CN103281617A - 多波长无源光网络系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多波长无源光网络系统，包括光线路终端、光分配网络和多个光网络单元。光分配网络包括第一级分光器和多个第二级分光器，第一级分光器的公共端口通过主干光纤连接到光线路终端，且其分支端口分别连接分支光纤并通过不同分波组件及其中一个第二级分光器连接到一组光网络单元，分波组件包括三端口光环形器和光纤光栅，不同分波组件的光纤光栅具有不同的反射谱，三端口光环形器包括第一端口，第二端口及第三端口，三端口光环形器的第一端口及第三端口分别连接分支光纤，光环器的第二端口连接光纤光栅；其中，所述光线路终端向所述光网络发送的下行XGTC帧的帧头包括波长指示域，所述波长指示域用于承载波长指示信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种光接入技术，特别地，涉及一种多波长无源光网络(Passive Optical Network，PON)系统。
背景技术
随着用户对带宽需求的不断增长，传统的铜线宽带接入系统越来越面临带宽瓶颈。与此同时，带宽容量巨大的光纤通信技术日益成熟且应用成本逐年下降，光接入技术，比如无源光网络，逐渐成为下一代宽带接入网的有力竞争者。
传统的无源光网络系统，比如吉比特无源光网络(Gigabit-capablePassive Optical Network,GPON)系统或者以太网无源光网络(EthernetPassive Optical Network,EPON)系统，一般采用点到多点(Point to multiplepoint,P2MP)的网络架构，即中心局的光线路终端(Optical Line Terminal,OLT)通过光分配网络(Optical Distribution Network,ODN)以点到多点的方式连接到用户侧的多个光网络单元(Optical Network Unit,ONU)。其中，在下行方向，光线路终端采用指定的下行波长以时分复用(TimeDivision Multiplexing,TDM)方式将下行数据传输给光网络单元，每个光网络单元仅接收携带其设备标识的下行数据；而在上行方向，光网络单元采用指定的上行波长以时分多址(Time Division Multiple Access,TDMA)方式将上行数据传输给光线路终端，每个光网络单元仅在光线路终端授权的时隙(Time Slot)进行数据上发。
在上述传统的点到多点无源光网络系统中，由于光网络单元采用时分复用的方式共享光传输介质，在大分支比的网络架构下，时分复用方式的时间分割特性严重影响光网络单元的带宽。因此，随着宽带业务的发展，传统的无源光网络系统无法满足用户对带宽不断增长的需求。
发明内容
为解决现有技术存在的带宽问题，本发明提供一种多波长无源光网络系统。
本发明提供的多波长无源光网络系统，包括光线路终端、光分配网络和多个光网络单元，所述光线路终端通过所述光分配网络以点到多点的方式连接到所述光网络单元；其中，所述多个光网络单元分成多组，每一组光网络单元分别采用不同的上下行波长，所述光分配网络包括第一级分光器和多个第二级分光器，其中所述第一级分光器的公共端口通过主干光纤连接到所述光线路终端，且其分支端口分别连接分支光纤并通过不同分波组件及其中一个第二级分光器连接到一组光网络单元，所述分波组件包括三端口光环形器和光纤光栅，所述不同分波组件的光纤光栅具有不同的反射谱，所述三端口光环形器包括第一端口，第二端口及第三端口，所述三端口光环形器的第一端口及第三端口分别连接所述分支光纤，所述光环器的第二端口连接所述光纤光栅；其中，所述光线路终端向所述光网络发送的下行XGTC帧的帧头包括波长指示域，所述波长指示域用于承载波长指示信息。
在本发明提供的多波长无源光网络系统一较佳实施例中，所述多个光网络单元分成四组，且所述第一级分光器包括四个分支端口，每个分支端口分别对应于其中一组光网络单元，所述四个分支端口分别对应第一分波组件、第二分波组件、第三分波组件及第四分波组件。
在本发明提供的多波长无源光网络系统一较佳实施例中，所述第一分波组件的光纤光栅反射波长为第一组光网络单元的下行波长，所述第二分波组件的光纤光栅反射波长为第二组光网络单元的下行波长，所述第三分波组件的光纤光栅反射波长为第三组光网络单元的下行波长，所述第四分波组件的光纤光栅反射波长为第四组光网络单元的下行波长。
在本发明提供的多波长无源光网络系统一较佳实施例中，所述光分配网络还包括上行波分复用器，所述上行波分复用器的公共端口通过主干耦合器耦合到主干光纤，且所述上行波分复用器的分支端口分别通过分支耦合器耦合到其中一个分支光纤。
