CN109040866B - 一种功率可调的光网络单元终端及其控制方法 - Google Patents

一种功率可调的光网络单元终端及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种功率可调的光网络单元终端及其控制方法，包含中心控制站、光线路终端单元、光配线网单元和光网络单元，中心控制站设置有网管，接收告警触发泵浦光源电源的调整，实现不同泵浦光功率输出；光线路终端单元包含OLT设备，OLT设备一端与中心控制站的网管连接；光配线网单元包含分光器，分光器的一端通过主干光缆与OLT设备连接；光网络单元包含多台新型ONU终端设备，每台新型ONU终端设备包含光滤波器、光耦合器、掺铒光纤、泵浦光源和传统ONU终端设备。本发明解决了PON网络在使用过程中出现的光功率不足问题。

Description

一种功率可调的光网络单元终端及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种光网络单元终端及其控制方法，特别是一种功率可调的光网络单元终端及其控制方法。
背景技术
PON(无源光网络)是指(光配线网中)不含有任何电子器件及电子电源，ODN全部由光分路器(Splitter)等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。一个无源光网络包括一个安装于中心控制站的光线路终端(OLT)，以及一批配套的安装于用户场所的光网络单元(ONUs)。在OLT与ONU之间的光配线网(ODN)包含了光纤以及无源分光器或者耦合器，典型的组网结构示意图见图2。
ONU(Optical Network Unit)光网络单元，是GEPON(千兆无源光网络)系统的用户侧设备，通过EPON(无源光纤网络)用于终结从OLT(光线路终端)传送来的业务。ONU分为有源光网络单元和无源光网络单元。与OLT配合，ONU可向相连的用户提供各种宽带服务。如Internet surfing，VoIP，HDTV，VideoConference等业务。 ONU作为FTTx应用的用户侧设备，是“铜缆时代”过渡到“光纤时代”所必备的高带宽高性价比的终端设备。GEPON ONU作为用户有线接入的终极解决方案，在将来NGN(下一代网络)整体网络建设中具有举足轻重的作用。
目前的ONU设备，由于制作方法的限制，ONU无色过程复杂，不同波长运营商需要单独储存相关器件，成本较高。而申请号201220227840.8的专利提供了一种波分复用无源光网络中无色ONU 的实现方法和装置，以实现ONU的无色化。
而针对于ONU本身的LED指示功能的不足，申请号 201320861679.4的专利提供了一种带显示的ONU，在ONU基础上集成显示功能。
针对ONU电源接口连接电源的时候容易因外力等其他因素而造成电源接入端脱离，影响ONU设备的正常工作，申请号 201620712291.1的专利提出一种可以保障电源不会因为外力的因素而造成无故脱离的ONU，从而提高ONU设备的工作稳定性。
针对现有的PON网络的因存在分光器，如大分支数分光器或者是二级分光等场景下影响用户光功率不足，甚至不满足业务的拓展的情况，不同的解决方案应运如生。如从调整分光器的分光比方面实现解决一些单PON口下不同用户的距离存在较大差异引起的光功率差的方案，如专利申请号201310140470.3的专利公开了一种功率可调的光分路器，通过电控模块控制电压的大小来改变液晶的折射率实现输入光信号的功率在输出端口的重新分配。又如专利申请号 201710629624.3的专利公开了一种2X2光分路器，其主要通过热调制组件实现不同电调节，实现不同波长下的分光比调节。专利申请号 201220096159.4的专利公开了一种可调整光功率分配器及其放大器的技术方案，通过旋转转入保偏光纤的偏振光快慢轴的角度实现光功率分配任意可调。
