CN104040923A - 采用不对称调制方案的无源光网络 - Google Patents

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Abstract

将WDM光线路终端(“OLT”)耦合到WDM光网络单元(“ONU”)的无源光网络。WDM OLT包括：具有相干发射器以生成使用相位调制编码的下行WDM信号的光发射器阵列；具有直接检测光检测器以接收用幅度调制编码的上行WDM信号的光接收器阵列；以及光学地耦合到光发射器阵列和光接收器阵列的光双工器。WDM ONU包括具有第一可调激光源和直接幅度调制电路的可调光发射器和具有相干检测电路和第二可调激光源的可调光接收器，其中耦合第一可调激光源来生成可选择的上行载波波长，且耦合该直接幅度调制电路以幅度调制第一可调激光源，其中相干检测电路从下行WDM信号中解调相位信息，以及第二可调激光源被用作本地振荡器并耦合第二可调激光源来调整可选择的下行载波波长。

Description

采用不对称调制方案的无源光网络
技术领域
本公开总的涉及光网络，并且尤其但不仅限于涉及波分复用光接入网络和时分复用光接入网络。
背景技术
光纤到户(FTTH)已被认为是向终端用户提供非常高的带宽的宽带接入的最终形式。当今的FTTH系统大多通过以下网络来提供：在现场的远程节点(RN)处使用1:N的功率分配器以共享中心局(CO)处的公共收发器的点对多点时分复用(TDM)无源光网络(PON)(例如，以太网PON、千兆比特PON和这些系统的10G版本)，或者具有各个分布式光纤(home-run fiber)的点对点(pt-2-pt)光以太网。
使用不同的光波长来传输TDM-PON的上行和下行信号(通常，上行传输为1310nm，且下行传输为1490nm)。CO内的TDM-PON媒体访问控制器(MAC)通过向每个终端用户分配适当的时间片来调度CO收发器(TRX)和终端用户之间的传输。TDM-PON在节省用于终结光纤的接线板空间的同时，有益地节省了(在RN和CO之间的)干线光纤的数量以及在CO处的光收发器计数，但其不能随带宽的增长而很好地缩放。由于在连接到给定的光线路终端(OLT)TRX的所有光网络单元(ONU)之间共享在CO处的每个OLT TRX的带宽，每户带宽通常是超额认购的。在TDM-PON上支持每用户Gb/s的传输速度可能需要在每个ONU处的大于10Gb/s的收发器。因此，高速度传输不仅在技术上具有挑战还很昂贵。
pt-2-pt光网络向终端用户提供非常高的带宽，但不能随CO处的光纤终端和光纤支数的变化而很好地缩放。相反，pt-2-pt光网络导致大量的干线线路以及CO中的收发器和光纤终端。这样通常会导致更大的空间需求、更高的功率和增加的资本费用。
波分复用(WDM)PON是另一种方法，其通过在CO和各个用户之间分配不同的波长来提供光纤合并以及到终端用户的pt-2-pt虚拟链路的好处。其可以提供TDM-PON和pt-2-pt两种架构的好处。传统的WDM-PON系统使用在现场的RN处的波长解复用器(与在TDM-PON中使用的功率分配器不同)，来向终端用户分发不同的波长。目前，将传统TDM-PON升级到WDM-PON涉及用波长复用器替代RN中的功率分配器，以及用WDM-ONU代替在用户驻地(user premise)处的所有TDM-ONU。这种全部升级或者完全不升级是一种叉车式升级(fork-lifting upgrade)，其对于当前用户来说不仅笨重还具有破坏性，并且难以协调。此外，当前WDM波长复用器在部署时间确定波长间隔和光谱，并且限制将来光谱的灵活性。换句话说，传统的WDM-PON系统使用固定的波长计划，其在部署后难以更改。
尽管具有美好的前景，WDM-PON技术仍然在发展中，且还没有实现主流应用。这样，具有用于将TDM-PON系统无缝升级到WDM-PON且对现有的TDM-PON用户干扰最小的迁移策略很重要。这样的系统应在迁移期间支持TDM-PON和WDM-PON架构共存。
附图说明
根据下面的附图描述本发明的非限制性和非穷尽实施例/实施方式，其中除非另有规定，各个附图中的相同参考数字指示相同的部分。
图1是根据本公开的一个实施方式描述混合无源光网络(“PON”)系统的功能框图；
图2A是根据本公开的一个实施方式描述混合PON的时分复用(“TDM”)PON波长和波分复用(“WDM”)PON波长的示意图；
图2B是根据本公开的一个实施方式描述光组合器(optical combiner)的通带的示意图；
图3A和3B是根据本公开的一个实施方式描述操作包括TDM光网络单元(“ONU”)和WDM PNU的混合PON的过程的流程图；
图4是根据本公开的一个实施方式描述用2:N远程节点功率分配器实现的混合PON的功能框图；
图5是根据本公开的一个实施方式描述WDM光线路终端(“OLT”)的功能框图；
图6是根据本公开的一个实施方式描述WDM信号的交织以及在WDM OLT处的元件集成如何提供可伸缩架构的功能框图；
图7是根据本公开的一个实施方式描述用于生成WDM PON的下行WDM信号的外相位调制器的功能框图；
