CN105553559A - 基于啁啾光栅的长距离无源光网络系统及色散补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于啁啾光栅的长距离无源光网络系统及色散补偿方法，该系统包括：通过ODN连接的OLT和ONU；OLT包括下行信号发射装置、上行信号接收装置、啁啾光栅、第一光环形器和光放大器；第一光环形器的1脚通过啁啾光栅与上行信号接收装置的发射端连接，第一光环形器的2脚连接下行信号发射装置的发射端，第一光环形器的3脚通过光放大器与ODN连接。本发明在OLT端接入了一啁啾光栅，通过啁啾光栅给予直调信号一个固定的负色散补偿量，不仅可补偿直调信号的啁啾，同时也补偿普通单模光纤的累积色散；又由于直调信号具有正啁啾特性，其对于色散的容忍范围更大，统筹管理两者，可实现高速信号的长距离传输。

Description

基于啁啾光栅的长距离无源光网络系统及色散补偿方法
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体涉及基于啁啾光栅的长距离无源光网络系统及色散补偿方法。
背景技术
随着我国经济的迅速发展，用户通信带宽需求的急速增长，在各种宽带接入技术中，无源光网络以其容量大、传输距离长、较低成本、全业务支持等优势成为热门技术。
光接入网较于传统的光传输网最大的特点是其成本更低，尤其在于光网络单元(ONU)，其普遍采用成本相对低廉的直调激光器；另外减少局端的数量，以便于管理与降低成本，这样单个光线路终端(OLT)的覆盖范围逐步增加；但由于直调激光器的正啁啾与光纤反常色散的同时产生，导致直调信号在传输过程中迅速恶化，所以色散补偿成为长距离无源光接入网的必备措施。目前的色散补偿方案主要有如下几种：
(1)采用啁啾管理激光器(CML)实现。
D.Mahgerefteh等人于2006年在OpticalFiberCommunicationConference(光纤通信大会，OFC)的会议上提出的(ChirpManagedLaser(CML):Acompacttransmitterfordispersiontolerant10Gbpsnetworkingapplications](啁啾管理激光器：一个紧凑的10Gbps信号发射机网络应用模块))。其提出的啁啾管理激光器可实现10Gbps无色散补偿传输100km。具体方案是在直调激光器后面添加一个合适的窄带滤波器，以滤除边带，从而压缩信号的频谱，提高信号传输距离；这种方案的缺点在于：直调激光器之后的整形滤波器成本相对较高，这不适合于成本敏感的无源光接入网。
(2)通过提高频谱利用率的方式实现。
N.Cheng等人于2013年在CommunicationsandPhotonicsConference(亚洲通信与光子学大会，ACP)提出“10Gb/sUpstreamTransmissioninTWDMPONUsingDuobinaryandPAM-4ModulationswithDirectlyModulatedTunableDBRLaser”(在TWDM-PON上行链路中，利用双二进制和四电平脉冲幅度调制格式信号调制直调激光器传输10Gbps信号)。该方案利用双二进制和四电平脉冲幅度调制格式传输10Gbps信号，成功实现20km信号的传输。这种方案的缺点在于：当信号传输到40km的时候，信号劣化特别严重。
有鉴于此，急需提供一种低成本、高性能的方式完成上行信号高质量、长距离的传输。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是使用简单、低成本的器件，实现10Gbps及以上高速上行信号达到40km及以上的高功率传输的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的基于啁啾光栅的长距离无源光网络系统，包括：通过ODN连接的OLT和ONU，所述OLT包括下行信号发射装置、上行信号接收装置、啁啾光栅、第一光环形器和光放大器；所述第一光环形器的1脚通过所述啁啾光栅与所述上行信号接收装置的发射端连接，所述第一光环形器的2脚连接所述下行信号发射装置的发射端，所述第一光环形器的3脚通过所述光放大器与所述ODN连接；
