CN1075298C - 光学网络及其操作方法 - Google Patents

Abstract

用于PON的选通光放大器(5)包括用于接收待放大的光信号的输入端、用于输出放大后的光信号的输出端、用于放大输入到其中的光信号的光放大器器件(11)、检测器(16)、及用于在检测器检测到存在预定强度的光信号时允许放大的光信号离开输出端的光开关(14)。

Description

光学网络及其操作方法

本发明涉及光学网络部件，更具体地涉及包含一个或多个这种部件的光学网络。

当前在英国，电信网包含基本上完全用光纤构成的干线网，及基本上完全由铜线对构成的局域接入网。将来，高度希望有一直到达客户的房屋的具有一切可预见的服务要求容量的固定的、弹性的、透明的电信基础结构。达到这一点的一种方法是为整个接入布局建立一个全面管理的光纤网。最好，这一布局应包括无源光学网(PON)，它们包含单一模式的光纤及无带宽限制的有源电子元件。

在PON，从头端(交换机)馈出单根光纤，并通过在接线盒或分配点(DP)上的无源分光器散出到光学网络单元(ONU)。ONU可以在客户房屋中，或者在街上服务于若干客户。采用分光器能够共用馈线光纤及基于交换机的光导线终端(OLT)设备，从而给予PON成本上的效益。当前PON的单一展开是较佳的选择，这便是说提供了分开的上游及下游PON，从而各客户有两根光纤。下游PON(即由头端发送供客户接收的通信量的PON)采用无源分光器来馈入ONU。类似地，上游PON(即客户向头端传输通信量的PON)采用无源光组合器来组合客户通信量供头端接收。实际上，分光器与光组合器结构上完全相同。虽然由于每一环路需要两根光纤而单工工作增加了基础结构的复杂性，但它从低光学介入损耗(由于不存在双工耦合器)、及低返回损失中得益，由于这种系统对于带有分开的发送与接收路径的低于25dBm的反射是不敏感的。通常，PON具有四路分裂后面跟着八路分裂，因此一根单一的头端光纤能服务于多达32个客户。

在已知的配置TPON(无源光学网络上的电话)中，头端台广播时分多路复用(TDM)帧给网络上所有终端。传输的帧中既包括通信量数据也包括控制数据。各终端识别与响应广播帧中的数据的适当寻址部分，而忽略帧的其余部分。在上游方向上，各终端在预定的时隙中传输数据，而来自不同终端的数据则在头端组合到预定格式的时分多址联接(TDMA)帧中。

本申请人已研制出供在采用TDMA操作的PON中使用的位传送系统(BTS)。该BTS描述在我们的欧洲专利说明书318331、318332、318333与318335中。

最近，PON原理已扩展到构成称作Super PON(超级PON)的概念，其中采用了高功率光放大器以便构成非常大与高的分裂PON。例如，采用光放大器(诸如光纤放大器)，允许在高达200公里的距离上将多达3500个客户连接在单一的头端台上。

不幸的是迄今为止，光放大器只用在下游Super PON上，由于在上游Super PON上使用放大器会导致来自放大器的放大的受激发射(ASE)的噪光问题。

一种用于广播电视信号同时用于提供双向声音与数据通信的光学通信网络的一个示例公开在欧洲专利申请0499065中。在上游与下游方向上都设置了光放大器。

一种具有一个或多个选通光放大器的光纤远程通信线路公开在欧洲专利申请0506163中。如果选通光放大器的输入低于预定的阈值，则它们进行操作基本上不产生输出。以这一方式，在放大器上游的断裂线路上，放大器基本上不产生输出而导致链路关闭，并借此防止从断裂光纤逸出的光伤害维修人员。

按照本发明的第一方面，提供了光学网络部件，包括：

一个组合器；

多条光纤，用于将组合器连接到其下游的网络部件上；

一条光纤，用于将组合器连接到其上游的网络部件上；以及其特征在于所述多条光纤具有位于其中的各自的选通放大器，各光放大器有选择地操作来放大正在上游方向发送的信号以便在接收需要的输入信号时提供放大的输出信号，否则基本上不提供输出信号。

