CN104009801A - 一种光网络的光信号处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光网络的光信号处理方法及装置，所述的方法包括：当检测到信号光包括突发信号光时，将突发信号光分为在第一光纤上传输的第一突发信号光和在第二光纤上传输的第二突发信号光；对第一突发信号光进行延时处理，实时检测第二突发信号光的空闲时隙，在检测到第二突发信号光的空闲时隙时，发射能够填充第二突发信号光的空闲时隙的填充光；将进行延时处理后的第一突发信号光与第二光纤上的光信号进行耦合，形成准连续光信号。上述方案，避免了突发信号进入光放大介质时有时无而使各波长通道功率不均衡导致的信号失真现象。

Description

一种光网络的光信号处理方法及装置

技术领域

本发明涉及光接入网通讯领域，尤其涉及一种WDM-PON系统的突发信号光处理方法以及装置。

背景技术

波分复用无源光网络（Wavelength Division Multiplexing-Passive OpticalNetwork，WDM-PON）是近来被提出的一种基于多波长单纤传输的新型无源光网络系统，其工作原理为：每个终端用户单独占用一个波长通道，多个波长通道通过波分复用的方式在同一根干线光纤中传输。其特点是每个终端用户都独享一个波长带宽资源。这不仅使得提供给个体用户的带宽大为提高，而且充分利用了光纤的波长带宽资源，极大地拓展了无源光网络的总带宽。

由于TDM-PON现在已大规模应用，所以WDM-PON系统需要兼容时分复用（Time-Division Multiplexing，TDM）业务，具体来说就是在一个波长通道上，采用传统TDM模式，接入较低速率的TDM-PON业务，其他波长单独承载高速率的WDM-PON业务，做到全业务运营的目的，所以现在的WDM-PON又称为TWDM-PON。从上述内容可以看出，TWDM-PON具有时分技术和波分技术的双重特点，既能很好传递上行突发信号，又能保持各波长通道间光功率的均衡。而对于TDM-PON业务来说，由于上行突发信号的原因，上行光功率随总上行带宽（上行信号的时域占空比）的变化而变化。最终造成TWDM-PON系统各个波长通道上行信号光功率差别会非常大。现在的WDM-PON系统，要做到大容量大范围覆盖业务，必须要做到长距离传输和大分光比的布网要求，这就需要提高系统功率预算，网络中间需要光放大介质（比如EDFA放大器）对光信号进行放大，所以各波长通道光功率的差别会被光放大介质放大，导致到OLT接收机侧的各波长通道光功率波动很大，会使OLT的接收光模块物理上损坏或者信号失真。

发明内容

本发明提供了一种光网络的光信号处理以及装置，通过在PON上行时隙的空闲处添加相同补偿的填充光，使得上行光变成准连续光，从而控制TWDM-PON系统各个波长通道之间的功率均衡的方法，避免了突发信号进入光放大介质时有时无而使各波长通道功率不均衡导致的信号失真现象。

本发明所提供的技术方案如下：

一种光网络的光信号处理方法，包括：

当检测到信号光包括突发信号光时，将突发信号光分为在第一光纤上传输的第一突发信号光和在第二光纤上传输的第二突发信号光；

对所述第一突发信号光进行延时处理，并实时检测所述第二突发信号光的空闲时隙，并在检测到所述第二突发信号光的空闲时隙时，发射能够填充所述第二突发信号光的空闲时隙的填充光；

将进行延时处理后的所述第一突发信号光与所述第二光纤上的光信号进行耦合，形成准连续光信号。

优选的，所述的方法还包括：

将所述准连续光信号与所述光网络中的其它连续信号光合波，形成多波长混合光；

将所述多波长混合光通过光放大介质进行放大，将放大后得到的混合光发送至光接收机。

优选的，所述填充光为与所述第一突发信号光的波长相同的连续光；且所述填充光的光功率大于等于所述第一突发信号光的平均光功率，并小于等于所述第一突发信号光的最大峰值光功率。