现有的ONU终端技术方案(如上所述的申请号201220227840.8、申请号201320861679.4、申请号201620712291.1)不同程度或不同角度改善了ONU外部结构或者是扩展功能等，对于原本作为可向相连的用户提供各种宽带服务的ONU而言存在如下的不足：上述方案提到的ONU终端设备不具有功率可调功能，无法解决PON网络弱收光的问题，改善用户的业务使用质量。
现有的从分光器解决PON网络弱光的技术方案，如上所述(申请号201310140470.3、申请号201710629624.3、申请号 201220096159.4)，可以通过调整分光器的分光比，实现光功率的重新分配功能，改善PON网络的链路光功率，满足部分支光路的需求。但存在以下不足之处：上述方涉及的技术方案均需要有源(外加电压) 等方式去实现分光比的变化，不满足现网无源光网络的应用场景，例如光交箱中的分光器均为无源器件且不具备电源引入条件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种功率可调的光网络单元终端及其控制方法，解决PON网络在使用过程中出现的光功率不足问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种功率可调的光网络单元终端，其特征在于：包含中心控制站、光线路终端单元、光配线网单元和光网络单元，
中心控制站设置有网管，接收告警触发泵浦光源电源的调整，实现不同泵浦光功率输出；
光线路终端单元包含OLT设备，OLT设备一端与中心控制站的网管连接；
光配线网单元包含分光器，分光器的一端通过主干光缆与OLT设备连接；
光网络单元包含多台新型ONU终端设备，每台新型ONU终端设备包含光滤波器、光耦合器、掺铒光纤、泵浦光源和传统ONU终端设备，每台新型ONU终端设备的光滤波器一端通过配线光缆与分光器的另一端的一条支路连接，光滤波器的另一端与光耦合器一端连接，光耦合器另一端与泵浦光源一端连接，泵浦光源另一端与传统ONU终端设备连接，光耦合器的第三端与掺铒光纤一端连接，掺铒光纤另一端连接传统ONU终端设备。
进一步地，所述网管用于显示无源光纤网络的设备及光缆的告警，对设备进行告警查询、数据配置和更改操作。
进一步地，所述OLT设备用于光网络单元的业务分配汇聚，其所使用的下行波长为1550nm，上行波长为1310nm。
进一步地，所述传统ONU终端设备用于向用户提供多个业务接口。
进一步地，所述泵浦光源使用980nm的波长，光滤波器为带阻滤波器，阻止980nm波长的光通过。
进一步地，所述掺铒光纤通过泵浦光源对1550nm波长进行光放大，
掺铒光纤的增益
Figure GDA0002606049760000041
式中GA为增益，gR为增益系数，PP为泵浦光功率，Aeff为光纤纤芯有效面积，Leff有效光纤长度，
Figure GDA0002606049760000051
L为光纤的长度，ap为光纤对泵浦光的衰减系数；
由上述公式可知增益和泵浦的光功率成正比，通过调整泵浦光源的电流控制泵浦光功率从实现控制信号光的增益，实现PON网络的功率可调功能。
一种功率可调的光网络单元终端的控制方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤一：完成功率可调的光网络单元终端的光路搭建和网管链路的搭建；
步骤二：功率可调的光网络单元终端上电并正常工作；
步骤三：业务在使用阶段或者开通阶段，出现了新型ONU终端设备的弱光时，新型ONU设备终端检测到光率的不足并通过PON网络上报告警；
步骤四：网管同时触发命令传送到新ONU终端，实现对泵浦光源调节电流，泵浦光源根据接收到的命令进行电流值的调节，以输出 980nm波长的泵浦光；
步骤五：泵浦光在耦合器与OLT设备发出的主信号光进行耦合进入掺铒光纤处，对主信号光功率进行光放大。