所述ODN包括分光器和连接到分光器上的单膜光纤，单膜光纤连接所述OLT,所述分光器连接所述ONU；
所述ONU包括第二光环形器、可调光滤波器、下行信号接收光装置与上行信号发射装置；所述第二光环形器的1脚与所述上行信号发射装置发射端连接，所述第二光环形器的2脚通过所述可调光滤波器与所述下行信号接收光装置输入端连接，所述第二光环形器的3脚与所述ONU连接；
上行信号发射装置将上行信号传入第二光环形器，然后反向进入分光器，再经单膜光纤传输进入OLT，上行直调信号经光放大器放大，传入第一光环形器，之后再经过啁啾光栅进入上行信号接收装置，完成上行信号传输。
上述方案中，所述下行信号发射装置为10Gbps啁啾管理激光器或DFB+MZM。
上述方案中，所述上行信号接收装置为10GAPD。
上述方案中，所述啁啾光栅的色散补偿量设置为补偿单膜光纤40km所累积的色散。
上述方案中，所述放大器是普通商用EDFA，其增益带宽为1510nm～1560nm，最大输出功率是23dBm，最大增益倍数是35dB。
上述方案中，所述可调光滤波器是商用光滤波器，其输出功率为3dBm，增益带宽为是1530nm～1610nm。
上述方案中，所述上行信号发射装置为直调DFB激光器，其中心波长为1543nm，最大输出功率是10dBm，脉冲信号产生器(PPG)发生的信号速率为10Gbps，所用的伪随机序列长度为2～31。
本发明还提供了基于啁啾光栅的长距离无源光网络系统色散补偿方法，包括以下步骤：
上行信号接收装置RX与光环形器WDM间接入了一个啁啾光栅，此啁啾光栅可产生固定的色散补偿量对接收到的信号进行补偿；
来自ONU的直调激光信号，即上行信号，经过单模光纤传输后，进入OLT中的啁啾光栅，不同波长的光在啁啾光栅中经过不同路径，从而产生不同的时延，实现对激光器啁啾和光纤色散的补偿，完成上行信号高质量的传输。
本发明在OLT端接入一啁啾光栅，通过啁啾光栅给予直调信号一个固定的负色散补偿量，不仅可补偿直调信号的啁啾，同时也补偿普通单模光纤的累积色散；从而完成上行信号高质量传输；又由于直调信号具有正啁啾特性，其对于色散的容忍范围更大，在实验中发现对于10Gbps信号其容忍限度大可达-200ps/nm～2450ps/nm，统筹管理两者，可实现高速信号的长距离传输。
附图说明
图1为本发明中基于啁啾光栅的长距离无源光网络系统框图；
图2为本发明中啁啾光栅光纤原理图；
图3为本发明中基于啁啾光栅的长距离无源光网络系统原理图；
图4为本发明中10Gbps上行信号不同距离传输时的眼图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明做出详细的说明。
如图1所示，为本发明色散啁啾补偿无源光网络系统框图，该系统由OLT(光线路终端)、ODN(光传输单元)与ONU(光网络单元)组成，通过ODN连接OLT和ONU，ODN中RN节点的器件可以是光功率分配器，也可是波长路由器，或者两者的组合。
该系统是在OLT的上行信号接收装置RX与光环形器WDM间接入了一个啁啾光栅，此啁啾光栅可产生固定的色散补偿量对接收到的信号进行补偿；其工作原理如图2所示，在普通光纤上用一定的技术刻出周期性变化的光栅，当光信号进入光栅后，波长为光栅周期两倍的光将被反射，不同波长的光在啁啾光栅中反射点的位置不同，因此入射光波长中的不同波长在光栅中经过不同路径，从而产生不同的时延以达到色散补偿的目的。
该系统中上行信号来自于ONU的直调激光信号，该直调光信号经过光纤传输后，进入OLT中的啁啾光栅，由于直调信号具有正啁啾，而且光信号经过G.652光纤传输产生反常色散，使得信号的色散累积进一步加大。在OLT的啁啾光栅产生一个大的固定色散，光信号经过啁啾光栅后，可实现对激光器啁啾和光纤色散的补偿，完成上行信号高质量的传输。又由于信号具有啁啾特性，其对于色散的容忍范围更大，在实验中发现对于10Gbps信号其容忍限度大可达-200ps/nm～2450ps/nm，统筹管理两者，可实现高速信号的长距离传输。
