CN104301029A - 一种基于单光纤的波分复用无源光网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于单光纤的波分复用无源光网络系统，属于光纤通信技术领域。本发明采用相切环的拓扑结构，包括由光线路终端OLT通过一根光纤连接M个远端节点RN形成的主环，以及以主环上任意一个远端节点RN为相切环切点远端节点RNm，该相切环切点远端节点RNm通过光纤与N个远端节点RN相连构成的子环，每个远端节点RN通过分布光纤连接有光网络单元ONU。当馈线光纤的某一段出现故障时，通过各网络节点中光开关的倒换，使信号根据网络的具体情况进行逆时针或顺时针方向的传输，及时为信号传输寻找新的路径，实现对系统的保护；实现对网络各级节点的保护和网络规模的扩展。

Description

一种基于单光纤的波分复用无源光网络系统

技术领域

本发明涉及一种基于单光纤的波分复用无源光网络系统，属于光纤通信技术领域。

背景技术

波分复用无源光网络(WDM-PON)技术能在不改变网络物理设备的情况下通过增加单根光纤中所承载的波长数量实现系统带宽升级，大幅度提高网络传输容量，实现虚拟的点对点传输，且各用户使用网络所分配的专用波长进行信息传输，各用户之间不共享信息，从而有效防止信息泄露，具有较好的安全性，在光接入网领域中拥有广阔的应用前景，被认为是未来光纤到户的最终选择。目前对WDM-PON的研究主要是基于静态波长分配的类型，波长在远端节点RN中向光网络单元ONU侧的下路是固定的，在用户需求变动时，不能通过调整实现系统内部波长的动态调度，因此在用户变动或增减时，给系统的带宽重新分配带来不便。同时，WDM-PON系统拓扑主要还是以星形、树形等基本拓扑为主。光网络具有极高的传输速率，当出现故障时，在尽可能短的时间内为已中断的业务寻找新的传输路由和自愈方案是十分重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于单光纤的波分复用无源光网络系统，以解决目前波分复用无源光网络系统难以实现网络扩展和高可靠性问题。

本发明的技术方案是：一种基于单光纤的波分复用无源光网络系统，该网络系统采用相切环的拓扑结构，包括由光线路终端OLT通过一根光纤连接M个远端节点RN形成的主环，以及以主环上任意一个远端节点RN为相切环切点远端节点RNm，该相切环切点远端节点RNm通过光纤与N个远端节点RN相连构成的子环，所述的每个远端节点RN通过分布光纤连接多个光网络单元ONU。

所述的光线路终端OLT包括一组光发射机、一组光接收机、发射侧阵列波导光栅AWG、接收侧阵列波导光栅AWG、光环形器和光耦合器，发射机和接收机分别通过发射侧阵列波导光栅AWG和接收侧阵列波导光栅AWG连接到光环形器，光环形器连接光耦合器，光耦合器通过光开关连接到主环馈线光纤。

所述的相切环切点远端节点RN_m包括用于将光信号分成三路的第一光耦合器和用于与光网络单元ONU连接的阵列波导光栅AWG，所述第一光耦合器的输入端通过光开关连接至主环光纤，第一光耦合器三个输出端分别与阵列波导光栅AWG、主环馈线光纤和子环馈线光纤连接构成三个传输支路。

所述第一光耦合器的三个输出端中至少一个输出支路上设置有波长阻断器WB，用于滤除不属于本路所需波长的信号。

所述与子环馈线光纤相连接的传输支路上设置有两个并列的光环形器，所述的两个并列的光环形器的第一端口都通过第二光耦合器与第一光耦合器的输出端相连，其中一个光环形器的第一端口与第二光耦合器之间串接有通断光开关。

所述第一光耦合器和阵列波导光栅AWG之间设置有光环形器，该光环形器的第一端口与第一光耦合器的输出端连接，光环形器的第二端口与阵列波导光栅AWG相连。

所述的远端节点RN装置包括将光信号分成两路的第一光耦合器和与光网络单元ONU连接的阵列波导光栅AWG，所述第一光耦合器的输入端通过光开关连接至主环馈线光纤或子环馈线光纤，所述第一光耦合器的一个输出端与阵列波导光栅AWG相连，另外一个输出端通过第一光环形器与主环馈线光纤或子环馈线光纤连接。

