CN108352901A - 管理无源光网络的方法、无源光网络的中心局和计算机程序 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种管理无源光网络的方法，该无源光网络包括将关于多个光网络单元的连接集中到中心局(500)的至少一个少模光纤(610)，其中，所述中心局(500)设置有：‑至少发出多个1(λ1、λ32)的光线路终端(521‑524)；和‑充当将所述多个带宽复用到不同功率模式的功率划分器的至少一个模式转换器(540)，所述不同功率模式然后被提供到所述至少一个少模光纤(610)。

Description

管理无源光网络的方法、无源光网络的中心局和计算机程序
技术领域
本发明涉及光网络。
背景技术
现有的光接入网基于点对点(P2P)单色双光纤链路(均使用相同波长的在下游的一条光纤和在上游的另一条光纤)或在同一光纤中在上游使用特有预定波长且在下游使用另一特有预定波长的无源光网络(PON)架构。
ITU-T和IEEE的规范下的下一代光接入网在特有光纤上在不同波长上堆叠多个P2P链路或PON树。在此背景下，对于PON和P2P选项两者，向上游和下游分配不同的预定波长(遵循标准化网格)。堆叠多个波长的PON通常被称为TWDM PON。
这种网络架构用示例的方式在附图1中例示。参照图1，通常的光网络包括中心局100，该中心局100由单模光纤200链接到波长划分器300，因此，该单模光纤在图1的示例中被分成分别服务于两个光网络单元410和420的两个单模光纤。波长划分器300可以安装在现场的任何地方，但通常优选地在功率划分器之前。中心局100还包括用于执行TWDM传输的波长复用器120和通常的发出(以及可能还有接收)光线路终端110(OLT)。
为TWDM或P2P的当前标准化选项应支持功率划分器的存在。由于严重的分割损耗，仅实现了对于操作员而言不允许高效光接入合并(与顾客数相比的硬件架构成本(例如，CAPEX)和操作成本(OPEX)的优化)的分割比。实际上，考虑TWDM选项，每系统不超过512个用户可以被馈送，而考虑P2P选项，即使使用高成本的DWDM，不超过数百或一千个用户可以达到，而高效合并将需要处理数万个客户(这通常为由具有20km范围的系统覆盖的家庭或设施的数量)。实际上，每个PON可以连接64个用户，就是说，256个用户与4个堆叠PON连接。然而，堆叠PON的数量可能发展(例如，512与8个堆叠PON)。
此外，在5G的背景下，流量矩阵随着时间变化并且从一个区域(例如，晚上的住宅)到其他区域(例如，白天期间的公司)平衡。由于频谱和能量为稀缺资源，所以对找到动态优化资源分配(频谱、时隙以及能耗)的方法存在强烈的兴趣。
同时，为了保持低成本，现场的任何网络部件必须保持小型且无源。此外，在中心局100(图1)中的光线路终端110(OLT)侧处，系统必须尽可能的集成，例如以减小局尺寸和展开需要(这转而涉及降低的Capex和Opex成本)。最后，为了保证向后兼容性并降低成本，不应修改光网络单元410、420(ONU)。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于改善该情形。
技术方案
根据本发明的方法，提出了一种用少模光纤代替干线光纤以集中与多个PON系统有关的连接的增强架构。然而，已知的中心局不适于这种功能。
本发明的目的然后在于一种用于管理无源光网络的方法，所述无源光网络包括至少一个少模光纤，该至少一个少模光纤将到中心局的多个光网络单元的连接集中化，其中，所述中心局设置有：
-至少发出多个带宽的光线路终端；和
-至少一个模式转换器，该至少一个模式转换器充当将所述多个带宽复用到不同功率模式的功率划分器，所述不同功率模式然后被提供到所述至少一个少模光纤。
在实施方式中，前述至少一个少模光纤连接到至少一个第一场模转换器，该至少一个第一场模转换器：
-借助单模光纤连接到至少一个光网络单元，并且
-借助另一个少模光纤连接到至少一个第二场模转换器。
