CN109714126A - 可实现光网络单元间交互通信的波分复用无源光网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可实现光网络单元间交互通信的波分复用无源光网络系统，本系统是：由中心局CO通过馈线光纤连接n个远端结点RN，形成双纤环结构；每个远端结点RN通过分布光纤连接m个光网络单元ONU，基于双纤环拓扑，该系统不仅可以实现光纤故障保护，还可以增大接入用户数量，本发明通过在RN中布置调谐式光纤布拉格光栅FBG，不仅可以实现同一个RN下的任意ONU间的交互通信，而且可以实现不同RN下的任意ONU间的交互通信，ONU间的交互通信灵活性得到极大改善。

Description

可实现光网络单元间交互通信的波分复用无源光网络系统

技术领域

本发明涉及光通信领域，具体是涉及可实现光网络单元间交互通信的波分复用无源光网络系统。

背景技术

网络扁平化是电信网络发展的必然趋势，这一点早已成为业界共识。网络扁平化的优势不言而喻，它不但可降低网络建设成本、消除网络扩容瓶颈、快捷拓展业务、提升网络传输效率，而且能有效降低故障影响率、缩短故障解决时间、降低维护难度和维护成本。一言以蔽之，网络扁平化可使电信营运商大幅降低网络建设和运维成本，提升网络资源利用率。对光城域网而言，网络扁平化发展将使现有光城域网三层(核心层、汇聚层和接入层)网络架构向二层网络架构演进；这就意味着：光城域网的汇聚层和接入层将实现一体化，形成“汇聚-接入层”；而网络业务层次将从3层变为了1层。可见，光城域网的“大容量、少局所、扁平化”发展将要求“汇聚-接入网”能够实现远距离覆盖、大规模用户接入、高抗干扰能力、高可靠性、灵活的网络扩展和全业务承载，即“一网多用，全场景覆盖”。

另一方面，原始的ONU交互通信方式，都是ONU先将信号反馈回光线路终端(OLT)，然后OLT将信号传给目标ONU。这种交互通信方式不仅会增加传输延时，还会占用上下行带宽，增加传输成本，因此，研究ONU间的直接通信方式很有价值。虽然ONU间的直接通信方案也有很多，但这些方案中，网络规模与网络可靠性受到很大的限制，而且，ONU间交互通信的高效性与灵活性受到限制。任意ONU间的交互通信难以实现或者实现代价较高。因此，研究高可靠性条件下的ONU间的灵活高效交互通信实现方案，具有很高的实际价值。

本发明基于双纤环拓扑结构,提出了一个可支持ONU间任意交互通信的WDM-PON系统。其不仅能够实现网络故障保护，也具有大规模接入的能力。更重要的是，该系统能够实现ONU间的灵活高效交互通信。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提出了一种可支持ONU间任意交互通信的WDM-PON系统，基于双纤环拓扑，不仅能有效地实现ONU间的灵活高效交互通信，同时本系统还支持故障保护和大规模接入。

为达到上述目的，本发明的核心思想是：

根据上述发明构思，本发明采用下列方案：

一种可支持ONU间任意交互通信的WDM-PON系统，由中心局CO通过馈线光纤连接n个远端结点RN，形成双纤环结构；每个远端结点RN通过分布光纤连接m个光网络单元ONU；其特征在于：

1)所述的中心局CO是由n×m个光发射机和n×m个光接收机、一对波分复用器和解复用器、一个掺铒光纤放大器EDFA、一个第一光分路器、第一、第二、第三3个光耦合器、第一、第二2个粗波分复用器CWDM、第一、第二2个光环形器、第一、第二2个光隔离器、第一、第二、第三3个光开关组成。在CO中，n×m个光发射机连接至一个波分复用器，n×m个光接收机连接至一个波分解复用器，波分复用器的输出连接至一个掺铒光纤放大器EDFA，掺铒光纤放大器EDFA的输出连接至第一光分路器，第一光分路器的2端口连接至第一光环形器，第一光分路器的3端口连接至第三光开关，第三光开关连接至第二光环形器，第一光环形器的2端口连接至第二光耦合器，第二光环形器的2端口连接至第三光耦合器，第二光耦合器的1端口连接至第一光开关，第三光耦合器的1端口连接至第二光开关，第一光环形器的3端口连接至第一粗波分复用器CWDM，第二光环形器的3端口连接至第二粗波分复用器CWDM，第一粗波分复用器CWDM的3端口连接至第一光隔离器，第二粗波分复用器CWDM的3端口连接至第二光隔离器，第一光隔离器的输出连接至第三光耦合器的3端口，第二光隔离器的输出连接至第二光耦合器的3端口，第一粗波分复用器CWDM的2端口连接至第一光耦合器的2端口，第二粗波分复用器CWDM的2端口连接至第一光耦合器的3端口，第一光耦合器的1端口连接至波分解复用器；

