CN105307057A

CN105307057A - 一种pon系统中支持onu站间通信的装置

Info

Publication number: CN105307057A
Application number: CN201410250106.7A
Authority: CN
Inventors: 高震森
Original assignee: Alcatel Lucent Shanghai Bell Co Ltd
Current assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2034-06-06
Also published as: CN105307057B

Abstract

本发明提供了一种PON网络中支持光网络单元(ONU)站间通信的光发送装置及其光网络单元，其光发送装置以一种时域波长交织方式生成上行PON数据和ONU站间数据调制的光波波长，所述上行PON数据和ONU站间数据被配置于不同光波波长、不同时隙发送的。光发送装置结构上可由反射增益介质、光纤光栅阵列、光耦合器、光开关构成，其中，光开关同步于反射增益介质对至少两路数据电信号的数据调制、控制选择光纤光栅阵列中的相应光纤光栅，使所述至少两路数据分别配置于不同光波波长。由此，可实现PON网络系统中的高速、低延迟的ONU站间通信。

Description

一种PON系统中支持ONU站间通信的装置

技术领域

本发明涉及无源光网络(PON)，更具体而言，涉及在PON系统中支持光网络单元(ONU)站间通信的装置。

背景技术

在无源光网络PON系统中，除了满足光线路终端(OLT)和每个ONU之间的PON内下行/上行信号的带宽需要之外，一个ONU也需要与其他ONU之间高速、低延迟地传输数据，不同ONU之间的站间通信变得非常重要。PON系统中ONU站间通信的可能应用场景包括：

1)高级长期演进(LTE-A)多点协作(CoMP)：在LTE-ACoMP技术中，对于基站与其他基站通过逻辑X2接口直接互相通信和协作以处理多个天线的需求越来越高，非常希望基站之间能够进行高速、低延迟的互相通信，而通过PON的移动回传是一种可能的解决方案和未来的趋势。

2)近邻服务提供：在传统的网络架构中，所有数据业务必须汇聚到核心网，当这种集中式数据业务变得越来越普遍、用户端带宽不断提高时，将会对核心网产生严重的信令和数据业务量压力。因此，在适当的场景下，发展用户设备之间的站间数据传输日趋必要。

3)企业数据共享：随着数据业务量的爆炸式增长，诸如企业和大学之类的大型机构希望在它们的不同大楼或分支机构之间建立高速的光链路。一些新兴的远距离服务也需要具有交互式共享、处理和虚拟化分布在不同位置的数据的能力，以及时的协作工作。

在图例1所示例的传统PON架构中，OLT和每个ONU之间只有下行和上行传输链路可用，因此ONU1与ONU2之间的ONU站间通信必须首先由ONU1通过长距离光纤发送到OLT，然后再返回给该ONU站间通信业务所指向的ONU2，这经历了光-电-光转换和复杂的电子信号处理)。长距离PON传输已成为未来接入网的需求，在50km光纤上的往返传播将产生高达0.5ms的延迟，这还不考虑OLT处的电子信号处理所产生的延迟。同时，OLT的工作负荷和功耗也不可避免的增加。

因此，希望能够开发一种新型的低成本的PON解决方案以使得对于各种应用来说能够实现高速低延迟的ONU站间通信。

发明内容

本发明旨在提供一种在PON系统中支持站间通信的方案，以满足ONU之间间通信业务的高速、低时延要求。

根据本发明的一个方面，这里提供一种在无源光网络(PON)系统中支持光网络单元(ONU)站间通信的光网络单元，包括：光发送装置，用于以一种时域波长交织方式生成上行PON数据和ONU站间数据调制的光波波长，所述上行PON数据和ONU站间数据被配置于不同光波波长、不同时隙发送的。

