CN102415022A - 用于光学网络部件中的数据处理的方法和光学网络部件 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于光学网络部件中的数据处理的方法，其中对进入的光学信号进行滤波和光学均衡，并且其中对光学均衡的信号进行调制。此外，提出了一种据此的光学网络部件。
Description
技术领域
本发明涉及用于光学网络部件中的数据处理的方法和设备并且涉及光学网络部件。
背景技术
来自操作者的对带宽的日益增加的需求导致了包括不仅用于长距离系统而且用于城域网络和接入网络（包括无源光学网络（PON））的光学技术的解决方案。这是低成本的解决方案，该解决方案较之电接入技术提高了可用带宽和可实现的距离。
图1示出了包括光学线路终端OLT 101和若干个光学网络单元ONU 102至105的PON的图示。OLT 101以及ONU 102至105均包括传送器TX和接收器RX。OLT 101经由分路器/组合器106连接到ONU 102和ONU 105以及分路器/组合器107，该分路器/组合器107进一步连接到ONU 103、104。
OLT和ONU之间的通信被称为下行传送，而信息的反向流动被称为上行通信。
用于建立上行和下行方向上的通信的架构提供了经由两个单独光纤的单向实现方案，其中传送器和接收器两者均部署在网络的两端。经由单个光纤的上行和下行业务的双向通信也是可行的传送方案。
在符合标准的PON中，两个不同的波长被分配用于与终端用户的数据交换，其包括用于上行方向的波长（约1310 nm）和用于下行方向的另一波长（约1490 nm）。由于多个ONU连接到一个OLT，因此可以通过时域复用（TFM）技术在终端用户之间共享可用带宽。
光域中利用的调制格式可以包括幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。一种调制是使单个功率在两个电平之间改变，这还被称为“不归零开关键控”（NRZ-OOK）调制。有利地，该NRZ-OOK调制可以在OLT和ONU之间双向使用，因为PON的标准支持这类调制，这允许传送器侧和接收器侧的高效的和相对简单的实现。
现今，这些网络由于三网合一服务而体验沉重的业务和拥塞。波分复用（WDM）PON作为克服这些限制的技术而出现，这是因为除其他优点之外，该技术向每个终端用户提供专用波长。
图2示出了包括OLT 201、远程节点RN 202和若干个ONU 203值206的双向WDM PON的图示。OLT 201以及ONU 203至206均包括传送器TX和接收器RX。OLT 201经由光纤与RN 202连接并且RN 202进一步与ONU 203至206中的每个连接。
如图2中所示，WDM方法由于经由同一光纤传输若干个波长（信道）而提高了双向WDM-PON中的网络容量，即，若干个信道在传送之前（通过复用器设备）聚集并且在传送之后（通过解复用器设备）解复用。在RN 202中，波长被分离并且ONU 203至206中的每个接收分离的波长中的一个。
发明内容
要解决的问题是克服现有的光学网络或网络部件的缺点，且具体地，提供一种用于例如光学数据处理的高效方法。
该问题根据独立权利要求的特征而被解决。根据从属权利要求得到的另外的实施例。
为了克服该问题，提供了一种用于在光学网络部件中，特别是在光学网络中的数据处理的方法，
- 其中对进入的光学信号进行滤波和光学均衡（equalize），
- 其中对光学均衡的信号进行调制。
光学网络部件可以是可选地提供光学处理手段以及电处理能力的任何网络部件。
所提出的解决方案允许利用无色ONU并且在OLT处不引入改变的情况下，经由单个光纤，通过完全的带宽使用，在上行和下行方向上使用符合PON标准的NRZ-OOK数据格式（以高达例如，10 Gbit/s的位速率）。这里，此处提供的方法可以是特别带宽高效的，支持全双工传送并且允许OOK调制而不需要ONU处的任何昂贵的可调谐激光器。
在一个实施例中，通过减少或消除滤波信号的幅度（amplitude）波动而使滤波信号均衡。
在另一实施例中，经由光学放大器的饱和性质使滤波信号均衡，其中特别地，较之高电平信号以更高的增益处理低电平信号。
在另一实施例中，经由特别地与至少一个SOA组合的掺铒光纤放大器使滤波信号均衡。
在下一实施例中，经由至少两个放大器，特别地经由至少两个串联连接的SOA使滤波信号均衡。
还有一个实施例是，经由在信道波长处提供传送峰值的带通滤波器对光学信号进行滤波。
这些信道波长处的传送峰值允许恢复至少一个光学载波。这使得网元能够未知（agnostic）其他接收波长。仅被识别的波长可以通过滤波器。