在本发明提供的多波长无源光网络系统一较佳实施例中，所述上行波分复用器的多个分支端口的通道中心波长分别为所述第一组光网络单元的上行波长、所述第二组光网络单元的上行波长、所述第三组光网络单元的上行波长和所述第四组光网络单元的上行波长。
在本发明提供的多波长无源光网络系统一较佳实施例中，所述光线路终端包括多个光发射器，其中每个光发射器的发射波长分别其中一组光网络单元的下行波长。
在本发明提供的多波长无源光网络系统一较佳实施例中，所述光线路终端还包括多个光接收器，其中每个光接收器的接收波长分别其中一组光网络单元的上行波长。
本发明提供的多波长无源光网络系统将所述光网络单元分成多组，并且在所述第一级分光器的分支端口采用所述不同分波组件实现下行波长分离，从而实现分别采用多对波长来分别承载不同组的光网络单元的数据，由此，在同一时间段便可以利用不同波长同时传输多个光网络单元的数据，从而有效提升系统的整体带宽，满足用户的宽带业务对带宽的增长需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明提供的多波长无源光网络系统一种较佳实施例的示意图。
图2为图1所示的多波长无源光网络系统可以采用的下行XGTC帧的一种实施例的帧结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，其为本发明提供的多波长无源光网络系统一种较佳实施例的示意图。所述无源光网络系统100包括至少一个光线路终端(OLT)110、多个光网络单元(ONU)120-1～120-n和光分配网络(ODN)130。所述光线路终端110通过所述光分配网络130以点到多点的形式连接到所述多个光网络单元120-1～120-n。其中，从所述光线路终端110到所述光网络单元120-1～120-n的方向定义为下行方向，而从所述光网络单元120-1～120-n到所述光线路终端110的方向为上行方向。
所述无源光网络系统100可以是不需要任何有源器件来实现所述光线路终端110与所述光网络单元120-1～120-n之间的数据分发的通信网络，比如，在具体实施例中，所述光线路终端110与所述光网络单元120-1～120-n之间的数据分发可以通过所述光分配网络130中的无源光器件(比如分光器或者复用器)来实现。
所述光线路终端110通常位于中心位置(例如中心局Central Office，CO)，其可以统一管理所述多个光网络单元120-1～120-n。所述光线路终端110可以充当所述光网络单元120-1～120-n与上层网络(图未示)之间的媒介，将从所述上层网络接收到的数据作为下行数据转发到所述光网络单元120-1～120-n，以及将从所述光网络单元120-1～120-n接收到的上行数据转发到所述上层网络。
所述光网络单元120-1～120-n可以分布式地设置在用户侧位置(比如用户驻地)。所述光网络单元120-1～120-n可以为用于与所述光线路终端110和用户进行通信的网络设备，具体而言，所述光网络单元120-1～120-n可以充当所述光线路终端110与所述用户之间的媒介，例如，所述光网络单元120-1～120-n可以将从所述光线路终端110接收到的下行数据转发到所述用户，以及将从所述用户接收到的数据作为上行数据转发到所述光线路终端110。应当理解，所述光网络单元120-1～120-n的结构与光网络终端(Optical Network Terminal，ONT)相近，因此在本申请文件提供的方案中，光网络单元和光网络终端之间可以互换。
所述光分配网络130可以是一个数据分发系统，其可以包括光纤、光耦合器、光分路器、光复用器和/或其他设备。在一个实施例中，所述光纤、光耦合器、光分路器、光复用器和/或其他设备可以是无源光器件，具体来说，所述光纤、光耦合器、光分路器、光复用器和/或其他设备可以是在所述光线路终端110和所述光网络单元120-1～120-n之间分发数据信号是不需要电源支持的器件。另外，在其他实施例中，该光分配网络130还可以包括一个或多个处理设备，例如，光放大器或者中继设备(Relay device)。在如图1所示的分支结构中，所述光分配网络130具体可以从所述光线路终端110延伸到所述多个光网络单元120-1～120-n，但也可以配置成其他任何点到多点的结构。
在本发明提供的多波长无源光网络系统中，所述多个光网络单元120-1～120-n可以分成多组，同一组的光网络单元分别采用同一对上下行波长，并且采用时分复用方式进行复用；不同组的光网络单元采用的上下行波长不同，且不同组的光网络单元之间通过不同波长以波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)方式进行复用。
