CN104837079A - 波分复用无源光网络中的多波长组播装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波分复用无源光网络中的多波长组播装置与方法，涉及无源光网络技术领域。所述组播装置包括三个开关、五个可调OBPF、两个可调连续光泵浦激光器TL1和TL2、一个SOA、两个EDFA、三个PC、一个3×1OC、两个4×1OC。光信号先通过一个开关、一个可调OBPF、EDFA、PC后，与TL1和TL2产生的连续光通过一个3×1的光耦合器耦合进入SOA，TL1和TL2后面各自也连接着一个PC，SOA的输出光信号再经过一个EDFA、一个1×4的OC，这个OC的每一输出端都接上一个可调OBPF，每一OBPF的输出再经过一个4×1的OC耦合输出，作为组播装置的输出。本发明实现了WDM-PON的多波长组播，具有节能、快速的组播服务响应和高的网络资源利用效率等特点，支持WDM-PON高速、实时和高效的组播服务。

Description

波分复用无源光网络中的多波长组播装置与方法

技术领域

本发明涉及无源光网络(PON)技术领域，尤其涉及波分复用无源光网络(WDM-PON)中多波长组播的方法。

背景技术

无源光网络(PON)被认为是“最后一公里”问题的很好的解决方案。波分复用无源光网络(WDM-PON)系统更是因为它的高带宽、实现简单和易于升级而成为了下一代接入网的首选方案。WDM-PON系统为每个用户分配了一个单独波长，这样每个用户或每个光网络单元(ONU)就能够独享带宽业务。而且WDM-PON的传输与协议和比特率无关，因此支持任何业务甚至混合业务的传输。WDM-PON可以在不改变物理基础设备的情况下升级带宽。由于这种优势，研究WDM-PON光接入系统实现全业务的传输具有十分重要的理论和现实意义。

近年来，由于数据、音频和视频数据大容量传输的要求，如多媒体视讯业务、视频会议、网络电视等通信业务，单点到多点或多点到多点的通信，即组播(multicast)技术得到了广泛研究。很多情况下，并非全网所有用户终端节点均同时接收某一数据流，而往往仅是某一组用户需要接收该数据流，这需要有选择地向部分网络用户传送数据流，此通信方式即为组播。通过接入网点播、组播等的应用，将会更多地出现在目前和以后的网络接入系统中。

在商用的信息系统中，数据流组播应用大都是在IP层实现的，IP组播因其固有的“尽力而为”性质，无法大规模支持未来宽带组播应用，因此需要探索更高效率的组播通信技术。由于WDM对所传数据业务流的格式和协议透明，直接在光层实现多波长的组播将是非常有效的组播方式。同时，对于WDM-PON组播的情况，就只需要把其中一路需要组播的已调下路信号有选择地复制到另外的波长信道就可以，即实现多波长组播。多波长组播具有与IP组播不同的技术特点和实现方案，因此，有必要对其作深入的研究，特别是对波分复用无源光网络多波长组播技术的研究。

WDM-PON中的组播技术主要是指在波分复用无源光网络中，光网络线路终端(OLT)可以选择性地向部分ONU或者网络用户传送相同的数据流。

目前WDM-PON中的组播方法主要有：增加额外的波长光源进行组播、副载波调制、偏振复用、单播和组播应用正交的调制方式等等。但是所有的这些组播方法不仅实现复杂、成本要求高，而且都需要先把组播数据额外地调制在一个或几个波长信道上，严格来说是属于电域的组播，并不是光域上的组播技术。光域上的组播技术可以支持WDM-PON高速、实时和高效的组播服务。

同时，半导体光放大器(SOA)由于体积小、功耗低，响应速度快(皮秒量级)以及易于集成等优点，在光通信领域引起了越来越多的关注。而半导体光放大器的非线性效应，尤其四波混频效应(FWM)由于具有对数据比特率和调制格式透明性的特点，则在光通信领域中用得越来越多。

