CN103916192B - 光网络单元、光线路终端组以及光网络架构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于时分波分复用无源光网络的光网络单元、光线路终端组以及光网络架构。此外，本发明还提出了一种在时分波分复用无源光网络中为依据本发明的光网络单元分配上行工作波长和下行工作波长的方法。通过本发明提供的优选的技术方案，以一组串联连接的光线路终端替换了原有的光线路终端，从而各个光线路终端都可以使用前一个光线路终端不使用的光信号，避免了原本存在的浪费问题。通过依据本发明的分配波长的方法，保证各个光网络单元都能够公平地并且动态地获取在其所在的光网络单元组中当前可用的上行工作波长以及下行工作波长，并且实现起来相对简单。

Description

光网络单元、光线路终端组以及光网络架构

技术领域

本发明涉及时分波分复用无源光网络，尤其涉及用于时分波分复用无源光网络的光线路终端、光线路终端组以及光网络架构，并且还提出了一种在时分波分复用无源光网络中为依据本发明的光网络单元分配上行工作波长和下行工作波长的方法。

背景技术

时分波分复用无源光网络(TimeandWavelengthDivisionMultiplexed-PassiveOpticalNetwork，TWDM-PON)被业界考虑为用于NG-PON2的主要方案。其不仅适用于40Gbit/s的容量，并且也被考虑为适于未来的光网络的发展需求，例如适用于容量为100Gbit/s以上的容量的光网络。

图1示出了现有的用于TWDM-PON的光网络架构。如图1所示，其由光线路终端、光分配网络以及多个光网络单元组成。其中，传统的光分配节点包括远程节点及相关的光纤，并且限定了在远程节点中仅具有分光器。在实际中，光分配网络已经由各个运营商铺设完成，因此如果对光分配网络及其中的各部件进行改造将产生较高的成本。

另一方面，在现有的TWDM-PON结构中，分光器的分光功率代价与分光器输出的数目(即光网络单元的数量)有关，随着光网络单元的数量的增加，分光功率的代价将升高。此外，分光器的每个输出端向各个光线路终端输出的光信号包括所有的波长(例如在使用4个波长的TWDM-PON中，该光信号是具有4个波长的多波长光信号)。而在各个光线路终端中采用光滤波器，从而仅仅滤出并且使用基于该光网络单元的下行工作波长的光信号。因此，在这种结构中，丢弃并浪费了其他的多个波长的光信号，由此浪费了光功率。这例如可从图2清楚地获知，图2示出了现有的TWDM-PON结构中在下行传输情况下的光功率浪费问题的示意图，其中以D表示各个下行光信号，所圈出的上行光信号表示被浪费的光信号。此外，在这种现有的TWDM-PON结构中，所支持的光线路终端的数量还受制于分光器的分光率，从而难以对光线路终端的数量进行扩展。

目前，在现有解决方案中，通常是在光分配网络中的远程节点中增加放大器，例如掺饵光纤放大器EDFA或半导体放大器SOA，以补偿损失的光功率。然而，这种设置改变了原本已经铺设完成的光分配网络。并且使得光分配网络不再是无源的，还增加了制造成本和运营成本。

发明内容

由此可见，在现有的TWDM-PON的光网络架构中各个光线路终端丢弃了其不使用的多个光信号，因此存在光功率浪费的问题。此外，在现有的结构中，可使用的光网络单元的数量受限于分光器的分光率。

为了解决上述技术问题，根据本发明的第一方面，提出了一种用于时分波分复用无源光网络的光网络单元，所述光网络单元包括：第一波分复用元件，用于从第一光元件接收下行光信号和向所述第一光元件发送上行光信号，并且用于复用和解复用所述下行光信号和所述上行光信号；第一可调谐光频谱互补滤波器，用于从所述第一波分复用元件获取所述下行光信号，并将所述下行光信号滤波成对应于所述光网络单元的下行工作波长的第一下行光信号，以及不对应于所述光网络单元的下行工作波长的第二下行光信号；接收机，用于从所述第一可调谐光频谱互补滤波器接收所述第一下行光信号；可调激光器，其用作所述光网络单元的发射机并产生第一上行光信号；第二波分复用元件，用于从所述第一可调谐光频谱互补滤波器获取所述第二下行光信号，并在存在串联在所述光网络单元下游的第一光网络单元的情况下，向所述第一光网络单元发送所述第二下行光信号，以及从所述第一光网络单元接收第二上行光信号，并且复用和解复用所述第二下行光信号和所述第二上行光信号；以及第二可调谐光频谱互补滤波器，用于从所述可调激光器接收所述第一上行光信号，以及从所述第二波分复用元件获取所述第二上行光信号，并根据所述第一上行光信号和/或所述第二上行光信号产生并向所述第一波分复用元件提供所述上行光信号。

根据本发明的第二方面，提出了一种用于时分波分复用无源光网络的光网络单元，所述光网络单元包括：波分复用元件；接收机；可调激光器，其用作所述光网络单元的发射机并产生第一上行光信号；第三可调谐光频谱互补滤波器，用于：从第一光元件接收下行光信号，并将所述下行光信号滤波成对应于所述光网络单元的下行工作波长的第一下行光信号以及不对应于所述光网络单元的下行工作波长的第二下行光信号，并且经由所述波分复用元件将所述第一下行光信号提供至所述接收机；经由所述波分复用元件从所述可调激光器接收所述第一上行光信号；以及在存在串联在所述光网络单元下游的第一光网络单元的情况下，向所述第一光网络单元发送所述第二下行光信号以及从所述第一光网络单元接收第二上行光信号，并根据所述第一上行光信号和/或所述第二上行光信号产生并向所述第一光元件提供所述上行光信号；其中，所述第一上行光信号的波长与所述第一下行光信号的波长的差等于所述第三可调谐光频谱互补滤波器的自由光谱区。