优选的，所述第一突发信号光与所述第二突发信号光的分光比大于1。

优选的，所述第一突发信号光与所述第二突发信号光的分光比大于等于95:5。

优选的，所述第一突发信号光的延时处理时间等于检测所述第二突发信号光所用时间与发射所述填充光所用时间之和。

优选的，在检测到所述第二突发信号光的空闲时隙时，发射能够填充所述第二突发信号光的空闲时隙的填充光，包括：

在检测到所述第二突发信号光的两相邻突发信号之间的空闲时隙的时间长度大于所述光放大介质的增益稳定的时间限度时，发射能够填充所述第二突发信号光中两相邻突发信号之间的空闲时隙的填充光。

优选的，在将所述多波长混合光通过光放大介质进行放大，并将放大后得到的混合光发送至光接收机之后，所述的方法还包括：

所述光接收机分辨出所述混合光中的突发信号光，并过滤掉所述混合光中的填充光。

一种光网络的光信号处理装置，包括：

分光器，用于将突发信号光分为在第一光纤上传输的第一突发信号光和在第二光纤上传输的第二突发信号光；

延时处理器，用于对所述第一突发信号光进行延时处理；

光信号检测器，用于实时检测所述第二突发信号光的空闲时隙；光发射器，用于在检测到所述第二突发信号光的空闲时隙时，发射能够填充所述第二突发信号光的空闲时隙的填充光；无源光耦合器，用于将进行延时处理后的所述第一突发信号光与所述第二光纤上的光信号进行耦合，形成准连续光信号。

优选的，所述的装置还包括：

合波器，用于将所述准连续光信号与所述光网络中的其它连续信号光合波，形成多波长混合光；

光放大介质，用于将所述多波长混合光进行放大，并将放大后得到的混合光发送至光接收机。

优选的，所述延时处理器采用光纤或者其他具有延时功能的介质实现。

优选的，所述无源光耦合器为没有波长选择性的一般功率耦合器。

本发明的有益效果如下：

上述方案，由于突发信号光的空闲时隙的光功率由填充光填充，使得突发信号光变为准连续光信号，这样，突发光信号和实际的连续光信号的光功率就大体相当，不会由于突发光信号的占空比小而导致突发光信号功率在空闲时隙内和连续光信号功率相差很大，经过光放大介质放大后突发光信号得不到很好放大而引起的突发信号失真的现象，由此，基于本方法的光网络系统，突发光信号和连续光信号能够很好的共存。

附图说明

图1为本发明的光网络的光信号处理方法的流程图；

图2为WDM-PON系统中传输突发信号光与连续信号光的多波长混合光信号的实施例的流程图；

图3为突发光信号的信号帧的实施例的示意图。

图4为突发光信号和连续光信号混合放大后的信号帧的示意图；

图5为本发明的方法中发射的填充光的信号帧的实施例的示意图；

图6为本发明的方法中突发光信号经过光填充后变为准连续光信号的信号帧的实施例的示意图；

图7为本发明的方法中经过光填充后的准连续光和实际连续光信号混合光的信号帧结构的实施例的示意图；

图8为本发明所提供的光网络的光信号处理装置的结构示意图；

图9为本发明所提供的光网络系统的结构示意图。

具体实施方式

在WDM-PON系统中，如何很好的传输TDM-PON系统中突发信号光和连续信号光的多波长混合光信号，已经成为制约WDM-PON系统发展的一个重要问题。WDM-PON系统继承了波分系统的技术特点，需要保证不同波长信道光功率的均衡，以便于在光放大之后（甚至多级光放大），所有波长信道光接收光功率处在光接收机的最佳指标范围，保证最大的通道功率富余度，确保系统接收信号的信噪比要求。另外，对于多信道光均为突发信号光的情况下，普通光放大器（光放大介质）可能会产生浪涌或者光放大器开启过慢的现象，导致传输的信号失真。

本发明针对以上两种情况，提出一种光网络的光信号处理方法，通过在突发光信号的空闲时隙内填充光功率，使间断性的突发光信号成为准连续光信号，使突发光信号所在的波长信道有比较稳定的光功率，满足光放大介质保持增益稳定对光功率的要求，从而避免了不同波长信道之间突发信号光和连续信号光之间光功率的失衡现象，也解决了纯突发信号（单波通道或者多通道突发信号光）光放大时光放大器可能产生的光浪涌或者放大器开启过慢的现象。

