CN103262442A

CN103262442A - 光网络系统和方法

Info

Publication number: CN103262442A
Application number: CN2011800635875A
Authority: CN
Inventors: H.罗赫德; S.斯莫洛滋
Original assignee: Nokia Siemens Networks Oy
Current assignee: Nokia Solutions and Networks Oy; Nokia Solutions and Networks SpA
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-08-21
Also published as: EP2472750A1; US20130343765A1; EP2659603A1; WO2012089527A1

Abstract

一种用于光网络系统的方法和一种光网络系统，其包括第一光网络单元，包括接收器和发送器的第二光网络单元，其中第一光网络单元经由不对称光耦合器件与接收器和发送器耦合。

Description

光网络系统和方法

技术领域

本发明涉及用于在通信系统（例如光通信系统）中进行信号处理的方法和设备。

背景技术

这章节旨在为在权利要求中叙述的发明提供背景或情景。这里的描述可能包括可能追求的概念，但是并不必然是以前已经构思的或追求的概念。因此，除非这里另外指示，这章节中描述的内容对于本申请中的说明书和权利要求来说并不是现有技术，并且不因为包含在这章节中而承认为是现有技术。

就光纤到家（FTTH）、光纤到商（FTTB）和光纤到路边（FTTC）来说，无源光网络（PON）是很有前途的方案，尤其因为它克服了传统点到点解决方案的经济限制。

PON已经得到标准化并且它目前正在被全世界的网络服务提供商所部署。当光纤网络单元（ONU）发送在时间上多路复用的上游数据包到光纤线路终端（OLT）时，常规的PON以广播的方式将下游业务从光纤线路终端（OLT）分配到光纤网络单元（ONU）。因此，ONU之间的通信需要通过OLT来传达，该传达涉及诸如缓冲和/或调度的电子处理，这导致等待时间和降低网络的吞吐量。

在光纤通信中，波分复用（WDM）是一种通过使用不同的激光波长（颜色）承载不同的信号而在单一光纤上多路复用多个光载波信号的技术。除了实现通过一缕光纤的双向通信，这允许容量的倍增。

WDM系统被分成不同的波长模式，常规的或稀疏的和密集的WDM。WDM系统在大约1550nm的二氧化硅光纤的第三传输窗口（C波段）中提供例如多达16个信道。密集WDM使用相同的传输窗口但具有更加密集的信道间隔。信道方案变化，但是典型的系统可使用具有100GHz间隔的40个信道或者具有50GHz间隔的80个信道。一些技术能够为25GHz间隔。放大选项实现可用波长向L波段的延伸，从而或多或少地使这些数加倍。

光接入网络，例如相干超密集波分复用（UDWDM）网络，被认为是未来的数据访问技术。

要解决的问题是从输出上游光信号中分离输入下游光，它们二者都由相同的光纤发送。特别关键的是光网络的单一光纤联网元件的情况，其中上游和下游波长在频率上如此紧密地交织以致普通的滤色镜不能将它们分离。这种网络元件的例子是NGOA（下一代光接入）ONU。

所述问题的常规解决方案包括采用光学循环器。在其它光接入系统诸如GPON、EPON或XG-PON中，上游光和下游光在它们的波长方面在光谱上分离大于100nm，因此便宜的滤色镜能用于上游和下游的分离。

然而，上面提及的常规解决方案非常昂贵并且没有给ONU提供高灵敏度。

要解决的问题是克服上面所述的缺点并且尤其提供如下系统：当输出上游光信号和输入下游光二者通过相同的光纤进行发送时，该系统以成本有效的方式和以高灵敏度从输出上游光信号中分离输入下游光。

发明内容

为了克服本领域中上面描述的需要，本发明公开了一种光网络系统，该光网络系统包括：第一光网络单元，包括接收器和发送器的第二光网络单元，其中第一光网络单元经由不对称光耦合器件与第二光网络单元的接收器和第二光网络单元的发送器耦合。

在本发明的下一个实施例中，不对称光耦合器件形成为：对于将下游光从第一光网络单元耦合到第二光网络单元的接收器中具有比对于将上游光从第二光网络单元的发送器耦合到第一光网络单元中更高的耦合效率。

如下也是一个实施例：不对称光耦合器件被配置为使得从第一光网络单元到第二光网络单元的下游光被衰减了基本上小于30%，并且从第二光网络单元到第一光网络单元的上游光被衰减了基本上大于70%。