根据本发明的第三方面，提出了一种用于时分波分复用无源光网络的光网络单元组，其经由分光器与光线路终端连接，其中，在所述时分波分复用无源光网络中应用N个互不相同的上行波长和N个互不相同的下行波长，所述光网络单元组包括：M个串联连接的根据本发明第一方面的光网络单元；或M个串联连接的根据本发明第二方面的光网络单元；其中，M≤N-1，并且M个光网络单元所使用的上行工作波长各不相同，以及M个光网络单元所使用的下行工作波长各不相同。

根据本发明的第四方面，提出了一种用于时分波分复用无源光网络的光网络单元组，其经由分光器与光线路终端连接，其中，在所述时分波分复用无源光网络中应用N个互不相同的上行波长和N个互不相同的下行波长，所述光网络单元组包括：R+1个串联连接的光网络单元，其中串联在前的R个光网络单元包括根据权利要求1或2所述的光网络单元或根据权利要求3至6中任一项所述的光网络单元，串联在最后的光网络单元为第三光网络单元，其仅过滤并使用对应于该光网络单元的下行工作波长的下行光信号，而不对不对应于所述光网络单元的下行工作波长的下行光信号进行处理；其中，R+1≤N-1，并且R+1个光网络单元所使用的上行工作波长各不相同，以及R+1个光网络单元所使用的下行工作波长各不相同。

根据本发明的第五方面，提出了一种用于时分波分复用无源光网络的光网络架构，其包括：光线路终端；分光器，其分光率为1∶n；以及n个光网络单元组，其包括根据本发明的第三方面的光网络单元组，和/或根据本发明的第四方面的光网络单元组；其中，所述n个光网络单元组分别经由所述分光器与所述光线路终端连接。

根据本发明提供的优选的技术方案，以一组串联连接的光线路终端替换了原有的光线路终端，从而各个光线路终端都可以使用前一个光线路终端不使用的光信号，避免了原本存在的浪费问题。因此，在本发明中，对现有技术中的光线路终端侧进行了改变，但同时保持了光分配网络的现有结构，从而最大限度上降低了成本。此外，通过本发明增加了光线路终端数量(用户数量)，提高了网络规模，从而设备的成本由更多的用户分担。

根据本发明的第六方面，提出了一种在时分波分复用无源光网络中的根据本发明第一方面的光网络单元或根据本发明第二方面的光网络单元中用于辅助光线路终端分配上行工作波长和下行工作波长的方法，其中，N-1个所述光网络单元串联形成了光网络单元组，或N-2个所述光网络单元与1个第三光网络单元串联形成了光网络单元组，该第三光网络单元仅过滤并使用对应于该光网络单元的下行工作波长的下行光信号，而不对不对应于所述光网络单元的下行工作波长的下行光信号进行处理，至少一个所述光网络单元组经由分光器与所述光线路终端连接，N为在所述时分波分复用无源光网络中使用的互不相同的上行工作波长的数量和互不相同的下行波长的数量，所述N个下行波长包括1个下行公共波长以及N-1个下行工作波长，其中基于所述下行公共波长的下行光信号包括波长调整信息，所述波长调整信息指示在所述光网络单元组中当前可用的上行工作波长和下行工作波长，并且所述光网络单元在离线时占用上行空闲波长和下行空闲波长，所述上行空闲波长、所述下行空闲波长、N个下行波长、N个上行工作波长都互不相同，所述方法包括：A.如果所述光网络单元需要在线运作，当所述光网络单元是根据本发明的第一方面的光网络单元时，将所述第一可调谐光频谱互补滤波器从所述下行空闲波长调谐至所述下行公共波长，当所述光网络单元是根据本发明的第二方面的光网络单元时，将所述第三可调谐光频谱互补滤波器从所述下行空闲波长调谐至所述下行公共波长；B.接收基于所述下行公共波长的下行光信号，其中基于所述下行公共波长的下行光信号是随同N-1个相互不同的基于上行工作波长的下行光信号一起由所述光线路终端发送的；C.根据基于所述下行公共波长的下行光信号中的波长调整信息，从当前可用的上行工作波长和下行工作波长中选取对应于所述光网络单元的第一上行工作波长与第一下行工作波长；D.当所述光网络单元是根据本发明的第一方面的光网络单元时，将所述光网络单元中的所述第一可调谐光频谱互补滤波器从所述下行公共波长调谐至所述下行工作波长，并将所述光网络单元中的所述第二可调谐光频谱互补滤波器从所述上行空闲波长调谐至所述上行工作波长，当所述光网络单元是根据本发明的第二方面的光网络单元时，将所述光网络单元中的所述第三可调谐光频谱互补滤波器从所述下行公共波长调谐至所述下行工作波长，以及从所述上行空闲波长调谐至所述上行工作波长；以及E.基于所述第一上行工作波长与所述第一下行工作波长与所述光线路终端进行光通信。

根据本发明的第七方面，提出了一种在时分波分复用无源光网络中的光线路终端中用于为根据本发明的第一方面的光网络单元或根据本发明的第二方面的光网络单元分配波长的方法，所述方法包括：a.随同N-1个相互不同的基于上行工作波长的下行光信号一起，向所述光网络单元发送基于所述下行公共波长的下行光信号；以及b.基于第一上行工作波长与第一下行工作波长与所述光网络单元进行光通信，其中所述第一上行工作波长与所述第一下行工作波长是所述光网络单元根据基于所述下行公共波长的下行光信号中的波长调整信息从当前可用的上行工作波长和下行工作波长中选取的。