比如，图1所示的多波长无源光网络系统100可以采用四对上下行波长，为便于描述，以下将所述四对上下行波长分别记为第一上行波长λu1和第一下行波长λd1、第二上行波长λu2和第二下行波长λd2、第三上行波长λu3和第三下行波长λd3、第四上行波长λu4和第四下行波长λd4。并且，所述多个光网络单元120-1～120-n可以分成四组，其中第一组光网络单元的上下行波长分别采用所述第一上行波长λu1和第一下行波长λd1，第二组光网络单元的上下行波长分别采用所述第二上行波长λu2和第二下行波长λd2，第三组光网络单元的上下行波长分别采用所述第三上行波长λu3和第三下行波长λd3，第四组光网络单元的上下行波长分别采用所述第四上行波长λu4和第四下行波长λd4。
所述光线路终端110包括多个光发射器Tx1～Tx4和多个光接收器Rx1～Rx4，其中所述光发射器Tx1～Tx4用于向所述光网络单元120-1～120-n发射下行数据，且所述光发射器Tx1～Tx4的发射波长分别为所述第一下行波长λd1、所述第二下行波长λd2、所述第三下行波长λd3和所述第四下行波长λd4；所述光接收器Rx1～Rx4用于接收来自所述光网络单元120-1～120-n的上行数据，且所述光接收器Rx1～Rx4的接收波长分别为所述第一上行波长λu1、所述第二上行波长λu2、所述第三上行波长λu3和第四上行波长λu4。
所述光发射器Tx1～Tx4可以通过复用器111连接到光耦合器113，所述复用器111可以将所述光发射器Tx1～Tx4发射的下行数据进行复用从而形成多波长下行信号。所述光接收器Rx1～Rx4可以通过解复用器112连接到所述光耦合器113，所述解复用器112可以将来自所述多个120-1～120-n并且经过所述光分配网络130传输多波长上行信号携带的上行数据分别解复用到所述光接收器Rx1～Rx4。所述光耦合器113可以进一步连接到光分配网络130，所述光耦合器113一方面将来自所述复用器111的多波长下行信号耦合到所述光分配网络130，另一方面将来自所述光分配网络的多波长上行信号耦合到所述解复用器112。在具体实施例中，所述光耦合器113可以为波分复用(WDM)器件。
所述光分配网络130可以采用两级分光架构，其包括第一级分光器131、第二级分光器132-1～132-4、上行波分复用器133、分支耦合器134-1～134-4、主干耦合器135和多个不同分波组件139。
所述第一级分光器131可以为分光比为1：4的光分路器，其包括一个公共端口和四个分支端口，所述第一级分光器131的公共端口通过所述主干耦合器135连接到主干光纤136，且所述主干光纤的另一端连接到所述光线路终端110内部的光耦合器113。所述第一级分光器131的四个分支端口分别连接有分支光纤137，并且各个分支光纤的另一端分别通过一个分波组件139、一个分支耦合器134-1～134-4连接到其中一个第二级分光器132-1～132-4的公共端口。每个所述分波组件139包括三端口光环形器101和光纤光栅102，所述不同分波组件139的光纤光栅102具有不同的反射谱，所述三端口光环形器101包括第一端口，第二端口及第三端口（图中未标号），所述三端口光环形器101的第一端口及第三端口分别连接所述分支光纤137，所述三端口光环器101的第二端口连接所述光纤光栅102。
在本实施例中，所述第二级分光器132-1～132-4可以采用分支比为1：8、1：16、1：32或者1：64的光分路器，即其具有一个公共端口和多个分支端口。每一个第二级分光器132-1～132-4的分支端口分别通过分布光纤138连接到其中一组光网络单元，其中每一个分布光纤连接所述第二级分光器132-1～132-4其中一个分支端口和其对应的光网络单元120-1～120-n。
另一方面，所述上行波分复用器133也包括公共端口和四个分支端口，其中，所述上行波分复用器133的公共端口连接到所述主干耦合器135，且所述上行波分复用器133的每一个分支端口分别通过光纤连接到其对应的分支耦合器134-1～134-4，并通过所述分支耦合器134-1～134-4耦合到其对应的分支光纤137。在具体实施例中，所述四个分支端口的通道中心波长可以分别为所述第一上行波长λu1、所述第二上行波长λu2、所述第三上行波长λu3和所述第四上行波长λu4。
在本实施例中，所述第一级分光器131的四个分支端口可以分别对应第一分波组件、第二分波组件、第三分波组件及第四分波组件，其中所述第一分波组件的光纤光栅、所述第二分波组件的光纤光栅、所述第三分波组件的光纤光栅和所述第四分波组件的光纤光栅分别具有不同的反射谱，具体地，所述第一分波组件的光纤光栅反射波长可以为所述第一下行波长λd1，所述第二分波组件的光纤光栅反射波长可以为所述第二下行波长λd2，所述第三分波组件的光纤光栅反射波长可以为所述第三下行波长λd3，所述第四分波组件的光纤光栅反射波长可以为所述第四下行波长λd4。基于上述光纤光栅，所述分波组件139便可以实现将来自所述光线路终端110的多波长下行信号中承载的不同波长的下行数据分别通过不同的分支光纤137再进一步通过所述第二级分光器132-1～132-4输出给不同组的光网络单元。