所述第一光耦合器的输出端和第一光环形器的第一端口之间设置有波长阻断器WB，用于滤除属于与本远端节点RN相连的光网络单元ONU所接收的信号。

所述的第一光耦合器输出端和阵列波导光栅AWG之间设置有第二光环形器，所述第二光环形器的第一端口与第一光耦合器的输出端相连，第二端口与阵列波导光栅AWG相连。

所述的远端节点RN装置设置有第三光环形器和第二光耦合器，该第三光环形器的第二端口通过光开关与环形光纤网络连接，第三端口与第一光耦合器的输入端相连，所述第二光耦合器的输出端与第三光环形器的第一端口相连，第二光耦合器的两个输入端分别与第一光环形器和第二光环形器的第三端口相连。

本发明的有益效果是：本发明采用相切环的拓扑结构，包括由光线路终端OLT通过一根光纤连接M个远端节点RN形成的主环，以及以主环上任意一个远端节点RN为相切环切点远端节点RNm，该相切环切点远端节点RNm通过光纤与N个远端节点RN相连构成的子环，每个远端节点RN通过分布光纤连接有光网络单元ONU，馈线光纤的某一段出现故障时，通过各网络节点中光开关的倒换，使信号根据网络的具体情况进行逆时针或顺时针方向的传输，及时为信号传输寻找新的路径，实现对系统的保护；实现对网络各级节点的保护和网络规模的扩展。

附图说明

图1为本发明所采用光线路终端OLT结构示意图；

图2为本发明所采用的切点远端节点RN_m结构及其所连光网络单元ONU结构的示意图；

图3为主环远端结点RN_a及其所连光网络单元ONU内部结构示意图；

图4为子环远端节点RN_b及其所连光网络单元ONU内部结构示意图；

图5为正常工作模式下网络中信号传输示意图；

图6为主环馈线光纤故障时网络中信号传输示意图；

图7为子环馈线光纤故障时网络中信号传输示意图；

图8为主环、子环馈线光纤同时故障时网络中信号传输示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

本发明将已在城域网中广泛使用的环形拓扑以其独到的优势被引入到接入网中，并进行了优化，提出了一种基于单光纤的波分复用无源光网络系统。如图5所示，本发明基于单光纤的波分复用无源光网络系统包括由光线路终端OLT1通过一根单模光纤即主环馈线光纤51、52连接M个远端节点RN41、42、43、44、45形成的主环，以及以主环一个远端节点RN_m43为切点通过光纤与N个远端节点RN46、47、48、49、50相连构成的子环，主环的每个远端结点RN41、42、43、44、45通过分布光纤36各连接k个光网络单元ONU37，子环上的远端节点RN46、47、48、49、50通过分布光纤64分别连接k个光网络单元ONU65。除了切点远端节点RN_m43外的所有远端节点RN都采用相同的结构，这里为了方便说明，用RN_a69来统一说明主环远端节点RN的结构和工作方式，用RN_b55来统一说明子环远端节点RN的结构和工作方式。

下面分别来说明本发明基于单光纤的波分复用无源光网络系统中光线路终端OLT、主环远端节点RN_a、子环远端结点RN_b和相切环切点远端节点RN_m43的结构特征和工作方式。

如图1所示，本发明中的光线路终端OLT1包括(qM+qN)个光发射机2和光接收机3，两个阵列波导光栅AWG4和5、两个掺铒光纤放大器6和7、一个光环形器8和一个1×2光开关9，(qM+qN)个光发射机2通过第一阵列波导光栅AWG4连接到第一掺铒光纤放大器6的输入端，(qM+qN)个光接收机3通过第二阵列波导光栅AWG5连接到第二掺铒光纤放大器7的输出端，第一掺铒光纤放大器6的输入端和第二掺铒光纤放大器7的输入端分别连接到光环形器8的第一端口和第三端口，光环形器8的第二端口通过1×2光开关9连接至主环馈线光纤，正常情况下，1×2光开关9置于上端口位置。