应当理解，组合器与放大器可集成到单一的制品中，也可位于诸如互相不同的建筑物中。‘部件’一词旨在包含这两种可能性。

在本发明的某些实施例中，选通光放大器包括：

一个输入端，用于接收要放大的光信号；

一个输出端，用于输出经放大的光信号；

一个光放大器器件，用于放大输入到其中的光信号；

一个检测器；以及

一个光开关，用于在检测器检测到存在超过预定幅度的光信号时，允许放大后的光信号离开输出端。

有利地，该光放大器器件与光开关可以沿从输入端到输出端的光纤配置。光开关可位于光放大器器件的输出侧上。

最好该放大器还包括一个光抽头，用于在光信号从输入端通过到输出端期间抽出一部分光信号，并将抽出部分输入到检测器中。光抽头可位于光放大器器件的输入端侧，在光放大器器件与光开关之间，或沿光放大器器件的中途。

放大器还可包括位于光放大器器件的输出端侧的延时装置。该延时装置最好包括一个可调节的电延时装置。

有利地，光抽头可以是光纤熔接耦合器，并将大约10％的所述光信号抽取给检测器及将所述光信号的未抽取部分传递给光开关。

光放大器器件可以是光纤放大器或半导体激光放大器(SLA)。如果光放大器器件为SLA，则该SLA也可构成光开关。否则，该光开关可以是电吸附调制器(EAM)或类似类型的光开关。

作为替代，该光开关为非线性光开关，将其开关阈值设定为允许放大的光信号通过其中，该非线性光开关同时构成检测器。该非线性光开关最好是诸如多量子阱(MQW)器件或非线性光纤环路镜等饱和吸收器。

按照本发明的第二方面，提供了包括根据本发明的第一方面的一个或多个部件的光学网络。

由于各选通放大器是只在需要它放大正沿其相关光纤在上游传输的信号时才接通的，及在PON上的上游传输通常是使得客户终端在预定的时隙中传输数据，来自不同客户终端的数据是在头端台上组合进预定格式的TDM帧中的，在任何给定的时间上，只要求一个放大器放大来自其下游客户终端之一的信号。结果这一上游PON不会遭受从来自放大器的ASE的叠加导致的噪音问题。

有利地，可将多条光纤中各条通过各自的另一条光纤连接在另一个无源光学组合器上。在较大的网络中，各自的另一条光纤中的每一条连接到又另一光学组合器上，各光学组合器连接在多个客户终端上。

按照本发明的第三方面，提供了操作光学远程通信网的方法，包括下述步骤：

将各自的光纤携带的多个光输入组合进单一光纤携带的单一光输出中；以及

其特征在于下述步骤：

在任何一个时刻，只是有选择地放大在其中检测到所要求的信号的光输入。

下面参照附图以示例方式描述本发明的特定实施例，附图中：

图1为Super PON的一部分的示意图；以及

图2-6为按照本发明构成的、供在图1的Super PON中使用的各种选通放大器的示意图。

参见图，图1示出上游Super PON的头端台1，该头端台用光纤3连接在组合器2上。组合器2由四条光纤4馈入(只完全示出了其中两条)，各光纤经由另外的组合器(未示出)引导到144个客户ONU(未示出)。在各光纤4上设有各自的选通放大器5。

只在需要各选通放大器5放大正沿其相关的光纤4在上游传输的信号时才将其接通。由于Super PON上的上游传输是使各ONU在预定的时隙中传输数据，并且来自不同的ONU的数据是在头端台1上组合进预定格式的TDM帧中的，在任何给定的时间只要求放大器5中之一放大来自其下游ONU之一的信号。结果，上述上游Super PON并不遭受从来自放大器的ASE的叠加导致的噪音问题。

图2示出选通放大器5的第一种形式，该选通放大器包括一个光放大器11，它在输入端12上接收沿相关光纤4的上游传输。光放大器11的输出引导到光抽头13上，后者的输出通过延时件15馈送到光开关14。光开关14受阈值检测器16控制，后者接收来自光抽头13的抽出的光信号。

光放大器11为掺杂饵的光纤放大器，并且光开关14为电吸附调制器(EAM)。光抽头13为90/10熔接光纤耦合器，配置成使90％的信号输出到光开关14及10％到检测器16。延时件15包括一条电缆来提供粗略地预定的延时及一个电路来提供外加的可精调的延时。作为替代，延时件可包括一定长度的光纤。阈值检测器16为PINFET(脉冲间隔调制场效应晶体管)接收器。