前述第二场模转换器还可以借助单模光纤连接到光网络单元并借助另一个少模光纤连接到第三场模转换器，等等。由此，该实施方式限定了一种网络架构，在该网络架构中植入本发明是有利的。
在实施方式中，所述光线路终端被设置为至少发出分别处于预定光波长的光信号，并且中心局还设置有至少发出所述多个带宽的所述光波长的至少一个复用器。
在该实施方式中，所述复用器优选地被设置为执行波分复用(WDM)。
在实施方式中，中心局还可以设置有信道工程块，该信道工程块被编程以：
-解析至少从所述模式转换器接收的耦合损耗，
-基于所述耦合损耗优化传输参数，并且
-监测所述光线路终端，以发出与优化后的传输参数相应的光信号。
在该实施方式中，传输参数至少包括从所述模式转换器发射的发射功率，并且其中，发射功率根据对于以下各项估计的品质因数来确定：
-设置在所述光线路终端中的至少一个中的给定激光源；
-由所述激光源发出的给定光波长；以及
-给定功率模式。
在该实施方式中，信道工程块优选地存储查找表，该查找表基于以下各项给出发射功率：
-设置在所述光线路终端中的至少一个中的给定激光源；
-由所述激光源发出的给定光波长；以及
-给定功率模式。
优选地，光线路终端被设置为发出和接收光信号，并且其中，所述信道工程块还被编程以调节在上行方向和下行方向这两者上通过无源光网络发射的功率。
本发明的目的还在于一种无源光网络的中心局，该中心局包括至少一个少模光纤，该至少一个少模光纤将关于多个光网络单元的连接集中到所述中心局。更具体地，中心局包括光线路终端和至少一个模式转换器，以实施根据本发明的方法。
在实施方式中，中心局还包括信道工程块，该信道工程块实施根据本发明的方法。
本发明的目的还在于一种计算机程序，该计算机程序包括指令，这些指令在所述指令由信道工程块的处理器运行时实施方法。
因此，本发明提出了一种被设置为完全利用由少模光纤使用提供的集中化的增强中心局。为此，设置了多个光线路终端(在以下描述的图3中的附图标记521至524)，并且它们根据波分复用技术发出多个带宽，并且引入了模式转换器MC(图3的附图标记540)来将带宽复用到不同模式。另外，信道工程块(530)随着模式转换器中的耦合损耗的变化优化传输参数。
其他优点和特征将在阅读被提出为示例的实施方式的详细描述时且在查看附图时变得清楚，附图中：
附图说明
[图1]图1是传统无源光网络模型的图。
[图2]图2是根据本发明的示例性网络系统的图。
[图3]图3是根据本发明的实施方式的增强中心局的图。
[图4]图4是示出了由信道工程盒发送和接收的消息的图。
[图5]图5示出了根据本发明的由信道工程块实施的步骤的示例。
[图6]图6示出了不同光纤模式的品质因数的示例。
[图7]图7示出了根据本发明的信道工程块的实施方式。
具体实施方式
图2提出了根据本发明的架构。中心局500现在用少模光纤610链接到模式转换器710。
少模光纤是具有大至足以在多个独立空间模式下发送并行数据流的芯面积的一种光纤。理想地，少模光纤的容量随着模式的数量而增加。如以下所提出的，可能需要少模光纤放大器，其具有可控的模式依赖的增益以确保优化了所有传输信道。然而，少模光纤上的模式的衰减在相同波长下不高于单光纤中的信号的衰减。由此，在考虑同一跨距时，不需要使用放大器。然而，如果增大跨距，则如同光放大器可以用于在单模光纤的背景下增大跨距，可以使用放大器。
再次参照图2的示例，模式转换器710然后经由单模光纤链接到两个光网络单元410和420，以及经由少模光纤链接到另一个模式转换器720。该模式转换器然后进一步经由单模光纤链接到两个光网络单元430和440。中心局在少模光纤中发出多个模式。模式转换器然后划分模式，以适于出口光纤并服务于不同的光网络单元(ONU)。由于少摸光纤的使用，上游光预算然后增加了3*log2(n)，其中，n为(基于模式划分的)划分器端口的数量。
由此，以增加由光网络服务的用户的数量为目标，本发明提出用少模光纤代替干线光纤，以集中多个无源光网络(“PON”)的连接。为了完全利用该少模光纤集中化能力，提出了一种针对中心局的增强架构。中心局然后由以下元件组成：