图8是根据本公开的一个实施方式描述WDM PON的无色(colorless)ONU的功能框图。
具体实施方式
本文描述用于使用不对称调制方案实现无源光网络的系统、设备和技术的实施例，该无源光网络能够结合到支持时分复用和波分复用两者的混合光接入网络内。在下文的描述中，陈述了许多具体的细节以便提供对实施例的彻底理解。然而，相关领域的技术人员应理解，无需一个或多个具体细节或者采用其他方法、元件、材料等，也可以实施本文描述的技术。在其他实例中，没有示出或详细描述公知的结构、材料或者操作，以避免模糊某些方面。
整个本说明书中提及的“一个实施例”或“实施例”意味着结合该实施例描述的特定的特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，整个本说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都涉及相同的实施例。此外，可以一个或多个实施例中以任何适当的方式组合该特定的特征、结构或特性。
光纤到户(“FTTH”)是能够支持长期经济增长的宽带接入网络基础设施。用于实现FTTH接入网络的一个选择是使用无源光网络(“PON”)架构。PON是使用不加电的或者无源光分配器(splitter)/复用器以使一个或多个光纤能够服务多个用户驻地(“CP”)(例如32到128个用户驻地)的点对多点光网络。FTTH的另一个选择是将独立的分布式光纤从运营商中心局(“CO”)一直串接到每个CP。与PON的点对多点架构相反，该架构称作点对点架构(pt-2-pt)。
FTTH部署是资本密集型部署，因此很多宽带接入基础设施提供商都在不遗余力地寻找降低部署成本，以及从现有PON技术(例如TDM-PON)迁移到更高级的PON技术(例如WDM-PON)的方法。图1是根据本公开的一个实施方式描述混合PON系统100的功能框图，该混合PON系统100能够促成从现有TDM-PON接入网络基础设施向WDM-PON接入网络基础设施的无缝迁移。混合PON系统100能够通过单个光纤干线和远程节点(“RN”)功率分配器同时服务TDM光网络单元(“ONU”)和WDM ONU。混合PON系统100促成从TDM-PON架构到WDM PON架构的虚拟无缝的转换。在添加新的CP并给予其更高级的WDM ONU的同时，现有的TDM CP可以继续使用它们现有的用户驻地设备(例如TDMONU)来进行操作。可在混合PON系统100内无限期地同时操作两种技术，或者可在混合PON系统100内同时操作两种技术，直到以受控制和有组织的方式换出传统TDM ONU，其中该方式限制了对现有终端用户的干扰并且提供了时间灵活性。
所示的混合PON系统100的实施方式包括CO105、干线电缆110、干线电缆110内的干线线路或干线光纤束115，和RN功率分配器120、接入线路125、分界点(demarcation point)135，以及在CP150处的TDMONU140和WDM ONU145。所示的CO105的实施方式包括WDM光线路终端(“OLT”)155、TDM OLT160、光组合器165和聚合节点170。所示的WDM OLT155的实施方式包括pt-2-pt PON媒体访问控制器(“MAC”)175、光收发器阵列180和波长交织复用器/解复用器(“MUX/DEMUX”)185。所示的TDM OLT160的实施方式包括TDM-PON MAC190和TDM-PON收发器195。
可认为由干线线路115、RN PS120和耦合到WDM ONU145的接入线路125组成了WDM PON或WDM子PON，而可以认为由干线线路115、RN PS120和耦合到TDM ONU140的接入线路125组成了TDMPON或TDM子PON，并且可将干线线路115、RN PS120和所有接入线路125一起称作混合PON。对于相应的子PON，WDM OLT155和TDMOLT160充当服务提供商在CO105处的端点。每个OLT提供两个主要功能：1)执行在服务提供商的设备和它们相应的子PON之间的光电和电光转换，以及2)协调与在它们相应的子PON的另一端处的ONU的复用。当然，WDM OLT155执行ONU145之间的波分复用，并且TDM OLT160执行ONU140之间的时分复用。每个WDM OLT155和TDM OLT160可服务多个(例如32、64、128等)CP150，而单个CO105可服务数千个(例如50000)个CP150。因此，尽管图1将CO105显示为仅包括一个WMD OLT155和一个TDM OLT160，但在实践中，CO105可包括具有经由聚合节点170复用的相应的MAC175或190的多个成对的WDM OLT155和TDM OLT160。