具体地，在下行方向，所述光线路终端110输出的多波长下行信号经过所述主干光纤136传输之后，被所述主干耦合器135耦合到所述第一级分光器131，所述第一级分光器131对所述多波长下行信号进行功率分光形成多个多波长下行信号之后，分别通过其分支端口输出给所述多个分支光纤137。由于每个分支光纤137连接不同分波组件139，所述多波长下行信号经由三端口光环形器101的第一端口输入，再由三端口光环形器101的第二端口输出到光纤光栅102，光纤光栅102把满足其布拉格条件的波长下行信号反射回来，重新经由三端口光环形器101的第二端口输入，最后由三端口光环形器101的第三端口输出。由于不同分波组件139的光纤光栅102具有不同的反射谱。因此，在所述多波长下行信号穿过所述分波组件139的三端口光环形器101时，只有其中一个波长的光信号可以通过，而其他波长的光信号则被光纤光栅102滤除。
比如，所述第一分波组件的三端口光环形器101的第三端口输出的光信号为具有所述第一下行波长λd1的下行数据，即所述光发射器Tx1发射的下行数据；所述第二分波组件的三端口光环形器101的第三端口输出的光信号为具有所述第二下行波长λd2的下行数据，即所述光发射器Tx2发射的下行数据；所述第三分波组件的三端口光环形器101的第三端口输出的光信号为具有所述第三下行波长λd3的下行数据，即所述光发射器Tx3发射的下行数据；所述第四分波组件的三端口光环形器101的第三端口输出的光信号为具有所述第四下行波长λd4的下行数据，即所述光发射器Tx4发射的下行数据。
因此，通过各个分支光纤137传输到所述第二级分光器132-1～132-4的光信号分别为所述光发射器Tx1～Tx4的发射的下行数据，所述下行数据经过所述第二级分光器132-1～132-4进行功率分光之后，进一步通过所述分布光纤138传输到对应组的光网络单元。
而在上行方面，每一组的光网路单元分别采用其上行波长λu1～λu4并在所述光线路终端110授权的时隙发送上行数据，由于各组光网络单元分别采用不同的上行波长，因此同一个时隙可以有多个采用不同上行波长的光网络单元同时发送上行数据。所述不同组的光网络单元发送的不同波长的上行数据分别通过其对应的第二级分光器132-1～132-4汇聚之后，被不同的分支耦合器134-1～134-4耦合到所述上行波分复用器133的不同分支端口。所述上行波分复用器133进一步对所述不同波长的上行数据进行波分复用形成多波长上行信号之后，通过所述主干耦合器135耦合到所述主干光纤136，并通过所述主干光纤136传输到所述光线路终端110。
本发明提供的多波长无源光网络系统100由于所述光网络单元120-1～120-n分成多组并且各组分别采用不同的工作波长，因此，对于某个光网络单元而言，其并不知道自己需要工作在哪个上下行波长。为实现负载均衡并避免出现波长冲突，所述光线路终端110需要指定向光网络单元指定工作波长，即将波长指示信息传递给所述光网络单元。
在所述多波长无源光网络系统100中，虽然不同组光网络单元采用波分复用的方式进行工作，但所述光线路终端110和每一组光网络单元之间可以依据XGPON协议进行通信，具体协议内容可以参照ITU-TG.987系列标准。
在一种实施例中，所述光线路终端110可以将所述波长信息承载在下行XGTC(XG-PON Transmission Convergence,XGPON传输汇聚)帧，并通过所述下行XGTC帧将所述波长指示信息提供给所述光网络单元。请参阅图2，其为本发明提供的多波长无源光网络系统100可以采用的下行XGTC帧的一种实施例的帧结构示意图。所述下行XGTC帧可以包括XGTC帧头和XGTC净荷。其中，所述XGTC帧头可以定义有波长指示域。具体地，所述XGTC帧头可以包括波长指示域、HLend域、带宽地图(Bandwidth map,BWmap)域和下行物理层操作管理维护(PhysicalLayer Operations,Administration and Maintenance downstream,PLOAMd)域。其中，所述Hlend域可以包括带宽地图长度(BWmap Length)、PLOAM计数(PLOAM count)和混合纠错(Hybrid Error Correction,HEC)。所述波长指示域用来承载所述波长指示信息，在具体实施例中，所述波长指示信息可以为波长编号。
