CN104065444B - 一种利用光纤布拉格光栅均衡rsoa调制带宽的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用光纤布拉格光栅均衡RSOA调制带宽的系统及方法，涉及光通信技术领域。所述系统包括一个含有光均衡器的光线路终端OLT，通过馈线光纤FF连接远端节点RN，而RN通过分支光纤DF连接光网络单元ONU，其中光均衡器包括光纤布拉格光栅FBG和环形器。所述方法包括：OLT发出下行业务信号和上行光载波，经过馈线光纤FF进入远端节点RN，在远端节点RN中解复用为去往ONU中同一子光网络单元的下行业务信号和上行光载波并经分支光纤DF送入ONU，经ONU中的波分复用器解复用为下行业务信号和上行光载波，其中上行光载波经RSOA调制后加载上行信号返回OLT，经OLT中的光均衡器进行偏置滤波，获得均衡了调制带宽受限损伤后的调制信号，可实现10Gb/s速率的上行传输。

Description

一种利用光纤布拉格光栅均衡RSOA调制带宽的系统及方法

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种基于反射型半导体光放大器RSOA实现波分复用无源光网络WDM PON中无色ONU方案的RSOA电光调制带宽不足的光均衡系统及方法。

背景技术

随着未来高清视频业务应用的发展与推广，宽带业务对带宽需求日益增加，从而对当前主流的TDM PON系统接入容量与接入距离都提出挑战，WDM PON作为一种宽带大容量的PON接入技术，是取代当前TDM PON的最有效的解决方案，受到了广泛的关注与研究。作为WDM PON系统中的关键技术之一，无色ONU技术可消除不同光波长通道ONU的差异，便于ONU大规模的量产，同时也为设备的后续维护和升级提供了便利，降低了用户侧的设备成本。因具有系统结构简单，成本较低等特点，基于RSOA的无色ONU技术被认为是最具潜力的无色ONU解决方案之一而得到广泛的研究。但由于RSOA受材料、调制电路带宽、阻抗失配等问题的限制，当前RSOA可支持的电光调制带宽一般在1～2GHz范围内。对于当前10Gb/s的WDMPON系统发展趋势，很难利用RSOA实现10Gb/s无色ONU的上行传输。尽管对于10Gb/s以上速率的无色ONU可利用“可调谐光源+高速外调制器”的方式实现，但由于可调谐激光器与高速外调制器具有价格昂贵，系统结构及控制复杂等不足，很难满足光接入网对低成本的要求。因此通过均衡的方式提高RSOA的调制带宽，实现RSOA可支持10Gb/s及以上速率的电光调制具有重要的应用价值。

发明内容

（一）技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种利用光纤布拉格光栅均衡RSOA调制带宽的系统及方法，用于解决现有RSOA调制带宽不足，不能支持10Gb/s及以上速率的无色ONU方案中上行传输的问题。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用光纤布拉格光栅均衡RSOA调制带宽的系统，该系统包括：含有光均衡器的光线路终端OLT101、馈线光纤FF102、远端节点RN103、分支光纤DF104、光网络单元ONU105，所述光线路终端OLT101与馈线光纤FF102、远端节点RN103、分支光纤DF104、光网络单元ONU105依次连接；

所述光线路终端OLT101包括第一光发射机阵列1011、种子光阵列1012、第一波分复用器1013、光均衡器1014、光接收机阵列1015、第一阵列波导光栅AWG1016、第二阵列波导光栅AWG1018、第三阵列波导光栅AWG1019、第一环形器1017；

所述第一光发射机阵列1011包括n个光发射机，与第一阵列波导光栅AWG1016连接后，再与第一波分复用器1013输入端连接；所述n个种子光阵列1012与阵列波导光栅AWG1019连接后，再与第一波分复用器1013输入端连接；第一波分复用器1013输出端与第一环形器1017连接；第二阵列波导光栅AWG1018输入端与第一环形器1017连接；所述光均衡器1014输入端与第二阵列波导光栅AWG1018输出端连接，输出端与光接收机阵列1015连接；

所述远端节点RN103由阵列波导光栅AWG构成；

所述光网络单元ONU105包括n个子光网络单元ONU，每个子光网络单元包括第二波分复用器1051、第二光接收机1052、第二光发射机1053，其中第二光发射机1053为反射型半导体光放大器RSOA；

所述第二波分复用器1051输入端接分支光纤DF104的输出端，其输出端分别连接第二光接收机1052、RSOA1053。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种利用光纤布拉格光栅 均衡RSOA调制带宽的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、光线路终端OLT(101)发出上行光载波和下行业务信号；