在使用中，沿光纤4向上游传输的信号受到光放大器11的放大。10％放大的信号被光抽头13抽出到阈值检测器16，其余90％放大的信号通过延时件15传递给光开关14。阈值检测器16在它检测到阈值强度以上的输入信号时便生成一个输出来接通光开关14。将这一强度选定为只在光纤4携带上游信号时才选通开关14，从而响应光纤携带并由放大器11放大的噪音，开关并不接通。构成延时件15的光纤长度选择为令光信号的主要部分到达开关14与来自检测器16的选通信号同步。通常延时光纤15的长度为数米的数量级。此外，精密或粗略延时调节装置可存在于光抽头13与开关14之间的控制路径中。

当然，一旦传递了相关光纤4携带的上游信号之后，必须断开开关14，否则放大器11会保持活跃，这可能导致在头端台1中由噪声的放大引发的问题。数据传输结束时光开关14的断开可通过采用单稳态或通过计数位周期或通过查看独特的数据转变或序列来指示数据的结束而定时。例如，可将单稳态设定在取决于正在传输的数据的分组长度的固定的延时上。当正在传输ATM单元时，可将单稳态设置成传递长度为424位的信号(即一个ATM单元中的位数8×53)。可用外部电容与电阻将单稳态的周期调谐成给出等价于数据脉冲串的长度的时间周期。然而，电容与电阻值对于定义精确的周期不够精确。因此，需要一个空周期来保证不会切短数据脉冲串。此外，也可使用计数器，将该计数器设定在一个数据脉冲串中的位数上(对于ATM单元为424)。可使计数器在数据速率上计时(或用一个自激时钟)，并在检测到数据脉冲串开始时起动。在计数器倒计数到零之后，它将被重新设定并关断光开关14。这一方法允许精确地选通开关14。另一种替代方法是在客户传输中放置一个标志(诸如在每一次传输结束处的16个0)来指示该传输的结束。

显而易见可用多种方法修改上述选通放大器，例如，可用半导体激光放大器(SLA)来代替掺杂饵的光纤放大器11，并且可用Mach Zehnder器件、铌酸锂开关或满足系统要求的任何其它光开关来替代构成开关14的电吸附调制器。

图3示出图2的选通放大器的部件的修改的配置。由于图3的选通放大器基本上采用与图2的放大器相同的部件，相同的参照数字将用于相同的部件，并且只详细描述修改部分。从而，图3实施例的光抽头13位于光放大器11的输入端上。除了抽头放大器11的输入端上的输入光信号之外，图3的选通放大器的操作方式与图2的完全相同。类似地，可以用修改图2的部件的类似方式对图3的部件进行修改。

图4示出图2的放大器的进一步修改，并且再一次将相同的参照数字用于相同的部件。这一实施例与图2的实施例之间的唯一差别在于光抽头13是位于沿光放大器11的中途的。这里再一次，与两个前面的实施例相同的部件修改选择也同样适用。

在图5的修改中，将光抽头13与延时件15放置在光放大器11的输入端上。光放大器11最好是SLA，它既能作为开关又能作为放大器工作。在这一情况中，独立的光开关没有必要，而用检测器16的输出来控制放大器11的操作。在本实施例中，采用SLA是有好处的，因为它操作得比光纤放大器更快。然而，在开关速度不是关键的应用中，有可能采用光纤放大器，在这种情况中将利用检测器的输出来控制光纤放大器的激励激光器。这里又一次对前面的实施例的部件修改的类似选择也适用。图6示出对图5的实施例的进一步修改。这里也因为光放大器11既作为开关又作为放大器工作，但引导到检测器16的光抽头13是从沿放大器的中途取出的。如图5中的实施例，放大器11最好是SLA，但也可能使用光纤放大器。

在另一实施例中(未示出)，可以利用非线性光开关来完成光开关14与阈值检测器16的功能。例如，非线性光纤环路镜可位于光放大器11的输出端上。该环路镜可具有不对称的耦合与简单的光纤环，或具有在光纤环中带有放大器的对称耦合器。在两种情况中，环路镜在两个传播方向上都呈现不同的非线性特征，所以它作为开关对低强度噪声分量具有低传导而对于数据脉冲则具有高传导。这一方法的优点在于实际上将阈值检测器筑入了光开关中，阈值便是从低传导到高传导的过渡点。结果，这种开关得出开关的自动同步。如果光纤环路镜包含放大器，它可以是光纤放大器，也可以是半导体放大器。诸如饱和吸收器等其它类型的非线性开关(例如多量子阱(MQW)器件)也能使用。

