CN102523044B - 波分复用环形光接入网实现网络扩展和保护功能系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波分复用环形光接入网实现网络扩展和保护功能系统和方法。本系统是：1个光链路终端OLT，通过一根光纤连接M个远端结点RN形成环形网络，而远端结点RN通过分布光纤与光网络单元ONU相连接。其中光链路终端OLT主要由Q=Mq(1+n)个光发射机和Q个接收机，Mq个发射C波段波长，Mnq发射L波段波长，Q个1×2光开关，3个结构相同的Q个端口的阵列波导光栅AWG，2个掺铒光纤放大器EDFA，2个光环行器，1个2×1耦合器；主环上远端节点RN主要由一个2×2光开关，1个1×2光开关，2个波长阻断器WB，1个粗波分复用器CWDM，4个普通环形器，一个闭合环形器，6个耦合器组成，1个阵列波导光栅AWG。OLT端光开关的使用、环形的结构以及RN结构的设计实现了对馈线光纤的保护。对RN节点的有效设置能够实现网络规模的扩展，实现典型的环相切拓扑结构，大大增强了网络覆盖范围和用户量。本发明通过调整波长阻塞器WB和改变AWG的工作端口来实现波长的动态调度，并且是系统在成本和性能之间达到了均衡。

Description

波分复用环形光接入网实现网络扩展和保护功能系统及方法

技术领域

本发明涉及光通信领域，具体是涉及波分复用环形光接入网实现网络扩展和保护功能系统和方法。

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，实现虚拟的点对点传输，各个用户之间不会共享信息，具有天然的安全性，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。目前对于WDM-PON的研究主要是基于静态波长分配的，波长在RN 中的下路是固定的，在系统用户变动的时侯，不能在系统内部实现波长的动态调度，在用户变动或增减时，给系统的波长的调度带来不便。同时在系统架构方面主要还是以星形树形等基本拓扑为重点。光网络具有极高的传输速率，因此在尽可能短的时间内为被中断的业务寻找新的传输路由和自愈方案也是十分重要的，在城域网当中广泛使用的环状拓扑以其独到的优势再次被引入，并进行了优化，使得接入网的覆盖范围和保护性能得到了增大增强。本发明对系统的体系架构进行了合理的布局，系统不仅可以同时实现动态波长分配和对主环和子环馈线光纤的保护，使得系统规模可以进一步扩大，并可实现多种模式的混合接入，而且系统在成本和性能间也能达到理想状态。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，和对未来接入网的发展趋势特别是大规模接入提供了一种波分复用环形光接入网实现网络扩展保护功能系统和方法，能有效的在整个网络中实现动态波长分配和对主环和子环馈线光纤的保护。

为达到上述目的，本发明的核心思想是：在中央局端CO处用光开关使波长可以在顺时针或逆时针传输到达主环远端结点RN之间转换，当主环馈线光纤出现故障时，为信号传输寻找新的路径，实现对系统的保护；同时在主环远端节点RN处用光开关和光环行器的组合可以实现在相应子环使波长顺时针或逆时针传输到达子环远端节点RN，从而实现了对网络各级远端节点的保护，波长的动态调度和规模的扩展功能。

根据上述发明构思，本发明采用下列方案：

1.        波分复用环形光接入网实现网络扩展和保护功能系统，由光链路终端OLT通过一根单模光纤即主环馈线光纤连接M个主环远端结点RN_a形成环状结构，在这里称为主环，该主环的每个主环远端结点RN_a通过连接光纤各连接1个子环，每个子环与n个子环远端节点RN_b相连，主环和各子环上的子环远端节点RN_b通过分布光纤分别连接q个光网络单元ONU_b；并且主环通过主环远端节点RN_a直接各连接q个光网络单元ONU_a；其特征在于：

1）如图1所示，所述的光链路终端OLT有Q个光发射机分别经过Q个光开关分别连接至第一、第二两个阵列波导光栅AWG——正常情况下，Q个光开关都置于上端口位置，Q个发射机通过光开关与第一阵列波导光栅AWG相连；第一、第二两个阵列波导光栅AWG的输出端分别连接第一掺铒光纤放大器EDFA1和第二掺铒光纤放大器EDFA2，第一掺铒光纤放大器EDFA1经环形器1与主环馈线光纤连接；第二掺铒光纤放大器EDFA2经环形器2连接至馈线光纤，环形器1和环形器2的一个端口分别连接第一和第二掺铒光纤放大器EFDA1、EFDA2，一端口连接馈线光纤，第三个端口通过一个耦合器1和第三阵列波导光栅AWG连接Q个光接收机；

2）如图2所示，所述主环上的主环远端结点RN_a，这里以RN_m*为例说明，包括一个2×2光开关，1个通断光开关，第一、第二和第三3个波长阻断器WB，1个粗波分复用器CWDM，第一、第二、第三和第四4个普通环形器，一个第五闭合环形器，第一~第六6个耦合器组成，1个第四1×q阵列波导光栅AWG；其中2×2光开关右边上方端口连接至第一环形器的第一端口，第一环形器的第二和第三个端口分别连接粗波分复用器CWDM和1×3光耦合器，粗波分复用器CWDM的两个端口分别连接第二、第三两个1×2光耦合器，1×2光耦合器右边两个端口分别连接第一、第二两个波长阻断器，第一个波长阻断器输出端口连接1×2光功率分路器，光功率分路器的两个输出端口分别连接一个光开关和一个第二三端口光环形器，第二三端口环形器第二个端口连接子环的馈线光纤，光开关的下端口连接另一个第三三端口光环形器，该第三环形器的第二个端口也与子环的馈线光纤相连，两个环形器的第三个端口都与第五1×2光耦合器相连，该第五耦合器左端口与第一1×3光耦合器相连，第二1×2光耦合器右边两个端口分别与一个第四三端口光环形器和波长阻断器WB连接，波长阻断器WB同时与第六1×2光耦合器连接，第四光环形器的三个端口分别连接第二1×2光耦合器、第一1×3光耦合器和第四1×q阵列波导光栅AWG，2×2光开关右边下端口与第五光环形器相连，第五光环行器另外两个端口分别连接第六1×2光耦合器、第一1×3光耦合器。