2)所述远端结点RN包括第四、第五、第六、第七4个光开关、一个第二光分路器、一个波长阻断器WB、第四、第五、第六3个光耦合器、第三、第四、第五3个光环形器、第一、第二2个调谐式光纤布拉格光栅FBG、第三粗波分复用器、双向掺铒光纤放大器、阵列波导光栅AWG。在RN中，第四光开关连接至第六光开关，第六光开关连接至第二光分路器，第二光分路器的3端口连接至波长阻断器WB，波长阻断器WB的输出连接至第五光耦合器，第五耦合器的1端口连接至第五光环形器，第五光环形器的2端口连接至第六光开关，第六光开关的2端口连接至双向掺铒光纤放大器，双向掺铒光纤放大器连接至第五光开关，第二光分路器的2端口连接至第三光环形器，第三光环形器的3端口连接至第四光耦合器，第四光耦合器的输出连接至第四光环形器，第四光环形器的2端口连接至阵列波导光栅AWG，第三光环形器的1端口连接至第六光耦合器，第六光耦合器的2端口连接至第二调谐式光纤布拉格光栅FBG，第六光耦合器的3端口连接至第三粗波分复用器，第六光耦合器的4端口连接至第七光开关，第七光开关的3端口连接至第一调谐式光纤布拉格光栅FBG，第一调谐式光纤布拉格光栅FBG的2端口连接至第四光耦合器的4端口，第一调谐式光纤布拉格光栅FBG的1端口连接至第四光环形器的3端口，第三粗波分复用器的3端口连接至第五光耦合器的3端口，第三粗波分复用器的1端口连接至第七光开关的2端口，第二调谐式光纤布拉格光栅FBG的2端口连接至第四光耦合器的3端口，第二调谐式光纤布拉格光栅FBG的1端口连接至第五光环形器的3端口；

3)所述的光网络单元ONU包括一个第四粗波分复用器、一个第三光分路器、第六、第七2个粗波分复用器、第一、第二2个调谐式发射机、第一、第二、第三光接收机、一个反射式半导体光放大器RSOA。在ONU中，第四粗波分复用器的2端口连接至第三光分路器，第三光分路器的一个输出端口连接至第三光接收机，第三光分路器的另一个输出端口连接至一个反射式半导体光放大器RSOA，第四粗波分复用器的3端口连接至第六光环形器的2端口，第六光环形器的1端口连接至第一调谐式发射机，第六光环形器的3端口连接至第一光接收机，第四粗波分复用器的4端口连接至第七光环形器的2端口，第七光环形器的1端口连接至第二调谐式发射机，第七光环形器的3端口连接至第二光接收机；

可实现光网络单元间交互通信的波分复用无源光网络系统，采用上述的可实现ONU间交互通信的WDM-PON系统进行操作，其传输方法分别如下：

1)光网络单元ONU_ij与ONU_ik间交互通信具体实现方法是：光网络单元ONU_ij中的第一调谐式发射机发出一个处于蓝波带的光信号经过第六光环形器后，进入到第四粗波分复用器，通过ONU_ij与RN_i间的分布光纤后，光信号被传输到RN_i。在RN_i中，光信号首先通过阵列波导光栅AWG，经过第四光环形器后到达第一调谐式光纤布拉格光栅。由于第一调谐式光纤布拉格光栅的布拉格波长就设置为所以光信号将从第一调谐式光纤布拉格光栅的2端口反射输出到第四光耦合器，经过第四光环形器后，从阵列波导光栅AWG的特定端口输出。经过RN_i与ONU_ik间的分布光纤后，到达ONU_ik。在ONU_ik中，光信号将从第四粗波分复用器的3端口输出，通过第六光环形器后，被第一光接收机接收。

2)光网络单元ONU_ij与ONU_rs间交互通信具体实现方法是：光网络单元ONU_ij中的第二调谐式发射机发出一个处于蓝波带的光信号经过第七光环形器后，进入到第四粗波分复用器，通过ONU_ij与RN_i间的分布光纤后，光信号被传输到RN_i。在RN_i中，光信号首先通过阵列波导光栅AWG，经过第四光环形器后到达第一调谐式光纤布拉格光栅。由于第一调谐式光纤布拉格光栅的布拉格波长不是所以光信号将从第一调谐式光纤布拉格光栅的3端口输出到第七光开关。此时，