熟悉本技术的人员可以理解，通过网络能够连接到头端光纤上，而不是不能接受地降低传输质量的ONU的数目取决于网络中采用的比特率。如果比特率较低，可能有必要将ONU的数目降低到上述实施例中出现的数目以下。

Claims (18)

1、一种光学网络部件，包括：

一个组合器；

多条光纤，用于将组合器连接到其下游的网络元件上；

一条光纤，用于将组合器连接到其上游的网络元件上；以及

其特征在于所述多条光纤具有位于其中的各自的选通光放大器，各光放大器可有选择地操作来放大正在上游方向上发送的信号，以便在接收所要求的输入信号时提供经过放大的输出信号，而否则则基本上不提供输出信号。

2、权利要求1的光学网络部件，其中所述选通光放大器包括：

一个输入端，用于接收待放大的光信号；

一个输出端，用于输出放大后的光信号；

一个光放大器器件，用于放大输入到其中的光信号；

一个检测器；以及

一个光开关，用于在检测器检测到存在超过预定的强度的光信号时允许放大的光信号离开输出端。

3、权利要求2的光学网络部件，其中该光开关位于光放大器器件的输出端侧。

4、权利要求2或3的光学网络部件，还包括一个光抽头，用于在光信号从输入端通过到输出端时抽出光信号的一部分，并将抽出部件输入到检测器。

5、权利要求4的光学网络部件，其中该光抽头位于光放大器器件的输入端侧。

6、权利要求4的光学网络部件，其中该光抽头位于光放大器器件与光开关之间。

7、权利要求4的光学网络部件，其中该光抽头位于沿光放大器器件的中途。

8、权利要求5至7中任何一项的光学网络部件，还包括位于光开关的输入端侧的延时装置。

9、权利要求8的光学网络部件，其中的延时装置包括可调节的电延时装置。

10、权利要求1,2,3,5,6和9中任何一项的光学网络部件，其中该光抽头为熔接光纤耦合器。

11、权利要求4的光学网络部件，其中该光抽头为熔接光纤耦合器。

12、权利要求8的光学网络部件，其中该光抽头为熔接光纤耦合器。

13、权利要求2的光学网络部件，其中所述选通光放大器包括：

一个输入端，用于接收待放大的光信号；

一个输出端，用于输出放大后的光信号；

一个半导体激光放大器，用于放大输入到其中的光信号；以及

一个检测器，用于提供指示所述输入信号是要求的信号还是噪音的信号；

其中所述半导体激光放大器响应所述检测器信号以便在接收所要求的输入信号时提供放大的输出信号，并在接收输入噪音时基本上不提供输出。

14、权利要求2的光学网络部件，其中所述选通光放大器包括：

一个输入端，用于接收待放大的光信号；

一个输入端，用于输出放大后的光信号；

一个光放大器器件，用于放大输入到其中的光信号；以及

一个非线性光开关，将其开关阈值设定为允许放大后的所要求的光信号通过，并防止放大后的噪音信号通过。

15、权利要求14的光学网络部件，其中该非线性光开关包括一个饱和吸收器。

16、权利要求15的光学网络部件，其中所述饱和吸收器包括多量子阱器件。

17、权利要求15的光学网络部件，其中所述饱和吸收器包括非线性光纤环路镜。

18、一种操作具有下述部件的光学远程通信网的方法：

一个组合器；

多条下游光纤，用于将该组合器连接到其下游的网络部件上；

一条上游光纤，用于将该组合器连接到其上游的网络部件上；

所述多条下游光纤具有装在其中的各自的选通光放大器；

所述方法包括下述步骤：

操作各选通光放大器来有选择地与光学地放大沿一条相关的上游光纤前进的一个上游信号，以便在接收到所要求的输入光信号时提供放大后的上游输出信号，以及否则基本上不提供输出信号；以及

组合来自选通光放大器的信号并沿所述上述光纤传输该组合的信号。

Images