所述步骤S1具体为：

S11、第一光发射机阵列(1011)发出的波长为λ1…λn的下行业务信号经第一阵列波导光栅AWG(1016)进行复用，得到信号λ；

S12、种子光阵列（1012）发出的波长为λ’₁…λ’_n的上行光载波经第三阵列波导光栅AWG(1019)进行复用，得到信号λ’；

S13、第一波分复用器(1013)对信号λ和信号λ’进行复用；

S14：将步骤S13所得信号通过第一环形器(1017)馈入馈线光纤FF(102)送至所述远端节点RN(103)。

S2、上行光载波和下行业务信号经馈线光纤FF(102)进入远端节点RN(103)，在远端节点RN(103)中解复用为去往同一子光网络单元的下行业务信号和上行光载波，并通过分支光纤DF(104)进入光网络单元ONU(105)，其中下行业务信号进入第二光接收机(1052)进行接收解调，上行光载波进入RSOA(1053)调制后加载上行信号返回OLT(101)；

所述步骤S2具体为：

S21、下行信号经馈线光纤FF(102)进入远端节点RN(103)；

S22、下行信号在远端节点RN(103)中解复用为下行业务信号λ₁…λ_n和上行光载波λ’₁…λ’_n，并以λ₁+λ’₁、λ₂+λ’₂、…、λ_n+λ’_n的形式经分支光纤DF(104)进入光网络单元ONU(105)；

S23、第二波分复用器(1051)将步骤S22得到的信号解复用为下行业务信号λ₁…λ_n和上行光载波λ’₁…λ’_n，下行业务信号λ₁…λ_n馈入第二光接收机(1051)接收解调，上行光载波λ’₁…λ’_n馈入RSOA(1053)进行调制后加载上行信号，得到上行业务信号λ’₁…λ’_n。

S3、上行信号上行传输回所述光线路终端OLT(101)，在光均衡器(1014)中对上行信号进行均衡后接收解调。

所述步骤S3具体为：

S31、所述RSOA(1053)将上行业务信号λ’₁…λ’_n通过所述分支光纤DF(104)送入远端节点RN(103)进行复用，得到信号λ’；

S32、馈线光纤FF(102)接收远端节点RN(103)复用后的上行业务信号λ’，通过第一环形器(1017)将其馈入第二阵列波导光栅AWG(1018)中解复用，得到上行业务信号λ’₁…λ’_n；

S33、步骤S32所得信号λ’₁…λ’_n分别进入光均衡器(1014)中的第二环形器(1020)的1口，经1口从2口进入光纤布拉格光栅FBG(1021)进行偏置滤波后从第二环形器(1020)的2口返回第二环形器(1020)，从3口输出进入第一光接收机阵列(1015)接收解调；

所述步骤S33具体为：

S331、上行业务信号λ’₁…λ’_n分别进入相应的光均衡器1～光均衡器n，经过第二环形器(1020)的1口从2口进入FBG(1021)；

S332、在所述FBG(1021)的滚降边缘对本通道的光信号的低频区进行衰减，高频区基本维持不变，以扩大调制信号的3dB带宽，从而均衡补偿RSOA调制带宽不足所引起的信号损伤，实现上行传输速率达到10Gb/s；

S333、将均衡后的上行业务信号送入第一光接收机阵列(1015)，进行接收解调；

所述光均衡器包括第二环形器1020和光纤布拉格光栅FBG1021，第二环形器1020的2口与FBG1021连接。

（三）有益效果

本发明通过利用光纤布拉格光栅FBG通过偏置滤波的方式均衡RSOA调制带宽的方法，实现在无色ONU方案中RSOA可以支持10Gb/s及以上速率的电光调制，具有成本低、便于实施、可靠性高的优点。

附图说明

图1为本发明提出的基于FBG偏置滤波的光均衡器的WDM PON 系统结构示意图；

图2为本发明提出的基于FBG偏置滤波的流程图；

图3为本发明提出的偏置滤波均衡技术的原理分析示意图；

图4为本发明提出的背靠背情况下均衡前后眼图的对比示意图；

图5为本发明提出的基于FBG的光均衡器对于点对点链路眼图改善的实验分析。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图1为本发明提出的基于FBG偏置滤波的光均衡器的WDM PON系统结构示意图，包括：含有光均衡器的光线路终端OLT101、馈线光纤FF102、远端节点RN103、分支光纤DF104和光网络单元ONU105。其中，基于FBG偏置滤波的光均衡器的包括特定波长的FBG1021和第二环形器1020。经过第二阵列波导光栅AWG1018解复用后的上行业务信号经过环形器1口从2口进入FBG，经过FBG反射滤波后，从2口反射回环形器，从3口输出进入第一光接收机阵列1015进行接收解调。