进一步地，所述步骤二具体为对功率可调的光网络单元终端所涉及的设备进行上电，通过网管完成PON网络业务的开通，OLT设备发出来的主信号光通过主干光缆、分光器、最终到达光网络单元的光滤波器、光耦合器以及掺铒光纤最终传送到新型ONU设备的处理单元，完成PON网络的下行信号传送。
进一步地，所述步骤三中告警通过网管显示出来，显示方式为图形或声光显示。
进一步地，所述步骤四中，泵浦光的输出光功率将持续调整增大，实现最终新型ONU终端设备的收光在其门限值以上的2dB，新型ONU 终端设备的收光在其门限值以上的2dB后，网管根据接收到的光功率参数，进行停止再调整泵浦光源，保持泵浦光源的稳定值输出。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、光配线单元全部仍然使用无源的光器件不需要有源(外加电压)的方式去实现对PON网络的光功率实现可调功能。
2、与其他ONU终端方案相比，本ONU终端具有功率可调的功能，满足PON网络对的弱光调整。
3、该ONU终端的功率可调加大PON网络覆盖半径的范围，以满足业务的覆盖使用。
4、该PON网络易于在原PON网络的基础上升级改造，降低重部署网络的难度，且各ONU终端独立调整各自的功率，实现不同的ONU 终端获得不同的光功率值，满足不同覆盖半径的用户。
附图说明
图1是本发明的一种功率可调的光网络单元终端的示意图。
图2是现有技术的示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，本发明的一种功率可调的光网络单元终端，包含中心控制站1、光线路终端单元2、光配线网单元3和光网络单元4，
中心控制站1设置有网管5，接收告警触发泵浦光源电源的调整，实现不同泵浦光功率输出；网管5用于显示无源光纤网络的设备及光缆的告警，对设备进行告警查询、数据配置和更改操作。
光线路终端单元2包含OLT设备6，OLT设备6一端与中心控制站1的网管5连接；
光配线网单元3包含分光器7，分光器7的一端通过主干光缆8 与OLT设备6连接；
光网络单元4包含多台新型ONU终端设备9，每台新型ONU终端设备9包含光滤波器10、光耦合器11、掺铒光纤12、泵浦光源13 和传统ONU终端设备14，每台新型ONU终端设备9的光滤波器10一端通过配线光缆15与分光器7的另一端的一条支路连接，光滤波器 10的另一端与光耦合器11一端连接，光耦合器11另一端与泵浦光源13一端连接，泵浦光源13另一端与传统ONU终端设备14连接，光耦合器11的第三端与掺铒光纤12一端连接，掺铒光纤12另一端连接传统ONU终端设备14。
OLT设备是PON网络的关键设备，用于光网络单元的业务分配汇聚，本实施例中所使用的下行波长为1550nm，上行波长为1310nm。
光配线单元包括了分光器等无源器件。分光器可以为从1：2～ 1：128、2：2～2：128不等，其主要功能是将主信号光的光功率分进行均分到每一个支路。
新型ONU终端在继承传统ONU(Optical Network Unit)终端的基础上，还包括了光滤波器、光耦合器、掺铒光纤等无源部分以及泵浦光源。ONU是光纤接入的终端设备，它向用户提供多个业务接口。它的网络一侧是光接口而用户一侧是电接口，因此光网络单元(ONU)需要具有光/电转换和电/光转换的功能，同时还具有对语声信号的数 /模和模/数转换功能以及复用、信令处理和维护管理的功能。与OLT 配合，ONU可向相连的用户提供各种宽带服务。如Internet surfing， VoIP，HDTV。
泵浦光源可以有外置式和内置OLT式，本实施例使用内置形式。其泵浦波长可以有980nm和1480nm，本实施例中使用980nm的波长。其泵浦输出光功率与电流的平方成正比。光滤波器为带阻滤波器，该带阻滤波器是阻止980nm波长的通过。光耦合器是用于将OLT发出来的主信号光和泵浦光源发出来的980nm的泵浦光进行耦合进入主干光缆的纤芯。