本发明中的相切环切点远端节点RN_m43既要作为主环上的远端节点完成主环上的信息传输，也要完成子环上各远端节点的信息传输，同时还要实现通过分布光纤与之连接的光网络单元ONU的信息传输，因此，相切环切点远端节点RN_m43包括有用于将光信号分成三路的第一光耦合器12和用于与光网络单元ONU连接的阵列波导光栅AWG70，所述第一光耦合器12的输入端通过2×2光开关10连接至主环光纤，所述第一光耦合器12的一个输出端与阵列波导光栅AWG70相连，另外两个传输支路分别通过相应的光环形器与主环光纤和子环光纤连接。本发明给出了一种具体的实施方式，如图2所示，该相切环切点远端节点RN_m43包括1个2×2光开关10、1个通断光开关27、1个波长阻断器WB21、4个光环形器11、18、19和20、6个光耦合器12、13、14、15、16、17和1个1×k阵列波导光栅AWG70。2×2光开关10左边两个端口连接主环馈线光纤，右边上方端口连接第一光环形器11的第二端口，右边下方端口连接第六光耦合器17的下方端口，第一光环形器11的第三端口与第一光耦合器12的输入端相连，第一光耦合器12将光信号分成三路，第一支路为子环传输支路，该支路包括波长阻断器WB21、第三光耦合器14、第四光耦合器15、第五光耦合器16、第二光耦合器13、第三光环形器18和第四光环形器19，第三光耦合器14的输入端通过波长阻断器WB21与第一光耦合器12的一个输出端相连，第三光耦合器14的两个输出端分别连接至第三光环形器18和第四光环形器19的第一端口，第三光环形器18和第四光环形器19的第二端口分别连接至子环馈线光纤的两个方向上，通断光开关27串接在第三光耦合器14的输出端和第四光环形器19的第一端口之间，第三光环形器18和第四光环形器19的第三端口分别连接至第四光耦合器15的两个输入端，并经第五光耦合器16和第二光耦合器13连接至第一光环形器11的第一端口；第二支路为光网络单元ONU传输支路，该传输支路包括第二光环形器20和1个1×k阵列波导光栅AWG70，第二光环形器20的第一端口与第一光耦合器12的一个输出端相连，第二光环形器20的第二端口与阵列波导光栅AWG70相连，第二光环形器20的第三端口与第五光耦合器16输入端相连，经第二光耦合器13连接至第一光环形器11的第一端口，阵列波导光栅AWG70通过分布光纤22连接q个光网络单元ONU23，每个光网络单元ONU包括1个光耦合器24、1个接收机RX25和1个反射式半导体光放大器RSOA26，在光网络单元ONU23中下行信号通过光耦合器24将信号分别送至光接收机RX25和反射式半导体光放大器RSOA26中；第三支路为主环传输支路，该传输支路包括第六光耦合器17，第六光耦合器17的一个端口与第一光耦合器12的一个输出端相连，第四光耦合器15的另一个端口连接至2×2光开关10的右侧下端口。

本发明中的主环远端节点RN如图3所示，该主环远端节点RN_a69包括1个2×2光开关28、1个波长阻断器WB34、3个光环形器29、30和31、2个光耦合器32、33以及一个1×q阵列波导光栅AWG35。2×2光开关28左侧两个端口连接主环馈线光纤，右上侧端口与第一光环形器29的第二端口相连，第一光环形器29的第三端口与第一光耦合器32的输入端相连，第一光耦合器32将光信号分成两路，一路连接至第二光环形器30的第一端口，第二光环形器30的第二端口与1×q阵列波导光栅AWG35连接，阵列波导光栅AWG35通过分布光纤36连接q个光网络单元ONU37，每个光网络单元ONU包括1个光耦合器38、1个接收机RX39和1个反射式半导体光放大器RSOA40，在光网络单元ONU中下行信号通过光耦合器38将信号分别送至光接收机RX39和反射式半导体光放大器RSOA40中，第二光环形器30的第三端口与第二光耦合器33的一个输入端相连，第二光耦合器的33的输出端与第三光环形器31的第三端口相连；第一光耦合器32的另一路信号通过波长阻断器WB34连接至第三光环形器31的第一端口相连，第三光环形器31的第二端口与2×2光开关28右侧的另一个端口相连，第三光环形器31的第三端口与第二光耦合器33相连。

本发明中的子环远端节点RN如图4所示，包括1个2×2光开关56、1个波长阻断器WB62、3个光环形器57、58和59、2个光耦合器60和61以及一个1×q阵列波导光栅AWG63，阵列波导光栅AWG63通过分布光纤64连接q个光网络单元ONU65，每个光网络单元ONU包括1个光耦合器66、1个接收机RX67和1个反射式半导体光放大器RSOA68，其具体结构与主环远端节点RN相同，这里不再重复描述。

下面结合图1-4来详细说明本发明基于单光纤的波分复用无源光网络系统的工作方式。

正常工作模式

正常工作模式指的是整个网络系统中所使用的光纤都完好无损时所采用的传输策略，在正常工作模式下，上行信号和下行信号传输方向如图5所示。

主环中下行信号传输方向为顺时针方向(实线箭头)：

OLT→RN₁→......→RN_m-1→RN_m→RN_m+1→......→RN_M

主环中上行信号传输方向为逆时针方向(虚线箭头)：

RN_M→......→RN_m+1→RN_m→RN_m-1→......→RN₁→OLT

子环下行信号传输方向为顺时针方向(实线箭头)：

OLT→RN₁→......→RN_m-1→RN_m→RN*₁→......→RN*_n-1→RN*_n→RN*_n+1→......→RN*_N

子环上行信号传输方向为逆时针方向(虚线箭头)：

RN*_N→......→RN*_n+1→RN*_n→RN*_n-1→......→RN*₁→RN_m→RN_m-1→......→RN₁→OLT

下行传输时，如图1所示，光线路终端OLT1的(kM+kN)个光发射机TX2发送信号经过第一阵列波导光栅AWG14、第一掺铒光纤放大器EDFA16、光环形器8和1×2光开关9后进入主环馈线光纤51，如图5所示，下行信号在主环馈线光纤51中沿顺时针方向传输。