通过依据本发明的分配波长的方法，保证各个光网络单元都能够公平地并且动态地获取在其所在的光网络单元组中当前可用的上行工作波长以及下行工作波长，并且实现起来相对简单。此外，光线路终端还可以基于每个波长的带宽使用情况为每个光网络单元组从下行波长中确定将使用的下行公共波长和下行工作波长。因此，在实际中，下行波长中的任一个都可以作为下行公共波长。由此，可以充分利用所有波长的带宽，而不浪费波长。

本发明的各个方面将通过下文中的具体实施例的说明而更加清晰。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：

图1示出了现有的用于TWDM-PON的光网络架构；

图2示出了现有的TWDM-PON结构中在下行传输情况下的光功率浪费问题的示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的用于时分波分复用无源光网络的光网络架构；

图4示出了根据本发明的一个实施例的图3中的光网络单元的具体实施图；

图5示出了图4中的光网络单元中的第一可调谐光频谱滤波器在不同状态下的运作模式示意图；

图6示出了根据本发明的另一个实施例的图3中的光网络单元的具体实施图；以及

图7示出了图6中的光网络单元中的第三可调谐光频谱滤波器的在线工作状态下示意图。

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相对应的部件或特征。

具体实施方式

图3示出了根据本发明的一个实施例的用于时分波分复用无源光网络的光网络架构。

如图3所示，该光网络架构包括光线路终端10、分光器20以及多个光网络单元组1....n。在实施过程中，可以根据分光器20的分光率的大小来设置光网络单元组的数量，例如在分光率为1∶64的情况下，可以最多设置64个光网络单元组。

此外，每个光网络单元组可以包括多个串联连接的光网络单元，并且每个光网络单元所应用的上行工作波长互不相同，下行工作波长互不相同。

在此，可以根据在光网络架构中应用的光信号的波长的数量来确定在每个光网络单元组中可以最多串联连接的光网络单元的数量。当在一个时分波分复用无源光网络中应用N个互不相同的上行波长和N个互不相同的下行波长时，光网络单元组可以包括：至多N-1个串联连接的光网络单元。因此，在依据本发明的光网络结构中，至多可以存在(N-1)*n个光网络单元，其中n为分光器的分光率。由此，相比于现有技术，显著提高了可承载的光网络单元的数量。

此外，各个上行波长之间以及各个下行波长之间的间隔可以相对较小，例如1.6nm。而上行波长与下行波长之间的间隔可以相对较大，例如10nm，甚至40nm。

在图3的示例中，应用了4个不同的下行波长λ₁、λ₂、λ₃、λ₄，即在此N＝4，因此每个光网络单元组可以至多包括3个串联连接光网络单元。

为清楚起见，在图3中仅示出了下行传输的情形。如图3中的光网络单元组1中所示，光网络单元组1接收了来自分光器20的多波长光信号，即D1、D2、D3和D4。其中，D1为基于下行公共波长λ₁的下行光信号，其包括波长调整信息，该波长调整信息指示在光网络单元组中当前可用的上行工作波长和下行工作波长(将在下文详细描述)，其他几个光信号D2、D3和D4分别为基于下行工作波长λ₂、λ₃、λ₄的下行光信号。

在此，光线路终端可以基于每个波长的带宽使用情况为每个光网络单元组从下行波长中确定将使用的下行公共波长和下行工作波长。因此，下行波长λ₁、λ₂、λ₃、λ₄中的任一个可以被选择为下行公共波长，进而D1、D2、D3和D4中的任一个下行光信号都可以作为基于下行公共波长的下行光信号。而每个光网络单元组1...n的基于下行公共波长的下行光信号可以相同也可以不同，只要确保所有波长的带宽被充分利用。

现在，在图3中的示例中假定光网络单元组1中的三个光网络单元都处于在线工作状态。在运作中，光网络单元组1中的第一个光网络单元1滤出了其所使用的D2信号，并将其余的光信号传输至下一个光网络单元2，即D1、D3和D4。同理，光网络单元2、3也获取其所使用的光信号，并将其余的光信号传输给下一个光网络单元，并且光网络单元3也获取了最后剩余的基于下行工作波长的光信号，即D4。因此，在本发明的光网络结构中，不会产生现有结构中的光信号浪费，进而不会产生光功率浪费的问题，从而可以在节约光功率的情况下服务更多的光网络单元。

在此，需要指出的是，对于每个光网络单元组，串联在最后的光网络单元可以是依据本发明的光网络单元(将在下文对其结构进行详述)，也可以是现有技术中的任何光网络单元，其仅过滤并使用对应于该光网络单元的下行工作波长的下行光信号，而不对不对应于光网络单元的下行工作波长的下行光信号进行处理，例如图1中的光网络单元。图1中的光网络单元包括波分复用元件，用于复用及解复用上行和下行光信号、可调滤波器，用于过滤出针对该光网络单元的下行工作波长的下行光信号、接收机，用于从可调滤波器接收下行光信号、可调激光器，用于经由波分复用元件通过分光器向光线路终端发送上行光信号。

如果运营商在布置依据本发明的光网络结构时存在扩容需要，则可以将串联在最后的光网络单元设置为依据本发明的光网络单元。相反，如果运营商在布置依据本发明的光网络结构时不存在扩容需要，则可以将串联在最后的光网络单元设置为现有的光网络单元。具体地，例如参照图3中的光网络单元组1，可以根据运营商的扩容要求，既可以将光网络单元3设置为依据本发明的光网络单元，也可以将光网络单元3设置为现有的任何的光网络单元。

图4示出了根据本发明的一个实施例的图3中的光网络单元的具体实施图。

该光网络单元包括两个波分复用元件(即第一波分复用元件301和第二波分复用元件302)。在此，参照图4，波分复用元件301和302具有复用和解复用功能，其可以将上行传输的信号和下行传输的信号复用合并成一路进行传输，以及将上行传输的信号和下行传输的信号解复用成两路进行传输。