3）如图2所示，所述主环通过各主环远端节点RN_a直接各连接q个光网络单元ONU_a，每个光网络单元ONU_a包括1个1×2光耦合器，一个反射式半导体光放大器RSOA，一个接收机组成。其中主环远端节点RN中的第四阵列波导光栅AWG通过分布光纤连接光网络单元ONU_a的1×2光耦合器，该1×2光耦合器的下面两个端口分别连接反射式半导体光放大器RSOA和接收机。

4）如图3所示，所述子环远端节点RN包括1个2×2的光开光，1个1×2光功率分路器，1个波长阻塞器，第一、第二和第三3个光环形器，1个第四光耦合器以及一个第五1×q阵列波导光栅AWG；其中2×2光开关连接至第一光环形器的左侧端口，第一环形器的右侧端口连接光功率分路器；该光功率分路器的两个输出端口分别连接第二环形器和波长阻塞器，第二环形器连接第五1×q的阵列波导光栅AWG，波长阻塞器和第三环形器的右侧端口相连，第三环形器的上方端口和第二环形器的下方端口分别连接第四耦合器的两个输入端口，第四耦合器的输出端口连接第一环行器的下方端口，第三环形器的左侧端口通过光开关与下一个子环远端结RN_b相连。每个远端结点RN_b通过阵列波导光栅AWG连接q个完全相同的光网络单元ONU_b。

5）如图4所示，所述子环的光网络单元ONU_b包括1个1×2光耦合器，一个反射式半导体光放大器RSOA和一个接收机。其中子环远端节点RN_b中的第五阵列波导光栅AWG通过分布光纤连接光网络单元ONU_b的1×2光耦合器，该光耦合器的右边两个端口分别连接反射式半导体光放大器RSOA和接收机。

一种波分复用环形光接入网实现网络扩展和保护功能方法，采用上述的环形光接入网系统进行操作，其特征在于：

1）有Q个波长属于C波段和L波段，其中C波段的波长供与主环上各远端节点RN_a直接连接的光网络单元ONU_a使用，L波段波长供与各子环远端节点RN_b下的光网络单元ONU_b使用。其中在正常模式下，如图5所示，下行时，所述光链路终端OLT中Q个光发射机发送信号经Q个光开关后传送至第一阵列波导光栅AWG合波，再经第一EDFA1和光环形器1从其右端口输出进入主环馈线光纤。如图6所示，下行信号在主环馈线光纤中以顺时针方向传输。对于主环远端节点RN_m*，下行波长λ_m*1...λ_mnq从2×2光开关进入，经过第一光环形器，之后并被粗波分复用器CWDM分波成两个波段（C波段，L波段）。这里以主环远端节点RN_m*为例，其子环所用L波段波长被功率分路器分成两部分，分别经过第一、第二两个波长阻断器WB，其中第二波长阻断器WB让L波段中除λ_m11...λ_mnq外的其他波长通过，再通过第六耦合器，光环行器，2×2光开关进入主环馈线光纤继续向下一个主环远端节点RN_(m+1)*传输；其中波长阻断器WB将除λ_m11...λ_mnq以外的波长滤除，然后使它们通过功率分路器和光环行器进入与远端节点RN_m*相连接的子环区域，并通过子环馈线光纤在子环中按顺时针方向下行传输。如图7，以该子环内远端节点RN_mi为例，波长λ_mi1...λ_miq...λ_mn1...λ_mnq从2×2光开关进入，通过第一光环行器右端口后经功率分路器将信号分为两部分，其中一部分通过第二光环行器右端口到达第五阵列波导光栅AWG，被第五阵列波导光栅AWG滤除除λ_mi1...λ_miq外的波长后，分波后从第五阵列波导光栅AWG相应端口输出，进入相应光网络单元ONU_b，通过光网络单元ONU_b中的光耦合器分波后将一部分信号送入光接收机，将另一部分光信号送入反射式半导体光放大器RSOA，信号被擦除再重调制后沿原路进行上行传输。

2）如图6所示，所述C波段下行波长λ_m*1...λ_m*q...λ_M*1...λ_M*q在主环远端节点RN _b 中经过粗波分复用器CWDM后，经过光功率分路器分成两路。其中一路通过波长阻断器WB，波长阻断器WB使除λ_m*1...λ_m*q以外的C波段的波长通过，然后通过耦合器从光环行器上端口进入并从其左端口输出，通过2×2光开关进入主环馈线光纤，并沿顺时针方向向下一个主环远端节点RN_(m+1)*进行下行传输；令一路从光环行器上端口输入，从其右端口输出，通过第四阵列波导光栅AWG分波后相应的波长从相应的端口输出通过分布光纤进入相应的光网络单元ONU，通过光耦合器分成两路，一路直接被接收机RX接收，另一路被反射式半导体光放大器RSOA擦除下行信息，并对下行波长重新调制加载上行信息，沿原路返回进行上行传输。

3）如图7所示，对于子环中用户的上行信号传输，以与RN_m*相连的子环用户为例：上行信号在光网络单元ONU_b中经过反射式半导体光放大器RSOA调制后，再通过耦合器和分布光纤进入子环远端节点RN_b，各光网络单元ONU_b的上行信号经过第五阵列波导光栅AWG（48）从第二光环行器右端口进入并从下方端口输出，这里RN_m(i+1), RN_m(i+2)...RN_mn的上行信号通过2×2光开关进入RN_mi，信号经过光环行器并从其上端口输出，进入第四耦合器与RN_mi的上行波长合波，然后经过第四耦合器后从第一光环行器下端口输入左端口输出，经过2×2光开关后进入子环的馈线光纤，沿逆时针方向传送到相应的主环远端节点RN_m*。按照上述方式，如图6所示，上行信号回到RN_m*中，通过第二光环行器下端口进入并从右端口输出，通过第五耦合器后,与从远端节点RN_m+1*...RN_M*来的经过2×2光开关和第五光环行器上行信号在第一耦合器后再通过第一光环行器和2×2光开关的上行信号进入主环并沿逆时针方向按照如上所属方式依次经过RN_m-1*...R_N1*到达光链路终端OLT，经过光环行器1并从下方端口输出通过耦合器1，之后被第三阵列波导光栅AWG分波后使各波长信号被相应接收机接收，从而完成各子环用户的上行信号传输。