包括干线光纤束115的干线电缆110从CO105延伸到位于CP150附近的RN功率分配器120，其中CP150代表服务提供商的潜在的或者现有的客户。各个光纤接入线路125从RN功率分配器120延伸到对应的CP150。接入线路125可在分界点135处终止。分界点135可位于CP的一侧(其中光纤接入线路从该处进入建筑)，或者位于靠近客户地界线(例如在公用事业路权中)的接入盒或手孔中。分界点135提供了在包括TDM ONU140和/或WDM ONU145的用户驻地设备(“CPE”)与运营商的光纤设备之间的明确界定的分界标识点。分界点135可用来区别运营商的维护责任的终点。干线电缆110和接入线路125可沿着靠近附近街道的公用事业路权延伸。干线电缆110和接入线路125可以是地下光纤设备、悬挂光纤设备(例如沿电线杆悬挂)，或者其他设备。
ONU140和145充当CP150处的CPE端点，并且执行进行光电和电光转换的主要功能。ONU140和145经由单个RN功率分配器120、干线光纤束115和光组合器165链接到在CO105处的一组成对的WDM OLT155和TDM OLT160。在RN功率分配器120的所有下行端口(在光学上面向CP的端口)上，将从WDM OLT155和TDM OLT160接收的所有下行信号(沿从CO向CP延伸的光方向传播的信号)广播到CP150。由RN功率分配器120将从TDM ONU140或WDM ONU145接收的所有上行信号(沿从CP到CO延伸的光方向传播的信号)组合到单个上行端口(在光学上面向CO的端口)上，以经由干线光纤束115和光组合器/分配器165传送到CO105。如在下文中更详细讨论的，尽管将下行WDM信号广播到所有接入线路125，但每个WDM ONU145包括可调光相干收发器电路，该电路仅选择其想要接收的波长。可调光收发器电路避免了对于链接到不同的WDM ONU145的每条接入线路125上的每用户独特的可调滤波器的需求。这些可调滤波器可能很昂贵。由于TDM信号是在时间上复用的广播信号，因此每个TDM ONU140包括与所有其他的TDM ONU140相同的光滤波器，其中该光滤波器通过上行和下行TDM波长(通常上行为1310nm且下行为1490nm)。WDM ONU145还可以包括简单地阻塞TDM波长的便宜的通用滤波器，或者由于其固有的波长选择性，甚至可以排除这些滤波器。
图2A是描述用于TDM和WDM信号的示例的波长分配或混合PON波长栅格(grid)的示意图205。应理解，图2A仅是说明性的，并且可将与所示的那些不同的其他波长或频带分配给TDM和WDM信号。根据TDM-PON波长栅格215来分配TDM信号，而根据WDM-PON波长栅格220来分配WDM信号。如图所示，TDM-PON波长栅格215仅包括两个波长-上行波长和下行波长。下行波长被广播到所有的TDM ONU140。相反地，WDM-PON波长栅格220包括很多个上行和下行波长(例如32个上行波长和32个下行波长，其中在上行和下行波长之间具有50GHz的波长间隔，并且在相邻的上行波长或相邻的下行波长之间具有100GHz的波长间隔)。在一个实施方式中，WDM-PON波长栅格220分配波长以使得在下行和上行WDM信号之间交替地分配连续的通信波长。在一个实施方式中，还分配WDM-PON波长栅格220，以使得对每个WDM ONU145分配相邻的通信波长。例如，可将相邻的上行/下行波长225分配给单个CP150。当然，可以通过分配不止由两个通信波长构成的块(例如分配4、6等)，来为单个CP150分配额外的带宽。
在图1的实施方式中，通过单个干线光纤束115将TDM和WDM信号传送给RN功率分配器120。这样，将光组合器165布置在CO105处，以组合在WDM OLT155和TDM OLT160处到达的或者从WDM OLT155和TDM OLT160离开的TDM和WDM信号。图2B是根据本公开的一个实施方式描述光组合器165的通带的示意图210。在所示的实施方式中，光组合器165是包括用于指引TDM信号的第一通带230和用于指引WDM信号的第二通带235的频带组合器。允许属于通带230的TDM信号朝上行方向或者下行方向通过光组合器165，以使该信号在TDM OLT160和干线光纤束115之间传输。相反，将属于通带235的下行WDM信号朝下行方向耦合到干线光纤束115，以及将在通带235内的上行WDM信号与TMD信号分开，并将其反射到WDM OLT155。在一个实施例中，使用在通带230中实质上透明的并且在通带235中实质上可反射的二向色滤波器实现光组合器165。在另一个实施例中，光组合器165在通带230中实质上可反射，并且在通带235中实质上是透明的。
图3A和3B是根据本公开的一个实施方式描述混合PON系统100的操作过程的流程图。图3A描述用于下行流通信的过程301，而图3B描述用于上行流通信的过程302。在过程301或302中出现的一些或所有过程块的顺序不应被认为是限制性的。相反，从本公开受益的本领域普通技术人员应理解，可以按未示出的各种顺序来执行一些过程块，或者甚至并行地执行一些过程块。