此外，该光网络单元还包括两个光频互补滤波器(即第一光频互补滤波器303和第二光频互补滤波器304)。通过使用两个光频互补滤波器可以将上行波长和下行波长独立开来，由此可以独立地调节上行波长和下行波长。

进一步地，该光网络单元还包括接收机305以及用作该光网络单元的发射机的可调激光器306。

在这种结构中，第一波分复用元件301分别与第一光频谱互补滤波器303和第二光频谱互补滤波器304连接。其中，第一光频谱互补滤波器303与接收机305和第二波分复用元件 302连接。第二光频谱互补滤波器304分别与可调激光器306和第二波分复用元件302连接。

现在，将结合图4和图5对图4的光网络单元从离线状态变化为在线工作状态时，为该网络单元分配上行工作波长和下行工作波长的方法以及其各种状态下的运作方式进行描述。其中，图5示出了图4中的光网络单元中的第一可调谐光频谱滤波器在不同状态下的运作模式示意图。此外，在图5中以上下尖峰的图形来表示滤波器的输出频谱特性，而以长方形表示实际的信号(如图5中的D1、D2、D3和D4)。此外，在图5中以波长ID1、2、3、4来分别指示下行波长λ₁、λ₂、λ₃、λ₄，其中波长ID1表示下行公共波长，波长ID2、3、4表示下行工作波长，并以虚框圈出的部分表示基于下行工作波长的下行光信号，即D2、D3和D4。此外，以波长ID0来指示下行空闲波长λ₀。此外，D1表示基于下行公共波长的下行光信号。

回到图4，假定图4中的光网络单元为图3中的光网络单元1，并且在图3的结构中具有4个可用的基于上行工作波长λ′₁、λ′₂、λ′₃、λ′₄的上行光信号U1、U2、U3和U4(在实际上行传输过程中，同一个光网络单元组中的三个光网络单元将各自依据被分配的上行工作波长，从这四个上行光信号中选取任意三个进行传输。因此最多将使用三个上行光信号(即在三个光网络单元全都在线工作的状态下))，以及1个基于下行公共波长λ₁的下行光信号D1和3个基于下行工作波长λ₂、λ₃、λ₄的下行光信号D2、D3和D4。并且假定在图3中光网络单元2和光网络单元3已经在在线，其中光网络单元2占用了基于下行工作波长λ₃的下行光信号D3和基于上行工作波长λ′₃的上行光信号U3、光网络单元3占用了基于下行工作波长λ₄的下行光信号D4和基于上行工作波长λ′₄的上行光信号U4。

首先，在光网络单元1的离线状态下，其占用下行空闲波长λ₀和上行空闲波长λ′₀，其中上行空闲波长λ′₀、下行空闲波长λ₀与前述的波长λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ′₁、λ′₂、λ′₃、λ′₄都不相同。

因此，参考图5，在离线状态下，第一光谱互补滤波器303的滤波波长为下行空闲波长λ₀，其将所接收的基于下行公共波长λ₁的光信号D1和3个基于下行工作波长λ₂、λ₃、λ₄的光信号D2、D3和D4都从第2个端口反射出去。在此，第一光谱互补滤波器303可以例如由环型器和滤波器构成，其将符合滤波器的光信号透射过去，将不符合滤波器的光信号经由环型器反射出去。

回到图4，对于图4中的第二光谱互补滤波器304，由于其滤波波长为上行空闲波长λ′₀，所以该滤波器304也将从后续串联的光网络单元2接收到的第二上行光信号(在此为U3和U4)从a端口反射出去，并且因为在光网络单元处于空闲状态下可调激光器并不运作，所以此时的上行光信号就是第二上行光信号(在此为U3和U4)。然后，第一波分复用元件301将该上行光信号与下行光信号复用，并且将上行光信号发送至分光器，进而发送至光线路终端。

而如果该光网络单元1需要在线运作，其将进入初始注册状态。光网络单元1将第一可调谐光频谱互补滤波器303从下行空闲波长λ₀调谐至下行公共波长λ₁。

从而如图5所示可以从3端口透射出基于下行公共波长λ₁的下行光信号D1，并将其余的基于下行工作波长λ₂、λ₃、λ₄的下行光信号D2、D3和D4从2端口转发出去。在此，如前所述，基于下行公共波长的下行光信号D1是随同D2、D3和D4一起由光线路终端发送的。

回到图4，接收机305将接收该基于下行公共波长λ₁的下行光信号D1，并从中获取波长调整信息，该波长调整信息指示在光网络单元组中当前可用的上行工作波长和下行工作波长。光网络单元将基于该波长调整信息，从当前可用的上行工作波长和下行工作波长中选取对应于光网络单元的第一上行工作波长与第一下行工作波长。在该实施例中，由于光网络单元组中1中可用的下行工作波长为λ₂，可用的上行工作波长为λ′₂。

因此，接着，光网络单元1将第一可调谐光频谱互补滤波器303从下行公共波长λ₁调谐至所选取的下行工作波长λ₂，并将第二可调谐光频谱互补滤波器304从上行空闲波长λ′₀调谐至所选取的上行工作波长λ′₂。由此光网络单元1进入了在线状态。

在该在线状态下，光网络单元1开始正常工作。下文将对光网络单元1正常工作时的情形进行描述。此时，第一波分复用元件301将所接收的下行光信号D1、D2、D3和D4解复用并传输至第一光谱互补滤波器303。