4）对于主环各用户上行信号传输，以和RN_m*直接连接光网络单元ONU为例：上行波长被ONU内反射式半导体光放大器RSOA调制并加载上行信息，上行信号经过耦合器由分布光纤进入相应主环远端节点RN_m*，各波长(λ_m*1...λ_m*q) 经第四阵列波导光栅AWG合波后从第四光环行器右端口进入并从下端口输出，之后通过第一耦合器与其他主环远端节点RN_m+1*...RN_M*的C波段波长进行合波，之后C波段上行信号从第一光环行器下端口进入左端口输出并通过2×2光开关进入主环馈线光纤。上行信号在主环中按上述方式通过远端节点RN_m-1*...RN_1*到达光链路终端OLT。通过依次光环器1，耦合器1后，经第三阵列波导光栅AWG分波后，将各波长传送至相应的接收机。

3.        一种波分复用无源光接入网实现网络扩展和保护功能方法，采用根据权利要求1所述的环形光接入网实现网络扩展和保护功能系统进行操作，其特征在于：

1）如图8，图9所示，当子环馈线光纤出现故障，相应的主环远端节点RN工作在保护模式下时：这里以转换远端节点RN_m*和与其相连子环为例，当馈线光纤发生故障时，远端节点RN_m*的光开关接收从光链路终端OLT来的控制信令，处于闭合状态，此时对于如图9，子环远端节点RN_m1下行和上行传输仍按上述方式传输；对于RN_m2...RN_mn的下行信号λ_m21...λ_m2q...λ_mmq...λ_mnq从远端节点RN_m*的光开光到达第三光环行器，从其左端口输入，下端口输出通过馈线光纤进入子环。如图9所示，对于远端节点RN_mi，它的2×2光开关呈交叉连接状态，下行信号从2×2光开关进入并从第一光环行器左端口进入，右端口输出，经过功率分路器分成两路，其中一路经过第二光环行器并从其右端口输出，之后通过第五阵列波导光栅AWG分波由各光网络单元ONU_b接收；另一路信号通过波长阻断器WB后使除λ_mi1...λ_miq以外的波长通过，并通过第三光环行器和2×2光开关后到达子环的馈线光纤，继续向下一个子环远端节点RN传输。

2）对于子环故障时上行信号传输，这里以子环远端节点RN_mi为例，如图9所示，下行波长在光网络单元ONU_b中被反射式半导体光放大器RSOA擦除信息并重新调制加载上行信息后按原路返回。首先经过远端节点RN_mi中的第五阵列波导光栅AWG合波后，从第二光环行器右端口进入下端口输出。这里子环远端节点RN_m(i-1)...RN_m2的上行信号在子环中按照顺时针方向到达远端节点RN_mi，并从2×2光开关进入，经过第三光环行器并从其上端口输出，这部分上行光信号与RN_mi节点用户的上行光信号通过第四光耦合器合波后通过第一光环行器到达2×2光开关并进入子环馈线光纤向RN_m(i-1)传输。最后上行信号沿逆时针方向到达主环远端节点RN_m*。此时，按上述方式从主环传送至光链路终端OLT并被相应接收机接收。

3）当主环馈线光纤故障时，如图10,图11所示，此时主环中的上下行信号如图所示方向传输，这里以远端节点RN_m*为例说明。当光链路终端OLT检测出主环馈线光纤故障时，将与远端节点RN_m*...RN_M*对应的主环与子环用户的所用波长发射机处的光开关置于下端口位置，此时这部分下行信号通过光开关，第二阵列波导光栅AWG合波后，经过光环行器到达主环馈线光纤，各下行信号分别被相应的远端节点RN提取出，并将其它远端节点RN所用波长送入馈线光纤继续传输。当下行信号到达远端节点RN_m*时，经过2×2光开关，光环形器，并被粗波分复用器CWDM分成两个波段（C波段，L波段）。其中C波段信号通过功率分路器，后被第四阵列波导光栅AWG分波后送入主环远端节点相连的光网络单元ONU中，由接收机完成接收；L波段信号通过波长阻断器WB和第二、第三光环行器进入子环后，按照上述方法各波长信号被相应的子环ONU_b接收。

4）在上行传输时，对于远端节点RN_m*，其对应子环和主环光网络单元ONU_a的上行信号按如上方式通过2×2光开关到达主环馈线光纤，并按顺时针方向按照上述方式依次通过RN_(m+1)*...RN_M*,到达光链路终端OLT，通过光环行器2并被第三阵列波导光栅AWG分波后被相应接收机接收。

附图说明

图1为本发明一个实施例证波分复用光接入网实现大规模接入，业务保护功能的光链路终端OLT结构示意图。

图2为本发明的网络拓扑结构与主环远端节点RN结构及其所连光网络单元ONU结构的示意图。

图3为本发明子环远端结点RN内部结构示意图。

图4为与子环连接光网络单元ONU内部结构的示意图。

图5为正常工作模式下光链路终端OLT工作示意图。

图6为正常工作模式下主环远端节点RN与其光网络单元ONU工作示意图。

图7为正常工作模式下子环远端节点RN工作示意图。

图8为当子环出现故障时，主环相应远端节点RN工作示意图。

图9为当子环出现故障时，子环远端节点RN工作示意图。

图10为当主环出现故障时光链路终端OLT工作示意图。

图11为当主环出现故障时主环远端节点RN工作示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

实施例一：

参见图1~图4，本波分复用环形波分复用环形光接入网实现网络扩展和保护功能的系统，由光链路终端OLT(1)通过一根单模光纤即主环馈线光纤(9)连接M个主环远端结点RN(14)形成环状结构，在这里称为主环。主环的每个远端结点RN_a(14)通过连接光纤(15)各连接1个子环（29），每个子环（29）与n个远端节点RN_b(5)相连，主环远端节点RN_a和各子环上的远端节点RN_b(15,16)通过分布光纤(55)分别连接q个光网络单元ONU_b(49)；并且，主环（1）通过各主环远端节点RN_a（14）直接各连接q个光网络单元ONU_a其特征在于：