-空间光调制器，该空间光调制器符合具有TWDM和WDM选项这两者的新一代标准，该标准为了具有向所有用户发送相同信息或向不同用户发送不同数据流的可能性而引入；
-动态模式转换器，以优化无源光网络的启动；
-动态波长复用器，以将与网络的特定部分对应的波长关联到任意模式，由此使得这些波长可用于网络中的任意地点；以及
-信道工程块，该信道工程块优化发送参数以补偿耦合损耗并达到期望性能：实际上，模式转换器引入随着波长和模式而变化的耦合损耗并导致性能降低)。
图3提出了这种增强中心局架构500的示例。光线路终端521、522、523以及524链接到两个波长复用器511和512。这两个复用器然后被作为对模式转换器540的输入。光线路终端和模式转换器可以与信道工程块530交换信息。由光源521、522、523以及524发出的信号在被发送到模式转换器中之前被复用。这允许所有波长出现在所有模式中。进一步地，信道工程块530控制传输参数，使得为了实现期望性能而向各波长和各模式分配功率。请求该步骤来对少模光纤中的损耗依赖于波长和模式这两者进行补偿。
基于该架构，可以实施PON树的分支的动态启动(比如为了节省功率，关闭要耦合到给定模式的光)。最后，允许任意任何波长链接到任何模式得到可以在所有覆盖区域上(即在整个网络上)使用给定波长的情形。对于广播应用、信令(例如，波长管理)或监测而言这被特别关注。
图4是为了由信道工程块执行的优化过程而交换的消息的图。反馈消息810(例如包括与信号强度有关的信息)从光网络单元发送到信道工程块，在该信道工程块中进行优化步骤以确定新传输参数。这些新传输参数然后经由信号820和830发送到光线路终端521-524以及模式转换器540。这种实施方案的优点是允许自适应优化，而不管模式转换器和波长复用器的品质因数如何。
从图3应理解，信道工程块优选地链接到所有源。此外，还可以提供信道工程块对波长复用器的控制。类似地，还可以提供信道工程块对模式转换器的控制(然后可以在框530与540之间沿两个方向绘制箭头(双箭头))。
以下给出关于信道工程块530的更多细节。如下提供对在下行方向上的分配功率(以下被称为“发射功率”)的适应和/或调整。
参照图5，在每个时刻，信道工程块维持查找表LUT，该LUT包含基于设置过程的、与适当的发射功率“pp”关联的、激光源编号LSi、波长λ以及使用中的模式M。
每当信道工程块修改查找表的输入参数(源、波长、功率模式)中的一个时，相应地改变该源的发射功率。
查找表首先可以基于衰减的品质因数ia(λ)(图6，对于不同光纤模式在波长1550nm附近示出)来填充。因此，与模式转换器540合作，可以在步骤S1中确定可以达到的发射功率LP，如在预定规范指示的(激光源的功率乘以1/ia(λ))。
接着，随着系统工作，可以用示例的方式使用如下的协议来修改查找表：定期地或在来自信道工程块530的明确请求时，一个或多个ONU在步骤S2中发送与它们的接收功率有关的信息“ia”(例如包括它们的接收信号强度指示)。然后，信道工程块530在步骤S3中利用所述信息继续如下：
·如果ia<低阈值TH1，那么将pp增加在查找表中给出的德尔塔值；
·如果ia>高阈值TH2，那么将pp减加查找表中的该德尔塔。
否则，可以在步骤S4中维持当前pp。
关于上行方向上的发射功率的适应，问题可以被认为是对称的：各ONU保持具有相同信息的、它自己的查找表，但定期地，或每当ONU具有改变其波长的请求时，或在给定ONU请求时，OLT 110在下行信号中引入表示使用中的模式且还可能包括在下行方向上使用中的波长在内的信息。然后，ONU建立与同一当前模式和下行方向上使用中的波长的对应性，以得到针对该波长的“ia”，然后针对要用于上行方向上的波长对其进行转换，以相应地调节它自身的pp。
在另选实施方式中，OLT可以测量与接收功率并且更具体地为来自给定ONU(具有激光源)的接收功率有关的信息“ia”。然后，信道工程块530可以如以上所说明的利用该信息继续。