当下行信号依次经过主环远端节点RN₁41和一系列主环远端节点RN后到达主环远端节点RN_a69。如图3所示，下行信号通过2×2光开关28右侧的上方端口进入，通过第一光环形器29后，被第一光耦合器32按功率分成两部分，一部分信号通过第二光环形器30后，被阵列波导光栅AWG35按照波长解复用成q路信号并通过分布光纤36到达相应的光网络单元ONU37，之后被光网络单元ONU37中的光耦合器38按功率分成两部分，其中一部分直接被接收机RX39接收，另一部分则被反射式半导体光放大器RSOA40擦除下行信息并进行反射放大重调制后按原路返回主环远端节点RN_a69，依次通过RN_a69中的阵列波导光栅AWG35、第二光环形器30、第二光耦合器33、第一光环形器29和2×2光开关28后回到主环馈线光纤中，并沿逆时针方向向光线路终端OLT1进行上行传输，最后被光线路终端OLT1中相应的接收机RX3接收；另一部分下行信号则被波长阻断器WB34滤除与本远端节点RN_a69相连接的光网络单元ONU37所使用的波长后，再依次通过第三光环形器31和2×2光开关28，沿2×2光开关28右下方端口回到主环馈线光纤中，并沿顺时针方向继续下行传输。

当下行信号经过主环远端节点RN_m-142后到达切点远端节点RN_m43。如图2所示，下行信号依次经过2×2光开关10和第一光环形器11后被第一光耦合器12按功率分成三部分，这里称为信号U、信号V和信号W。其中，信号U被波长阻断器WB21滤除属于主环用户所使用的波长信号后，通过第三光耦合器14和第三光环形器18后，进入子环馈线光纤53并沿顺时针方向进行下行传输；信号V通过第二光环形器20后被阵列波导光栅AWG70以波长为参数进行分路，分路后的信号从相应端口输出，通过分布光纤22进入相应光网络单元ONU23，通过光网络单元ONU23中的光耦合器24分波后将一部分信号送入光接收机RX25，另一部分光信号被送入反射式半导体光放大器RSOA26，信号被反射式半导体光放大器RSOA26擦除下行信息再反射放大重调制后沿原路回到切点远端节点RN_m43中，依次通过切点远端节点RN_m43中的阵列波导光栅AWG70、第二光环形器20、第五光耦合器16、第二光耦合器13、第一光环形器11和2×2光开关10后回到主环馈线光纤中，并沿逆时针方向进行上行信号传输；信号W通过第六光耦合器17和2×2光开关10后进入主环馈线光纤继续下行传输。

下行信号经过达切点远端节点RN_m43后到达子环馈线光纤中并以顺时针方向传输，当传输至子环远端节点RN_b55时，如图4所示，下行信号从2×2光开关56进入，经过第一光环形器57后，被第一光耦合器60按功率分成两部分，这里将这两部分信号称为信号X和信号Y。信号X经过第二光环形器58后，被阵列波导光栅AWG63以波长为参数进行分路，分路后的信号从相应端口输出，经过分布光纤64进入相应光网络单元ONU65，被光网络单元ONU65中的光耦合器66按功率分波后将一部分信号送入光接收机RX67，将另一部分光信号送入反射式半导体光放大器RSOA68，下行信号被半导体光放大器RSOA68擦除下行信息再反射放大重调制后沿原路返回子环远端节点RN_b55中，依次通过子环远端节点RN_b55中的阵列波导光栅AWG63、第二光环形器58、第二光耦合器61、第一光环形器57和2×2光开关56后回到子环馈线光纤沿逆时针方向进行上行传输，当上行信号到达切点远端节点RN_m43后，将依次通过RN_m43中的第三光环形器18、第四光耦合器15、第五光耦合器16、第二光耦合器13、第一光环形器11和2×2光开关10后回到主环馈线光纤中，沿逆时针方向进行上行传输，最终回到光线路终端OLT1中并被相应的接收机RX3接收。信号Y从子环远端节点RN_b55的第一光耦合器60输出后进入波长阻断器WB62，波长阻断器WB62滤除信号Y中属于与本远端节点RN相连的光网络单元ONU所接收的下行信号后，经过第三光环形器59和2×2光开关56后回到子环馈线光纤中并沿顺时针方向继续下行传输。