在过程块305中，CO105内的每个OLT接收来自其相应的MAC(例如，pt-2-pt PON MAC175或者TDM-PON MAC190)的电信号，并且生成光信号以发射到其相应的子PON内。例如，WDM OLT155生成WDM信号(将在下文中结合图5更详细地进行讨论)，而TDM OLT160生成TDM信号。在过程块310中，光组合器165将WDM-PON波长栅格220上的下行WDM信号与来自TDM-PON波长栅格215的下行TDM信号组合到干线光纤束115上。干线光纤束115将下行WDM和TDM信号从CO105引导到RN功率分配器120(过程块315)。在一个实施方式中，RN功率分配器120是无源光元件，其将在其上行端口上接收的下行光信号的功率分到所有其下行光端口上。因此，在过程块320中，RN功率分配器120将所有下行信号广播到该RN功率分配器120的所有下行面向光端口上。换句话说，将下行TDM信号和下行WDM信号广播到RN功率分配器120的所有下行面向光端口上。
由于每个下行WDM信号支持CO105和WDM ONU145之间的虚拟pt-2-pt链路，则每个WDM ONU145包括可调光接收器，该可调光接收器选择以特定CP150为目的的特定波长。在一个实施方式中，下行WDM信号是相位调制的信号，且WDM ONU145使用相干检测。
相应地，由于下行TDM信号本质上是点对多点广播信号，因此向所有TDM ONU140提供通用TDM光滤波器(未示出)，以通过下行TDM信号(过程块325)。该通用TDM光滤波器被配置为通过下行(以及上行)TDM信号，但阻塞所有WDM-PON信号。还可以将该通用TDM光滤波器布置在TDM ONU140与RN功率分配器120的下行端口之间的任何位置；然而，通常将这些滤波器包括在TDM ONU140自身之内。
在过程块330中，相应的WDM ONU145和TDM ONU140接收下行光信号，并且将该下行光信号从光领域转换到电领域，以便由CPE使用。
现结合过程302(图3B)描述上行通信。在过程块350中，每个单独的CP150生成上行数据信号。对于具有WDM ONU145的CP150，由用户的WDM ONU145使用直接幅度调制将上行数据信号在分配给特定CP150的可调载波波长上转换到光领域。相应地，WDM ONU145应能够输出在分配给用户的上行流量的特定波长上的上行光信号，如根据WDM-PON波长栅格220分配的特定波长(将在下文中结合图8更详细地讨论WDM ONU的操作)。对于具有TDM ONU140的CP150，将上行数据信号转换到光领域，并且将来自不同TDM ONU140的信号在时间上复用(调度)到上行TDM波长上。将光上行TDM和WDM信号发射到接入线路125内(过程块355)。
经由相应的接入线路125将上行TDM和WDN信号传送到RN功率分配器120。在过程块360中，将这些上行信号中的每个信号的光功率组合到干线光纤束115上。相应地，RN功率分配器120充当上行方向的功率组合器。
沿干线光纤束115将组合的TDM和WDM信号传送到CO105。在CO105处，光组合器165操作以将上行TDM信号从上行WDM信号中解复用(过程块365)。在所示的实施方式中，将WDM信号与TDM信号分离，并将其反射到WDM OLT155，而TDM信号通过光组合器165去往TDM OLT160。当然，在另一个实施方式中，可将光组合器165的通带配置为使得WDM信号通过光组合器165而反射TDM信号。
最终，在过程块370中，WDM OLT155使用直接检测技术对各个上行WDM信号进行解复用，并且将它们转换到电领域。类似地，TDM OLT160将上行TDM信号转换到电领域。因此，WDM PON使用不对称调制方案。在下行方向上使用相位调制和相干检测，而在上行方向上使用幅度调制和直接检测。这种不对称调制方案利用了与下行方向上的相干检测关联的增加的灵敏度的益处、以及与上行方向上的直接检测关联的减少的成本的益处。该不对称调制方案是有利的，因为与在每个CP150处包括两个这样的放大器相比，在CO105处布置上行和下行路径中的光放大器(例如，掺铒光纤放大器)是比较经济的，其中该光放大器可在多个CP150之间被成本共享。由于在CO侧执行放大，不对称调制方案将更多的感测相干检测器布置在CP侧，并且将较为便宜的直接检测布置在CO侧。本文提供的不对称调制方案在从TDM到WDM的技术迁移期间使TDMPON和WDM PON能够在单个混合PON内共存，并且取得了用于操作WDM PON的成本效率平衡。
图4是根据本公开的一个实施方式描述用2:N RN功率分配器420实现的混合PON400的功能框图。除了以下情况，混合PON400类似于混和PON系统100。用2:N RN功率分配器420代替1:N RN功率分配器120来实现混合PON400。通过使用2:N功率分配器，两个光纤干线线路416和417延伸到RN功率分配器420。干线线路416将WDM OLT155链接到RN功率分配器420的第一上行端口，而第二干线线路417将TDMOLT160链接到RN功率分配器420的第二上行端口。尽管必须在CO405和RN功率分配器420之间在干线电缆410内为每对WDM OLT155和TDM OLT160运行两个干线线路，但这种配置通过以干线光纤410的光纤计数加倍为代价避免了对光组合器165的需求。可使用无源平面光波导电路(“PLC”)来实现RN功率分配器120和RN功率分配器420；然而，对于RN功率分配器120，该PLC是1:N光装置；而对于RN功率分配器420，该PLC是2:N光装置。