含有光均衡器的光线路终端OLT101包括第一光发射机阵列1011，第一光接收机阵列1015，第一阵列波导光栅AWG1016、第二阵列波导光栅AWG1018、第三阵列波导光栅AWG1019，第一波分波分复用器1013，第一环形器1017，光均衡器1014及种子光阵列1012。第一光发射机阵列1011的发出的工作波长分别为λ₁…λ_n，通过第一阵列波导光栅1016将下行信号进行复用，与种子光阵列1012产生的与下行波长满足整数倍FSR的上行光载波λ’₁…λ’_n通过第一波分复用器1013进行复用后经过第一环形器1017进入馈线光纤FF102，第一光接收机阵列1015分别与相应的光均衡器1014以及第二阵列波导光栅1018相连，接收来自于第一环形器1017的上行信号。下行传输方向，第一环形器1017将各经过第一波分复用器1017复用的下行业务信号和上行光载 波送入馈线光纤FF102；上行传输方向，第二阵列波导光栅AWG1018接收馈线光纤FF102上的上行业务信号并解复用，经过相应光均衡器均衡后送入第一光接收机阵列1015。

馈线光纤FF102连接OLT101和远端节点RN103。将下行业务信号和上行光载波馈入远端节点RN103；同时接收远端节点103复用的上行业务信号，通过第一环形器1017将其馈入第二阵列波导光栅AWG1018中。

远端节点RN103由阵列波导光栅AWG构成，利用阵列波导光栅的FSR特性其通带可通过波长信号λ₁…λ_n和λ’₁…λ’_n。经过远端节点RN103解复用后的各路信号经过分支光纤DF104进入相应的光网络单元ONU105中。下行传输方向：远端节点RN103接收馈线光纤FF102馈入的下行业务信号和上行光载波并进行波分解复用后送入分支光纤DF104；上行传输方向：远端节点RN103接收分支光纤DF104馈入的上行业务信号并进行波分复用后送入馈线光纤FF102。

分支光纤DF104连接远端节点RN103和光网络单元ONU105。

光网络单元ONU105包括n个子光网络单元ONU，每个子ONU均由一个第二波分复用器1051、一个第二光接收机1052和一个第二光发射机1053组成，其中第二光发射机1053采用RSOA；第二波分复用器1051将解复用后的下行信号λ₁…λ_n和上行光载波λ’₁…λ’_n分别馈入第二光接收机1052和RSOA1053。其中第二光接收机1052用于接收下行业务信号；RSOA1053接收上行光载波λ’₁…λ’_n用于发射上行业务信号。

图2为本发明提出的基于FBG偏置滤波的流程图，包括以下步骤：

S1、光线路终端OLT(101)发出上行光载波和下行业务信号；

S11、第一光发射机阵列(1011)发出的波长为λ₁…λ_n的下行业务信号经第一阵列波导光栅AWG(1016)进行复用，得到信号λ；

S12、种子光阵列（1012）发出的波长为λ’₁…λ’_n的上行光载波经第三阵列波导光栅AWG(1019)进行复用，得到信号λ’；

S13、第一波分复用器(1013)对信号λ和信号λ’进行复用；

S14：将步骤S13所得信号通过第一环形器(1017)馈入馈线光纤FF(102)送至所述远端节点RN(103)。

S2、上行光载波和下行业务信号经馈线光纤FF(102)进入远端节点RN(103)，在远端节点RN(103)中解复用为去往同一子光网络单元的下行业务信号和上行光载波，并通过分支光纤DF(104)进入光网络单元ONU(105)，其中下行业务信号进入第二光接收机(1052)进行接收解调，上行光载波进入RSOA(1053)调制后加载上行信号返回OLT(101)；

S21、下行信号经馈线光纤FF(102)进入远端节点RN(103)；

S22、下行信号在远端节点RN(103)中解复用为下行业务信号λ₁…λ_n和上行光载波λ’₁…λ’_n，并以λ₁+λ’₁、λ₂+λ’₂、…、λ_n+λ’_n的形式经分支光纤DF(104)进入光网络单元ONU(105)；

S23、第二波分复用器(1051)将步骤S22得到的信号解复用为下行业务信号λ₁…λ_n和上行光载波λ’₁…λ’_n，下行业务信号λ₁…λ_n馈入第二光接收机(1051)接收解调，上行光载波λ’₁…λ’_n馈入RSOA(1053)进行调制后加载上行信号，得到上行业务信号λ’₁…λ’_n。