保护模式一

保护模式一指的是主环馈线光纤出现断裂时所采用的系统传输方式，此时光线路终端OLT1中1×2光开关9将置于下端口位置，所有主环远端节点RN_a69中的2×2光开关28都将至于交叉连接状态，主环中的下行信号从2×2光开关28左侧的下方端口进入，上行信号则沿该端口进入主环馈线光纤，切点远端节点RN_m43中的2×2光开关10也将置于交叉连接状态，主环中的下行信号从2×2光开关10左侧的下方端口进入，上行信号则沿该端口进入主环馈线光纤。

主环中下行信号传输方向为逆时针方向(实线箭头)：

OLT→RN_M→......→RN_m+1→RN_m→RN_m-1→......→RN₁

主环中上行信号传输方向为顺时针方向(虚线箭头)：

RN₁→......→RN_m-1→RN_m→RN_m+1→......→RN_M→OLT

子环下行信号传输方向为顺时针方向(实线箭头)：

OLT→RN_M→......→RN_m+1→RN_m→RN*₁→......→RN*_n-1→RN*_n→RN*_n+1→......→RN*_N

子环上行信号传输方向为逆时针方向(虚线箭头)：

RN*_N→......→RN*_n+1→RN*_n→RN*_n-1→......→RN*₁→RN_m→RN_m+1→......→RN_M→OLT

下行传输时，如图1，所述光线路终端OLT1的(kM+kN)个光发射机TX2发送信号经过第一阵列波导光栅AWG14后经第一掺铒光纤放大器EDFA16、光环形器8和1×2光开关9后进入主环馈线光纤52，如图6所示，下行信号在主环馈线光纤52中沿逆时针方向传输。

当下行信号沿逆时针方向依次经过主环远端节点RN_M45和一系列主环远端节点RN后到达主环远端节点RN_a69，主环远端节点RN_a69对信号的处理过程与正常模式下的主环远端节点RN_a69对信号处理完全相同，这里不再详述。当下行信号则被波长阻断器WB34滤除与本远端节点RN_a69相连接的光网络单元ONU37所使用的波长后，回到主环馈线光纤中，并沿逆时针方向继续下行传输。

当下行信号经过主环远端节点RN_m+144后到达切点远端节点RN_m43时，切点远端节点RN对信号的处理过程与正常模式下处理过程一样，如图2所示，信号U被波长阻断器WB21滤除属于主环用户所使用的波长信号后，进入子环馈线光纤53并沿顺时针方向进行下行传输；信号V通过分布光纤22进入相应光网络单元ONU23，一部分信号送入光接收机RX25，另一部分光信号被送入反射式半导体光放大器RSOA26，信号被擦除再重调制后沿原路回到切点远端节点RN_m43中，通过阵列波导光栅AWG70、第二光环形器20、第五光耦合器16、第二光耦合器13、第一光环形器11和2×2光开关10后回到主环馈线光纤中，沿顺时针方向进行上行传输；信号W通过第六光耦合器17和2×2光开关10后进入主环馈线光纤沿逆时针方向继续下行传输。

下行信号通过切点远端节点RN_m43进入子环馈线光纤53，如图6所示，下行信号在子环馈线光纤中沿顺时针方向传输。对于子环远端节点RN_b55而言，下行信号和上行信号的处理过程相同，这里不再重复叙述。

保护模式二

保护模式二指的是子环馈线光纤出现断裂时所采用的系统传输方式，光线路终端OLT1中1×2光开关9将置于上端口位置，所有子环远端节点RN_b55中的2×2光开关56都将至于交叉连接状态，子环中的下行信号从2×2光开关56右侧的下方端口进入，上行信号并沿该端口进入子环馈线光纤，切点远端节点RN_m43中的通断光开关27将置于闭合状态，进入子环的下行信号通过第四光环形器19的第二端口进入子环馈线光纤，子环的上行信号也将从该端口进入切点远端节点RN_m43中。

