CN107493149B - 基于全网波长同步的超密集波分复用无源光网络 - Google Patents

基于全网波长同步的超密集波分复用无源光网络 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于全网波长同步的超密集波分复用无源光网络，包括光线路终端和光网络结点；光线路终端包括基准波长产生、下行数据传输和上行数据传输单元、第一用户端和光环形器；光网络结点包括包括5个光耦合器、三个第三光环形器、两个第三分布反馈式激光器、一个鉴相电路、第一光电探测器、第二光电探测器、第二用户端和一个用户识别码检测；采用全网波长同步方式，用密集的波长区分信道，从而避免了复杂、高功耗的交换，为最终用户提供绿色、高效、高速的宽带接入服务。利用非线性介质将锁模激光器产生的梳状谱进行非线性谱展宽，实现超连续谱的产生。保证了波长基准的质量和带宽，实现在很小波长间隔下用户信号能够有很高的区分度。

Description

基于全网波长同步的超密集波分复用无源光网络
技术领域
本发明涉及一种超密集波分复用无源光网络(UDWDM-PON)，尤其涉及一种全网波长同步的UDWDM-PON技术。
背景技术
数据量和网络规模的飞速增长，对大规模、高性能、低能耗的接入网技术提出了迫切的要求，使其成为通信领域中的一个研究热点。超密集波分复用无源光网络(UDWDM-PON)由于其在实现大规模接入网所具有的优势而备受关注。考虑到我国的具体国情，大规模接入网技术的研究对我国国民经济和科学技术的发展有着更为重要的意义。
现在的接入网基本是建立在时分复用为基础的共享信道的广播式的网络基础上的，主要有TDM-PON技术和DWDM-PON或者二者的混合。可以看出，TDM-PON方案的特点是不同的用户占有不同的时隙。通过时隙分配的方式(固定的或动态的)分配系统的带宽。但此技术应用于大规模接入网在技术上有很大的困难。如：有效带宽低、系统成本高、能耗大等问题。相对于TDM-PON的方案，DWDM-PON在很大程度上避免了TDM的缺点：每个用户有独立的信道，可以保证接收机速率和有效带宽的完美匹配；理论上，每个用户的有效带宽与用户数量无直接关系。但是传统的DWDM-PON由于波长数目受到限制，仍然难于直接用于大规模的接入网，同时成本也比较高。在目前多与TDM-PON混合使用，作为接入网的一种扩展。
要想充分发挥DWDM技术的优势，必须在现有DWDM技术的基础上，进一步增加波长数目，减小信道间隔。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于全网波长同步的超密集波分复用无源光网络，采用全网波长同步方式，用密集的波长区分信道，从而避免了复杂、高功耗的交换，为最终用户提供绿色、高效、高速的宽带接入服务。利用非线性介质将锁模激光器产生的梳状谱进行非线性谱展宽，实现超连续谱的产生。保证了波长基准的质量和带宽，实现在很小波长间隔下用户信号能够有很高的区分度。
本发明提出的基于全网波长同步的超密集波分复用无源光网络，包括光线路终端以及光网络结点；所述光线路终端包括基准波长产生单元、下行数据传输单元和上行数据传输单元、一个第一用户端和一个光环形器；所述基准波长产生单元包括一个锁模激光器和一段高非线性光纤；所述锁模激光器连接有一个微波源；所述锁模激光器是重复频率为2.5GHz的半导体锁模激光器；所述下行数据传输单元包括第一波分复用、第二波分复用、第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器、2k-1个第一分布反馈式激光器、2k-1个第一光环形器、k个电光调制器；所述上行数据传输单元包括第三波分复用、k个第二分布反馈式激光器、k个第二光环形器、k个光电二极管；所述锁模激光器通过所述高非线性光纤连接至所述第一波分复用；所述光环形器连接在所述第二波分复用、第一用户端和第三波分复用之间；所述光线路终端中，重复频率为2.5GHz的半导体锁模激光器产生窄脉冲，经过所述高非线性光纤，宽带梳状谱通过2k-1个第一光环行器注入到2k-1个第一分布式反馈式激光器；所述2k-1个第一分布式反馈式激光器输出的光载波分成两组，一组通过k个电光调制器调制后将要发射的基带信号调制在光载波上，另一组则不进行调制直接用于作为用户波长的波长基准；上述调制和不调制的光载波信号在波长上交错分布，最后汇成一个完整的用户数据进入光纤传输到第一用户端；k个第二分布反馈式激光器和与其相配合的k个第二光环形器实现有源滤波；所述光网络结点包括包括5个光耦合器、三个第三光环形器、两个第三分布反馈式激光器、一个鉴相电路、第一光电探测器、第二光电探测器、第二用户端和一个用户识别码检测；通信的建立阶段，所述两个第三分布反馈式激光器工作于波长扫描状态，当检测到正确的用户识别码时，其中一个第三分布反馈式激光器转入波长锁定与跟踪模式，一旦检测到错误的用户识别码，所述两个第三分布反馈式激光器再次进入波长扫描状态；自注入锁定同样可以保证其中一个第三分布反馈式激光器产生的上行用户数据波长将自动跟踪波长基准的波动，以克服工作环境参数对波长的影响，从而实现全网的波长同步。