1）所述的光链路终端OLT（1）有Q个光发射机（2）分别经过Q个光开关（3）分别连接至两个阵列波导光栅AWG（4,5）——正常情况下，Q个光开关（3）都置于上端口位置，Q个发射机（2）通过光开关（3）与第一阵列波导光栅AWG（4）相连；两个第一和第二阵列波导光栅AWG（4,5）的输出端分别连接第一掺铒光纤放大器EDFA1（6）和第二掺铒光纤放大器EDFA2（7），第一掺铒光纤放大器EDFA1（6）经环形器1(8)与主环馈线光纤(9)连接；第二掺铒光纤放大器EDFA2（7）经环形器2(10)连接至馈线光纤(9)，环形器1(8)和环形器2(10)的一个端口分别连接第一和第二掺铒光纤放大器EFDA1（6）、EFDA2（7），一端口连接主环馈线光纤(9)，第三个端口通过一个耦合器1(11)和第三阵列波导光栅AWG(12)连接Q个光接收机(13)；

2）所述主环上的主环远端结点RN_a（14），这里以RN_m*（15）为例说明，包括一个2×2光开关（16），1个通断光开关（25），第一、第二和第三3个波长阻断器WB（22,23,31），1个粗波分复用器CWDM（18），第一，第二，第三和第四4个普通环形器（17,26,28,34），一个第五闭合环形器（33），第一~第六6个耦合器组成（19,20,21,24,27，32），1个第四1×q阵列波导光栅AWG（35）；其中2×2光开关（16）右边上方端口连接至第一环形器（17）的第一端口，第一环形器（17）的第二和第三个端口分别连接粗波分复用器CWDM（18）和第一1×3光耦合器（19），粗波分复用器CWDM（18）的两个端口分别连接第二、第三两个1×2光耦合器（20,21），1×2光耦合器（21）右边两个端口分别连接第一、第二两个波长阻断器（22,23），第一个波长阻断器（23）输出端口连接1×2光功率分路器（24），光功率分路器（24）的两个输出端口分别连接一个光开关（25）和一个第二三端口光环形器（26），第二三端口环形器（26）第二个端口连接子环（29）的馈线光纤（30），光开关（25）的下端口连接另一个第三三端口光环形器（28），该第三环形器（28）的第二个端口也与子环（29）的馈线光纤（30）相连，两个环形器（26,28）的第三个端口都与第五1×2光耦合器（27）相连，该第五1×2耦合器（27）左端口与第一1×3光耦合器（19）相连，第二1×2光耦合器（20）右边两个端口分别与一个第四三端口光环形器（34）和波长阻断器WB（31）连接，波长阻断器WB（22，31）同时与第六1×2光耦合器（32）连接，第四光环形器（34）的三个端口分别连接第二1×2光耦合器（20）、第一1×3光耦合器（19）和第四1×9阵列波导光栅AWG（35），2×2光开关（16）右边下端口与第五光环形器（33）相连，第五光环行器（33）另外两个端口分别连接第六1×2光耦合器（32）、第一1×3光耦合器（19）；

3）所述主环（1）通过各主环远端节点RN_a（14）直接各连接q个光网络单元ONU_a（39），每个光网络单元ONU_a（39）包括1个1×2光耦合器（36），一个反射式半导体光放大器RSOA（37）和一个接收机（38）；其中主环远端节点RN_a（14）中的第四阵列波导光栅AWG（35）通过分布光纤（40）连接光网络单元ONU_a（39）的1×2光耦合器（36），该1×2光耦合器（36）的下面两个端口分别连接反射式半导体光放大器RSOA（37）和接收机（38）；

4）所述子环远端节点RN_b（50）包括1个2×2的光开光（41），1个1×2光功率分路器（42），1个波长阻塞器（43），第一、第二和第三3个光环形器（44,45,46），1个第四光耦合器（47）以及一个第五1×q阵列波导光栅AWG（48）；其中2×2光开关（41）连接至第一光环形器（44）的左侧端口，第一环形器（44）的右侧端口连接光功率分路器（42）；该光功率分路器（42）的两个输出端口分别连接第二环形器（45）和波长阻塞器（43），第二环形器（45）连接第五1×q的阵列波导光栅AWG（48），波长阻塞器（43）和第三环形器（46）的右侧端口相连，第三环形器（46）的上方端口和第二环形器（45）的下方端口分别连接第四耦合器（47）的两个输入端口，第四耦合器（47）的输出端口连接第一环行器（44）的下方端口，第三环形器（46）的左侧端口通过光开关（41）与下一个子环远端结RN_b相连；每个子环远端结点RN_b通过第五阵列波导光栅AWG（48）连接q个完全相同的光网络单元ONU_b（49）。

5）所述子环的光网络单元ONU_b（49）包括1个1×2光耦合器（51），一个反射式半导体光放大器RSOA（53）和一个接收机（52），其中子环远端节点RN_b（50）中的第五阵列波导光栅AWG（48）通过分布光纤（55）连接光网络单元ONU_b（49）的1×2光耦合器（51），该光耦合器（51）的右边两个端口分别连接反射式半导体光放大器RSOA（53）和接收机（52）。