A.若r＞i且r-i＜n+1-(r-i)，RN_i中的第七光开关的3端口将与2端口连接，光信号将传输到第三粗波分复用器。由于光信号处于蓝波带，光信号将从第三粗波分复用器的3端口输出。依次经过第五光耦合器、第五光环形器、第六光开关、双向掺铒光纤放大器、第五光开关后，光信号将依靠RN_i与RN_r间的工作光纤沿着顺时针方向从RN_i传输到RN_r。在RN_r中，光信号从RN_r的1端口进入，然后依次经过第四光开关、第六光开关、第二光分路器。在第二光分路器中，光信号被分成了两部分。从第二光分路器的3端口输出的光信号被波长阻断器WB滤除，从第二光分路器的2端口输出的光信号被传输到第三光环形器。从第三光环形器的3端口输出的光信号依次经过第四光耦合器、第四光环形器到达阵列波导光栅AWG，从阵列波导光栅AWG的特定端口输出后，依靠RN_r与ONU_rs间的分布光纤传输到ONU_rs。

B.若r＞i且r-i＞n+1-(r-i)，RN_i中的第七光开关的3端口将与1端口连接，光信号将传输到第六光耦合器。然后依次经过第三光环形器、第二光分路器、第六光开关、第四光开关。依靠馈线光纤沿着逆时针方向传输到CO后，在CO中，光信号依次经过第一光开关、第二光耦合器、第一光环形器、第一粗波分复用器、第一光隔离器、第三光耦合器、第二光开关，然后从CO的4端口输出。从CO的4端口输出的光信号将再次依靠馈线光纤沿着逆时针方向传输到RN_r。在RN_r中，光信号从RN_r的3端口进入，依次经过第五光开关、双向掺铒光纤放大器、第六光开关、第五光环形器、第二调谐式光纤布拉格光栅。通过将第二调谐式光纤布拉格光栅的布拉格波长设置为光信号将从第二调谐式光纤布拉格光栅的2端口输出，依次经过第四光耦合器、第四光环形器、阵列波导光栅AWG后，依靠RN_r与ONU_rs间的分布光纤传输到ONU_rs。

C.若r＜i且i-r＜n+1-(i-r)，RN_i中的第七光开关的3端口将与1端口连接，光信号将传输到第六光耦合器。依次经过第三光环形器、第二光分路器、第六光开关、第四光开关后，光信号将依靠馈线光纤沿着逆时针方向传输到RN_r。在RN_r中，光信号从RN_r的3端口进入，依次经过第五光开关、双向掺铒光纤放大器、第六光开关、第五光环形器、第二调谐式光纤布拉格光栅。通过将第二调谐式光纤布拉格光栅的布拉格波长设置为光信号将从第二调谐式光纤布拉格光栅的2端口输出，依次经过第四光耦合器、第四光环形器、阵列波导光栅AWG后，依靠RN_r与ONU_rs间的分布光纤传输到ONU_rs。

D.若r＜i且i-r＞n+1-(i-r)，RN_i中的第七光开关的3端口将与2端口连接，光信号将传输到第三粗波分复用器。由于光信号处于蓝波带，光信号将从第三粗波分复用器的3端口输出。依次经过第五光耦合器、第五光环形器、第六光开关、双向掺铒光纤放大器、第五光开关后，从RN_i的3端口输出。然后光信号将依靠工作光纤沿着顺时针方向从RN_i传输到CO。在CO中，光信号从CO的4端口进入，依次经过第二光开关、第三光耦合器、第二光环形器、第二粗波分复用器、第二光隔离器、第二光耦合器、第一光开关，然后从CO的1端口输出。从CO的1端口输出的光信号将再次依靠馈线光纤沿着顺时针方向传输到RN_r。在RN_r中，光信号从RN_r的1端口进入，然后依次经过第四光开关、第六光开关、第二光分路器。在第二光分路器中，光信号被分成了两部分。从第二光分路器的3端口输出的光信号被波长阻断器WB滤除，从第二光分路器的2端口输出的光信号被传输到第三光环形器。从第三光环形器的3端口输出的光信号依次经过第四光耦合器、第四光环形器到达阵列波导光栅AWG，从阵列波导光栅AWG的特定端口输出后，依靠RN_r与ONU_rs间的分布光纤传输到ONU_rs。