在进一步实施例中，第一光网络单元经由第一光链路与不对称光耦合器件耦合。

在下一个实施例中，第一光链路为光纤，该光纤配置为将下游光信号从第一光网络单元发送到不对称光耦合器件并且将上游光信号从不对称光耦合器件发送到第一光网络单元。

如下也是一个实施例：不对称光耦合器件被形成为使得所述下游光信号被衰减了基本上等于或小于1dB，而上游光信号被衰减了基本上等于或大于6.8dB。

在进一步实施例中，第二光网络单元经由第二光链路和第三光链路与不对称光耦合器件耦合。

在下一个实施例中，第二光链路为光纤，该光纤配置为将下游光信号从不对称光耦合器件发送到第二光网络单元的接收器。

如下也是一个实施例：第三光链路为光纤，该光纤配置为将上游光信号从第二光网络单元的所述发送器发送到不对称光耦合器件。

在进一步实施例中，第二光链路和第三光链路实现为集成光子元件中的波导。

在下一个实施例中，不对称光耦合器件经由第四光链路与光束倾倒单元耦合。

在进一步实施例中，不对称光耦合器件经由第四光链路与光电二极管耦合。

在下一个实施例中，所述接收器配置为接收下游光信号并且所述发送器配置为发送上游光信号。

在进一步实施例中，不对称光耦合器件是不对称功率分配器或不对称分束器。

在下一个实施例中，不对称功率分配器是具有两个输入和两个输出的2路功率分配器。

上面所述的问题也由用于光网络系统的方法解决，该方法包括：提供第一光网络单元；提供包括接收器和发送器的第二光网络单元；经由不对称光耦合器件将第一光网络单元与接收器和发送器耦合。

提供的方法、设备和系统，特别地，具有下面的优点：

a）它们提供了如下系统：当输入下游光和输出上游光信号均由相同的光纤发送时，该系统以成本有效的方式从输出上游光信号中分离输入下游光

b）它们为ONU提供了更高的灵敏度

c）它们易于实现。

附图说明

在下面通过实例的方式借助附图更详细地解释本发明。

图1是根据本发明的一个实施例的经由不对称光耦合器件13相对于彼此耦合的两个光网络单元的示意图。

具体实施方式

为公开本发明的教导，现在将参照附图来描述说明性实施例。尽管这里参照特定应用的说明性实施例来描述本发明，但应该理解本发明并不限于此。具有本领域普通技术并获得了这里提供的教导的人员将意识到在其范围以及本发明将具有显著实用的附加领域内的附加修改、应用和实施例。

特别地，图1示出第一光网络单元11，包括接收器20和发送器21的第二光网络单元12，其中该第一光网络单元11经由不对称光耦合器件13（其例如可以是不对称分束器）与第二光网络单元12的接收器20和第二光网络单元12的发送器21耦合。

常规地，利用对称功率分配器，下游光被衰减3dB。这个值太高并且降低ONU的灵敏度。上游光也经受相同数量的3dB衰减。

根据本发明的一个实施例，功率分配器被制成为不对称的，使得例如下游光仅被衰减1dB。在这种配置中，相比于循环器（具有至少1dB，更现实地2dB，的插入损耗），下游灵敏度不受影响。给予下游的插入损耗越小，上游插入损耗将越高。下表列出了下游插入损耗和相应的上游插入损耗，二者均以对数（“dB”）和线性标度。

插入损耗Rx（dB）(下游)	插入损耗Tx（dB）(上游)	插入损耗Rx (线性)	插入损耗Rx (线性)
				0.5	9.6	11%	89%
1	6.8	20%	80%
				1.5	5.3	29%	71%
2	4.3	37%	63%
				2.5	3.6	44%	56%
3	3	50%	50%

根据本发明的一个实施例，上游光被强烈衰减从而允许更多的下游光通过ONU。这是可接受的，因为增加上游发送器的功率来补偿附加的损失比包括光学循环器将更加便宜，尤其因为循环器是在光集成电路中极其难以集成的光元件，这是价格有效的ONU所需要的。

在多模干涉（MMI）2×2耦合器（该耦合器是在平面波导技术中实施的典型器件）中，输出端口之间的功率分配由在模式之间的相对传播延迟确定。如果，例如，该耦合器设计为支持基本模式（0模式）和一阶模式（1模式），则它们的传播速度将不同，导致两个模式之间的相延迟，该相延迟在通过耦合器的传播期间周期性地变化。

因为0模式具有偶空间对称性，因此它在两个输出端口将具有相等的振幅。然而，1模式具有奇对称性，使得它的电场在两个输出端口具有相反的符号。由于总场是两种模式的线性重叠，因此可能具有在一个或另一个输出端口的完全消光，端口之间的平均功率分配，或者功率的任何中间加权。