发明内容

本发明要解决的问题是：克服现有波分复用无源光网络(WDM-PON)电域组播技术实现冗余、复杂度和成本要求高的缺点，提出一种实现WDM-PON直接在光域上组播的多波长组播技术。本发明实现了WDM-PON的多波长组播，具有节能、快速的组播服务响应和高的网络资源利用效率等特点，支持WDM-PON高速、实时和高效的组播服务。

为解决上述问题，本发明提供了一种实现波分复用无源光网络多波长组播装置，该组播装置包括：三个开关、五个可调带通光滤波器(OBPF)、两个可调连续光泵浦激光器(TL1和TL2)、一个SOA、两个掺铒光纤放大器(EDFA)、三个偏振控制器(PC)、一个3×1光耦合器(OC)、两个4×1光耦合器。具体连接方式为：输入光信号先通过一个开关、一个可调OBPF、EDFA、PC后，与TL1和TL2产生的连续光通过一个3×1的光耦合器耦合进入SOA，TL1和TL2后面各自也连接着一个PC，并分别设置一个开关。SOA的输出光信号再经过一个EDFA、一个1×4的OC，这个OC的每一输出端都接上一个可调OBPF，每一OBPF的输出再经过一个4×1的OC耦合输出，作为组播装置的输出。

本发明还提供了一种利用上述组播装置实现波分复用无源光网络多波长组播方法：当需要组播时，把组播装置的三个开关闭合后以启动组播装置功能。通过调节输入端的可调OBPF选择需要组播的下路信号，该下路信号经过EDFA放大后，与可调泵浦激光器TL1、TL2产生的两路连续光通过一个3×1的OC耦合进入SOA产生四波混频(FWM)。为了达到FWM的最佳效果，在进入SOA之前，信号光与泵浦光须要通过PC进行偏振态的统一。经过FWM后，SOA的输出再经过一个EDFA放大以满足光纤传输功率要求。EDFA的输出通过一个1×4的OC分成4路信号，这4路信号光再通过相应的可调OBPF滤出组播信号，各路组播信号再经过一个4×1的OC耦合在一起，作为输出信号。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明对输入信号的调制格式和速率透明，可以应用于二进制振幅键控(NRZ-OOK)、直接检测或差分相移键控(NRZ-DPSK)、直接检测的WDM-PON，实现全光WDM组播。

(2)本发明可以实现全光多波长组播，具有节能、快速的组播服务响应和高的网络资源利用效率等特点，支持WDM-PON高速、实时和高效的组播服务。

附图说明

图1是本发明设计的多波长组播装置结构示意图；

图2是本发明实施例的一种WDM-PON中单播信道和组播信道的带宽分配图；

图3是本发明实施例的一种WDM-PON的整体结构框图；

图4是本发明实施例的一种SOA中FWM的泵浦方式示意图。

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。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的波分复用无源光网络中的多波长组播方法，根据SOA的FWM效应和阵列波导光栅(AWG)波分复用器件实现WDM-PON下行信号多波长组播。在WDM-PON的光网络线路终端(OLT)端安装一个组播装置，可以灵活地选择某一需要组播的下行信号，并且把该下行信号在光域上复制到其他波长通道，在光域上直接完成组播功能。这种实现方法对输入信号的调制格式和速率透明，可以应用于NRZ-OOK、直接检测或NRZ-DPSK、直接检测的WDM-PON。本发明实现了WDM-PON全光WDM组播，具有节能、快速的组播服务响应和高的网络资源利用效率等特点，支持WDM-PON高速、实时和高效的组播服务。

本发明提供的多波长组播方法中对WDM-PON中单播信道和组播信道的带宽分配如图2所示。分配给每一个ONU的单播波长信道和组播波长信道的带宽各为50GHz，而且位于同一100GHz的AWG波长通道，这种带宽分配方式满足ITU-T G.694.1标准中对于WDM系统波长间隔规定的要求。本组播方法可以同时传输单播信号和WDM组播信号，不会造成波长阻塞。