实施例二：

本波分复用环形光接入网实现网络扩展和保护功能方法，采用实施例一的系统进行操作如下：

1）有Q个波长属于C波段和L波段，其中C波段的波长供与主环（1）上各远端节点RN_a（14）直接连接的光网络单元ONU_a（39）使用，L波段波长供与各子环远端节点RN_b（50）下的光网络单元ONU_b（49）使用。其中在正常模式下，如图5所示，下行时，所述光链路终端OLT（1）Q个光发射机（2）发送信号经Q个光开关（3）后传送至第一阵列波导光栅AWG（4）合波，再经第一EDFA1（6）和光环形器1（8）从其右端口输出进入主环馈线光纤（9）。如图6所示，下行信号在主环馈线光纤（9）中以顺时针方向传输。对于主环远端节点RN_m*（15），下行波长λ_m*1...λ_mnq从2×2光开关（16）进入，经过第一光环形器（17），之后并被粗波分复用器CWDM（18）分波成两个波段（C波段，L波段）。这里以主环远端节点RN_m*（15）为例，其子环（29）所用L波段波长被功率分路器（21）分成两部分，分别经过第一、第二两个波长阻断器WB（22,23），其中第二波长阻断器WB（22）让L波段中除λ_m11...λ_mnq外的其他波长通过，再通过第六耦合器（32），光环行器（33），2×2光开关（16）进入主环馈线光纤继续向下一个主环远端节点RN_(m+1)*传输；其中波长阻断器WB（23）将除λ_m11...λ_mnq以外的波长滤除，然后使它们通过功率分路器（24）和光环行器（26）进入与远端节点RN_m*（15）相连接的子环（29）区域，并通过子环馈线光纤（30）在子环（29）中按顺时针方向下行传输。如图7，以该子环（29）内远端节点RN_mi（50）为例，波长λ_mi1...λ_miq...λ_mn1...λ_mnq从2×2光开关（41）进入，通过第一光环行器（44）右端口后经功率分路器（42）将信号分为两部分，其中一部分通过第二光环行器（45）右端口到达第五阵列波导光栅AWG（48），被阵列波导光栅AWG（48）滤除除λ_mi1...λ_miq外的波长后，分波后从阵列波导光栅AWG（48）相应端口输出，进入相应光网络单元ONU_b（49），通过光网络单元ONU_b（49）中的光耦合器（51）分波后将一部分信号送入光接收机（52），将另一部分光信号送入反射式半导体光放大器RSOA（53），信号被擦除再重调制后沿原路进行上行传输。

2）如图6所示，所述C波段下行波长λ_m*1...λ_m*q...λ_M*1...λ_M*q在主环远端节点RN_m*中经过粗波分复用器CWDM（18）后，经过光功率分路器（20）分成两路。其中一路通过波长阻断器WB（31），波长阻断器WB（31）使除λ_m*1...λ_m*q以外的C波段的波长通过，然后通过耦合器（32）从光环行器（33）上端口进入并从其左端口输出，通过2×2光开关（16）进入主环馈线光纤（9），并沿顺时针方向向下一个主环远端节点RN_(m+1)*进行下行传输；令一路从光环行器（34）上端口输入，从其右端口输出，通过第四阵列波导光栅AWG（35）分波后相应的波长从相应的端口输出通过分布光纤（40）进入相应的光网络单元ONU（39），通过光耦合器（36）分成两路，一路直接被接收机RX（38）接收，另一路被反射式半导体光放大器RSOA（37）擦除下行信息，并对下行波长重新调制加载上行信息，沿原路返回进行上行传输。

3）如图7所示，对于子环中用户的上行信号传输，以与RN_m*（15）相连的子环用户为例：上行信号在光网络单元ONU_b（49）中经过反射式半导体光放大器RSOA（53）调制后，再通过耦合器（51）和分布光纤进入子环远端节点RN_mi（50），各光网络单元ONU_b（49）的上行信号经过第五阵列波导光栅AWG（48）从第二光环行器（45）右端口进入并从下方端口输出，这里RN_m(i+1), RN_m(i+2)...RN_mn的上行信号通过2×2光开关(41)进入RN_mi(50)，信号经过第三光环行器（46）并从其上端口输出，进入第四耦合器（47）与RN_mi（50）的上行波长合波，然后经过第四耦合器（47）后从第一光环行器（44）下端口输入左端口输出，经过2×2光开关（41）后进入子环的馈线光纤（30），沿逆时针方向传送到相应的主环远端节点RN_m*（15）。按照上述方式，如图6所示，上行信号回到RN_m*（15）中，通过第二光环行器（26）下端口进入并从右端口输出，通过第五耦合器（27）后,与从远端节点RN_m+1*...RN_M*来的经过2×2光开关（16）和第五光环行器（33）上行信号在第一耦合器（19）后再通过第一光环行器（17）和2×2光开关（16）的上行信号进入主环并沿逆时针方向按照如上所属方式依次经过RN_m-1*...R_M1*到达光链路终端OLT（1），经过光环行器（8）并从下方端口输出通过耦合器1（11），之后被第三阵列波导光栅AWG（12）分波后使各波长信号被相应接收机（13）接收，从而完成各子环用户的上行信号传输。

4）对于主环（1）各用户上行信号传输，以和RN_m*（15）直接连接光网络单元ONU_a（39）为例：上行波长被ONU_a（39）内反射式半导体光放大器RSOA（37）调制并加载上行信息，上行信号经过耦合器（36）由分布光纤（40）进入相应主环远端节点RN_m*（15），各波长(λ_m*1...λ_m*q) 经第四阵列波导光栅AWG（35）合波后从第四光环行器（34）右端口进入并从下端口输出，之后通过第一耦合器（19）与其他主环远端节点RN_m+1*...RN_M*的C波段波长进行合波，之后C波段上行信号从第一光环行器（17）下端口进入左端口输出并通过2×2光开关（16）进入主环馈线光纤（9）。上行信号在主环中按上述方式通过远端节点RN_m-1*...RN_1*到达光链路终端OLT（1）。通过依次光环器1（8），耦合器1（11）后，经第三阵列波导光栅AWG（12）分波后，将各波长传送至相应的接收机（13）。

实施例三：

本波分复用环形光接入网实现网络扩展和保护功能方法，采用实施例一系统进行操作如下：

1）如图8，图9所示，当子环馈线光纤出现故障，相应的主环远端节点RN_a（14）工作在保护模式下时：这里以转换远端节点RN_m*（15）和与其相连子环（29）为例，当馈线光纤发生故障时，远端节点RN_m*的光开关（25）接收从光链路终端OLT（1）来的控制信令，处于闭合状态，此时对于如图9，子环远端节点RN_m1下行和上行传输仍按上述方式传输；对于RN_m2...RN_mn的下行信号λ_m21...λ_m2q...λ_mmq...λ_mnq从远端节点RN_m*的光开光（25）到达第三光环行器（28），从其左端口输入，下端口输出通过馈线光纤（30）进入子环（29）。如图9所示，对于远端节点RN_mi（50），它的2×2光开关（41）呈交叉连接状态，下行信号从2×2光开关（41）进入并从第一光环行器（44）左端口进入，右端口输出，经过功率分路器（42）分成两路，其中一路经过第二光环行器（45）并从其右端口输出，之后通过第五阵列波导光栅AWG（48）分波由各光网络单元ONU（49）接收；另一路信号通过波长阻断器WB（43）后使除λ_mi1...λ_miq以外的波长通过，并通过第三光环行器（46）和2×2光开关（41）后到达子环的馈线光纤，继续向下一个子环远端节点RN_b（50）传输。