附图说明
图1是本发明中OLT的实现方案示意图；
图2是本发明中ONU实现方案示意图。
1-微波源 2-半导体锁模激光器 3-高非线性光纤
4-鉴相电路 41-第一波分复用 42-第二波分复用
43-第三波分复用 51-第一光耦合器 52-第二光耦合器
53-第三光耦合器 501-第一光电探测器 502-第二光电探测器
6-第一分布反馈式激光器 7-第一光环形器 8-电光调制器
9-光环形器 10-第一用户端 11-第二分布反馈式激光器
12-第二光环形器 13-光电二极管 141-基准波长产生单元
142-下行数据传输单元 143-上行数据传输单元 16-第二用户端
17-用户识别码检测
101、102、103、104、105-光耦合器
201、202、203-第三光环形器
301、302-第三分布反馈式激光器
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
本发明基于全网波长同步的超密集波分复用无源光网络，包括光线路终端以及光网络结点。
如图1所示，所述光线路终端包括基准波长产生单元141、下行数据传输单元142和上行数据传输单元143、一个第一用户端10和一个光环形器9；所述基准波长产生单元141包括一个锁模激光器和一段高非线性光纤3；所述锁模激光器连接有一个微波源1；所述锁模激光器2是重复频率为2.5GHz的半导体锁模激光器2；所述下行数据传输单元142包括第一波分复用41、第二波分复用42、第一光耦合器51、第二光耦合器52、2k-1个第一分布反馈式激光器6、2k-1个第一光环形器7、k个电光调制器8；所述上行数据传输单元143包括第三波分复用43、第三光耦合器53、k个第二分布反馈式激光器11、k个第二光环形器12、k个光电二极管13；所述锁模激光器通过所述高非线性光纤3连接至所述第一波分复用41；所述光环形器9连接在所述第二波分复用42、第一用户端10和第三波分复用43之间。所述光线路终端中，重复频率为2.5GHz的半导体锁模激光器2产生窄脉冲，经过所述高非线性光纤3，宽带梳状谱通过2k-1个第一光环行器7注入到2k-1个第一分布式反馈式激光器6；所述2k-1个第一分布式反馈式激光器6输出的光载波分成两组，一组通过k个电光调制器8调制后将要发射的基带信号调制在光载波上，另一组则不进行调制直接用于作为用户波长的波长基准；上述调制和不调制的光载波信号在波长上交错分布，最后汇成一个完整的用户数据进入光纤传输到第一用户端10；k个第二分布反馈式激光器11和与其相配合的k个第二光环形器12实现有源滤波。
如图2所示，所述光网络结点包括包括5个光耦合器101、102、103、104、105、三个第三光环形器201、202、203、两个第三分布反馈式激光器301、302、一个鉴相电路4、第一光电探测器501、第二光电探测器502、第二用户端16和一个用户识别码检测17。通信的建立阶段，所述两个第三分布反馈式激光器301、302工作于波长扫描状态，当检测到正确的用户识别码时，其中一个第三分布反馈式激光器301转入波长锁定与跟踪模式，一旦检测到错误的用户识别码，所述两个第三分布反馈式激光器301、302再次进入波长扫描状态；自注入锁定同样可以保证其中一个第三分布反馈式激光器301产生的上行用户数据波长将自动跟踪波长基准的波动，以克服工作环境参数对波长的影响，从而实现全网的波长同步。
本发明基于全网波长同步的超密集波分复用无源光网络的工作过程是：
首先是宽带梳状谱的产生：通过一个重复频率为2.5GHz的半导体锁模激光器2产生窄脉冲。将半导体锁模激光器2产生的窄脉冲送入高非线性光纤3。宽带梳状谱经过光功分器分别通过第一光环形器7或从激光器芯片的另一端注入的方法注入到多个分布式反馈式激光器6。激光器阵列输出的光载波分成两组，一组通过电光调制器81-8k将要发射的基带信号调制在光载波上，另一组不经过调制。调制和不调制的光载波信号在波长上交错分布，最后汇成一个完整的用户数据进入光纤传输。