根据另一实施例，经由至少一个如下部件对光学信号进行滤波：
- Fabry-Perot滤波器；
- Fabry-Perot Bragg 光栅，特别是单腔Fabry-Perot Bragg光栅；
- pi位移（pi-shift）光纤Bragg光栅。
根据一个实施例，通过Mach Zehnder调制器或者通过电吸收调制器对光学均衡的信号进行调制。
根据另一实施例，进入的光学信号还被输送到接收器。
因此，可以提供分路器以将所述进入的信号输送到接收器以及光纤。
在又一实施例中，通过将在光纤上输送的数据对光学均衡的信号进行强度调制。
经由光纤将该强度调制数据输送到另一网络部件。
因此，有利地，由于进入的信号在进行所述滤波和均衡之后用于对将从网络部件输送到另一网络部件（例如，从ONU到OLT）的数据进行调制，因此对于网络部件不需要部署可调谐激光器。
根据下一实施例，光学网络部件是OLT或ONU。
根据又一实施例，OOK，特别是NRZ-OOK被用作调制。
另一实施例是，由光学循环器提供进入的光学信号。
光学信号可以经由双向操作的光纤输送到网络部件。作为替选方案，可以利用单向光纤。在该情况下，不需要光学循环器。
上述问题还通过一种光学网络部件解决，该光学网络部件包括
- 滤波器；
- 光学均衡器，其连接到所述滤波器；
- 调制器，其连接到光学均衡器。
上述光学均衡器被布置用于使来自所述滤波器的输出平滑以提供将用于调制目的（通过将从该光学网络部件输送到另一光学网络部件的数据进行调制）的相当恒定的光学功率输出。
根据一个实施例，光学网络部件包括分路器，该分路器将进入的光学信号输送到滤波器和接收器。
还有一个实施例是，调制器通过另外的数据信号对光学均衡器的输出信号进行调制。
此外，上述问题通过一种通信系统解决，该通信系统包括如这里所述的设备。
附图说明
在附图中示出和说明了本发明的实施例：
图3示出了载波恢复和再用块（CRB）的图；
图4图示了图3的CRB的各种级处的各种信号，包括关于每个信号的频域表示以及时域表示；
图5图示了示出CRB处的未知波长处理的不同信号的波长；
图6示出了包括两个均衡级的图3的光学均衡器的示例性实现方案；
图7示出了可如何将CRB应用到WDM-PON的图示，其中光纤输送单向业务；
图8示出了可如何将CRB应用到WDM-PON的图示，其中光纤输送双向业务；
图9示出了包括FPBG的传送光谱的示图，其中插图示出了恢复的连续波的光谱。
具体实施方式
可以针对PON描述实施例。然而，该方法也适用于其他类型的传送系统。
所提供的方法特别地提出了基于光学滤波器和光学均衡器的载波恢复和再用方案。这允许在多信道情形的下行和上行方向上的，特别是利用OOK调制的，光学网络中的高效的实现方案。作为示例，提供了载波恢复和再用块（CRB），其特别地与WDM-PON组合利用。
图3示出了CRB的示图。输入NRZ-OOK数据信号A被输送到提供两个信号302、303的分路器301。信号303由接收器RX 304检测并且信号302被馈送到光纤OF 305，光纤OF 305通过信道波长处的传送峰值处理窄带通滤波，这允许恢复若干个光学载波。光学滤波器的输出信号B被输送到光学均衡器OE 306。OE 306的输出信号C被输送到强度调制器IM 307，IM 307提供信号C的强度调制使其成为信号D，信号D被上行发送到OLT。
数据消光（extinction），即从信号中消除数据通过光学放大器的饱和性质实现，其中当施加到滤波信号时，零电平信号具有高于一电平信号的增益。这允许在极限上，这两个电平变得相等，意味着信号的消光比（ER）计为0 dB，并且信号具有恒定的光学功率。因此，获得了与连续波激光输出相似的光学信号。
图4使这一关于单个信道的概念形象化。在频域以及时域中示出了上述信号A至D。
信号A具有NRZ-OOK调制格式。在频域中，NRZ-OOK信号A示出了与信息信号相关的载波和边带。在通过光学滤波器OF 305（OF的传递函数的形状由虚线401指示）之后，获得了包括光学载波的信号B。基于信号B的时域表示，可以观察由于仍存在的调制数据引起的幅度波动。因此，通过光学均衡器OE 306，可以减少或消除这些震荡以便于获得被示出为信号C的恒定光学功率输出。该信号C可以高效地用于通过IM 307利用NRZ-OOK数据信号进行强度重新调制以成为将传送的信息信号D。
有利地，在WDM-PON中，ONU是波长未知的，即，ONU的操作与下行波长无关。这是通过利用光纤OF实现的，光纤OF对光学载波进行滤波并且拒绝不同的可能下行波长处的信息边带。因此，图3中示出的CRB变为针对其他下行波长的无知CRB。峰值之间的分离可以优于调制信号的频频占用。