主环中下行信号传输方向为顺时针方向(实线箭头)：

OLT→RN₁→......→RN_m-1→RN_m→RN_m+1→......→RN_M

主环中上行信号传输方向为逆时针方向(虚线箭头)：

RN_M→......→RN_m+1→RN_m→RN_m-1→......→RN₁→OLT

子环下行信号传输方向为逆时针方向(实线箭头)：

OLT→RN₁→......→RN_m-1→RN_m→RN*_N→......→RN*_n+1→RN*_n→RN*_n-1→......→RN*₁

子环上行信号传输方向为顺时针方向(虚线箭头)：

RN*₁→......→RN*_n-1→RN*_n→RN*_n+1→......→RN*_N→RN_m→RN_m-1→......→RN₁→OLT

如图1，下行传输时，所述光线路终端OLT1的(kM+kN)个光发射机TX2发送信号经过第一阵列波导光栅AWG14后经第一掺铒光纤放大器EDFA16、光环形器8和1×2光开关9后进入主环馈线光纤51，如图7所示，下行信号在主环馈线光纤51中沿顺时针方向传输，与正常模式下主环的传输一样，下行信号沿顺时针方向依次经过主环远端节点RN₁41和一系列主环远端节点RN后到达主环远端节点RN_a69，与正常模式下主环远端节点RN的处理方式相同，这里不再重复说明，当下行信号经过主环远端节点RN_m-142后到达切点远端节点RN_m43，下行信号依次经过2×2光开关10和第一光环形器11后被第一光耦合器12按照功率分成三部分，这里称为信号U、信号V和信号W，信号U被波长阻断器WB21滤除属于主环用户所使用的波长信号后，并通过第三光耦合器14、通断光开关27、第四光环形器19后，进入子环馈线光纤54沿逆时针方向传输。信号V和信号W的处理与正常模式下一样。

信号通过切点远端节点RN_m43进入子环馈线光纤53，如图7所示，下行信号在子环馈线光纤中沿顺时针方向传输。对于子环远端节点RN_b55来说，下行信号从2×2光开关56进入，经过第一光环形器57后，被第一光耦合器60按功率分成两部分，这里将这两部分信号称为信号X和信号Y。信号X经过第二光环形器58后，被阵列波导光栅AWG35以波长为参数进行分路，分路后的信号从相应端口输出，经过分布光纤64进入相应光网络单元ONU65，被光网络单元ONU65中的光耦合器66按功率分波后将一部分信号送入光接收机RX67直接接收，将另一部分光信号送入反射式半导体光放大器RSOA68中，下行信号被反射式半导体光放大器RSOA68中擦除下行信息再进行反射放大重调制后沿原路返回主环远端节点RN_b55中，依次通过阵列波导光栅AWG63、第二光环形器58、第二光耦合器61、第一光环形器57和2×2光开关56后回到子环馈线光纤沿顺时针方向进行上行传输，当上行信号到达切点远端节点RN_m43后，将依次通过RN_m43中的第四光环形器19、第四光耦合器15、第五光耦合器16、第二光耦合器13、第一光环形器11和2×2光开关10后回到主环馈线光纤中，沿逆时针方向进行上行传输，最终回到光线路终端OLT1中并被相应的接收机RX3接收。信号Y从子环远端节点RN_b55的第一光耦合器60输出后进入波长阻断器WB62，波长阻断器WB62滤除信号Y中属于与本远端节点RN相连的光网络单元ONU所接收的下行信号后，经过第三光环形器59、2×2光开关56后回到子环馈线光纤中沿逆时针方向继续下行传输。

保护模式三

保护模式三指的是主环和子环馈线光纤都出现断裂时所采用系统传输方式，如图8所示，该方式下光线路终端OLT1中1×2光开关9置于下端口位置，所有主环远端节点RN_a69中的2×2光开关28都将至于交叉连接状态，主环中的下行信号从2×2光开关28右侧的下方端口进入，上行信号并沿该端口进入主环馈线光纤；切点远端节点RN_m43中的2×2光开关10也将置于交叉连接状态，切点远端节点RN_m43中的通断光开关27将置于闭合状态，主环中的下行信号从2×2光开关10右侧的下方端口进入，上行信号并沿该端口进入主环馈线光纤，进入子环的下行信号通过第四光环形器19的第二端口进入子环馈线光纤，子环的上行信号也将从该端口进入切点远端节点RN_m43中；所有子环远端节点RN_b55中的2×2光开关56都将至于交叉连接状态，子环中的下行信号从2×2光开关56右侧的下方端口进入，上行信号并沿该端口进入子环馈线光纤。