优选地，前述上行PON数据和ONU站间数据的光波波长被配置在同一波长段。

优选地，前述光发送装置被配置为使用同一光源器件对ONU上行PON数据和ONU站间数据进行调制。

优选地，前述ONU站间数据发送被配置于PON网络系统中相邻两个上行PON数据发送时隙之间或与相邻ONU上行PON数据的传输时隙相重叠。

优选地，光网络单元进一步包括：波分复用器，被配置为将接收到的下行PON数据与来自PON网络其它ONU的ONU站间数据进行波长分离，其中下行数据是指从光线路终端(OLT)接收的数据；光环形器件，被配置为将来自PON网络其它ONU的ONU站间数据与本站ONU上行数据进行分离，其中，本站ONU上行数据包括本站ONU上行PON数据和本站ONU站间数据。

根据本发明的另外一个方面，这里提供一种光发送装置，包括反射增益介质、光纤光栅阵列、光耦合器、光开关，其中：反射增益介质，用于对至少两路数据电信号进行数据调制，生成数据调制后的宽带光信号；光纤光栅阵列，包括至少两个光纤光栅，对反射增益介质所产生的宽带光信号于不同反射波长位置进行波长反射；光开关，同步于所述至少两路数据电信号、控制选择所述光纤光栅阵列中的光纤光栅，使所述至少两路数据分别配置于不同光波波长；光耦合单元，耦合在反射增益介质和光纤光栅阵列之间以构成光反馈回路，同时输出对应的数据调制后的至少两路光波波长。

优选地，前述光纤光栅阵列中光纤光栅的反射波长被配置在同一波长段。

根据本发明所提供的实施例，能够实现PON网络系统中的高速、低延迟的ONU站间通信。

附图说明

通过下面提出的结合附图的详细描述，本发明的特征、性质和优点将变得更加明显，附图中相同的元件具有相同的标识，其中：

图1是传统PON架构下的ONU站间通信示意图；

图2是本发明所提供的支持ONU站间通信的PON系统架构示意图；

图3示出了根据本发明的实施方式的支持ONU站间通信--光发送部分的光网络单元结构示意图；

图4示出了根据本发明的实施方式的光发送装置结构示意图；

图5示出了根据本发明的实施方式的支持ONU站间通信--光接收部分的光网络单元结构示意图；

图6示出了ONU光发送装置在不同波长、时域位置所产生的频谱响应示意图；

图7示出了支持ONU站间通信的PON系统中波长、传输时隙分配示意图之一；

图8示出了支持ONU站间通信的PON系统中波长、传输时隙分配示意图之二。

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。需要说明的是，尽管本文中以特定顺序描述了本发明中有关方法的步骤，但是这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果，相反，本文中所描述的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

图2示出了根据本发明的实施方式的支持ONU站点通信的PON系统200的架构，系统200包括OLT210，一个或多个ONU220(如ONU1、ONU2、ONU3……、ONUi)，以及远程节点230。其中，OLT210的结构与常规使用的相同，这里不再赘述。ONU220使用根据本发明所设计的结构，可通过适当控制ONU发射和接收波长来实现与PON网络中其他ONU站的直接通信。

如图2中所示，当ONU1想要与PON系统内其他ONU站点直接通信时，ONU1以不同波长λu和λ_inter于不同时隙位置分别发送上行PON数据和ONU站间数据，其中λ_inter是ONU1用于与PON系统内其它ONU站间通信的波长。

在远程节点230处，1：n光分路/合路器将来自各个ONU的上行PON数据耦合到同一根光纤以传输到OLT，以及将来自OLT的下行PON数据λd分配到PON网络中所有ONU，光纤光栅具有反射信道，反射信道的波长与PON系统的ONU站间通信波长λ_inter对准，从而将来自ONU1的波长为λ_inter的ONU站间业务数据波长反射回到ONU1、ONU2、ONU3.....ONUn，而来自ONU1的波长为λu的上行PON业务数据波长将直接发送给OLT210。而在ONU2、ONU3.....ONUn处，来自ONU1的ONU站间数据波长λ_inter可通过适当方式被接收，从而实现PON网络系统下ONU站间的数据直接通信。

由于ONU站间通信通过光波发射、远程节点反射、ONU接收，相对于传统方法中将ONU站间业务发送到OLT以进行复杂的光-电-光转换和电子信号处理不同，ONU站间通信数据延迟性低，而且OLT的工作负载和功耗可以极大降低。