图5是根据本公开的一个实施方式描述WDM OLT500的功能框图。WDM OLT500是图1所示的WDM OLT155的一个可能的实施方式。所示的WDM OLT500的实施方式包括pt-2-pt PON MAC505、光发射器阵列510、光MUX515、光接收器阵列520、光DEMUX525、可选的光放大器530和535，以及光双工器540。
光MUX515、光DEMUX525和光双工器540共同在功能上形成波长MUX/DEMUX，用于将下行WDM信号组合到I/O端口上，以便发射到PON(例如混合PON系统100)内，以及用于将从PON接收的上行WDM信号路由到合适的光接收器(例如PD11、PD12…PD1n)。这些元件共同代表了在图1和4中所示的波长MUX/DEMUX的一种可能的实施方式。
所示的光发射器阵列510的实施方式包括多个激光源(例如LS11、LS12…LS1n)，其中每个激光源耦合到外调制器545。耦合每个外调制器545以接收来自pt-2-pt PON MAC505的数据信号(Din)，以及采用相位或幅度或者两者将相应的数据信号调制到从其相应的激光源接收的载波波长上。优选相位调制，因为其灵敏度较高。光MUX515包括多个上行端口，每个上行端口耦合到外调制器545中对应的一个。光MUX515将调制到不同的载波波长上的各个下行WDM信号组合到耦合到光双工器540的单个光链路上。在一个实施方式中，该光链路包括光放大器530(例如EDFA)，以将所有下行WDM信号一起放大。光双工器540将从光MUX515接收的下行WDM信号引导到该光双工器540的I/O端口，以便将该信号传送到结合图1-4描述的RN PS120(或420)。可使用3-dB功率分配器、三端口光环行器、2:1交织器、分离上行和下行信号的频带滤波器或者其他设备来实现光双工器540。
所示的光接收器阵列520的实施方式包括多个光检测器(例如PD11、PD12…PD1n)，其中每个光检测器耦合到DEMUX525的相应的输出端口。光双工器540将在不同载波波长上接收的上行WDM信号路由到光DEMUX525，该光DEMUX525继而基于它们相应的载波波长将上行WDM信号解复用到合适的光检测器。在一个实施方式中，在光双工器540和光DEMUX525之间链接光放大器535(例如EDFA)，以便一起放大路由到光DEMUX525的所有上行WDM信号。在所示的实施方式中，光检测器对在上行WDM信号的幅度上调制的信息进行直接检测。在一个实施方式中，光检测器被实现为耦合到跨阻抗放大器(“TIA”)的光二极管(例如PIN或者雪崩光二极管)。将上行WDM信号解调和转换到电领域，并且输出为耦合到pt-2-pt PON MAC505的数据输出(Dout)信号。
由于WDM OLT500在下行方向上使用相干发射器和相位调制，而在上行方向上使用直接检测电路和幅度调制，因此WDM OLT500实现了一种不对称调制方案。该不对称调制方案利用了下行方向上的相干检测以及上行方向上的直接检测的相应益处。在一些实施方式中，其中在CO105和CP150之间延伸的光纤足够长以至于能充分受益于线上光放大器(例如光放大器530和535)，则在(其中可在所有CP150之间共享这些放大器的)CO105处布置这些放大器，以代替在CP侧的每个ONU145中包括一个或两个放大器。由于在接收侧进行光放大通常更有益处，因此将更昂贵和灵敏的相干检测电路保留在CP侧(其中，由于不能在CP侧的多个CP之间容易地共享光放大而省略该光放大)，而在CO侧使用较为便宜的直接检测，在必要时该CO侧可以包括共享的光放大。
在一个实施方式中，可将光发射器阵列510、光接收器阵列520、光MUX515和光DEMUX525组合到集成模块550中，以减少WDM OLT的制造成本并且简化现场部署。在一个实施方式中，集成模块550是包括光子集成电路(“PIC”)的单个物理封装。PIC可包括光和电装置，例如激光二极管、光二极管、驱动电路、TIA、相位调制器、阵列波导光栅(“AWG”)等。在一个实施方式中，光MUX515和光DEMUX525被实现为无源光装置，例如AWG。