主环中下行信号传输方向为逆时针方向(实线箭头)：

OLT→RN_M→......→RN_m+1→RN_m→RN_m-1→......→RN₁

主环中上行信号传输方向为顺时针方向(虚线箭头)：

RN₁→......→RN_m-1→RN_m→RN_m+1→......→RN_M→OLT

子环下行信号传输方向为逆时针方向(实线箭头)：

OLT→RN_M→......→RN_m+1→RN_m→RN*_N→......→RN*_n+1→RN*_n→RN*_n-1→......→RN*₁

子环上行信号传输方向为顺时针方向(虚线箭头)：

RN*₁→......→RN*_n-1→RN*_n→RN*_n+1→......→RN*_N→RN_m→RN_m+1→......→RN_M→OLT

下行传输中，如图1，光线路终端OLT1的(kM+kN)个光发射机TX2发送信号经过第一阵列波导光栅AWG14后经第一掺铒光纤放大器EDFA16、光环形器8和1×2光开关9后进入主环馈线光纤52，如图8所示，下行信号在主环馈线光纤52中沿逆时针方向传输。当下行信号沿逆时针方向依次经过主环远端节点RN_M45和一系列主环远端节点后到达主环远端节点RN_a69，下行信号依次通过2×2光开关28和第一光环形器29后，被第一光耦合器32分成功率相等的两部分，一部分信号通过第二光环形器30后，被阵列波导光栅AWG35按照波长解复用成k路信号并通过分布光纤36到达相应的光网络单元ONU37，之后被光网络单元ONU37中的光耦合器38按功率分成两部分，其中一部分直接被接收机RX39接收，另一部分则被反射式半导体光放大器RSOA40擦除下行信息并进行反射放大重调制后按原路返回主环远端节点RN_a69，依次通过RN_a69中的阵列波导光栅AWG35、第二光环形器30、第二光耦合器33、第一光环形器29和2×2光开关后28回到主环馈线光纤中，并沿顺时针方向向光线路终端OLT1进行上行传输，最后被相应的接收机RX3接收。另一部分下行信号则被主环远端节点RN_a69中的波长阻断器WB34滤除与本远端节点RN_a69相连接的光网络单元ONU37所使用的波长后，再依次通过第三光环形器31和2×2光开关28后回到主环馈线光纤中，并沿逆时针方向继续下行传输。

下行信号经过主环远端节点RN_m+144后到达切点远端节点RN_m43，下行信号依次经过2×2光开关10和第一光环形器11后被第一光耦合器12按照功率分成三部分，这里称为信号U、信号V和信号W。其中，信号U被波长阻断器WB21滤除属于主环用户所使用的波长信号后，通过第三光耦合器14、通断光开关27、第四光环形器19后，进入子环馈线光纤54并沿逆时针方向传输；信号V通过第二光环形器20后被阵列波导光栅AWG70以波长为参数进行分路，分路后的信号从相应端口输出，通过分布光纤22进入相应光网络单元ONU23，通过光网络单元ONU23中的光耦合器24分波后将一部分信号送入光接收机RX25直接接收，另一部分光信号被送入反射式半导体光放大器RSOA26中，信号被反射式半导体光放大器RSOA26擦除下行信息再进行反射放大重调制后沿原路回到切点远端节点RN_m43中，依次通过切点远端节点RN_m43中的阵列波导光栅AWG70、第二光环形器20、第五光耦合器16、第二光耦合器13、第一光环形器11和2×2光开关10后回到主环馈线光纤中，沿顺时针方向进行上行传输；信号W通过切点远端节点RN_m43中的第六光耦合器17和2×2光开关10后回到主环馈线光纤沿逆时针方向继续下行传输。

信号通过切点远端节点RN_m43进入子环馈线光纤54，如图8所示，下行信号在子环馈线光纤中沿逆时针方向传输，对于子环远端节点RN_b55来说，下行信号从2×2光开关56进入，经过第一光环形器57后，被第一光耦合器60按功率分成两部分，这里将这两部分信号称为信号X和信号Y。信号X经过第二光环形器58后，被阵列波导光栅AWG63以波长为参数进行分路，分路后的信号从相应端口输出，经过分布光纤64进入相应光网络单元ONU65，通过光网络单元ONU65中的光耦合66按功率分波后将一部分信号送入光接收机RX67直接接收，将另一部分光信号送入反射式半导体光放大器RSOA68中，下行信号被反射式半导体光放大器RSOA68擦除下行信息再进行反射放大重调制后沿原路返回子环远端节点RN_b55中，依次通过子环远端节点RN_b55中的阵列波导光栅AWG63、第二光环形器58、第二光耦合器61、第一光环形器57和2×2光开关56后回到子环馈线光纤沿顺时针方向进行上行传输，当上行信号到达切点远端节点RN_m43后，将依次通过RN_m43中的第四光环形器19、第四光耦合器15、第五光耦合器16、第二光耦合器13、第一光环形器11和2×2光开关10后回到主环馈线光纤中，沿顺时针方向进行上行传输，最终回到光线路终端OLT1中并被相应的接收机RX3接收。信号Y从子环远端节点RN_b55的第一光耦合器60输出后进入波长阻断器WB62，波长阻断器WB62滤除信号Y中属于与本远端节点RN相连的光网络单元ONU所接收的下行信号后，经过第三光环形器59和2×2光开关56后回到子环馈线光纤中沿逆时针方向继续下行传输。