现在参照图7，信道工程块530例如可以包括：
-输入接口IN，以从诸如模式转换器540、710、720...这样的网络设备接收功率损耗，
-处理器PROC，该处理器PROC用于运行根据本发明的计算机程序的指令(以及用示例的方式可以由图5例示它的主算法)；
-存储单元MEM，该存储单元MEM包括存储根据本发明的计算机程序的指令的非暂时计算机介质，并且还包括例如存储查找表LUT以及任意其他非暂时数据的非易失性存储器，并且可能还包括用作与处理器PROC协作的工作存储器的易失性存储器；以及
-输出接口OUT，该输出接口向OLT(521-524)发送控制信号。

Claims (11)

1.一种用于管理无源光网络的方法，所述无源光网络包括至少一个少模光纤，该至少一个少模光纤将关于多个光网络单元的连接集中到中心局，其中，所述中心局设置有：
-至少发出多个带宽的光线路终端；和
-至少一个模式转换器，该至少一个模式转换器充当将所述多个带宽复用到不同功率模式的功率划分器，所述不同功率模式然后被提供到所述至少一个少模光纤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个少模光纤连接到至少一个第一场模转换器，该至少一个第一场模转换器：
-借助单模光纤MMF连接到至少一个光网络单元，并且
-借助少模光纤FMF连接到至少一个第二场模转换器。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中，所述光线路终端被设置为至少发出分别处于预定光波长的光信号，并且其中，所述中心局还设置有至少发出所述多个带宽的、所述光波长的至少一个复用器。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述复用器被设置为执行波分复用WDM。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述中心局还设置有信道工程块，该信道工程块被编程以：
-解析至少从所述模式转换器接收的耦合损耗，
-基于所述耦合损耗优化传输参数，并且
-监测所述光线路终端，以发出与优化后的传输参数相应的光信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述传输参数至少包括从所述模式转换器发射的发射功率，并且其中，所述发射功率根据对于以下各项估计的品质因数来确定：
-设置在所述光线路终端中的至少一个中的给定激光源LSi；
-由所述激光源发出的给定光波长；以及
-给定功率模式M。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述信道工程块存储查找表，该查找表基于以下各项给出发射功率：
-设置在所述光线路终端中的至少一个中的给定激光源LSi，
-由所述激光源发出的给定光波长；以及
-给定功率模式M。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，所述光线路终端被设置为发出和接收光信号，并且其中，所述信道工程块还被编程以调节在上行方向和下行方向这两者上通过所述无源光网络发射的功率。
9.一种无源光网络的中心局，该中心局包括至少一个少模光纤，该至少一个少模光纤将关于多个光网络单元的连接集中到所述中心局，其中，所述中心局包括光线路终端和至少一个模式转换器以实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。
10.所述中心局还包括信道工程块，该信道工程块实施根据权利要求5至8中任一项所述的方法。
11.一种计算机程序，该计算机程序包括指令，所述指令在由所述信道工程块的处理器运行时实施根据权利要求5至8中任一项所述的方法。
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