如图3所示，本发明提供的基于啁啾光栅的长距离无源光网络系统，包括OLT(光线路终端)101、ODN(光传输单元)102与ONU(光网络单元)103，OLT101通过ODN102与ONU103网络连接。
OLT101包括下行信号发射装置1、上行信号接收装置2、啁啾光栅3、第一光环形器4和光放大器5；第一光环形器4的1脚通过啁啾光栅3与上行信号接收装置2的发射端连接，第一光环形器4的2脚连接下行信号发射装置1的发射端，第一光环形器4的3脚通过光放大器5与ODN102连接。
上述的下行信号发射装置1可以为10Gbps的啁啾管理激光器(CML)，也可以是DFB+MZM。
上述上行信号接收装置2是10GAPD。
上述啁啾光栅其色散补偿量可以补偿单膜光纤(G.652)40km所累积的色散，相当于-680ps/nm。
上述光放大器5是普通商用EDFA，增益带宽为1510nm～1560nm，最大输出功率是23dBm，最大增益倍数是35dB，用于提高下行信号注入光纤的功率，并提高上行信号接收灵敏度。
ODN102包括普通的单膜光纤(G.652)6与分光器(Splitter)7连接；
ONU103包括第二光环形器8、可调光滤波器9、下行信号接收光装置10和上行信号发射装置11；
ODN102的一端通过单膜光纤6连接OLT101,另一端通过分光器7与ONU103中第二光环形器8的3脚连接，第二光环形器8的1脚与上行信号发射装置11发射端连接，第二光环形器8的2脚通过可调光滤波器9与下行信号接收光装置10输入端连接。
分光器7主要是将下行数据信号发给与之相连的各个ONU，同时不同的ONU的不同波长的上行数据通过分光器7进行耦合，耦合后的上行数据通过单膜光纤6上传到OLT101进行处理。
上述的单膜光纤6是普通商用单膜光纤。
上述的分光器7是普通商用分光器。
上述的可调光滤波器是9是商用可调光滤波器，输出功率为3dBm，增益带宽为是1530nm～1610nm。
上述的下行信号光接收装置10是10GPIN。
上述的上行信号发射装置11是调制直调激光器，中心波长是1543nm，最大输出功率是10dBm，脉冲信号产生器(PPG)发生的信号速率为10Gbps，所用的伪随机序列(PRBS)长度为2^31。
下面具体介绍本实施例系统的工作原理，由于实施例关注的是上行色散啁啾管理，下行暂不具体详解。
首先下行信号发射装置1发出下行信号，通过第一光环形器4进入光放大器5，信号经放大之后进入单膜光纤6，然后进入分光器7，分光器7将下行信号分给不同的ONU103，进入ONU103的下行信号经第二光环形器8进入可调滤波器9，选出所需的波长信号，将之传递给下行信号接收装置10，完成下行信号传输；上行信号发射装置11将上行信号传入第二光环形器8，即将直调信号传入第二光环形器8，然后反向进入分光器7，分光器7实现上行信号的合并且耦合后，经单膜光纤6传输进入OLT101，上行直调信号经光放大器5放大，传入第一光环形器4，再经啁啾光栅3，此时啁啾光栅3给予信号一个固定的负色散补偿量，不仅可补偿直调信号的啁啾，同时也补偿普通单模光纤的累积色散，最后信号由上行信号接收装置2接收，完成上行信号传输。
本发明还提供了基于啁啾光栅的长距离无源光网络系统色散补偿方法，包括以下步骤：
上行信号接收装置2与第一光环形4(WDM)间接入了一个啁啾光栅，此啁啾光栅可产生固定的色散补偿量对接收到的信号进行补偿；
来自ONU的直调激光信号，即上行信号，经过单模光纤传输后，进入OLT中的啁啾光栅，不同波长的光在啁啾光栅中经过不同路径，从而产生不同的时延，实现对激光器啁啾和光纤色散的补偿，完成上行信号高质量的传输。
本色散补偿方法的依据思想是：
充分利用直调信号的正啁啾与单膜光纤6光纤色散的特性，统筹管理两者，实现0～40km全范围覆盖色散补偿。具体的讲，调制直调激光器发出的信号本身具有很大的正啁啾特性(脉冲上升沿即前沿的频率比下降沿即后沿的频率高)，而普通单模光纤是反常色散光纤(即色散系数D大于零，也就是说在单膜光纤中，信号的高频成分传输的比信号的低频成分快)，因此直调信号在普通单模光纤中传输的时候，脉冲前沿比脉冲后沿跑的快，这导致信号脉冲在传输过程中迅速展宽；而如果在正常色散光纤(即色散系数D小于零，也就是说信号在正常色散光纤中传输，信号的高频成分传输的比信号的低频成分慢)，则信号脉冲前沿跑得比信号脉冲后沿跑的慢，信号脉冲先被压缩然后再被展宽，这就导致了信号的质量在传输的过程中，先变好，然后再变差。