两种模式如何相加以及因此端口之间的功率分配，由在输出平面中的模式之间的相差确定。这个相差取决于模式传播速度的差别和耦合器的长度。这两个参数都由平面波导耦合器的在标准光刻晶圆工艺中限定的物理尺寸确定。通过如下步骤，调整也是可能的：向已蒸发到耦合器上的电阻加热器施加小电流，从而创建具有可配置不对称分割的耦合器。

由于按照基本物理定律，每个功率分配器具有两个输入和两个输出，因此必须注意避免来自开放功率分配器终端的背反射。因此，未使用的功率分配器终端或者能被实现为光束倾倒器（在集成光电路中制作是无价值的）或者连接能用于必要监视功能的光电二极管。

依赖于ONU中本地振荡器激光的特性，尽管下游波长从本地振荡器激光波长偏移了1GHz，但为避免锁定到下游波长的光学注入，光隔离器可能是必要的。但是即使在这种情况下，光隔离器和不对称功率分配器的组合也可能比可比较的具有循环器的解决方案更便宜，并且能够给出额外多1dB的灵敏度。

本发明不限于上面描述的原理的细节。本发明的范围由所附的权利要求限定，并且所有属于权利要求范围的等价物内的变化和修改因此将由本发明涵盖。基于该创造性方法或使用模拟信号代替数字值的信号值的数学变换或等价计算也包括。

缩写词列表

EPON 以太无源光网络

GPON 吉比特无源光网络

NGOA 下一代光接入

ONU 光纤网络单元

UDWDM 超密集WDM

WDM 波分复用

XG-PON 10吉比特无源光网络

Claims

1.一种光网络系统，包括：

第一光网络单元（11）；

包括接收器（20）和发送器（21）的第二光网络单元（12）；

其特征在于：

第一光网络单元（11）经由不对称光耦合器件（13）与第二光网络单元（12）的接收器（20）和第二光网络单元（12）的发送器（21）耦合。

2.根据权利要求1的光网络系统，其中所述不对称光耦合器件（13）形成为：对于将下游光从第一光网络单元（11）耦合到第二光网络单元（12）的接收器（20）中具有比对于将上游光从第二光网络单元（12）的发送器（21）耦合到第一光网络单元（11）中更高的耦合效率。

3.根据权利要求2的光网络系统，其中所述不对称光耦合器件（13）被配置为使得从第一光网络单元（11）到第二光网络单元（12）的下游光被衰减了基本上小于30%，并且从第二光网络单元（12）到第一光网络单元（11）的上游光被衰减了基本上大于70%。

4.根据前述任一权利要求的光网络系统，进一步包括：

第一光网络单元（11）经由第一光链路（14）与不对称光耦合器件（13）耦合。

5.根据权利要求4的光网络系统，进一步包括：

第一光链路（14）为光纤，该光纤配置为将下游光信号从第一光网络单元（11）发送到不对称光耦合器件（13）并且将上游光信号从不对称光耦合器件（13）发送到第一光网络单元（11）。

6.根据权利要求5的光网络系统，进一步包括：

所述不对称光耦合器件（13）被形成为使得所述下游光信号被衰减了基本上等于或小于1dB，而上游光信号被衰减了基本上等于或大于6.8dB。

7.根据前述任一权利要求的光网络系统，进一步包括：

第二光网络单元（12）经由第二光链路（15）和第三光链路（16）与不对称光耦合器件（13）耦合。

8.根据权利要求7的光网络系统，进一步包括：

第二光链路（15）为光纤，该光纤配置为将下游光信号从不对称光耦合器件（13）发送到第二光网络单元（12）的接收器（20）。

9.根据权利要求7的光网络系统，进一步包括：

第三光链路（16）为光纤，该光纤配置为将上游光信号从第二光网络单元（12）的所述发送器（21）发送到不对称光耦合器件（13）。

10.根据前述权利要求7-9中任一项的光网络系统，进一步包括：

其中，第二光链路（15）和第三光链路（16）实现为集成光子元件中的波导。

11.根据前述任一权利要求的光网络系统，其中不对称光耦合器件（13）经由第四光链路（17）与光束倾倒单元（18）耦合。

12.根据前述权利要求1-10中任一项的光网络系统，其中不对称光耦合器件（13）经由第四光链路（17）与光电二极管（18）耦合。

13.根据前述任一权利要求的光网络系统，其中所述接收器（20）配置为接收下游光信号并且所述发送器（21）配置为发送上游光信号。

14.根据前述权利要求1-12中任一项的光网络系统，其中不对称光耦合器件（13）是不对称功率分配器或不对称分束器。

15.一种用于光网络系统的方法，包括：

提供第一光网络单元（11）；

提供包括接收器（20）和发送器（21）的第二光网络单元（12）；

其特征在于：

经由不对称光耦合器件（13）将第一光网络单元（11）与接收器（20）和发送器（21）耦合。