制器调制上有线电视信号，另外一路经过一段距离的光纤传输，为的是增加两路的光程差，防止光的干涉效应的影响，然后再经过PBC的合束。经过一定距离的光纤传输后，经过耦合器分为两路信号，一路用于下行信号的接收：单播信号经过光电探测器进行接收，有线电视信号经过马赫-曾德延迟干涉仪(MZDI)和光电探测器进行接收；另外一路用于上行再调制，利用RSOA对下行信号进行擦除后调制上行信号，经过一定距离的光纤进行传输后，由OLT端的光电探测器进行接收。

通过调整图7中经过PBS分束后第一路信号和第二路信号的偏振控制器，可以调整下行信号的消光比，当消光比大于一阈值时，即比特“1”和比特“0”强度比值大于阈值时，比特“0”的光强比较小，ONU无法正确接收有线电视信号，用眼图仪观察会发现信号质量比较差，无法区分有线电视信号和噪声；当消光比小于阈值时，比特“0”的光强比较大时，ONU端能够较好的接收有线电视信号，用眼图仪观察，能较好的区分有线电视信号和噪声。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种波分复用无源光网络中传输业务数据的装置，其特征在于，包括：依次连接的宽带光源、第一调制器、第一阵列波导光栅、第二调制器和第二阵列波导光栅，所述第二调制器为多个，所述第一阵列波导光栅包含多个输出端，每个输出端与一第二调制器的输入端连接，所述第二阵列波导光栅包含多个输入端，每个输入端与一第二调制器的输出端连接，还包括：偏振控制器、偏振分束器和偏振合束器，其中，所述偏振控制器和偏振分束器相连接，设置在所述第一阵列波导光栅与所述第二调制器之间，所述偏振合束器设置在所述第二调制器与所述第二阵列波导光栅之间，其中：

所述宽带光源，用于输出宽带光载波；

所述第一调制器，用于将广播信号调制到所述宽带光载波上；

所述第一阵列波导光栅，用于将调制有广播信号的宽带光载波分割为多路子波分信号，分别向一第二调制器传输一路子波分信号；

所述第二调制器，用于将单播信号调制到所述子波分信号上，将子波分信号传输给所述第二阵列波导光栅；

所述第二阵列波导光栅，用于将多路子波分信号进行合波，得到合波信号，将合波信号传输给光分配单元；

所述偏振分束器，用于将所述子波分信号分为偏振方向垂直的第一光波信号和第二光波信号；

所述偏振控制器，用于调整所述第一光波信号和第二光波信号与光波主轴的夹角；

所述第二调制器是将所述单播信号调制到所述第一光波信号上；

所述偏振合束器，用于将已调制单播信号的第一光波信号和第二光波信号进行合束。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述第一阵列波导光栅的输出端与所述第二阵列波导光栅的输入端之间还设置有光放大器；

所述光放大器，用于抑制所述第一阵列波导光栅进行频谱分割产生的强度噪声。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一调制器为相位调制器，所述第二调制器为强度调制器。

4.一种波分复用无源光网络中接收业务数据的装置，其特征在于，包括：耦合器和下行信号接收机，还包括：半导体光放大器和用户侧调制器，其中：

所述耦合器，用于将下行信号分成第一路下行信号和第二路下行信号，将所述第一路下行信号发送给下行信号接收机；还用于将所述第二路下行信号发送给所述半导体光放大器；

所述下行信号接收机，用于从第一路下行信号中解调出广播信号和单播信号；

所述半导体光放大器，用于擦除所述第二路下行信号中的业务数据，将第二路下行信号发送给用户侧调制器；

所述用户侧调制器，用于将上行信号调制到所述第二路下行信号上，发送光线路终端。

5.一种波分复用无源光网络中传输业务数据的方法，其特征在于，包括：

将广播信号调制到宽带光载波上，将调制有广播信号的宽带光载波分割为多路子波分信号；

将单播信号调制到所述子波分信号上，将多路子波分信号进行合波，得到合波信号，将合波信号传输给光分配单元；

在将单播信号调制到所述子波分信号上之前，将所述子波分信号分为偏振方向垂直的第一光波信号和第二光波信号，调整所述第一光波信号和第二光波信号与光波主轴的夹角，将所述单播信号调制到所述第一光波信号上，将已调制单播信号的第一光波信号和第二光波信号进行合束。

6.一种波分复用无源光网络中接收业务数据的方法，其特征在于，包括：

将下行信号分成第一路下行信号和第二路下行信号；

从所述第一路下行信号中解调出广播信号和单播信号；

擦除所述第二路下行信号中的业务数据，将上行信号调制到所述第二路下行信号上，发送光线路终端。