2）对于子环（29）故障时上行信号传输，这里以子环远端节点RN_mi（50）为例，如图9所示，下行波长在光网络单元ONU_b（49）中被反射式半导体光放大器RSOA（53）擦除信息并重新调制加载上行信息后按原路返回。首先经过远端节点RN_mi中的第五阵列波导光栅AWG（48）合波后，从第二光环行器（45）右端口进入下端口输出。这里子环远端节点RN_m(i-1)...RN_m2的上行信号在子环中按照顺时针方向到达远端节点RN_mi，并从2×2光开关（41）进入，经过第三光环行器（46）并从其上端口输出，这部分上行光信号与RN_mi（50）节点用户的上行光信号通过第四光耦合器（47）合波后通过第一光环行器（44）到达2×2光开关（41）并进入子环馈线光纤（30）向RN_m(i-1)传输。最后上行信号沿逆时针方向到达主环远端节点RN_m*（15）。此时，按上述方式从主环传送至光链路终端OLT（1）并被相应接收机（13）接收。

3）当主环馈线光纤故障时，如图10,图11所示，此时主环中的上下行信号如图所示方向传输，这里以远端节点RN_m*(15)为例说明。当光链路终端OLT(1)检测出主环馈线光纤故障时，将与远端节点RN_m*...RN_M*对应的主环与子环用户的所用波长发射机处的光开关（3）置于下端口位置，此时这部分下行信号通过光开关（3），第二阵列波导光栅AWG（5）合波后，经过光环行器（10）到达主环馈线光纤（9），各下行信号分别被相应的远端节点RN提取出，并将其它远端节点RN所用波长送入馈线光纤继续传输。当下行信号到达远端节点RN_m*（15）时，经过2×2光开关（16），光环形器（17），并被粗波分复用器CWDM（18）分成两个波段（C波段，L波段）。其中C波段信号通过功率分路器（20），后被第四阵列波导光栅AWG（35）分波后送入主环远端节点相连的光网络单元ONU（39）中，由接收机完成接收；L波段信号通过波长阻断器WB（23）和光环行器（26,28）进入子环后，按照上述方法各波长信号被相应的子环ONU_b接收。

4）在上行传输时，对于远端节点RN_m*（15），其对应子环和主环光网络单元ONU_a（39）的上行信号按如上方式通过2×2光开关（16）到达主环馈线光纤，并按顺时针方向按照上述方式依次通过RN_(m+1)*...RN_M*,到达光链路终端OLT(1)，通过光环行器（10）并被第三阵列波导光栅AWG（12）分波后被相应接收机(13)接收。

Claims (3)

1.波分复用环形光接入网实现网络扩展和保护功能的系统，由光链路终端OLT(1)通过一根单模光纤即主环馈线光纤(9)连接M个主环远端结点RN(14)形成环状结构；在这里称为主环；主环的每个远端结点RN_a(14)通过连接光纤(15)各连接1个子环（29），每个子环（29）与n个远端节点RN_b(5)相连，主环远端节点RN_a和各子环上的远端节点RN_b(15,16)通过分布光纤(55)分别连接q个光网络单元ONU_b(49)；并且，主环（1）通过各主环远端节点RN_a（14）直接各连接q个光网络单元ONU_a其特征在于：

所述的光链路终端OLT（1）有Q个光发射机（2）分别经过Q个光开关（3）分别连接至两个阵列波导光栅AWG（4,5）——正常情况下，Q个光开关（3）都置于上端口位置，Q个发射机（2）通过光开关（3）与第一阵列波导光栅AWG（4）相连；两个第一和第二阵列波导光栅AWG（4,5）的输出端分别连接第一掺铒光纤放大器EDFA1（6）和第二掺铒光纤放大器EDFA2（7），第一掺铒光纤放大器EDFA1（6）经环形器1(8)与主环馈线光纤(9)连接；第二掺铒光纤放大器EDFA2（7）经环形器2(10)连接至馈线光纤(9)，环形器1(8)和环形器2(10)的一个端口分别连接第一和第二掺铒光纤放大器EFDA1（6）、EFDA2（7），一端口连接主环馈线光纤(9)，第三个端口通过一个耦合器1(11)和第三阵列波导光栅AWG(12)连接Q个光接收机(13)；

所述主环上的主环远端节点RN_a（14），包括一个2×2光开关（16），1个通断光开关（25），第一、第二和第三3个波长阻断器WB（22,23,31），1个粗波分复用器CWDM（18），第一，第二，第三和第四4个普通环形器（17,26,28,34），一个第五闭合环形器（33），第一~第六6个耦合器组成（19,20,21,24,27，32），1个第四1×q阵列波导光栅AWG（35）；其中2×2光开关（16）右边上方端口连接至第一环形器（17）的第一端口，第一环形器（17）的第二和第三个端口分别连接粗波分复用器CWDM（18）和第一1×3光耦合器（19），粗波分复用器CWDM（18）的两个端口分别连接第二、第三两个1×2光耦合器（20,21），1×2光耦合器（21）右边两个端口分别连接第一、第二两个波长阻断器（22,23），第一个波长阻断器（23）输出端口连接1×2光功率分路器（24），光功率分路器（24）的两个输出端口分别连接一个光开关（25）和一个第二三端口光环形器（26），第二三端口环形器（26）第二个端口连接子环（29）的馈线光纤（30），光开关（25）的下端口连接另一个第三三端口光环形器（28），该第三环形器（28）的第二个端口也与子环（29）的馈线光纤（30）相连，两个环形器（26,28）的第三个端口都与第五1×2光耦合器（27）相连，该第五1×2耦合器（27）左端口与第一1×3光耦合器（19）相连，第二1×2光耦合器（20）右边两个端口分别与一个第四三端口光环形器（34）和波长阻断器WB（31）连接，波长阻断器WB（22，31）同时与第六1×2光耦合器（32）连接，第四光环形器（34）的三个端口分别连接第二1×2光耦合器（20）、第一1×3光耦合器（19）和第四1×9阵列波导光栅AWG（35），2×2光开关（16）右边下端口与第五光环形器（33）相连，第五光环行器（33）另外两个端口分别连接第六1×2光耦合器（32）、第一1×3光耦合器（19）；