以下参考图3-图8来描述根据本发明的ONU和远程节点的结构及其工作原.理。

图3示出了根据本发明的实施方式的支持ONU站间通信的光网络单元结构示意图，它以图例2中所示的ONU1为例进行说明。

以下以发射机的角度来讲，ONU包括一个波分复用(WDM)装置301，以及一个光发送装置300，其中：

光发送装置300以一种时域波长交织方式生成ONU上行PON数据和ONU站间数据的光波波长λu，λ_inter。其中，上行PON数据是要由ONU发送给OLT(如图2中的OLT210)的数据，ONU站间数据是要由ONU1发送给其他ONU(例如图2中的ONU2或ONUn)的站间通信数据，所述上行PON数据和所述ONU站间数据分别被配置以不同光波波长、在不同时隙发送的，图例中，上行PON数据所对应的上行光波波长为λu，ONU站间数据所对应的上行光波波长为λ_inter

根据本发明所提供的一种实施方式，上行PON数据所对应的上行光波波长为λu，ONU站间数据所对应的上行光波波长为λ_inter可被配置在同一波长段，如此，在PON网络系统中其他ONU端可使用一个光环形器件即可将来自PON网络ONU1的ONU站间数据与本站ONU上行PON数据进行分离。

WDM装置301在上行方向将光发送装置300生成的上行PON数据和ONU站间数据的光波波长λu，λ_inter复用到光纤中。

图4进一步示出了根据本发明的实施方式的光发送装置结构示意图，该光发送装置可应用于PON网络系统中，它以时域波长交织方式生成多路数据调制的光波波长，多路数据被配置于不同光波波长、不同时隙发送，具体地，该光发送装置包括：反射增益介质401，用于对至少两路数据电信号进行数据调制，生成数据调制后的宽带光信号，光纤光栅阵列402，包括至少两个光纤光栅，对反射增益介质所产生的宽带光信号于不同反射波长位置进行波长反射，光开关404，同步于所述至少两路数据电信号、控制所述光纤光栅阵列中的光纤光栅选择，使所述至少两路数据分别配置于不同光波波长，光耦合单元403，耦合在反射增益介质和光纤光栅阵列之间以构成光反馈回路，同时输出对应的数据调制后的至少两路光波波长。

由于仅需要采用一个低成本的反射增益介质来产生多个激射波长，并对多路数据信号进行调制，而不需要在ONU配置多个昂贵的光发射机以单独产生不同的波长并进行数据调制，降低了ONU的成本。以下将结合图例2、3对该光发送装置于PON网络系统中应用在ONU站间通信应用场景进行进一步说明，其中，ONU1采用该光发送装置将两路上行数据信号---上行PON数据或ONU站间数据配置于不同光波波长、不同传输时隙发送。

反射增益介质401可以是一个反射式半导体放大器RSOA，它生成、放大自发辐射宽带光源，同时对ONU待发送的上行PON数据或ONU站间数据电信号以时分复用调制到光发射增益介质上，从而将其对应的电信号转换为宽带光信号。

与反射增益介质401相耦合的光纤光栅阵列402，它具有FBG1、FBG2两个光纤光栅，分别对RSOA转换后的光信号于不同发射波长位置λu、λ_inter进行波长反射，典型地，FBG1、FBG2既是对所述宽带光源进行谱分割的光学滤波器，又是将经谱分割后的信号反馈回RSOA的光学反馈装置，RSOA所产生的宽带光源会被锁定在FBG阵列的Bragg波长位置，从而在RSOA和FBG阵列之间形成反馈腔，进行自注入锁模。这样，只有波长在FBG阵列的反射光谱以内的波长的信号才能够在这个腔里形成振荡，从而最终形成功率稳定的具有上行PON数据光信号λu和ONU站间数据光信号λinter，图例6(a)、(c)分别示例了光纤光栅阵列在不同波长位置λu、λ_inter所产生的频谱响应示意图。