图6示出了根据本公开的一个实施方式的WDM OLT600，其使用多个集成模块550来提供用于扩展所服务的CP数量的可扩展性。随着WDM CP数量的增加，可在CO处添加集成模块550以适应增长的CP用户数量。为促成即插即用升级，可使用交织块605将集成模块550连接到PON。所示的交织块605的实施方式包括光双工器610、M:1交织器615、M:1解交织器620，以及光放大器530和535。光双工器610操作来将来自集成模块550中的各个光发射器的下行WDM信号复用到I/O端口上，以便发射到PON中，并且操作来基于上行WDM信号的载波波长解复用上行WDM信号或者将上行WDM信号路由到合适的光接收器。可采用交织的方式来实现光复用/解复用，其中以每CP为基础、基于频带来交织下行和上行载波波长，其中将上行和下行信号分离到不同的红/蓝频带，或相反。交织可用来增宽需由给定的光MUX515或DEMUX525光学地复用/解复用的信道间间隔，从而减少了与AWG关联的构造成本以及结构大小。例如，WDM-PON波长栅格220可规定在相邻的上行和下行WDM信道之间有50GHz的信道间隔、在相邻的上行WDM信道之间有100GHz的信道间隔，以及在相邻的下行WDM信道之间有100GHz的信道间隔，而交织块605可交织波长从而使得每个光MUX515和光DEMUX525仅需要复用或者解复用以400GHz间隔开的信道。当然，可以使用其他交织组合。可将光双工器610实现为3-dB功率分配器、三端口光环形器、2:1交织器、分离上行和下行信号的频带/滤波器，或者其他设备。
图7是根据本公开的一个实施方式描述用于生成WDM PON的下行WDM信号的外相位调制器700的功能框图。外相位调制器700是外调制器545的一种可能的实现方式。所示的外相位调制器700的实施方式包括光相位调制器705以及驱动器710和715。可使用电光调制器来实现光相位调制器705，以在由激光源输出的载波波长上编码相位调制。在一个实施方式中，光相位调制器705是Mach-Zhender(“MZ”)调制器，其针对下行WDM信号的相干传输使用二进制相移键控(“BPSK”)数字调制。相对于用于长距WDM传输系统的成熟的相干光发射器(其通常包括一对偏振复用的I-Q调制器和数字编码器)，MZ和BPSK的组合减少了电路复杂性。这样的系统通过使用两偏振和在每一偏振中的两正交来执行信号编码，实现了频谱效率的提高。然而，对于大规模的集成来说，这样系统也是复杂的并且目前来说也是昂贵的。所示的外相位调制器700的实施方式关于成本、功率和空间节省来权衡频谱效率。然而可以预见的是，在将来，可以以具有竞争力的成本、功率和空间需求来最终实现包含在本文公开的架构中的双偏振正交幅度调制(“QAM”)调制器的阵列。
图8是根据本公开的一个实施方式描述无色WDM ONU800的功能框图。WDM ONU800代表在图1和4中所示的WDM ONU145的一种可能的实施方式。所示的WDM ONU800的实施方式包括光双工器805、可调光接收器810、可调光发射器815、MAC820、开关825，以及一个或多个局域网(“LAN”)物理单元(PHY)830。所示的可调光接收器810的实施方式包括可调激光源LS1、偏振分束器(PBS)840、两个90度混合器845、平衡光接收器850、模数转换器A/D，以及接收数字信号处理逻辑860。所示的可调光发射器815的实施方式包括可调激光源LS2和驱动电路860。可将光双工器805实现为3-dB功率分配器、三端口光环形器、在交织上行和下行波长时的周期性梳状滤波器、在上行和下行WDM信号使用不同频带(例如C频带用于上行，以及L频带用于下行)时的红/蓝频带滤波器，或者其他设备。
WDM ONU800包括对在下行方向上的相位调制的信号使用相干检测的相干接收器，以及包括对于上行信号使用幅度调制的直接调制的发射器。在上行方向上，可调光发射器815能够通过对可调激光源LS2的适当调整，用可选择的载波波长发射上行WDM信号。接着，将该信息直接幅度调制到所选择的载波波长上。WDM ONU800还包括无色或波长无关的光接收器，其通过在下行方向上使用广播和选择方式与混合PON系统中的TDM子PON相兼容。换句话说，可调光接收器810能够调整到特定的载波波长，并且能拒绝分配给PON中的其他WDN ONU的其他载波波长。所示的可调光接收器810的实施方式通过将激光源LS1用作本地振荡器(LO)来创建可选择的差频波长以向下混合所选择的载波波长，从而实现其可调功能。可调光接收器810包括相干接收器电路，其可以实现零差、外差或内差相干检测。在一个实施方式中，LS1和LS2是相同的激光源。在一个实施方式中，LS1和LS2是为了空间和成本效率而集成到单个封装内的相同的可调激光源。
另外值得注意的是，在可调接收器处的LO还可以充当放大器，用来在ONU处放大所接收的来自OLT的信号，从而避免了在CP处对EDFA的需求。
可调光接收器810是相干光接收器，其使用PBS840将所接收的下行WDM信号分为X和Y偏振。在90度混合器845中混合每个偏振与LO信号。该混合生成由成对的平衡接收器850检测的同相和正交相位的输出。尽管WDM OLT中的发射器可能仅使用一个偏振，但由于偏振旋转，下行WDM信号的偏振在可调光接收器810处不可预测，其中偏振旋转在光纤传输的过程中出现。因此，在相干接收器处使用偏振分集。然而，由于不同于在CO侧的接收器阵列，在CP侧仅使用一个接收器，因此可控制集成复杂度。4个平衡接收器850的后面是A/D转换器和接收器DSP逻辑860，用于根据在OLT处使用的调制方案恢复所发送的相位和/或幅度信息。在一个实施方式中，可以简单地制造成OLT处的阵列并且具有高信噪比(SNR)抗性的简单相干调制器是二进制相位调制器。