所述主环（1）通过各主环远端节点RN_a（14）直接各连接q个光网络单元ONU_a（39），每个光网络单元ONU_a（39）包括1个1×2光耦合器（36），一个反射式半导体光放大器RSOA（37）和一个接收机（38）；其中主环远端节点RN_a（14）中的第四阵列波导光栅AWG（35）通过分布光纤（40）连接光网络单元ONU_a（39）的1×2光耦合器（36），该1×2光耦合器（36）的下面两个端口分别连接反射式半导体光放大器RSOA（37）和接收机（38）；

所述子环远端节点RN_b（50）包括1个2×2的光开光（41），1个1×2光功率分路器（42），1个波长阻塞器（43），第一、第二和第三3个光环形器（44,45,46），1个第四光耦合器（47）以及一个第五1×q阵列波导光栅AWG（48）；其中2×2光开关（41）连接至第一光环形器（44）的左侧端口，第一环形器（44）的右侧端口连接光功率分路器（42）；该光功率分路器（42）的两个输出端口分别连接第二环形器（45）和波长阻塞器（43），第二环形器（45）连接第五1×q的阵列波导光栅AWG（48），波长阻塞器（43）和第三环形器（46）的右侧端口相连，第三环形器（46）的上方端口和第二环形器（45）的下方端口分别连接第四耦合器（47）的两个输入端口，第四耦合器（47）的输出端口连接第一环行器（44）的下方端口，第三环形器（46）的左侧端口通过光开关（41）与下一个子环远端结RN_b相连；每个子环远端结点RN_b通过第五阵列波导光栅AWG（48）连接q个完全相同的光网络单元ONU_b（49）；所述子环的光网络单元ONU_b（49）包括1个1×2光耦合器（51），一个反射式半导体光放大器RSOA（53）和一个接收机（52），其中子环远端节点RN_b（50）中的第五阵列波导光栅AWG（48）通过分布光纤（55）连接光网络单元ONU_b（49）的1×2光耦合器（51），该光耦合器（51）的右边两个端口分别连接反射式半导体光放大器RSOA（53）和接收机（52）。

2.一种波分复用环形光接入网实现网络扩展和保护的方法，采用根据权利要求1所述的波分复用环形光接入网实现网络扩展和保护功能的系统进行操作，其特征在于：

有Q个波长属于C波段和L波段，其中C波段的波长供与主环（1）上各远端节点RN_a（14）直接连接的光网络单元ONU_a（39）使用，L波段波长供与各子环远端节点RN_b（50）下的光网络单元ONU（49）使用；其中在正常模式下，下行时，所述光链路终端OLT（1）Q个光发射机（2）发送信号经Q个光开关（3）后传送至第一阵列波导光栅AWG（4）合波，再经第一EDFA1（6）和光环形器1（8）从其右端口输出进入主环馈线光纤（9）；下行信号在主环馈线光纤（9）中以顺时针方向传输，对于主环远端节点RN_m*（15），下行波长λ_m*1...λ_mnq从2×2光开关（16）进入，经过第一光环形器（17），之后并被粗波分复用器CWDM（18）分波成两个波段——C波段和L波段；对主环远端节点RN_m*（15），其子环（29）所用L波段波长被功率分路器（21）分成两部分，分别经过第一、第二两个波长阻断器WB（22,23），其中第二波长阻断器WB（22）让L波段中除λ_m11...λ_mnq外的其他波长通过，再通过第六耦合器（32），光环行器（33），2×2光开关（16）进入主环馈线光纤继续向下一个主环远端节点RN_(m+1)*传输；其中波长阻断器WB（23）将除λ_m11...λ_mnq以外的波长滤除，然后使它们通过功率分路器（24）和光环行器（26）进入与远端节点RN_m*（15）相连接的子环（29）区域，并通过子环馈线光纤（30）在子环（29）中按顺时针方向下行传输；对该子环（29）内远端节点RN_b（50），波长λ_mi1...λ_miq...λ_mn1...λ_mnq从2×2光开关（41）进入，通过第一光环行器（44）右端口后经功率分路器（42）将信号分为两部分，其中一部分通过第二光环行器（45）右端口到达第五阵列波导光栅AWG（48），被第五阵列波导光栅AWG（48）滤除除λ_mi1...λ_miq外的波长后，分波后从第五阵列波导光栅AWG（48）相应端口输出，进入相应光网络单元ONU_b（49），通过光网络单元ONU_b（49）中的光耦合器（51）分波后将一部分信号送入光接收机（52），将另一部分光信号送入反射式半导体光放大器RSOA（53），信号被擦除再重调制后沿原路进行上行传输；

所述C波段下行波长λ_m*1...λ_m*q...λ_M*1...λ_M*q在主环远端节点RN_m*中经过粗波分复用器CWDM（18）后，经过光功率分路器（20）分成两路；

其中一路通过波长阻断器WB（31），波长阻断器WB（31）使除λ_m*1...λ_m*q以外的C波段的波长通过，然后通过耦合器（32）从光环行器（33）上端口进入并从其左端口输出，通过2×2光开关（16）进入主环馈线光纤（9），并沿顺时针方向向下一个主环远端节点RN_(m+1)*进行下行传输；令一路从光环行器（34）上端口输入，从其右端口输出，通过第四阵列波导光栅AWG（35）分波后相应的波长从相应的端口输出通过分布光纤（40）进入相应的光网络单元ONU（39），通过光耦合器（36）分成两路，一路直接被接收机RX（38）接收，另一路被反射式半导体光放大器RSOA（37）擦除下行信息，并对下行波长重新调制加载上行信息，沿原路返回进行上行传输；