掺铒光纤是掺杂铒离子的光纤，其可以过泵浦光(980nm或 1480nm波长的泵浦光)对1550nm工作波长进行光放大。掺铒光纤的长度可以为几十米等，本实施例光纤长度为30nm。另外作为放大的光纤，本段光纤可以按需求替换为其他掺杂的光纤，例如掺镨等光纤，目的是对不同的工作波长进行光放大。本实施例使用掺铒光纤对 1550nm波长进行光放大。
掺铒光纤的增益
Figure GDA0002606049760000091
式中GA为增益，gR为增益系数，PP为泵浦光功率，Aeff为光纤纤芯有效面积，Leff有效光纤长度，
Figure GDA0002606049760000092
L为光纤的长度，ap为光纤对泵浦光的衰减系数；
由上述公式可知增益和泵浦光功率成正比，通过调整泵浦光源的电流控制泵浦光功率从实现控制信号光的增益，实现PON网络的功率可调功能。掺铒光纤的增益值可以保证在20dB以上，满足PON网络的功率可调范围。配线光纤、主干光缆涉及各种类型包括G.652类型光纤、G.655类型光纤，48芯光缆、96芯光缆、128芯光缆等。
一种功率可调的光网络单元终端的控制方法，包含以下步骤：
步骤一：完成功率可调的光网络单元终端的光路搭建和网管链路的搭建；
步骤二：功率可调的光网络单元终端上电并正常工作；具体为对功率可调的光网络单元终端所涉及的设备进行上电，通过网管完成 PON网络业务的开通，OLT设备发出来的主信号光通过主干光缆、分光器、最终到达光网络单元的光滤波器、光耦合器以及掺铒光纤最终传送到新型ONU设备的处理单元，完成PON网络的下行信号传送。
步骤三：业务在使用阶段或者开通阶段，出现了新型ONU终端设备的弱光时，新型ONU设备终端检测到光率的不足并通过PON网络上报告警；告警通过网管显示出来，显示方式为图形或声光显示。
步骤四：网管同时触发命令传送到新ONU终端，实现对泵浦光源调节电流，泵浦光源根据接收到的命令进行电流值的调节，以输出 980nm波长的泵浦光；泵浦光的输出光功率将持续调整增大，实现最终新型ONU终端设备的收光在其门限值以上的2dB，新型ONU终端设备的收光在其门限值以上的2dB后，网管根据接收到的光功率参数，进行停止再调整泵浦光源，保持泵浦光源的稳定值输出。
步骤五：泵浦光在耦合器与OLT设备发出的主信号光进行耦合进入掺铒光纤处，对主信号光功率进行光放大。
本发明针对现有技术方案的不足，提供一种功率可调的ONU终端及其实现方法，解决PON网络在使用过程中出现的光功率不足问题，同时该方案还可以加大PON覆盖的范围，以满足业务的覆盖使用。与现有技术相比，本专利的有益效果是所使用的分光器仍然为无源分光器，不需要外加电源等方式，可以独立去调整各个分支光路(ONU终端)设备的光功率，保证各ONU终端的用户收光处于正常值范围，提高用户业务使用的质量。
本发明的功率可调的光网络单元终端工作原理为：搭建时，将所经的光路及以太网线进行连接，其中网管与OLT设备连接为网线，泵浦光源与传统ONU终端的单元为电连接的方式，且为泵浦光源供电，余均为光纤链路。系统物理链路搭建完成后，通过网管进行每个在用 ONU业务的配置，正常的情况下，OLT发出的主信号光，经主干光缆的纤芯后进入的到配线单元的分光器，分光器按照所使用的分光比均分光功率到每个分支光缆的纤芯，最终到达光网络单元，在光网络单元经过光滤波器、光耦合器、掺铒光纤再到传统ONU的终端。当出现 ONU的收光处于弱收光时，OLT设备检测到ONU处于收光的门限，触发弱光告警到网管，网管收到弱光告警的同时下发命令到ONU终端，触发泵浦光的电流调整，从而实现泵浦光的输出。此时OLT设备带业务信息的光信号和泵浦光在光耦合器中耦合后进行入到掺铒光纤，经过掺铒光纤后，带业务的光信号得到了光放大，最终实现了该ONU终端的收光可以调整到正常值范围，实现ONU业务的正常稳定使用。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种功率可调的光网络单元终端，其特征在于：包含中心控制站、光线路终端单元、光配线网单元和光网络单元，