上文中对本发明所示实施例的描述(包括在摘要中描述的那些)并非意在穷尽本发明或者将本发明限制为所公开的精确形式。尽管为了说明的目的描述了本发明的特定实施例和示例，但本领域技术人员应理解，在本发明的范围内的各种修改是可能的。
可根据上文详细的描述对发明进行这些修改。不应将在所附权利要求中使用的术语解释为将本发明限制为在说明书中公开的具体实施例。而是由所附权利要求来完全确定本发明的范围，其中根据权利要求解释的已制定的原则来解释该权利要求。

Claims (25)

1.一种用于无源光网络(“PON”)的设备，所述设备包括：
波分复用(“WDM”)光线路终端(“OLT”)，用于经由不对称调制方案使用WDM信号向用户驻地(“CP”)传送通信服务，其中所述WDMOLT包括：
光发射器阵列，其包括多个相干发射器，以生成使用相位调制编码的下行WDM信号；
光接收器阵列，其包括多个直接检测光检测器，以接收使用幅度调制编码的上行WDM信号；以及
光双工器，其光学地耦合到所述光发射器阵列和所述光接收器阵列，所述光双工器用于将上行和下行WDM信号的波长组合到单个光纤上，并且用于经由一个或两个光纤干线线路将所述WDM OLT耦合到远程节点功率分配器，以将来自所述光发射器阵列的下行WDM信号传送到所述PON并且将来自所述PON的上行WDM信号传送到所述光接收器阵列。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括：
光复用器，其耦合在所述光发射器阵列和所述光双工器之间，以将下行WDM信号复用到第一光链路上，其中，每个下行WDM信号具有不同的波长；以及
光解复用器，其耦合在所述光双工器和所述光接收器阵列之间，以将上行WDM信号解复用到所述直接检测光检测器中相应的直接检测光检测器，其中，每个上行WDM信号具有不同的波长。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述光发射器阵列、所述光接收器阵列、所述光复用器和所述光解复用器被集成到单个物理光子集成电路(PIC)内。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述WDM OLT还包括：
多个PIC，其中每个PIC包括经由所述光双工器耦合到所述PON的额外的光发射器阵列、额外的光接收器阵列、额外的光复用器以及额外的光解复用器，以向额外的CP提供通信服务。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述上行和下行WDM信号被分为两个不同的波长带，其中每个波长带还被分为M个子带，其中所述M个子带中的每个子带由所述多个PIC中相应的一个PIC来服务。
6.根据权利要求4所述的设备，其中所述多个PIC中的每个PIC服务上行WDM信号的部分和下行WDM信号的部分。
7.根据权利要求4所述的设备，其中，所述WDM OLT按CP交织波长，使得分配给给定CP的给定一对上行和下行WDM信号是WDM PON波长栅格内相邻的载波波长，所述设备还包括：
M:1交织器，其具有耦合到M个光复用器的M个输入端口；以及
M:1解交织器，其具有耦合到M个光解复用器的M个输出端口，
其中，所述光双工器将所述M:1交织器和所述M:1解交织器耦合到所述WDM OLT的输入/输出端口。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，每个光复用器复用具有第一波长间隔的下行载波波长的部分，其中该第一波长间隔大于所述WDM PON波长栅格的下行载波波长的第二波长间隔，并且其中，耦合所述M:1交织器以组合来自多个光复用器的下行载波波长从而提供所述WDM PON波长栅格的下行载波波长的第二波长间隔。
9.根据权利要求2所述的设备，还包括：
共享上行光放大器，其耦合在所述光双工器和所述光解复用器之间，以为由所述WDM OLT服务的所有CP光学地放大上行WDM信号。
10.根据权利要求9所述的设备，还包括：
共享下行光放大器，其耦合在所述光复用器和所述光双工器之间，以为由所述WDM OLT服务的所有CP光学地放大下行WDM信号。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述上行光放大器和所述下行光放大器包括掺铒光纤放大器。
12.根据权利要求2所述的设备，其中所述光复用器包括第一阵列波导光栅(“AWG”)，并且所述光解复用器包括第二AWG。
13.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个相干发射器中的每一个包括：
激光源，以生成具有载波波长的载波信号；以及
外相位调制器，其光学地耦合到所述激光源，以使用二进制相移键控用数据信号相位调制所述载波信号，从而生成给定的下行WDM信号。
14.根据权利要求1所述的设备，其中所述PON包括包含了WDM子PON和时分复用(“TDM”)子PON的混合PON，其中所述WDM OLT耦合到所述WDM子PON，所述设备还包括：