对于子环中用户的上行信号传输，上行信号在光网络单元ONU_b（49）中经过反射式半导体光放大器RSOA（53）调制后，再通过耦合器（51）和分布光纤进入子环远端节点RN_b（50），各光网络单元ONU_b（49）的上行信号经过第五阵列波导光栅AWG（48）从第二光环行器（45）右端口进入并从下方端口输出，这里RN_m(i+1), RN_m(i+2)...RN_mn的上行信号通过2×2光开关(41)进入RN_b(50)，信号经过光环行器（46）并从其上端口输出，进入第四耦合器（47）与RN_b（50）的上行波长合波，然后经过第四耦合器（47）后从第一光环行器（44）下端口输入左端口输出，经过2×2光开关（41）后进入子环的馈线光纤（30），沿逆时针方向传送到相应的主环远端节点RN_m*（15）；上行信号回到RN_m*（15）中，通过第二光环行器（26）下端口进入并从右端口输出，通过第五耦合器（27）后,与从远端节点RN_m+1*...RN_M*来的经过2×2光开关（16）和第五光环行器（33）上行信号在第一耦合器（19）后再通过第一光环行器（17）和2×2光开关（16）的上行信号进入主环并沿逆时针方向依次经过RN_m-1*...R_N1*到达光链路终端OLT（1），经过光环行器（8）并从下方端口输出通过耦合器（11），之后被第三阵列波导光栅AWG（12）分波后使各波长信号被相应接收机（13）接收，从而完成各子环用户的上行信号传输；

对于主环（1）各用户上行信号传输，RN_m*（15）直接连接光网络单元ONU_a（39）：上行波长被ONU_a（39）内反射式半导体光放大器RSOA（37）调制并加载上行信息，上行信号经过耦合器（36）由分布光纤（40）进入相应主环远端节点RN_m*（15），各波长(λ_m*1...λ_m*q) 经第四阵列波导光栅AWG（35）合波后从光环行器（34）右端口进入并从下端口输出，之后通过第一耦合器（19）与其他主环远端节点RN_m+1*...RN_M*的C波段波长进行合波，之后C波段上行信号从第一光环行器（17）下端口进入左端口输出并通过2×2光开关（16）进入主环馈线光纤（9）；上行信号在主环中按上述方式通过远端节点RN_m-1*...RN_1*到达光链路终端OLT（1）；通过依次光环器1（8），耦合器1（11）后，经第三阵列波导光栅AWG（12）分波后，将各波长传送至相应的接收机（13）。

3.一种波分复用环形光接入网实现网络扩展和保护功能方法，采用根据权利要求1所述的波分复用环形光接入网实现扩展和保护功能系统进行操作，其特征在于：

当子环馈线光纤出现故障，相应的主环远端节点RN_a（14）工作在保护模式下时：对于转换远端节点RN_m*（15）和与其相连子环（29），当馈线光纤发生故障时，远端节点RN_m*的光开关（25）接收从光链路终端OLT（1）来的控制信令，处于闭合状态，此时子环远端节点RN_m1下行和上行传输仍按上述方式传输；对于RN_m2...RN_mn的下行信号λ_m21...λ_m2q...λ_mmq...λ_mnq从远端节点RN_m*的光开光（25）到达第三光环行器（28），从其左端口输入，下端口输出通过馈线光纤（30）进入子环（29）；对于远端节点RN_b（50），它的2×2光开关（41）呈交叉连接状态，下行信号从2×2光开关（41）进入并从第一光环行器（44）左端口进入，右端口输出，经过功率分路器（42）分成两路，其中一路经过第二光环行器（45）并从其右端口输出，之后通过第五阵列波导光栅AWG（48）分波由各光网络单元ONU_b（49）接收；另一路信号通过波长阻断器WB（43）后使除λ_mi1...λ_miq以外的波长通过，并通过第三光环行器（46）和2×2光开关（41）后到达子环的馈线光纤，继续向下一个子环远端节点RN_b（50）传输；对于子环（29）故障时上行信号传输，下行波长在光网络单元ONU_b（49）中被反射式半导体光放大器RSOA（53）擦除信息并重新调制加载上行信息后按原路返回；首先经过远端节点RN_mi中的第五阵列波导光栅AWG（48）合波后，从第二光环行器（45）右端口进入下端口输出；这里子环远端节点RN_m(i-1)...RN_m2的上行信号在子环中按照顺时针方向到达远端节点RN_mi，并从2×2光开关（41）进入，经过第三光环行器（46）并从其上端口输出，这部分上行光信号与RN_mi（50）节点用户的上行光信号通过第四光耦合器（47）合波后通过第一光环行器（44）到达2×2光开关（41）并进入子环馈线光纤（30）向RN_m(i-1)传输；最后上行信号沿逆时针方向到达主环远端节点RN_m*（15）；此时，从主环传送至光链路终端OLT（1）并被相应接收机（13）接收；

当主环馈线光纤故障时，对远端节点RN_m*(15)，当光链路终端OLT(1)检测出主环馈线光纤故障时，将与远端节点RN_m*...RN_M*对应的主环与子环用户的所用波长发射机处的光开关（3）置于下端口位置，此时这部分下行信号通过光开关（3），第二阵列波导光栅AWG（5）合波后，经过光环行器2（10）到达主环馈线光纤（9），各下行信号分别被相应的远端节点RN提取出，并将其它远端节点RN所用波长送入馈线光纤继续传输；当下行信号到达远端节点RN_m*（15）时，经过2×2光开关（16），光环形器（17），并被粗波分复用器CWDM（18）分成两个波段（C波段，L波段）；其中C波段信号通过功率分路器（20），后被第四阵列波导光栅AWG（35）分波后送入主环远端节点相连的光网络单元ONU（39）中，由接收机完成接收；L波段信号通过波长阻断器WB（23）和第二、第三光环行器（26,28）进入子环后，按照上述方法各波长信号被相应的子环ONU_b接收；

在上行传输时，对于远端节点RN_m*（15），其对应子环和主环光网络单元ONU_a（39）的上行信号按如上方式通过2×2光开关（16）到达主环馈线光纤，并按顺时针方向按照上述方式依次通过RN_(m+1)*...RN_M*,到达光链路终端OLT(1)，通过光环行器2（10）并被第三阵列波导光栅AWG（12）分波后被相应接收机(13)接收。