综上所述，本发明将相切环的结构引入波分复用无源光网络系统中，通过光开关的倒换实现下行信号在主环馈线光纤中可以沿顺时针或逆时针传输到达各主环远端结点RN，当主环馈线光纤的某一段出现故障时，及时为信号传输寻找新的路径，实现对系统的保护；同时在相切环切点远端节点RN_m处用通断光开关和光环形器的组合可以实现下行信号在子环沿顺时针或逆时针方向传输到达各子环远端节点RN，从而实现对网络各级节点的保护和网络规模的扩展。同理，通过各网络节点中光开关的倒换，相应的上行信号也能根据网络的具体情况进行逆时针或顺时针方向的传输，使得接入网的覆盖范围和保护性能得到增大增强。

Claims (10)

1.一种基于单光纤的波分复用无源光网络系统，其特征在于，该网络系统采用相切环的拓扑结构，包括由光线路终端OLT通过一根光纤连接M个远端节点RN形成的主环，以及以主环上任意一个远端节点RN为相切环切点远端节点RNm，该相切环切点远端节点RNm通过光纤与N个远端节点RN相连构成的子环，所述的每个远端节点RN通过分布光纤连接多个光网络单元ONU。

2.根据权利要求1所述的基于单光纤的波分复用无源光网络系统，其特征在于，所述的光线路终端OLT包括一组光发射机、一组光接收机、发射侧阵列波导光栅AWG、接收侧阵列波导光栅AWG、光环形器和光耦合器，发射机和接收机分别通过发射侧阵列波导光栅AWG和接收侧阵列波导光栅AWG连接到光环形器，光环形器连接光耦合器，光耦合器通过光开关连接到主环馈线光纤。

3.根据权利要求1所述的基于单光纤的波分复用无源光网络系统，其特征在于，所述的相切环切点远端节点RN_m包括用于将光信号分成三路的第一光耦合器和用于与光网络单元ONU连接的阵列波导光栅AWG，所述第一光耦合器的输入端通过光开关连接至主环光纤，第一光耦合器三个输出端分别与阵列波导光栅AWG、主环馈线光纤和子环馈线光纤连接构成三个传输支路。

4.根据权利要求3所述的基于单光纤的波分复用无源光网络系统，其特征在于，所述第一光耦合器的三个输出端中至少一个输出支路上设置有波长阻断器WB，用于滤除不属于本路所需波长的信号。

5.根据权利要求4所述的基于单光纤的波分复用无源光网络系统，其特征在于，所述与子环馈线光纤相连接的传输支路上设置有两个并列的光环形器，所述的两个并列的光环形器的第一端口都通过第二光耦合器与第一光耦合器的输出端相连，其中一个光环形器的第一端口与第二光耦合器之间串接有通断光开关。

6.根据权利要求5所述的基于单光纤的波分复用无源光网络系统，其特征在于，所述第一光耦合器和阵列波导光栅AWG之间设置有光环形器，该光环形器的第一端口与第一光耦合器的输出端连接，光环形器的第二端口与阵列波导光栅AWG相连。

7.根据权利要求1所述的基于单光纤的波分复用无源光网络系统，其特征在于，所述的远端节点RN装置包括将光信号分成两路的第一光耦合器和与光网络单元ONU连接的阵列波导光栅AWG，所述第一光耦合器的输入端通过光开关连接至主环馈线光纤或子环馈线光纤，所述第一光耦合器的一个输出端与阵列波导光栅AWG相连，另外一个输出端通过第一光环形器与主环馈线光纤或子环馈线光纤连接。

8.根据权利要求7所述的基于单光纤的波分复用无源光网络系统，其特征在于，所述第一光耦合器的输出端和第一光环形器的第一端口之间设置有波长阻断器WB，用于滤除属于与本远端节点RN相连的光网络单元ONU所接收的信号。

9.根据权利要求8所述的基于单光纤的波分复用无源光网络系统，其特征在于，所述的第一光耦合器输出端和阵列波导光栅AWG之间设置有第二光环形器，所述第二光环形器的第一端口与第一光耦合器的输出端相连，第二端口与阵列波导光栅AWG相连。

10.根据权利要求9所述的基于单光纤的波分复用无源光网络系统，其特征在于，所述的远端节点RN装置设置有第三光环形器和第二光耦合器，该第三光环形器的第二端口通过光开关与环形光纤网络连接，第三端口与第一光耦合器的输入端相连，所述第二光耦合器的输出端与第三光环形器的第一端口相连，第二光耦合器的两个输入端分别与第一光环形器和第二光环形器的第三端口相连。