S3、上行信号上行传输回所述光线路终端OLT(101)，在光均衡器(1014)中对上行信号进行均衡后，由光接收机(1015)接收解调；

S31、所述RSOA(1053)将上行业务信号λ’₁…λ’_n通过所述分支光纤DF(104)送入远端节点RN(103)进行复用，得到信号λ’；

S32、馈线光纤FF(102)接收远端节点RN(103)复用后的上行业务信号λ’，通过第一环形器(1017)将其馈入第二阵列波导光栅AWG(1018)中解复用，得到上行业务信号λ’₁…λ’_n；

S33、步骤S32所得信号λ’₁…λ’_n分别进入光均衡器(1014)中的第二环形器(1020)的1口，经1口从2口进入光纤布拉格光栅FBG(1021)进行偏置滤波后从第二环形器(1020)的2口返回第二环形器(1020)，从3口输出进入第一光接收机阵列(1015)接收解调；

S331、上行业务信号λ’₁…λ’_n分别进入相应的光均衡器1～光均衡器n，经过第二环形器(1020)的1口从2口进入FBG(1021)；

S332、在所述FBG(1021)的滚降边缘对本通道的光信号的低频区进行衰减，高频区基本维持不变，以扩大调制信号的3dB带宽，从而均衡补偿RSOA调制带宽不足所引起的信号损伤，实现上行传输速率达到10Gb/s；

S333、将均衡后的上行业务信号送入第一光接收机阵列(1015)接收解调进行接收解调。

图3为本发明提出的偏置滤波均衡技术的原理分析示意图。实际中由于不存在理想的线性滤波器，本发明采用FBG的滚降边缘进行均衡滤波，当其滚降斜率为正值时，可以实现均衡作用，其具体说明如图3中所示。均衡原理结合图3从以下两个瞬态变化角度进行解释：

光功率从“0”码到“1”码的功率转换过程：从图3中可以看出，电信号引起载流子浓度变化，进而光信号功率发生变化。光信号从“0”码到“1”码变化的过程中，由于啁啾频率增加，发生“蓝移”，光谱从图中红色位置平移到蓝色位置，此时光纤布拉格光栅FBG偏置滤波器的透过率增加，使输出光功率增加，同时载流子浓度的也在增加，两个因素共同使输出光信号的功率达到饱和，加速了原RSOA的增益过程。光功率达到饱和后，滤波器透过率开始下降，载流子浓度还在增加，因此补偿了透过率下降带来的功率损失，维持输出功率不变。

光功率从“1”码到“0”码的功率转换过程：在光功率从“1”码到“0”码的过程中，光谱发生“红移”载流子浓度的降低以及滤波器透过率的降低，共同使光信号功率从“1”码降低到“0”码。综上所述，从整体效应看，均衡滤波器等效于降低了RSOA的载流子的恢复时间，从而提升了调制带宽。

图4为本发明提出的背靠背情况下均衡前后眼图的对比示意图，可以得知采用本发明改善高速率调制下带宽受限的RSOA产生的光信 号是可行的。

图5为为本发明提出的基于FBG的光均衡器对于点对点链路眼图改善的实验分析，传输距离为24.4km，通过对比传输链路中各个观测点的眼图可以发现，不采用均衡技术时经过传输眼图基本无法判别，无法实现传输，采用均衡技术后能够实现链路的数据传输。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (6)

1.一种利用光纤布拉格光栅均衡RSOA调制带宽的系统，其特征在于，包括：含有光均衡器的光线路终端OLT(101)、馈线光纤FF(102)、远端节点RN(103)、分支光纤DF(104)、光网络单元ONU(105)，所述光线路终端OLT(101)与馈线光纤FF(102)、远端节点RN(103)、分支光纤DF(104)、光网络单元ONU(105)依次连接；所述光均衡器(1014)包括第二环形器(1020)和光纤布拉格光栅FBG(1021)，其中第二环形器(1020)的2口与FBG(1021)连接；

其中：

所述光线路终端OLT(101)包括第一光发射机阵列(1011)、种子光阵列(1012)、第一波分复用器(1013)、光均衡器(1014)、光接收机阵列(1015)、第一阵列波导光栅AWG(1016)、第二阵列波导光栅AWG(1018)、第三阵列波导光栅AWG(1019)、第一环形器(1017)；