在ONU_rs中，光信号将从第四粗波分复用器的4端口输出，通过第七光环形器后，被第二光接收机接收。

3)对于上下行业务，在正常模式下，位于中心局CO中的n×m个光发射机发射n×m个下行光信号，这n×m路光信号被波分复用器复用后，被掺铒光纤放大器放大，然后进入第一光分路器。正常模式下，第三光开关是断开的。从第一光分路器的2端口输出的下行光信号进入第一光环形器，然后从第一光环形器的2端口输出，依次经过第二光耦合器、第一光开关后，利用馈线光纤沿着顺时针方向传输到RN_i。在RN_i中，下行信号从RN_i的1端口进入，依次经过第四光开关、第六光开关、第二光分路器。在第二光分路器处，下行信号被分成了两部分。从第二光分路器的2端口输出的下行信号依次经过第三光环形器、第四光耦合器、第四光环形器到达阵列波导光栅AWG。由于下行信号与ONU间的交互通信信号的波长间隔满足自由频谱范围FSR，利用AWG的循环频谱特性，同一个ONU的交互通信信号与下行信号会从AWG的同一个端口输出。例如，对于下行信号λ_ij、交互通信信号与均会从AWG的第j个端口输出。配合分布光纤，被准确地传输到目标ONU_ij。另一方面，从第二光分路器的3端口输出的下行信号首先被传输到波长阻断器，波长阻断器将，被与RN_i连接的ONU下载的下行波长信号(λ_i1…λ_im)与交互通信波长信号(与)滤除。剩余的波长信号被传输到第五耦合器，然后依次通过第五光环形器、第六光开关、双向掺铒光纤放大器、第五光开关后，被传输到下一个RN。

在ONU_ij中，下行光信号从第四粗波分复用器的2端口输出，进入第三光分路器后被分成了两部分，一部分被第三光接收机接收，另一部分进入反射式半导体光放大器。经过反射式半导体光放大器重调制产生的上行信号，首先经过第三光分路器、第四粗波分复用器，然后从ONU_ij输出。经过分布光纤，上行信号被传输到RN_i。在RN_i中，上行信号依次通过阵列波导光栅AWG、第四光环形器、第一调谐式光纤布拉格光栅。视第七光开关的闭合情况而定，上行信号或者从第七光开关的1端口输出到第六光耦合器，或者从第七光开关的2端口经过第三粗波分复用器传输到第六光耦合器。然后依次经过第三光环形器、第二光分路器、第六光开关、第四光开关，通过馈线光纤传输到CO。在CO中，上行信号从CO的1端口进入，依次通过第一光开关、第二光耦合器、第一光环形器、第一粗波分复用器、第一光耦合器后到达波分解复用器，波分解复用器解复用后被相应的光接收机接收。

可实现光网络单元间交互通信的波分复用无源光网络系统的传输方法，其实现保护功能的方法是：当只有工作光纤出现故障时，只需要将RN_i中的第五光开关从3-1端口连接切换到3-2端口连接，将RN_i+1中的第四光开关从1-3端口连接切换到2-3端口连接。通过将光信号从工作光纤切换到保护光纤，便可实现网络的故障保护。当CO与RN间的工作光纤出现故障时，只需对CO中的第一、第二光开关做相应的切换即可实现故障保护。当工作光纤与保护光纤同时出现故障时，CO中的第三光开关处于闭合状态，同时，RN_i+1至RN_n中的所有第六光开关均由平行状态切换到交叉状态。通过改变RN_i+1至RN_n下的ONU的上下行信号的传输方向，便可实现网络的故障保护。由于ONU间的交互通信可以从两个不同的传输方向实现，因此ONU间的交互通信不会受到影响。

与现有技术相比，本发明具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：在中心局CO中放置n×m个光发射机，用于产生下行信号，其中下行信号采用差分相移键控(DPSK)调制。在ONU中，利用反射式半导体光放大器(RSOA)实现光信号的重调制，产生上行信号。此外，在每个ONU中放置两个调谐式光发射机，用于产生交互通信信号。交互通信信号承载在蓝波带光波上，上下行信号承载在红波带光波上，每个ONU被分配三个不同的波长。在RN中，利用调谐式光纤布拉格光栅FBG将特定的ONU交互通信光波信号选出，实现ONU间的交互通信，基于双纤环拓扑，可以实现光纤故障保护；基于双纤环拓扑，可以扩大接入的用户数量；可以实现双纤环结构中同一个RN下任意ONU间的通信；(4)可以实现双纤环结构中不同RN下的任意ONU间的通信。