本发明中对于整个WDM-PON的整体框图如图3所示，在光网络线路终端(OLT)，每一下行信号中，一个连续光激光器(Laser)发出的连续光经过一个由单播数据二进制非归零(NRZ)信号驱动的强度调制器(IM)，调制成二进制非归零振幅键控(NRZ-OOK)信号，或者是经过一个相位调制器调制成非归零差分相移键控(NRZ-DPSK)信号。本实施例就以NRZ-OOK信号为例。每一下行的单播信号都通过一个3dB光耦合器(OC)分出光信号，并通过一个N×1的光耦合器(OC)耦合进入组播装置。同时，为了避免信道串扰，每一下行的单播信号在进入AWG复用前须要经过一个带宽为50GHz的带通滤波器(OBPF)，以限制下行信号的截止带宽为50GHz。

本发明的组播装置结构如图1所示，各单路信号经过一个N×1的光耦合器(OC)耦合在一起的光信号作为组播装置的输入。调节组播装置输入端的可调OBPF的带通波长，灵活地选择需要组播的下行信号。该下行信号经过掺铒光纤放大器(EDFA)放大和偏振控制器(PC)后，与两个可调连续光泵浦激光器(TL1和TL2)产生的连续光通过一个3×1的光耦合器(OC)耦合进入SOA，所述TL1和TL2的后面各自也连接着一个偏振控制器(PC)。需要通过调节这三个偏振控制器(PC)使得这三个光信号达到统一，以使得它们在SOA中发生的四波混频(FWM)效应的效果最好。发生FWM效应后，SOA的输出再经过一个EDFA放大以满足光纤传输功率要求。EDFA的输出通过一个1×4的光耦合器(OC)分成4路信号，这4路信号光再通过相应的可调OBPF滤出组播信号，各路组播信号再经过一个4×1的OC耦合在一起，作为组播装置的输出信号输出。

本发明的组播装置是应用SOA的四波混频(FWM)效应实现全光WDM组播，其工作原理如图4所示。输入信号光S与泵浦连续光P1、P2同时输入到SOA，调节信号光与泵浦连续光的功率以适应FWM产生的功率要求。信号光S与泵浦连续光P1、P2在SOA中发生FWM效应，产生了不同频率的闲频光，但这些闲频光中只有一些携带了原始信号光的信息并且满足组播信号的波长要求。将这些携带了原始信号光并且满足组播信号波长要求的闲频光通过可调带通光滤波器(OBPF)滤出来，就可以应用于WDM组播。

当需要组播时，把组播装置的开关闭合后以启动组播功能。通过调节输入端的可调OBPF选择需要组播的下行信号，该下行信号经过EDFA放大后，与可调泵浦激光器TL1、TL2产生的连续光通过一个3×1的OC耦合进入SOA产生四波混频(FWM)。为了达到FWM的最佳效果，在进入SOA之前，信号光与泵浦连续光须要通过PC进行偏振态的统一。同时，为了满足所规定的单播、组播信道的波长要求，组播装置中可调泵浦激光器的波长须要尽量使得FWM效应产生的闲频光满足组播波长的规定。其中的一种方法如图4所示，使用双侧泵浦的泵浦方式，信号光的频率比泵浦连续光P1的频率大500GHz，比泵浦连续光P2的频率小150GHz，信号光与泵浦光经过FWM后，产生了7个闲频光M1、M3、M4、M5、I1、I2和I3，而只有M1、M3、M4和M5这四个是满足组播波长要求并且携带了原始信号光M2信息的。那么就实现了从M2到M1、M2、M3、M4、M5(1to 5)的多波长组播。当然还有其他的泵浦方案，但遵循的原则都是要求FWM产生的闲频光满足所规定的组播信道的波长要求并且携带原始信号光的信息。经过FWM后，SOA的输出再经过一个EDFA放大以满足光纤传输功率要求。EDFA的输出通过一个1×4的OC分成4路信号，这4路信号光再通过相应的可调OBPF滤出组播信号，各路组播信号再经过一个4×1的OC耦合在一起，作为组播装置的输出信号。