所述第一光发射机阵列(1011)包括n个光发射机，与第一阵列波导光栅AWG(1016)连接后，再与第一波分复用器(1013)输入端连接；n个种子光阵列(1012)与第三阵列波导光栅AWG(1019)连接后，再与第一波分复用器(1013)输入端连接；第一波分复用器(1013)输出端与第一环形器(1017)连接；第二阵列波导光栅AWG(1018)输入端与第一环形器(1017)连接；所述光均衡器(1014)输入端与第二阵列波导光栅AWG(1018)输出端连接，输出端与光接收机阵列(1015)连接；

所述光网络单元ONU(105)包括n个子光网络单元ONU，每个子光网络单元包括第二波分复用器(1051)、第二光接收机(1052)、第二光发射机(1053)，其中第二光发射机(1053)为反射型半导体光放大器RSOA；

所述第二波分复用器(1051)输入端接分支光纤DF(104)的输出端，其输出端分别连接第二光接收机(1052)、RSOA(1053)。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述远端节点RN(103)由阵列波导光栅AWG构成。

3.一种利用光纤布拉格光栅均衡RSOA调制带宽的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、光线路终端OLT(101)发出上行光载波和下行业务信号；

S2、上行光载波和下行业务信号经馈线光纤FF(102)进入远端节点RN(103)，在远端节点RN(103)中解复用为去往同一子光网络单元的下行业务信号和上行光载波，并通过分支光纤DF(104)进入光网络单元ONU(105)，其中下行业务信号进入第二光接收机(1052)进行接收解调，上行光载波进入RSOA(1053)调制后加载上行信号返回OLT(101)；

S3、上行信号上行传输回所述光线路终端OLT(101)，在光均衡器(1014)中对上行信号进行均衡后接收解调；

所述步骤S3具体为：

S31、所述RSOA(1053)将上行业务信号λ’₁…λ’_n通过所述分支光纤DF(104)送入远端节点RN(103)进行复用，得到信号λ’；

S32、馈线光纤FF(102)接收远端节点RN(103)复用后的上行业务信号λ’，通过第一环形器(1017)将其馈入第二阵列波导光栅AWG(1018)中解复用，得到上行业务信号λ’₁…λ’_n；

S33、步骤S32所得信号λ’₁…λ’_n分别进入光均衡器(1014)中的第二环形器(1020)的1口，经1口从2口进入光纤布拉格光栅FBG(1021)进行偏置滤波后从第二环形器(1020)的2口返回第二环形器(1020)，从3口输出进入第一光接收机阵列(1015)接收解调；

其中，所述光均衡器(1014)包括第二环形器(1020)和光纤布拉格光栅FBG(1021)，其中第二环形器(1020)的2口与FBG(1021)连接。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：

S11、第一光发射机阵列(1011)发出的波长为λ₁…λ_n的下行业务信号经第一阵列波导光栅AWG(1016)进行复用，得到信号λ；

S12、种子光阵列(1012)发出的波长为λ’₁…λ’_n的上行光载波经第三阵列波导光栅AWG(1019)进行复用，得到信号λ’；

S13、第一波分复用器(1013)对信号λ和信号λ’进行复用；

S14：将步骤S13所得信号通过第一环形器(1017)馈入馈线光纤FF(102)送至所述远端节点RN(103)。

5.如权利要求3所述的方法，其特征是，所述步骤S2具体为：

S21、下行信号经馈线光纤FF(102)进入远端节点RN(103)；

S22、下行信号在远端节点RN(103)中解复用为下行业务信号λ₁…λ_n和上行光载波λ’₁…λ’_n，并以λ₁+λ’₁、λ₂+λ’₂、…、λ_n+λ’_n的形式经分支光纤DF(104)进入光网络单元ONU(105)；

S23、第二波分复用器(1051)将步骤S22得到的信号解复用为下行业务信号λ₁…λ_n和上行光载波λ’₁…λ’_n，下行业务信号λ₁…λ_n馈入第二光接收机(1502)接收解调，上行光载波λ’₁…λ’_n馈入RSOA(1053)进行调制后加载上行信号，得到上行业务信号λ’₁…λ’_n。

6.如权利要求3所述的方法，其特征是，所述步骤S33具体为：

S331、上行业务信号λ’₁…λ’_n分别进入相应的光均衡器1～光均衡器n，经过第二环形器(1020)的1口从2口进入FBG(1021)；

S332、在所述FBG(1021)的滚降边缘对本通道的光信号的低频区进行衰减，高频区基本维持不变，以扩大调制信号的3dB带宽，从而均衡补偿RSOA调制带宽不足所引起的信号损伤，实现上行传输速率达到10Gb/s；

S333、将均衡后的上行业务信号送入光接收机阵列(1015)，进行接收解调。