中心控制站设置有网管，接收告警触发泵浦光源电源的调整，实现不同泵浦光功率输出；
光线路终端单元包含OLT设备，OLT设备一端与中心控制站的网管连接；
光配线网单元包含分光器，分光器的一端通过主干光缆与OLT设备连接；
光网络单元包含多台新型ONU终端设备，每台新型ONU终端设备包含光滤波器、光耦合器、掺铒光纤、泵浦光源和传统ONU终端设备，每台新型ONU终端设备的光滤波器一端通过配线光缆与分光器的另一端的一条支路连接，光滤波器的另一端与光耦合器一端连接，光耦合器另一端与泵浦光源一端连接，泵浦光源另一端与传统ONU终端设备连接，光耦合器的第三端与掺铒光纤一端连接，掺铒光纤另一端连接传统ONU终端设备；
所述OLT设备用于光网络单元的业务分配汇聚，其所使用的下行波长为1550nm，上行波长为1310nm；
所述泵浦光源使用980nm的波长，光滤波器为带阻滤波器，阻止980nm波长的光通过；
所述掺铒光纤通过泵浦光源对1550nm波长进行光放大，
掺铒光纤的增益
Figure FDA0002606049750000011
式中GA为增益，gR为增益系数，PP为泵浦光功率，Aeff为光纤纤芯有效面积，Leff有效光纤长度，
Figure FDA0002606049750000021
L为光纤的长度，ap为光纤对泵浦光的衰减系数；
由上述公式可知增益和泵浦光功率成正比，通过调整泵浦光源的电流控制泵浦光功率从实现控制信号光的增益，实现PON网络的功率可调功能。
2.按照权利要求1所述的一种功率可调的光网络单元终端，其特征在于：所述网管用于显示无源光纤网络的设备及光缆的告警，对设备进行告警查询、数据配置和更改操作。
3.按照权利要求1所述的一种功率可调的光网络单元终端，其特征在于：所述传统ONU终端设备用于向用户提供多个业务接口。
4.一种权利要求1-3任一项所述的功率可调的光网络单元终端的控制方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤一：完成功率可调的光网络单元终端的光路搭建和网管链路的搭建；
步骤二：功率可调的光网络单元终端上电并正常工作；
步骤三：业务在使用阶段或者开通阶段，出现了新型ONU终端设备的弱光时，新型ONU设备终端检测到光率的不足并通过PON网络上报告警；
步骤四：网管同时触发命令传送到新ONU终端，实现对泵浦光源调节电流，泵浦光源根据接收到的命令进行电流值的调节，以输出980nm波长的泵浦光；
步骤五：泵浦光在耦合器与OLT设备发出的主信号光进行耦合进入掺铒光纤处，对主信号光功率进行光放大。
5.按照权利要求4所述的一种功率可调的光网络单元终端的控制方法，其特征在于：所述步骤二具体为对功率可调的光网络单元终端所涉及的设备进行上电，通过网管完成PON网络业务的开通，OLT设备发出来的主信号光通过主干光缆、分光器、最终到达光网络单元的光滤波器、光耦合器以及掺铒光纤最终传送到新型ONU设备的处理单元，完成PON网络的下行信号传送。
6.按照权利要求4所述的一种功率可调的光网络单元终端的控制方法，其特征在于：所述步骤三中告警通过网管显示出来，显示方式为图形或声光显示。
7.按照权利要求4所述的一种功率可调的光网络单元终端的控制方法，其特征在于：所述步骤四中，泵浦光的输出光功率将持续调整增大，实现最终新型ONU终端设备的收光在其门限值以上的2dB，新型ONU终端设备的收光在其门限值以上的2dB后，网管根据接收到的光功率参数，进行停止再调整泵浦光源，保持泵浦光源的稳定值输出。
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