本发明提供的多波长无源光网络系统100将所述光网络单元120-1～120-n分成多组，并且在所述第一级分光器131的分支端口采用所述不同分波组件139实现下行波长分离，采用所述上行波分复用器133实现上行波长复用，从而实现分别采用多对上下行波长来分别承载不同组的光网络单元的上下行数据，由此，在同一时间段便可以利用不同波长同时传输多个光网络单元的数据，从而有效提升系统的整体带宽，满足用户的宽带业务对带宽的增长需求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种多波长无源光网络系统，其特征在于，包括光线路终端、光分配网络和多个光网络单元，所述光线路终端通过所述光分配网络以点到多点的方式连接到所述光网络单元；其中，所述多个光网络单元分成多组，每一组光网络单元分别采用不同的上下行波长，所述光分配网络包括第一级分光器和多个第二级分光器，所述第一级分光器的公共端口通过主干光纤连接到所述光线路终端，且其分支端口分别连接分支光纤并通过不同分波组件及其中一个第二级分光器连接到一组光网络单元，所述分波组件包括三端口光环形器和光纤光栅，所述不同分波组件的光纤光栅具有不同的反射谱，所述三端口光环形器包括第一端口，第二端口及第三端口，所述三端口光环形器的第一端口及第三端口分别连接所述分支光纤，所述光环器的第二端口连接所述光纤光栅；其中，所述光线路终端向所述光网络发送的下行XGTC帧的帧头包括波长指示域，所述波长指示域用于承载波长指示信息。
2.根据权利要求1所述的多波长无源光网络系统，其特征在于，所述多个光网络单元分成四组，且所述第一级分光器包括四个分支端口，每个分支端口分别对应于其中一组光网络单元，所述四个分支端口分别对应第一分波组件、第二分波组件、第三分波组件及第四分波组件。
3.根据权利要求2所述的多波长无源光网络系统，其特征在于，所述第一分波组件的光纤光栅反射波长为第一组光网络单元的下行波长，所述第二分波组件的光纤光栅反射波长为第二组光网络单元的下行波长，所述第三分波组件的光纤光栅反射波长为第三组光网络单元的下行波长，所述第四分波组件的光纤光栅反射波长为第四组光网络单元的下行波长。
4.根据权利要求3所述的多波长无源光网络系统，其特征在于，所述光分配网络还包括上行波分复用器，所述上行波分复用器的公共端口通过主干耦合器耦合到主干光纤，且所述上行波分复用器的分支端口分别通过分支耦合器耦合到其中一个分支光纤。
5.根据权利要求4所述的多波长无源光网络系统，其特征在于，所述上行波分复用器的多个分支端口的通道中心波长分别为所述第一组光网络单元的上行波长、所述第二组光网络单元的上行波长、所述第三组光网络单元的上行波长和所述第四组光网络单元的上行波长。
6.根据权利要求1所述的多波长无源光网络系统，其特征在于，所述光线路终端包括多个光发射器，其中每个光发射器的发射波长分别其中一组光网络单元的下行波长。
7.根据权利要求6所述的多波长无源光网络系统，其特征在于，所述光线路终端还包括多个光接收器，其中每个光接收器的接收波长分别其中一组光网络单元的上行波长。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: QIN ZHEN Free format text: FORMER OWNER: SUZHOU CAIYUNFEI ELECTRONIC CO., LTD. Effective date: 20140428 |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 215021 SUZHOU, JIANGSU PROVINCE TO: 518052 SHENZHEN, GUANGDONG PROVINCE |
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Effective date of registration: 20140428 Address after: 518052 room 217, West Tower, Nanshan digital culture industry base, Shenzhen, Nanshan District, Guangdong Applicant after: Qin Zhen Address before: 210, room 13, olive Bay Garden, No. 266, Song Jiang Road, Suzhou, Jiangsu, 215021 Applicant before: Suzhou Caiyunfei Electronic Co., Ltd. |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130904 |