参考图5，在在线工作状态下，由于第一光谱互补滤波器303的下行工作波长为λ₂，所以其将透射过第一下行光信号，在此为基于下行工作波长λ₂的下行光信号D2。与此同时，第一光谱互补滤波器303还将与其下行工作波长λ₂不对应的下行光信号，即D1、D3和D4作为第二下行光信号反射至出去。

回到图4，接收机305将从第一光谱互补滤波器303接收其所透射出的下行光信号D2。而第二波分复用元件302也将从第一光谱互补滤波器303接收其所反射出的第二下行光信号(其包括D1、D3和D4)，并且将该第二下行光信号复用传输至下一个光网络单元。

对于上行传输的情况，首先由第二波分复用元件302接收并解复用第二上行光信号(在此包括基于上行工作波长λ′₃的上行光信号U3和基于上行工作波长λ′4的上行光信号U4)，并将该第二上行光信号传输至第二光频谱互补滤波器304。

与此同时，可调激光器306也将产生第一上行光信号，在此为基于上行工作波长λ′₂的上行光信号U2，并将其提供至第二光频谱互补滤波器304。第二光频谱滤波器304将根据第一上行光信号(在此为U2)以及第二上行光信号(在此为U3和U4)产生上行光信号。具体地，由于第二光频谱滤波器304的上行工作波长为λ′₂，其从a端口透射过第一上行光信号(在此为U2)，并且在a端口反射出第二上行光信号(在此为U3和U4)。如前所述，可以例如通过滤波器和环型器的组合来实现上述功能。因此在第二光频谱滤波器304的a端口输出的上行光信号将包括U2、U3和U4。接着，第一波分复用元件301将该上行光信号复用传输至分光器。

在此，虽然仅以光网络单元组1中的光网络单元1进行了说明，本领域的技术人员应当理解，上述离线-初始注册-在线工作过程以及分配波长的过程也同样适合于其他的光网络单元。

特别地，如果串联在末端的光网络单元3也是依据本发明地构造的，则由于不存在后续的光网络单元，因此未使用的第二下行光信号将通过第二波分复用元件302向外输出，在第二光频谱互补滤波器304的b端口与第二波分复用元件302之间也将不存在第二上行光信号，从而第二光谱互补滤波器304将仅基于第一上行光信号来产生上行光信号(即，第二光谱互补滤波器304将第一上行光信号透射过去以直接形成上行光信号)。

特别地，如果串联在末端的光网络单元3是现有的光网络单元(参见图1中的光网路单元1)，其也可以适用上述离线-初始注册过程以及分配波长的过程，而其在线工作过程与原先相同，在此不再详述。

图6示出了根据本发明的另一个实施例的图3中的光网络单元的具体实施图。图7示出了图6中的光网络单元中的第三可调谐光频谱滤波器的在线工作状态下示意图。同样地，在图7中以上下尖峰的图形来表示滤波器的输出频谱特性，而以长方形表示实际的信号(如图7中的D1、D2、D3、D4、U1、U2、U3和U4)。此外，在图7中以波长ID1、2、3、4来分别指示下行波长λ₁、λ₂、λ₃、λ₄，其中波长ID1表示下行公共波长，波长ID2、3、4表示下行工作波长，以波长ID0来指示下行空闲波长λ₀。以波长ID1’、2’、3’、4’来分别指示上行工作波长λ′₁、λ′₂、λ′₃、λ′₄。此外，D1表示基于下行公共波长的下行光信号，D2、D3和D4表示基于下行工作波长的下行光信号。U1、U2、U3和U4表示基于上行工作波长的上行光信号。

回到图6，该光网络单元包括第三可调谐光频谱互补滤波器401、波分复用元件402、接收机403、以及用作该光网络单元的发射机的可调激光器404。其中，第三可调谐光频谱互补滤波器401与波分复用元件402连接。如图6所示，波分复用元件402转而与接收机 403和可调激光器404连接，用于解复用/复用第一下行光信号和第一上行光信号。在此，第一上行光信号的波长与第一下行光信号的波长的差等于第三可调谐光频谱互补滤波器401的自由光谱区，以便第三可调谐光频谱互补滤波器401可以同时透射出第一上行光信号和第一下行光信号。

优选地，该光网络单元还包括第一切换单元405和第二切换单元406。如图6所示，第一切换单元405位于该光网络单元上游的光元件(例如，分光器、光网络单元，未示出)与第三光频谱互补滤波器401之间，而第二切换单元406位于该光网络单元下游的另一光网路单元(未示出)与第三光频谱互补滤波器401之间，并且第一切换单元405与第二切换单元406连接。因此，第一切换单元405可以控制所在光网络单元与上游的光元件的连通，而第二切换单元406可以控制所在光网路单元与下游的光网路单元的连通。当两者均处于如图6所示的1位置时，第三可调谐光频谱互补滤波器401经由第一切换单元405接收下行光信号以及向第一光元件提供上行光信号，并且经由第二切换单元406发送第二下行光信号以及接收第二上行光信号，即此时，光网络单元一般处于激活模式。相反地，当两者均处于如图6所示的2位置时，下行光信号经由第一切换单元405和第二切换单元406直接流过光网络单元，并且第二上行光信号经由第一切换单元405和第二切换单元406直接流过光网络单元，即此时光网络单元处于非激活模式。通过配合使用这两个切换单元可以在光网络单元发生故障时，顺利地将其与光网络单元组中的光网络单元的串联链路隔离开来，从而避免对其他的光网路单元的影响。在此，第一切换单元和/或第二切换单元可以包括微机电系统开关。