图5示出了包括不同信号A至D的示图以使关于三个不同的进入波长的CRB的无知波长操作形象化。使用具有更多传送峰值的滤波器特性，可以重新使用更多的波长信道。
所提供的方法允许组合若干个不同的光学元件。光学滤波级可以包括仅允许WDM信号的光学载波的滤波的传递函数。周期性滤波器的自由光谱范围（FSR）可以等于相邻信道之间的距离。
Fabry-Perot滤波器或Fabry-Perot Bragg光栅（FPBG）的级联可以用于实现所述传递函数。后者将在下文关于CRB的示例性实现方案的“FPBG滤波器”下呈现。
有利地，该光学滤波器可以提供相当窄的带宽以便于仅对下行数据信号的光学载波进行滤波。在单信道方案中，pi位移光纤Bragg光栅或单腔FBPG也是可能的解决方案。
可以通过跟随有至少一个半导体光学放大器（SOA）的掺铒光纤放大器（EDFA）来执行光学均衡。图6示出了OE 306的细节，其中信号B被馈送到作为第一SOA的增益块601并且增益块601的输出被馈送到作为第二SOA的饱和块602。饱和块602的输出对应于所述信号C。增益块601向光学信号提供增益以便于实现足够的光学功率以使饱和块602饱和。在所述饱和块602中，实现了基于SOA的饱和性质的数据减少或消光，并且通过如上文所述的上行方向上的数据生成可用于重新调制目的的光学载波（信号C）。另一个是选择是提供长的SOA作为OE 306。
通过所述IM 307实现信号C的强度调制，IM 307可以被实现为Mach Zehnder调制器（MZM）或者电吸收调制器（EAM），其可以与至少一个SOA集成。
用于所提出的CRB的应用是WDM-PON。
图7示出了可如何将CRB应用于WDM-PON的图示，其中光纤输送单向业务。
OLT 701包括复用器/解复用器单元MUX/DEMUX 702，若干个TX/RX单元703、704连接到复用器/解复用器单元MUX/DEMUX 702，其中每个TX/RX单元703、704被分配给一个波长。OLT 701经由其MUX/DEMUX 702连接到远程节点RN 705的MUX/DEMUX 706，其中MUX/DEMUX 706连接到若干个ONU 707、708，其中每个ONU 707、708包括具有输入信号A和输出信号D的CRB 709、710。经由RN 705由OLT 701向每个ONU 707、708提供波长。
图8示出了可如何将CRB应用于WDM-PON的图示，其中光纤输送双向业务。
OLT 801包括复用器/解复用器单元MUX/DEMUX 802，若干个TX/RX单元803、804经由循环器连接到复用器/解复用器单元MUX/DEMUX 802，其中每个TX/RX单元803、804被分配给一个波长。OLT 801经由其MUX/DEMUX 802连接到远程节点RN 805的MUX/DEMUX 806，其中MUX/DEMUX 806连接到若干个ONU 807、808，其中每个ONU 807、808包括循环器以及具有输入信号A和输出信号D的CRB 809、810。经由RN 805由OLT 801向每个ONU 807、808提供波长。所提到的循环器用于从单个光纤提取下行业务以及经由所述单个光纤输送上行业务。
OLT发送NRZ-OOK信号，该NRZ-OOK信号与（不同波长的）所有NRZ-OOK复用并且在朝向ONU的下行方向上传送。WDM信号在RN处解复用，从而仅一个波长到达每个ONU。该信号进入各个ONU的CRB并且被复制。由接收器直接检测一个信号并且处理被转换到电域的信息。其他信号由CRB处理以便于执行光学载波恢复和再用（如上文所述）。在被提取和均衡之后，对光学载波进行强度调制并且CRB的输出信号D在上行方向上被传送到OLT。
该传送系统可以基于如图7中所示的上行和下行方向上的单独的传送介质并且基于如图8中所示的用作用于上行和下行信号的传送介质的单个光纤来实现。在图8的示例中，OLT和ONU需要光学循环器使传送信道和接收信道彼此分离。
FPBG滤波器，示例性实施例
FPBG滤波器包括两个3 mm长度的光纤Bragg光栅（其中中心间隔约10 mm的距离），它们被印刷在氢化标准单模光纤（SSMF）中。FPBG滤波器的光谱特性在图9中示出。中心波长（λ0）是1546.0 nm并且其抑制（rejection）约为18 dB。OLT传送器波长被调谐到λ0。
通过10 Gbit/s的NRZ信号和27-1长度的伪随机位序列（PRBS）来评估所提出的方案的性能。在图9的插图中呈现了SOA之后的连续波（CW）信号的光谱。载波和最高相邻离散分量之间的抑制约为35 dB。最小消光比（ER）和序列尺寸可以被选择为满足PON当前标准中定义的需要。