光开关404，同步于RSOA对上行PON数据、ONU站间数据的数据调制，它控制对光纤光栅阵列401中的光纤光栅选择，使所述上行PON数据、ONU站间数据分别配置于不同光波波长λu和λ_inter，例如：在RSOA对上行PON数据进行调制时，光开关404置于端口1选择FBG1；在RSOA对ONU站间数据进行调制时，光开关404置于端口2选择FBG2，图例6(b)、(d)分别示例了通过光开关选择，上行PON数据、ONU站间数据于不同时间分别配置于不同光波波长λu和λ_inter。

光耦合器403耦合在反射增益介质401与FBG阵列402之间，用于协助在反射增益介质与FBG阵列之间的光信号传输、同时并将FBG阵列所产生的输出反馈至反射增益介质，并最终通过一个端口2输出最终稳定的上行PON数据光信号λu、以及ONU站间数据光信号λ_inter。

以上仅仅示意了一个PON网络系统下所有ONU站间通信共享一个光波波长λ_inter通信的场景，值得说明的是，通过对PON网络下各ONU的光发送装置的波长合理配置、可进一步实现PON网络系统中多个ONU之间的群组内全光交互通信，例如：ONU1、ONU3、ONU6....之间共享一个站间通信光波波长λ_inter1，ONU2、ONU4、ONU8....之间共享另外一个站间通信光波波长λ_inter2....从而可大大提高系统内ONU站间传输容量。

图5示出了根据本发明的实施方式的支持ONU站间通信--光接收功能部分的光网络单元结构示意图，以下结合图例2中所示的ONU2....ONUn为例对ONU1发送的ONU站间数据光信号λ_inter的接收进行说明，它包括WDM装置301和光环回器303，其中：

WDM装置301在下行方向将位于不同波长带的下行PON数据λd和ONU站间数据λ_inter分别分离到端口1和2，由于下行PON数据信号和ONU站间数据信号占用不同的波长带(例如下行PON数据信号占用L+波长带，ONU站间数据信号占用C-波长带)，因此可以使用一个粗WDM滤波器来分离这两种信号。

光环形器件303，其位于WDM装置301和光发送装置300之间，用于将接收到的下行ONU站间数据λinter与要发送的上行PON数据和/或本ONU站间数据进行分离。具体而言，光发送装置300所产生的上行PON数据和/或本ONU站间数据从光环形器件303的端口1输入，经过光环形器件303之后，从其端口2输出、并发送到远程节点(如远程节点230)。而来自WDM装置301的ONU站间数据λ_inter从光环形器件303的端口2输入，经过光环行器303之后，从端口3输出到ONU站间数据光接收装置304。

图例中，由于来自ONU1站间数据与ONU2的上行PON数据分别配置于不同的波长，它们于时域上允许重叠，不会造成数据冲突，从而也提高了PON系统的带宽效率。

图7示出了支持ONU站间通信的PON系统中波长、传输时隙分配示意图之一；图例中，通过作用于ONU光发送装置的控制信号选通时间，ONU站间通信于指定传输时隙调制于光波波长λ_inter，这里，ONU站间通信的传输时隙被配置于OLT为两个ONU所分配的上行PON数据传输时隙(ONU的上行PON数据传输时隙选通受OLT的控制，图例中未示意出)之间。通常，为了避免两个ONU上行PON数据冲突，OLT在两个ONU的上行PON数据传输时隙之间需要配置一定的时间保护间隔，然而，本发明实施例中，由于ONU站间数据和上行PON数据分别配置于不同的波长，ONU站间数据的传输时隙可以占两个ONU的上行PON数据传输时隙之间的保护间隔，也不会引起上行PON数据冲突。图例中，在一个上行数据帧时间周期内，ONU1上行PON数据，ONU1站间数据，ONU2上行PON数据，ONU2站间数据.....被交替地配置。