此外，在这种结构中，仅使用一个可调谐光频谱互补滤波器，从而简化了光网络单元的结构，并降低了成本。

现在，将结合图6和7对图6中的光网络单元从离线状态变化为在线工作状态时，为该网络单元分配上行工作波长和下行工作波长的方法以及其在线状态下的运作方式进行描述。

在此，同样假定图6中的光网络单元为图3中的光网路单元1，并且在图3的结构中具有4个可用的基于上行工作波长λ′₁、λ′₂、λ′₃、λ′₄的光信号U1、U2、U3和U4，以及1个基于下行公共波长λ₁的光信号D1和3个基于下行工作波长λ₂、λ₃、λ₄的光信号D2、D3和D4。并且假定在图3中光网络单元2和光网络单元3已经在在线，其中光网络单元2占用了基于下行工作波长λ₃的下行光信号D3和基于上行工作波长λ′₃的上行光信号U3、光网络单元3占用了基于下行工作波长λ₄的下行光信号D4和基于上行工作波长λ′₄的上行光信号U4。

首先，在光网络单元1的离线状态下，其占用下行空闲波长λ₀和上行空闲波长λ′₀，其中上行空闲波长λ′₀、下行空闲波长λ₀与前述的波长λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ′₁、λ′₂、λ′₃、λ′₄都不相同。因此，在其离线状态下，由于图6中的第三光谱互补滤波器401的滤波波长为下行空闲波长λ₀，其将所接收的基于下行公共波长λ₁的光信号D1和3个基于下行工作波长λ₂、λ₃、λ₄的光信号D2、D3和D4都从第2个端口反射出去。在此，第三光谱互补滤波器401可以例如由环型器和滤波器构成，其将符合滤波器的光信号透射过去，将不符合滤波器的光信号经由环型器反射出去。

另一方面，对于上行传输的情形，由于第三光频谱互补滤波器401的滤波波长为上行空闲波长λ′₀，所以该滤波器401也将从后续串联的光网络单元2接收到的第二上行光信号(在此为U3和U4)从1端口反射出去，并且因为在光网络单元处于空闲状态下可调激光器并不运作，所以此时的上行光信号就是第二上行光信号(在此为U3和U4)。然后，波分复用元件将该上行光信号与下行光信号复用，并且将上行光信号发送至分光器，进而发送至光线路终端。

而如果该光网络单元1需要在线运作，其将进入初始注册状态。光网络单元1将第三可调谐光频谱互补滤波器 401从下行空闲波长λ₀调谐至下行公共波长λ₁，从而可以从3端口透射出基于下行公共波长λ₁的下行光信号D1，并将其余的基于下行工作波长λ₂、λ₃、λ₄的下行光信号D2、D3和D4从2端口转发出去。在此，如前所述，基于下行公共波长的下行光信号D1是随同D2、D3和D4一起由光线路终端发送的。

进一步地，接收机 403将经由波分复用元件402接收经波分复用元件402解复用的第一下行光信号(在此为该基于下行公共波长λ₁的下行光信号D1)，并从该下行光信号D1中获取波长调整信息，该波长调整信息指示在光网络单元组中当前可用的上行工作波长和下行工作波长。光网络单元将基于该波长调整信息，从当前可用的上行工作波长和下行工作波长中选取对应于光网络单元的第一上行工作波长与第一下行工作波长。在该实施例中，由于光网络单元组中1中可用的下行工作波长为λ₂，可用的上行工作波长为λ′₂。

因此，接着，光网络单元1将第三可调谐光频谱互补滤波器401从下行公共波长λ₁调谐至所选取的下行工作波长λ₂，以及从上行空闲波长λ′₀调谐至所选取的上行工作波长λ′₂。由此光网络单元1进入了在线状态。

在该在线状态下，光网络单元1开始正常工作。下文将对光网络单元1正常工作时的情形进行描述。此时，第三光频谱互补滤波器401经由第一切换单元405接收上行光信号D1、D2、D3和D4。

参见图7，由于第三光谱互补滤波器401的下行工作波长为λ₂，所以其将在端口3透射过第一下行光信号，在此为基于下行工作波长λ₂的下行光信号D2。与此同时，第三光谱互补滤波器401还将与其下行工作波长λ₂不对应的下行光信号，即D1、D3和D4作为第二下行光信号在2端口反射出去。

回到图6，波分复用元件402将从第三光谱互补滤波器401接收该第一下行光信号(在此为D2)，并转而将其解复用并传输至接收机403。此外，由第三光谱互补滤波器401反射出来的第二下行光信号将经由第二切换单元406传输至下一个光网路单元。

对于上行传输的情况，首先由第三光谱互补滤波器401经由第二切换单元406接收第二上行光信号(在此包括基于上行工作波长λ′₃的上行光信号U3和基于上行工作波长λ′₄的上行光信号U4)。与此同时，可调激光器404也将产生基于上行工作波长λ′₂的第一上行光信号，在此为U2，将其提供至波分复用元件402。波分复用元件402将该第一上行光信号复用并提供至第三光频谱互补滤波器 401。

然后，参考图7，第三光频谱滤波器401将根据第一上行光信号(在此为U2)以及第二上行光信号(在此为U3和U4)产生上行光信号。具体地，由于第三光频谱滤波器401的上行工作波长为λ′₂，其从1端口透射过第一上行光信号(在此为U2)，并且在1端口反射出第二上行光信号(在此为U3和U4)。如前所述，可以例如通过滤波器和环型器的组合来实现上述功能。因此在第三光频谱滤波器401的1口输出的上行光信号将包括U2、U3和U4。

回到图6，该输出的上行光信号将经由第一切换单元405被提供至分光器，进而被提供至光线路终端。在此，需要指出的是，在实际上行传输过程中中，图3中的三个光网络单元将依据各自所分配的波长从这四个可用的上行光信号选用三个进行上行传输，而非传输全部这四个上行光信号。因而虽然在图7中示出了四个上行光信号U1、U2、U3和U4，但是在实际中仅将使用其中的任意三个。