因此在接收端(OLT)判决之前通过啁啾光栅给予信号一个大的负色散补偿量，不仅可补偿直调信号的啁啾，同时也补偿单模光纤6的色散累积；其效果相当于，直调信号在正常色散光纤中传输，即信号质量先变好，再变差；由于在光接入网中，对于近端的用户，需求的功率预算相对较低；而远端的用户需求大的功率预算以补偿光纤衰减；从而可以将信号质量最好的点通过一定的优化，放置在40km处，从而实现0～40km全范围无缝覆盖，而且信号功率预算随传输距离逐渐增加，进而实现最大的功率预算值。
如图4所示为上行信号在不同的传输距离情况下的眼图，可以看的出来随着传输距离的增加，信号的质量逐渐提高，从本实施例的具体实施效果中可以明显看出，基于啁啾光栅的直调信号啁啾与光纤色散的统筹管理方案能够较好的实现信号的0～40km全范围高功率预算传输。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于啁啾光栅的长距离无源光网络系统，包括：通过ODN连接的OLT和ONU，其特征在于：
所述OLT包括下行信号发射装置、上行信号接收装置、啁啾光栅、第一光环形器和光放大器；所述第一光环形器的1脚通过所述啁啾光栅与所述上行信号接收装置的发射端连接，所述第一光环形器的2脚连接所述下行信号发射装置的发射端，所述第一光环形器的3脚通过所述光放大器与所述ODN连接；
所述ODN包括分光器和连接到分光器上的单膜光纤，单膜光纤连接所述OLT,所述分光器连接所述ONU；
所述ONU包括第二光环形器、可调光滤波器、下行信号接收光装置与上行信号发射装置；所述第二光环形器的1脚与所述上行信号发射装置发射端连接，所述第二光环形器的2脚通过所述可调光滤波器与所述下行信号接收光装置输入端连接，所述第二光环形器的3脚与所述ONU连接；
上行信号发射装置将上行信号传入第二光环形器，然后反向进入分光器，再经单膜光纤传输进入OLT，上行直调信号经光放大器放大，传入第一光环形器，之后再经过啁啾光栅进入上行信号接收装置，完成上行信号传输。
2.如权利要求1所述的基于啁啾光栅的长距离无源光网络系统，其特征在于，所述下行信号发射装置为10Gbps啁啾管理激光器或DFB+MZM。
3.如权利要求1所述的基于啁啾光栅的长距离无源光网络系统，其特征在于，所述上行信号接收装置为10GAPD。
4.如权利要求1所述的基于啁啾光栅的长距离无源光网络系统，其特征在于，所述啁啾光栅的色散补偿量设置为补偿单膜光纤40km所累积的色散。
5.如权利要求1所述的基于啁啾光栅的长距离无源光网络系统，其特征在于，所述放大器是普通商用EDFA，其增益带宽为1510nm～1560nm，最大输出功率是23dBm，最大增益倍数是35dB。
6.如权利要求1所述的基于啁啾光栅的长距离无源光网络系统，其特征在于，所述可调光滤波器是商用光滤波器，其输出功率为3dBm，增益带宽为是1530nm～1610nm。
7.如权利要求1所述的基于啁啾光栅的长距离无源光网络系统，其特征在于，所述上行信号发射装置为直调DFB激光器，其中心波长为1543nm，最大输出功率是10dBm，脉冲信号产生器(PPG)发生的信号速率为10Gbps，所用的伪随机序列长度为2～31。
8.基于啁啾光栅的长距离无源光网络系统色散补偿方法，其特征在于包括以下步骤：
上行信号接收装置RX与光环形器WDM间接入了一个啁啾光栅，此啁啾光栅可产生固定的色散补偿量对接收到的信号进行补偿；
来自ONU的直调激光信号，经过单模光纤传输后，进入OLT中的啁啾光栅，不同波长的光在啁啾光栅中经过不同路径，产生不同的时延，实现对激光器啁啾和光纤色散的补偿，完成上行信号高质量的传输。
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