另外的优点
（a）该方法使用OOK（例如，NRZ-OOK）作为下行方向和上行方向上的高效调制格式。其允许直接检测方案，该直接检测方案较之例如干涉测量或相干检测实现方案是成本高效的。
（b）下行信道的光学载波在上行信号中被再用，而不需要发送分离的注入（seeding）光，因此不会浪费带宽。
（c）该方法与WDM-PON的双向架构一起工作。
（d）可以满足现有的PON标准，例如调制格式和消光率值的需要。
（e）CRB模块可以在集成光学装置中实现，具有该实现方案的所有益处。
（f）在WDM-PON中，CRB的使用可以简化波长管理。
（g）提供ONU处的无色解决方案，即所有ONU可以等同并且能够使用具有信道波长处的传送峰值的滤波器，来使用PON中的任何可用波长。
缩写列表
ASK：幅移键控
CRB：载波恢复块
DEMUX：解复用器
ER：消光比
FBG：光纤Bragg光栅
FSK：频移键控
FSR：自由光谱范围
IM：强度调制器
MUX：复用器
NRZ：不归零
OE：光学均衡器
OF：光纤
OLT：光学线路单元
ONU：光学网络单元
OOK：开关键控
PON：无源光学网络
PSK：相移键控
RN：远程节点
RoF：无线信号的光纤传输
RX：接收器
RZ：归零
SOA：半导体光学放大器
TDM：时分复用
TX：传送器
WDM：波分复用
WDM-PON：波分复用无源光学网络
Claims (15)
1. 一种用于在光学网络部件中的数据处理的方法，
- 其中对进入的光学信号进行滤波和光学均衡，
- 其中对光学均衡的信号进行调制。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中通过减少或消除滤波信号的幅度波动而使滤波信号均衡。
3. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中经由光学放大器的饱和性质使滤波信号均衡，其中特别地，较之高电平信号以更高的增益处理低电平信号。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中经由特别地与至少一个SOA组合的掺铒光纤放大器使滤波信号均衡。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中经由至少两个放大器，特别地经由至少两个串联连接的SOA使滤波信号均衡。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中经由在信道波长处提供传送峰值的带通滤波器对光学信号进行滤波。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中经由至少一个如下部件对光学信号进行滤波：
- Fabry-Perot滤波器；
- Fabry-Perot Bragg 光栅，特别是单腔Fabry-Perot Bragg光栅；
- pi位移光纤Bragg光栅。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过Mach Zehnder调制器或者通过电吸收调制器对光学均衡的信号进行调制。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中进入的光学信号还被输送到接收器。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过将在光纤上输送的数据对光学均衡的信号进行强度调制。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述光学网络部件是OLT或ONU。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中OOK，特别是NRZ-OOK被用作上行方向和下行方向上的调制。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中由光学循环器提供进入的光学信号。
14. 一种光学网络部件，包括
- 滤波器；
- 光学均衡器，该光学均衡器连接到所述滤波器；
- 调制器，该调制器连接到所述光学均衡器。
15. 根据权利要求14所述的光学网络部件，包括分路器，该分路器将进入的光学信号输送到所述滤波器和接收器。
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