同样地，在此，虽然仅以光网络单元组1中的光网络单元1进行了说明，但是本领域的技术人员应当理解，上述离线-初始注册-在线运作过程以及分配波长的过程也同样适合于其他的光网络单元。

特别地，如果串联在末端的光网络单元3也是依据本发明地构造的，则由于不存在后续的光网络单元，因此未使用的第二下行光信号将通过第二切换单元406向外输出，在第三光频谱互补滤波器401的2端口与第二切换单元406之间也将不存在第二上行光信号，从而第三光谱互补滤波器401将仅基于第一上行光信号来产生上行光信号(即，第三光谱互补滤波器401将第一上行光信号透射过去以直接形成上行光信号)。

此外，如前所述，如果串联在末端的光网络单元3是现有的光网络单元(参见图1中的光网路单元1)，其也可以适用上述离线-初始注册过程以及分配波长的过程，而其在线工作过程与原先相同，在此不再详述。

需要说明的是，上述实施例仅是示范性的，而非对本发明的限制。任何不背离本发明精神的技术方案均应落入本发明的保护范围之内，这包括使用在不同实施例中出现的不同技术特征，装置方法可以进行组合，以取得有益效果。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求；“包括”一词不排除其他权利要求或说明书中未列出的装置或步骤。

Claims (15)

1.一种用于时分波分复用无源光网络的光网络单元，所述光网络单元包括：

第一波分复用元件，用于从第一光元件接收下行光信号和向所述第一光元件发送上行光信号，并且用于复用和解复用所述下行光信号和所述上行光信号；

第一可调谐光频谱互补滤波器，用于从所述第一波分复用元件获取所述下行光信号，并将所述下行光信号滤波成对应于所述光网络单元的下行工作波长的第一下行光信号，以及不对应于所述光网络单元的下行工作波长的第二下行光信号；

接收机，用于从所述第一可调谐光频谱互补滤波器接收所述第一下行光信号；

可调激光器，其用作所述光网络单元的发射机并产生第一上行光信号；

第二波分复用元件，用于从所述第一可调谐光频谱互补滤波器获取所述第二下行光信号，并在存在串联在所述光网络单元下游的第一光网络单元的情况下，向所述第一光网络单元发送所述第二下行光信号，以及从所述第一光网络单元接收第二上行光信号，并且复用和解复用所述第二下行光信号和所述第二上行光信号；以及

第二可调谐光频谱互补滤波器，用于从所述可调激光器接收所述第一上行光信号，以及从所述第二波分复用元件获取所述第二上行光信号，并根据所述第一上行光信号和/或所述第二上行光信号产生并向所述第一波分复用元件提供所述上行光信号。

2.根据权利要求1所述的光网络单元，所述第一光元件包括分光器或第二光网络单元，其中所述第二光网络单元串联在所述光网络单元上游。

3.一种用于时分波分复用无源光网络的光网络单元，所述光网络单元包括：

波分复用元件；

接收机；

可调激光器，其用作所述光网络单元的发射机并产生第一上行光信号；

第三可调谐光频谱互补滤波器，用于：

从第一光元件接收下行光信号，并将所述下行光信号滤波成对应于所述光网络单元的下行工作波长的第一下行光信号以及不对应于所述光网络单元的下行工作波长的第二下行光信号，并且经由所述波分复用元件将所述第一下行光信号提供至所述接收机；

经由所述波分复用元件从所述可调激光器接收所述第一上行光信号；以及

在存在串联在所述光网络单元下游的第一光网络单元的情况下，向所述第一光网络单元发送所述第二下行光信号以及从所述第一光网络单元接收第二上行光信号，并根据所述第一上行光信号和/或所述第二上行光信号产生并向所述第一光元件提供所述上行光信号；

其中，所述第一上行光信号的波长与所述第一下行光信号的波长的差等于所述第三可调谐光频谱互补滤波器的自由光谱区。

4.根据权利要求3所述的光网络单元，其特征在于，所述光网络单元还包括分别与所述可调谐光频谱互补滤波器可选择地连接的第一切换单元和第二切换单元，

当所述第一切换单元和所述第二切换单元处于第一状态时，所述第三可调谐光频谱互补滤波器经由所述第一切换单元从所述第一光元件接收下行光信号以及向所述第一光元件提供所述上行光信号，并且经由所述第二切换单元向所述第一光网络单元发送所述第二下行光信号以及从所述第一光网络单元接收第二上行光信号；

当所述第一切换单元和所述第二切换单元处于第二状态时，所述下行光信号经由所述第一切换单元和所述第二切换单元直接流过所述光网络单元，并且所述第二上行光信号经由所述第一切换单元和所述第二切换单元直接流过所述光网络单元。

5.根据权利要求4所述的光网络单元，其特征在于，所述第一切换单元和/或所述第二切换单元包括微机电系统开关。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的光网络单元，其特征在于，所述第一光元件包括分光器或第二光网络单元，其中所述第二光网络单元串联在所述光网络单元上游。

7.一种用于时分波分复用无源光网络的光网络单元组，其经由分光器与光线路终端连接，其中，在所述时分波分复用无源光网络中应用N个互不相同的上行波长和N个互不相同的下行波长，所述光网络单元组包括：

M个串联连接的根据权利要求1或2所述的光网络单元；或

M个串联连接的根据权利要求3至6中任一项所述的光网络单元；

其中，M≤N-1，并且M个光网络单元所使用的上行工作波长各不相同，以及M个光网络单元所使用的下行工作波长各不相同。

8.根据权利要求7所述的光网络单元组，其特征在于，N等于4或8。

9.一种用于时分波分复用无源光网络的光网络单元组，其经由分光器与光线路终端连接，其中，在所述时分波分复用无源光网络中应用N个互不相同的上行波长和N个互不相同的下行波长，所述光网络单元组包括：