TDM OLT，其耦合到所述TDM子PON，其中光学地耦合所述WDM OLT和TDM OLT，以共享一个或两个光纤干线线路以及共享所述远程节点功率分配器，使得将下行WDM信号和下行TDM信号广播到耦合到所述WDM子PON和所述TDM子PON的所有CP。
15.一种用于无源光网络(“PON”)的设备，所述设备包括：
波分复用(“WDM”)光网络单元(“ONU”)，用于将通信服务从所述PON传送到用户驻地设备，所述WDM ONU包括：
可调光发射器，以将上行WDM信号发射到所述PON中，所述可调光发射器包括第一可调激光源和直接幅度调制电路，其中耦合该第一可调激光源来生成可选择的上行载波波长，以及耦合该直接幅度调制电路来幅度调制所述第一可调激光源；
可调光接收器，以接收来自所述PON的下行WDM信号，所述可调光接收器包括相干检测电路和第二可调激光源，其中所述相干检测电路用于从下行WDM信号中解调相位信息，以及所述第二可调激光源被用作本地振荡器并且耦合该第二可调激光源以调整到可选择的下行载波波长。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述第一可调激光源和所述第二可调激光源是实质上相同的。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述第一和第二可调激光源被集成到单个物理封装内。
18.根据权利要求15所述的设备，其中所述WDM ONU还包括：
光双工器，其包括用于耦合到所述PON的上行输入/输出(“I/O”)端口和用于分别耦合到所述可调光发射器和所述可调光接收器的两个下行端口，所述光双工器将上行WDM信号从所述可调光发射器传送到所述上行I/O端口并且将下行WDM信号从所述上行I/O端口传送到所述可调光接收器。
19.根据权利要求18所述的设备，其中所述可调光接收器还包括：
偏振分束器(“PBS”)，其耦合到所述光双工器；
第一90度混合器，其耦合到所述PBS的第一输出以接收下行WDM信号的第一偏振，并且耦合到所述第二可调激光源以接收可调差频信号；
第二90度混合器，其耦合到所述PBS的第二输出以接收下行WDM信号的第二偏振，并且耦合到所述第二可调激光源以接收可调差频信号；以及
一对平衡光接收器，其耦合到所述第一和第二90度混合器中的每一个。
20.根据权利要求19所述的设备，其中所述可调光接收器还包括：
模数(“A/D”)转换电路，其耦合到所述第一和第二90度混合器中的每一个的所述一对平衡光接收器；以及
接收数字信号处理电路，其耦合到所述A/D转换电路。
21.根据权利要求18所述的设备，其中，所述光双工器包括下列之一：3-dB功率分配器、三端口光环形器、周期性梳状滤波器或者分离上行波长与下行波长的频带滤波器。
22.根据权利要求15所述的设备，其中所述PON包括向所有用户驻地广播WDM信号和时分复用(“TDM”)信号的混合PON，其中所述WDMONU还包括：
用于阻塞与TDM信号关联的一个或多个波长的光滤波器。
23.一种混合无源光网络(“PON”)，包括：
时分复用(“TDM”)光线路终端(“OLT”)，用于经由TDM信号向第一组用户驻地(“CP”)传送通信服务；
波分复用(“WDM”)OLT，用于经由WDM信号向第二组CP传送通信服务，所述波分复用(“WDM”)OLT包括用于上行和下行WDM信号的第一不对称调制电路；
远程节点功率分配器，其中耦合该远程节点功率分配器来接收TDM信号和WDM信号，以及在该远程节点功率分配器的面向所述第一和第二组CP的所有端口上广播该TDM信号和WDM信号；
在所述第一组CP处配置的TDM ONU，以经由TDM信号与所述TDM OLT通信；以及
在所述第二组CP处配置的WDM ONU，以经由WDM信号与所述WDM OLT通信，其中，所述WDM ONU是包括用于上行和下行WDM信号的第二不对称调制电路的无色收发器。
24.根据权利要求23所述的混合PON，其中所述WDM OLT包括：
光发射器阵列，其包括多个相干发射器，以生成使用相位调制编码的下行WDM信号；
光接收器阵列，其包括多个直接检测光检测器，以接收用幅度调制编码的上行WDM信号；以及
光双工器，其光学地耦合到所述光发射器阵列和所述光接收器阵列，所述光双工器用于将所述WDM OLT耦合到所述远程节点功率分配器。
25.根据权利要求23所述的混合PON，其中所述WDM ONU包括：
可调光发射器，其将上行WDM信号发射到所述PON中，所述可调光发射器包括第一可调激光源和直接幅度调制电路，其中耦合该第一可调激光源来生成可选择的上行载波波长，以及耦合该直接幅度调制电路来幅度调制所述第一可调激光源；
可调光接收器，其接收来自所述PON的下行WDM信号，所述可调光接收器包括相干检测电路和第二可调激光源，其中所述相干检测电路用于从下行WDM信号中解调相位信息，以及所述第二可调激光源被用作本地振荡器并且耦合该第二可调激光源以调整到可选择的下行载波波长。
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