如图1所示，本发明所提供的光网络的光信号处理方法包括：

当检测到信号光包括突发信号光时，将突发信号光分为在第一光纤上传输的第一突发信号光和在第二光纤上传输的第二突发信号光；

对所述第一突发信号光进行延时处理，并实时检测所述第二突发信号光的空闲时隙，并在检测到所述第二突发信号光的空闲时隙时，发射能够填充所述第二突发信号光的空闲时隙的填充光；

将进行延时处理后的所述第一突发信号光与所述第二光纤上传输的光信号进行耦合，形成准连续光信号。

采用上述方案，可以把从WDM-PON系统的突发发射机出来的突发信号光分为两个分支，分别进入到两个光纤，其中一小部分突发信号光，即第二突发信号光进入第二光纤，第二光纤上可以连接一个突发信号检测器和光发射器，其中，突发信号检测器用于实时检测第二突发信号光的空闲间隙，并发射指令以触发光发射器发射填充光，光发射器用于响应突发信号检测器的指令，发射未受调制的连续光或者受调制的连续光，该连续光可以用来填充突发信号光的空闲间隙的光功率，使得突发信号光变为准连续光，从而均衡光功率；其他大部分突发信号光，即第一突发信号光进入第一光纤，第一光纤起到延时线的作用，对第一突发信号光进行延时处理，以确保从第二光纤出来的填充光能够刚好充满第一突发信号的空闲时隙。

由于有填充光对突发信号光的光功率的平滑作用，突发信号的占空比可以很大也可以很小，比如90%到10%，原始突发信号的功率峰值差（即突发信号的功率动态范围）可以较大，比如15dB；同时，由于对第一突发信号光进行了延时处理，第二突发信号光的检测时间和光发射器的触发时间要求可以放宽，比如，采用光纤延时线对第一突发信号进行延时处理，根据1m光纤延时5ns计算，如果第二突发信号检测所有时间以及触发发射时间总和为50ns，那么延时线为10m左右即可，并且，这种方法采用光信号检测模块和光发射器就可以实现突发光信号填充功能，减低了系统实现的难度。

此外，在将第一光纤上的第一突发信号与第二光纤上的光信号进行耦合形成准连续光信号之后，本发明所提供的方法还包括：

将所述准连续光信号与所述光网络中的其它连续信号光合波，形成多波长混合光；

将所述多波长混合光通过光放大介质进行放大，将放大后得到的混合光发送至光接收机；

所述光接收机分辨出所述混合光中的突发信号光，并过滤掉所述混合光中的填充光。

此外，需要说明的是，本发明的方法中，所述第一突发信号光与所述第二突发信号光的分光比应大于1，并且，优选的，所述第一突发信号光与所述第二突发信号光的分光比大于等于95:5。

此外，在本发明的方法中，第一突发信号光进行延时的目的就在于补偿第二突发信号的检测时间和触发发射填充光的时间，以使得填充光能够很好的落在突发信号的空闲时隙上，既不影响前一突发信号的下降沿，也不影响后一突发信号的上升沿，达到“无缝”衔接，因此，在本发明的方法中，所述第一突发信号光的延时处理时间等于检测所述第二突发信号光所用时间与发射所述填充光所用时间之和。

此外，在本发明的方法中，在检测到所述第二突发信号光的空闲时隙时，发射能够填充所述第二突发信号光的空闲时隙的填充光，包括：

在检测到所述第二突发信号光的两相邻突发信号之间的空闲时隙的时间长度大于所述光放大介质的增益稳定的时间限度时，发射能够填充所述第二突发信号光中两相邻突发信号之间的空闲时隙的填充光。

以下结合具体实施方式更为具体地来说明在WDM-PON系统中如何传输突发信号光与连续信号光的多波长混合光信号。

如图2所示，WDM-PON系统中传输突发信号光与连续信号光的多波长混合光信号，包括以下步骤：

步骤1、将突发光信号分为用于检测的第二突发信号光和用于延时的第一突发信号光，比如采用95:5分光比的无源分光器对突发光信号进行分光，其中95%的光功率进入到第一光纤，5%的光功率进入到第二光纤；