R+1个串联连接的光网络单元，其中串联在前的R个光网络单元包括根据权利要求1或2所述的光网络单元或根据权利要求3至6中任一项所述的光网络单元，串联在最后的光网络单元为第三光网络单元，其仅过滤并使用对应于该光网络单元的下行工作波长的下行光信号，而不对不对应于所述光网络单元的下行工作波长的下行光信号进行处理；

其中，R+1≤N-1，并且R+1个光网络单元所使用的上行工作波长各不相同，以及R+1个光网络单元所使用的下行工作波长各不相同。

10.根据权利要求9所述的光网络单元组，其特征在于，N等于4或8。

11.一种用于时分波分复用无源光网络的光网络架构，其包括：

光线路终端；

分光器，其分光率为1∶n；以及

n个光网络单元组，其包括根据权利要求7或8所述的光网络单元组，和/或根据权利要求9或10所述的光网络单元组；

其中，所述n个光网络单元组分别经由所述分光器与所述光线路终端连接。

12.根据权利要求11所述的光网络架构，其特征在于，n为16、32或64。

13.一种在时分波分复用无源光网络中的根据权利要求1或2所述的光网络单元或根据权利要求3至6中任一项所述的光网络单元中用于辅助光线路终端分配上行工作波长和下行工作波长的方法，其中，N-1个所述光网络单元串联形成了光网络单元组，或N-2个所述光网络单元与1个第三光网络单元串联形成了光网络单元组，该第三光网络单元仅过滤并使用对应于该光网络单元的下行工作波长的下行光信号，而不对不对应于所述光网络单元的下行工作波长的下行光信号进行处理，至少一个所述光网络单元组经由分光器与所述光线路终端连接，N为在所述时分波分复用无源光网络中使用的互不相同的上行工作波长的数量和互不相同的下行波长的数量，所述N个下行波长包括1个下行公共波长以及N-1个下行工作波长，其中基于所述下行公共波长的下行光信号包括波长调整信息，所述波长调整信息指示在所述光网络单元组中当前可用的上行工作波长和下行工作波长，并且所述光网络单元在离线时占用上行空闲波长和下行空闲波长，所述上行空闲波长、所述下行空闲波长、N个下行波长、N个上行工作波长都互不相同，所述方法包括：

A.如果所述光网络单元需要在线运作，当所述光网络单元是根据权利要求1或2所述的光网络单元时，将所述第一可调谐光频谱互补滤波器从所述下行空闲波长调谐至所述下行公共波长，当所述光网络单元是根据权利要求3至6中任一项所述的光网络单元时，将所述第三可调谐光频谱互补滤波器从所述下行空闲波长调谐至所述下行公共波长；

B.接收基于所述下行公共波长的下行光信号，其中基于所述下行公共波长的下行光信号是随同N-1个相互不同的基于上行工作波长的下行光信号一起由所述光线路终端发送的；

C.根据基于所述下行公共波长的下行光信号中的波长调整信息，从当前可用的上行工作波长和下行工作波长中选取对应于所述光网络单元的第一上行工作波长与第一下行工作波长；

D.当所述光网络单元是根据权利要求1或2所述的光网络单元时，将所述光网络单元中的所述第一可调谐光频谱互补滤波器从所述下行公共波长调谐至所述下行工作波长，并将所述光网络单元中的所述第二可调谐光频谱互补滤波器从所述上行空闲波长调谐至所述上行工作波长，当所述光网络单元是根据权利要求3至6中任一项所述的光网络单元时，将所述光网络单元中的所述第三可调谐光频谱互补滤波器从所述下行公共波长调谐至所述下行工作波长，以及从所述上行空闲波长调谐至所述上行工作波长；以及

E.基于所述第一上行工作波长与所述第一下行工作波长与所述光线路终端进行光通信。

14.一种在时分波分复用无源光网络中的光线路终端中用于为根据权利要求1或2所述的光网络单元或根据权利要求3至6中任一项所述的光网络单元分配波长的方法，其中，N-1个所述光网络单元串联形成了光网络单元组，或N-2个所述光网络单元与1个第三光网络单元串联形成了光网络单元组，该第三光网络单元仅过滤并使用对应于该光网络单元的下行工作波长的下行光信号，而不对不对应于所述光网络单元的下行工作波长的下行光信号进行处理，至少一个所述光网络单元组经由分光器与所述光线路终端连接，N为在所述时分波分复用无源光网络中使用的互不相同的上行工作波长的数量和互不相同的下行波长的数量，所述N个下行波长包括1个下行公共波长以及N-1个下行工作波长，其中基于所述下行公共波长的下行光信号包括波长调整信息，所述波长调整信息指示在所述光网络单元组中当前可用的上行工作波长和下行工作波长，并且所述光网络单元在离线时占用上行空闲波长和下行空闲波长，所述上行空闲波长、所述下行空闲波长、N个下行波长、N个上行工作波长都互不相同，所述方法包括：

a.随同N-1个相互不同的基于上行工作波长的下行光信号一起，向所述光网络单元发送基于所述下行公共波长的下行光信号；以及

b.基于第一上行工作波长与第一下行工作波长与所述光网络单元进行光通信，其中所述第一上行工作波长与所述第一下行工作波长是所述光网络单元根据基于所述下行公共波长的下行光信号中的波长调整信息从当前可用的上行工作波长和下行工作波长中选取的。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述光线路终端在N个下行波长中对用于所述光网络单元组的1个下行公共波长以及N-1个下行工作波长的选定是基于每个波长的带宽使用情况而确定的。