组播模块的输出信号通过一个1×N的OC和N个3dB OC耦合到OLT每一下路通道。经过AWG的滤波作用后，每一路的组播信号可以滤到相应的波长通道中。

所有的单播、组播信号经过OLT端的AWG复用后，进入光纤传输。经过远端(RN)的AWG的解复用后，单播信号与组播信号传输到相应的ONU。

在ONU端，通过一个环形器和一个反射波长为组播波长的光纤布拉格光栅(FBG)将单播信号和组播信号分开。最后，如果OLT端的调制方式为NRZ-OOK，单播和组播信号可以通过相应的光电检测器(PD)进行直接检测；而如果OLT端的调制方式为NRZ-DPSK，单播和组播信号光可以先通过一个延迟干涉仪(DI)，再通过光电检测器(PD)进行检测。

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 (3)

1.波分复用无源光网络中的多波长组播装置，其特征在于：该组播装置包括三个开关、五个可调带通光滤波器、两个可调连续光泵浦激光器、一个半导体光放大器、两个掺铒光纤放大器、三个偏振控制器、一个3×1光耦合器和两个4×1光耦合器，具体连接方式为：输入光信号先依次通过第一个开关、第一个可调带通光滤波器、第一个掺铒光纤放大器、第一个偏振控制器后，与第一个可调连续光泵浦激光器和第二个可调连续光泵浦激光器产生的连续光通过一个3×1的光耦合器耦合进入半导体光放大器，第一个可调连续光泵浦激光器和第二个可调连续光泵浦激光器后面分别也连接着第二个偏振控制器和第三个偏振控制器，并且在第一个可调连续光泵浦激光器和第二个偏振控制器之间连接第二个开关，在第二个可调连续光泵浦激光器和第三个偏振控制器之间连接第三个开关；半导体光放大器的输出光信号再依次经过第二个掺铒光纤放大器和第一个1×4的光耦合器，所述第一个1×4的光耦合器的四个输出端分别连接第二个可调带通光滤波器、第三个可调带通光滤波器、第四个可调带通光滤波器和第五个可调带通光滤波器，所述第二个可调带通光滤波器、第三个可调带通光滤波器、第四个可调带通光滤波器和第五个可调带通光滤波器的输出再统一经过第二个4×1的光耦合器耦合输出，作为组播装置的输出。

2.根据权利要求1所述的多波长组播装置的波分复用无源光网络中的多波长组播方法，其特征在于：当需要组播时，把组播装置的三个开关闭合后以启动组播装置功能；通过调节输入端的第一个可调带通光滤波器选择需要组播的下路信号，该下路信号经过第一个掺铒光纤放大器放大后，与可调泵浦激光器第一个可调连续光泵浦激光器、第二个可调连续光泵浦激光器产生的两路连续光通过一个3×1的光耦合器耦合进入半导体光放大器产生四波混频，在进入半导体光放大器之前，信号光与泵浦光通过偏振控制器进行偏振态的统一；经过四波混频后，半导体光放大器的输出再经过第二个掺铒光纤放大器放大以满足光纤传输功率要求；第二个掺铒光纤放大器的输出通过第一个1×4的光耦合器分成四路信号，这四路信号光再通过相应的第二个可调带通光滤波器、第三个可调带通光滤波器、第四个可调带通光滤波器和第五个可调带通光滤波器滤出组播信号，各路组播信号再经过一个4×1的光耦合器耦合在一起，作为输出信号。

3.根据权利要求1所述的多波长组播装置的波分复用无源光网络中的多波长组播方法，其特征在于：信号光的频率比第一个可调连续光泵浦激光器发出的连续光的频率大500GHz，比第二个可调连续光泵浦激光器发出的泵浦连续光的频率小150GHz。