有源滤波器的实现基于注入锁定的第二分布反馈式激光器11。通过合理设计器件参数和工作参数，可以构建出理想特性的有源滤波器，实现上行用户数据的接收和解调。图2 所示为光网络结点结构。在ONU端，在通信的建立阶段，两个第三分布反馈式激光器激光器301、302工作于波长扫描状态，锁定不同波长的用户数据，进行用户识别码检测，当检测到正确的用户识别码时，其中一个第三分布反馈式激光器302转入波长锁定与跟踪模式，工作参数不再变化，一旦检测到错误的用户识别码，该第三分布反馈式激光器302再次进入波长扫描状态。另外一个第三分布反馈式激光器301进入波长扫描状态，并比较锁定波长与下行用户数据波长的频差，直到频差为2.5GHz。由于在波长分配方案中，同一个用户的上行数据波长和下行数据波长总是相邻的。因此，此时，该第三分布反馈式激光器301即可进入跟踪状态，并克服工作环境参数等对波长的影响，真正实现全网的波长同步。
本发明采用全网波长同步方式，用密集的波长区分信道，从而避免了复杂、高功耗的交换，为最终用户提供绿色、高效、高速的宽带接入服务。利用非线性介质将锁模激光器产生的梳状谱进行非线性谱展宽，实现超连续谱的产生。保证了波长基准的质量和带宽，实现在很小波长间隔下用户信号能够有很高的区分度。采用注入锁定激光器实现基准波长的选择跟踪和锁定，使用户上行信号的波长与波长基准一致，保证微小波长间隔条件下全网波长的稳定性。
本发明整体结构采用两级架构，将整个波段的频率资源按照一定的波长间隔划为波长簇，第一级网络可以采用环形网或者星型网结构，用现有的ITU标准波分复用器件实现波长簇之间的复用和解复用、分路和插路。第二级网络采用星型网或树形网结构，用功分器实现波长的分配，整个波长簇对小区内所有用户广播，用户通过有源滤波选择属于自己的波长。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (1)

1.一种基于全网波长同步的超密集波分复用无源光网络，其特征在于：包括光线路终端以及光网络结点；
所述光线路终端包括基准波长产生单元(141)、下行数据传输单元(142)和上行数据传输单元(143)、一个第一用户端(10)和一个光环形器(9)；
所述基准波长产生单元(141)包括一个锁模激光器和一段高非线性光纤(3)；所述锁模激光器连接有一个微波源(1)；所述锁模激光器是重复频率为2.5GHz的半导体锁模激光器(2)；
所述下行数据传输单元(142)包括第一波分复用(41)、第二波分复用(42)、第一光耦合器(51)、第二光耦合器(52)、2k-1个第一分布反馈式激光器(6)、2k-1个第一光环形器(7)、k个电光调制器(8)；
所述上行数据传输单元(143)包括第三波分复用(43)、第三光耦合器(53)、k个第二分布反馈式激光器(11)、k个第二光环形器(12)、k个光电二极管(13)；
所述锁模激光器(2)通过所述高非线性光纤(3)连接至所述第一波分复用(41)；所述光环形器(9)连接在所述第二波分复用(42)、第一用户端(10)和第三波分复用(43)之间；
所述光线路终端中，重复频率为2.5GHz的半导体锁模激光器(2)产生窄脉冲，经过所述高非线性光纤(3)，宽带梳状谱通过2k-1个第一光环行器(7)注入到2k-1个第一分布式反馈式激光器(6)；所述2k-1个第一分布式反馈式激光器(6)输出的光载波分成两组，一组通过k个电光调制器(8)调制后将要发射的基带信号调制在光载波上，另一组则不进行调制直接用于作为用户波长的波长基准；上述调制和不调制的光载波信号在波长上交错分布，最后汇成一个完整的用户数据进入光纤传输到第一用户端(10)；k个第二分布反馈式激光器(11)和与其相配合的k个第二光环形器(12)实现有源滤波；
所述光网络结点包括包括5个光耦合器(101、102、103、104、105)、三个第三光环形器(201、202、203)、两个第三分布反馈式激光器(301、302)、一个鉴相电路(4)、第一光电探测器(501)、第二光电探测器(502)、第二用户端(16)和一个用户识别码检测(17)；
通信的建立阶段，所述两个第三分布反馈式激光器(301、302)工作于波长扫描状态，当检测到正确的用户识别码时，其中一个第三分布反馈式激光器(301)转入波长锁定与跟踪模式，一旦检测到错误的用户识别码，所述两个第三分布反馈式激光器(301、302)再次进入波长扫描状态；自注入锁定同样可以保证其中一个第三分布反馈式激光器产生的上行用户数据波长自动跟踪波长基准的波动，以克服工作环境参数对波长的影响，从而实现全网的波长同步。
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