图例8示出了支持ONU站间通信的PON系统中波长、传输时隙分配示意图之二；通过作用于ONU光发送装置的控制信号选通时间，ONU站间通信于指定传输时隙调制于光波波长λ_inter，通过合理配置作用于光开关上的控制信号的电平及时间窗，ONU1站间数据传输时隙与ONU2的上行PON数据传输时隙允许在时域上有重叠，由于ONU站间数据和上行PON数据分别配置于不同的波长，它不会造成上行PON数据数据冲突，同时也提高了ONU站间通信的数据带宽，且ONU站间数据的流量可予以动态调整。

本领域普通技术人员应当理解，结合本申请的实施例描述的各种示例性的逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现成电子硬件、计算机软件或二者的组合。为了清楚地表示硬件和软件之间的这种可互换性，上文对各种示例性的部件、块、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般性描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和施加在整个系统上的设计约束条件。本领域技术人员可以针对每种特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本发明的保护范围。

本公开的以上描述用于使本领域的任何普通技术人员能够实现或使用本发明。对于本领域普通技术人员来说，本公开的各种修改都是显而易见的，并且本文定义的一般性原理也可以在不脱离本发明的精神和保护范围的情况下应用于其它变形。因此，本发明并不限于本文所述的实例和设计，而是与本文公开的原理和新颖性特性的最广范围相一致。

Claims

1.一种在无源光网络(PON)系统中支持光网络单元(ONU)站间通信的光网络单元，包括：

光发送装置，用于以一种时域波长交织方式生成上行PON数据和ONU站间数据调制的光波波长，所述上行PON数据和ONU站间数据被配置于不同光波波长、不同时隙发送的。

2.如权利要求1所述的光网络单元，其特征在于所述上行PON数据和ONU站间数据的光波波长被配置在同一波长段。

3.如权利要求1所述的光网络单元，其特征在于所述光发送装置被配置为使用同一光源器件对ONU上行PON数据和ONU站间数据进行调制。

4.如权利要求1所述的光网络单元，其特征在于ONU站间数据传输被配置于PON网络系统中相邻两个ONU的上行PON数据传输时隙之间或与相邻ONU上行PON数据的传输时隙相重叠。

5.如权利要求1所述的光网络单元，其特征在于所述光发射器件包括反射增益介质、光纤光栅阵列、光耦合器、光开关，其中：

反射增益介质，用于对上行PON数据和ONU站间数据电信号进行数据调制、生成数据调制后的宽带光信号；

光纤光栅阵列，包括至少两个光纤光栅，对反射增益介质所产生的宽带光信号于不同反射波长位置进行波长反射；

光开关，同步于所述上行PON数据和ONU站间数据电信号、控制选择所述光纤光栅阵列中的光纤光栅，使所述上行PON数据和ONU站间数据分别配置于不同光波波长。

光耦合单元，耦合在反射增益介质和光纤光栅阵列之间以构成光反馈回路，同时输出上行PON数据光信号和ONU站间数据光信号。

6.如权利要求5所述的光网络单元，其特征在于所述反射增益介质为反射式半导体放大器(RSOA)。

7.如权利要求1所述的光网络单元，其进一步包括：

波分复用器，被配置为将接收到的下行PON数据与来自PON网络其它ONU的ONU站间数据进行波长分离，其中下行数据是指从光线路终端(OLT)接收的数据；

光环形器件，被配置为将来自PON网络其它ONU的ONU站间数据与本站ONU上行数据进行分离，其中，本站ONU上行数据包括本站ONU上行PON数据和本站ONU站间数据。

8.一种光发送装置，包括反射增益介质、光纤光栅阵列、光耦合器、光开关，其中：

反射增益介质，用于对至少两路数据电信号进行数据调制，生成数据调制后的宽带光信号；

光开关，同步于所述至少两路数据电信号、控制选择所述光纤光栅阵列中的光纤光栅，使所述至少两路数据分别配置于不同光波波长；

光耦合单元，耦合在反射增益介质和光纤光栅阵列之间以构成光反馈回路，同时输出对应的数据调制后的至少两路光波波长。

9.如权利要求8所述的光发送装置，其特征在于所述光纤光栅阵列中光纤光栅的反射波长被配置在同一波长段。