步骤2、第一光纤起到光纤延时线的作用，对第一突发信号光进行延时处理，以补偿在第二光纤上的第二突发信号光进行检测耗时和触发发射填充光耗时，即相当于时间补偿器，光纤延时线和WDM-PON系统用的其他的连接光纤保持一样，一般为单模SMF光纤，应该理解的是，在实际应用中，也可以采用其他具有延时功能的介质对第一突发信号光进行延时处理；

步骤3、在进行步骤2的同时，第二光纤上连接的光信号检测器实时检测第二突发信号光的空闲间隙长度，并且完全隔离第二突发信号光，以避免对正常信号的干扰导致噪声；当光信号检测器实时检测到第二突发信号光中两相邻突发信号之间的空闲时隙的时间长度超过了光放大介质增益稳定的时间限度，那么，光信号检测器即以电流的形式直接触发或者间接触发光发射器（即直接调制或者间接调制），以使得光发射器发出连续光进行光填充，比如：采用的光放大介质为EDFA光放大器，其载流子寿命为1us，那么当第二突发光信号两相邻突发信号之间的空闲时隙如果超过1us，则须触发光发射器以进行光填充；

步骤4、光发射器在光信号检测模块的驱动下发出填充光，驱动的机制可以是直接触发或者间接触发，直接触发就是检测结果直接驱动光发射器的激光器发光，间接触发就是光信号检测器间接驱动光发射器，原理如下：一个光开关集成在光发射器上，而光发射器本身是一直正常工作有填充光产生，而此填充光是否发射出来取决于光开关有没有受到光信号检测器的驱动，也即间接调制；

其中，填充光是波长和第二突发信号的光波长完全一致的连续光，填充光可以是调制过的光信号，也可以是未被调制的光信号，填充光的光功率和突发信号的平均光功率相当，优选的，填充光的光功率不小于第二突发信号光的平均光功率，并不超过第二突发信号光的最大峰值功率；

其中，光发射器的光源类型不限，可以是SFF的，也可以是其他的；

步骤5、通过一无源光耦合器把填充光和延时处理后的第一突发信号光耦合在一起，形成准连续光，其中，该耦合器可以是没有波长选择性的一般功率耦合器，如采用最简单的2合1光功率耦合器即可，准连续光的平均光功率和其他波长的连续光功率要均衡；

步骤6、将波长不同的连续光和准连续光通过一合波器进行合波，得到多波长混合光；

步骤7、将合波得到的多波长混合光经过光放大器进行放大，其中，由于突发光已经变成了准连续光，不会造成放大器的浪涌或者开启速度慢等问题，光放大器的种类和介质不限，只需要噪声系数较小的即可，比如光放大器可以是EDFA放大器、Raman放大器等；

步骤8、将放大后得到的混合光发送至光接收机，光接收机根据与光发射器的协议机制，分辨出所述混合光中的突发信号光，并过滤掉所述混合光中的填充光。

图3所示为本发明的方法中突发光信号的信号帧结构实施例的示意图。如图3所示，承载在一个波长信道上的突发信号A，它的突发信号间隔可能是不定的，峰值功率也是动态波动的，在这种情况下，多波长混合业务在WDM-PON系统中传递时（突发信号和连续信号混合传输），则会出现诸如图4所示的功率分布结果（图4中A表示突发信号，B表示连续信号），由于WDM-PON系统集成了传统DWDM传输系统的特点，对多波长光功率的均衡性有较高要求，那么图4的功率分布显然不能满足WDM-PON系统的功率要求。通过填充光填充突发信号的空闲时隙的光功率，达到平滑功率曲线包络的目的，依靠填充光的修补作用是很直接有效的。图5为本发明光发射器发射的填充光C的实施例的示意图，和图3的突发信号A相对应，他们的耦合光（即准连续光信号）如图6所示。结合图3至图6可以明显看出，采用本发明的方法使得突发信号变成了功率比较均衡的准连续光信号，虽然信号之间有时间缝隙，但是缝隙很小（不大于光放大介质的增益稳定的门限），这么短的时间内，光放大器对此波长的增益谱不会发生变化，即光放大器对很短时间内波长光功率的波动不敏感。图7为准连续光信号D和实际连续光信号A的混合光的信号帧结构实施例的示意图，由图7可以看出，本发明的方法可以确保多波长功率均衡性良好。

本发明还提供了一种光网络的光信号处理装置。如图8所示为本发明的光网络中的光信号处理装置的结构示意图，该装置包括：

分光器100，用于当检测到信号光包括突发信号光时，将突发信号光分为在第一光纤上传输的第一突发信号光和在第二光纤上传输的第二突发信号光，如分光比为95:5的无源分光器100等；

延时处理器，用于对所述第一突发信号光进行延时处理，该延时处理器可以通过光纤延时线200实现，比如采用单模光纤实现，当然可以理解的是，在实际应用中，也可以采用其他具有延时功能的介质实现；

光信号检测器，用于对所述第二突发信号光的空闲时隙进行实时的捕捉检测，通过分析光功率的模拟数据来确定第二突发信号光的两相邻突发信号之间的空闲时隙的长短，如果两相邻突发信号之间的空隙时隙长度大于光放大介质增益开始劣化的时间周期时，则触发光发射器；

光发射器，用于在检测到所述第二突发信号光的空闲时隙时，响应所述光信号检测器的指令，发射与突发信号光相同波长且峰值光功率相同的填充光，其中，光发射器可以是通过光信号检测器直接调制或者间接调制，也就是说，光信号检测器可以直接控制光发射器的发光介质的开/关状态，也可以通过一个开关介质来导通/截止发光介质发出的光，填充光可以是未受调制的连续光，也可以是受调制的连续光；

耦合器500，用于将进行延时处理后的所述第一突发信号光与所述第二光纤上的光信号进行耦合，形成准连续光信号λn，其中，该无源耦合器可以采用没有波长选择性的一般功率耦合器，如采用2合1光功率耦合器即可；

WDM器件（合波器）600，用于当所将所述准连续光信号λn与所述光网络中的其它连续信号光λm合波，形成多波长混合光，该WDM器件可以是耦合型的、PLC型的AWG以及任何具有良好合波功能的插入损耗较小的合波介质；

光放大介质700，用于将所述多波长混合光进行放大，并将放大后得到的混合光发送至光接收机，光放大介质可以是EDFA光放大器、Raman放大器、半导体放大器等任何形式的光放大媒介。

需要说明的是，本发明所提供的光网络的光信号处理装置中，光信号检测器和光发射器可以集成在一个模块300上，也可以分别是独立的模块。

图9所示为本发明所提供的一种通信系统的实施例的结构示意图。如图8所示，该通信系统包括：

突发光发射机10，用于发射突发信号光；

光填充模块20，用于将所述突发信号光填充为准连续光信号λn；

合波器30，用于来自所述光填充模块的准连续光信号λn和其他波长的连续光信号λm，将所有波长的光信号合波形成多波长混合光；

光放大介质40，通过传输光纤和合波器相连，用于接收和放大所述多波长混合光；

光接收机50，通过传输光纤和光放大器相连，用于接收来自所述光放大器放大后的混合光，并通过突发信号内部的相关信息，分辨出有效的突发信号，并过滤掉多余的填充光信号；

其中，光填充模块包括：

分光器，用于将所述突发光发射机发出的突发信号光分为在第一光纤上传输的第一突发信号光和在第二光纤上传输的第二突发信号光，如分光比为95:5的无源分光器等；

延时处理器，用于对所述第一突发信号光进行延时处理，该延时处理器可以通过光纤延时线实现，比如采用单模光纤实现，当然可以理解的是，在实际应用中，也可以采用其他具有延时功能的介质实现；

光信号检测器，用于对所述第二突发信号光的空闲时隙进行实时的捕捉检测，通过分析光功率的模拟数据来确定第二突发信号光的两相邻突发信号之间的空闲时隙的长短，如果两相邻突发信号之间的空隙时隙长度大于光放大介质增益开始劣化的时间周期时，则触发光发射器；

光发射器，用于在检测到所述第二突发信号光的空闲时隙时，响应所述光信号检测器的指令，发射与突发信号光相同波长且峰值光功率相同的填充光，其中，光发射器可以是通过光信号检测器直接调制或者间接调制，也就是说，光信号检测器可以直接控制光发射器的发光介质的开/关状态，也可以通过一个开关介质来导通/截止发光介质发出的光，填充光可以是未受调制的连续光，也可以是受调制的连续光。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种光网络的光信号处理方法，其特征在于，包括：

当检测到信号光包括突发信号光时，将突发信号光分为在第一光纤上传输的第一突发信号光和在第二光纤上传输的第二突发信号光；

对所述第一突发信号光进行延时处理，并实时检测所述第二突发信号光的空闲时隙，并在检测到所述第二突发信号光的空闲时隙时，发射能够填充所述第二突发信号光的空闲时隙的填充光；

将进行延时处理后的所述第一突发信号光与所述第二光纤上的光信号进行耦合，形成准连续光信号。

2.根据权利要求1所述的光网络的光信号处理方法，其特征在于，所述的方法还包括：

将所述准连续光信号与所述光网络中的其它连续信号光合波，形成多波长混合光；

将所述多波长混合光通过光放大介质进行放大，将放大后得到的混合光发送至光接收机。

3.根据权利要求1所述的光网络的光信号处理方法，其特征在于，所述填充光为与所述第一突发信号光的波长相同的连续光；且所述填充光的光功率大于等于所述第一突发信号光的平均光功率，并小于等于所述第一突发信号光的最大峰值光功率。

4.根据权利要求1所述的光网络的光信号处理方法，其特征在于，所述第一突发信号光与所述第二突发信号光的分光比大于1。

5.根据权利要求4所述的光网络的光信号处理方法，其特征在于，所述第一突发信号光与所述第二突发信号光的分光比大于等于95:5。

6.根据权利要求1所述的光网络的光信号处理方法，其特征在于，所述第一突发信号光的延时处理时间等于检测所述第二突发信号光所用时间与发射所述填充光所用时间之和。

7.根据权利要求2所述的光网络的光信号处理方法，其特征在于，在检测到所述第二突发信号光的空闲时隙时，发射能够填充所述第二突发信号光的空闲时隙的填充光，包括：

在检测到所述第二突发信号光的两相邻突发信号之间的空闲时隙的时间长度大于所述光放大介质的增益稳定的时间限度时，发射能够填充所述第二突发信号光中两相邻突发信号之间的空闲时隙的填充光。

8.根据权利要求1所述的光网络的光信号处理方法，其特征在于，在将所述多波长混合光通过光放大介质进行放大，并将放大后得到的混合光发送至光接收机之后，所述的方法还包括：

所述光接收机分辨出所述混合光中的突发信号光，并过滤掉所述混合光中的填充光。

9.一种光网络的光信号处理装置，其特征在于，包括：

分光器，用于将突发信号光分为在第一光纤上传输的第一突发信号光和在第二光纤上传输的第二突发信号光；

延时处理器，用于对所述第一突发信号光进行延时处理；

光信号检测器，用于实时检测所述第二突发信号光的空闲时隙；

光发射器，用于在检测到所述第二突发信号光的空闲时隙时，发射能够填充所述第二突发信号光的空闲时隙的填充光；

无源光耦合器，用于将进行延时处理后的所述第一突发信号光与所述第二光纤上的光信号进行耦合，形成准连续光信号。

10.根据权利要求9所述的光网络的光信号处理装置，其特征在于，还包括：

合波器，用于将所述准连续光信号与所述光网络中的其它连续信号光合波，形成多波长混合光；

光放大介质，用于将所述多波长混合光进行放大，并将放大后得到的混合光发送至光接收机。

11.根据权利要求9所述的光网络的光信号处理装置，其特征在于，所述延时处理器采用光纤或者其他具有延时功能的介质实现。

12.根据权利要求9所述的光网络的光信号处理装置，其特征在于，所述无源光耦合器为没有波长选择性的功率耦合器。