附图说明

图1为本发明一个实施例证可实现ONU间交互通信的WDM-PON系统示意图。

图2为WDM-PON系统中心局CO内部结构的示意图。

图3为WDM-PON系统远端结点RN内部结构的示意图。

图4为WDM-PON系统光网络单元ONU内部结构的示意图。

图5为WDM-PON系统故障位置示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

实施例一：

参见图1，本ONU间交互通信的WDM-PON系统，由中心局CO(1)通过馈线光纤(2)连接n个远端结点RN(3)，形成双纤环结构；每个远端结点RN(3)通过分布光纤(4)连接m个光网络单元ONU(5)。

参见图2，所述的中心局CO(1)包括有n×m个光发射机(6)和n×m个光接收机(7)、一对波分复用器(8)和解复用器(9)、一个掺铒光纤放大器EDFA(10)、一个第一光分路器(11)、第一、第二、第三3个光耦合器(12、13、14)、第一、第二2个粗波分复用器CWDM(15、16)、第一、第二2个光环形器(17、18)、第一、第二2个光隔离器(19、20)、第一、第二、第三3个光开关(21、22、23)。

在CO(1)中，n×m个光发射机(6)连接至一个波分复用器(8)，n×m个光接收机(7)连接至一个波分解复用器(9)，波分复用器(8)的输出连接至一个掺铒光纤放大器EDFA(10)，掺铒光纤放大器EDFA(10)的输出连接至第一光分路器(11)，第一光分路器(11)的2端口连接至第一光环形器(17)，第一光分路器(11)的3端口连接至第三光开关(23)，第三光开关(23)连接至第二光环形器(18)，第一光环形器(17)的2端口连接至第二光耦合器(13)，第二光环形器(18)的2端口连接至第三光耦合器(14)，第二光耦合器(13)的1端口连接至第一光开关(21)，第三光耦合器(13)的1端口连接至第二光开关(22)，第一光环形器(17)的3端口连接至第一粗波分复用器CWDM(15)，第二光环形器(18)的3端口连接至第二粗波分复用器CWDM(16)，第一粗波分复用器CWDM(15)的3端口连接至第一光隔离器(19)，第二粗波分复用器CWDM(16)的3端口连接至第二光隔离器(20)，第一光隔离器(19)的输出连接至第三光耦合器(14)的3端口，第二光隔离器(20)的输出连接至第二光耦合器(13)的3端口，第一粗波分复用器CWDM(15)的2端口连接至第一光耦合器(12)的2端口，第二粗波分复用器CWDM(16)的2端口连接至第一光耦合器(12)的3端口，第一光耦合器(12)的1端口连接至波分解复用器(9)。

参见图3，所述远端结点RN(3)包括第四、第五、第六、第七4个光开关(24、25、26、27)、一个第二光分路器(28)、一个波长阻断器WB(29)、第四、第五、第六3个光耦合器(30、31、32)、第三、第四、第五3个光环形器(33、34、35)、第一、第二2个调谐式光纤布拉格光栅FBG(36、37)、第三粗波分复用器(38)、双向掺铒光纤放大器(39)、阵列波导光栅AWG(40)。

在RN(3)中，第四光开关(24)连接至第六光开关(26)，第六光开关(26)连接至第二光分路器(28)，第二光分路器(28)的3端口连接至波长阻断器WB(29)，波长阻断器WB(29)的输出连接至第五光耦合器(31)，第五耦合器(31)的1端口连接至第五光环形器(35)，第五光环形器(35)的2端口连接至第六光开关(26)，第六光开关(26)的2端口连接至双向掺铒光纤放大器(39)，双向掺铒光纤放大器(39)连接至第五光开关(25)，第二光分路器(28)的2端口连接至第三光环形器(33)，第三光环形器(33)的3端口连接至第四光耦合器(30)，第四光耦合器(30)的输出连接至第四光环形器(34)，第四光环形器(34)的2端口连接至阵列波导光栅AWG(40)，第三光环形器(33)的1端口连接至第六光耦合器(32)，第六光耦合器(32)的2端口连接至第二调谐式光纤布拉格光栅FBG(37)，第六光耦合器(32)的3端口连接至第三粗波分复用器(38)，第六光耦合器(32)的4端口连接至第七光开关(27)，第七光开关(27)的3端口连接至第一调谐式光纤布拉格光栅FBG(36)，第一调谐式光纤布拉格光栅FBG(36)的2端口连接至第四光耦合器(30)的4端口，第一调谐式光纤布拉格光栅FBG(36)的1端口连接至第四光环形器(34)的3端口，第三粗波分复用器(38)的3端口连接至第五光耦合器(31)的3端口，第三粗波分复用器(38)的1端口连接至第七光开关(27)的2端口，第二调谐式光纤布拉格光栅FBG(37)的2端口连接至第四光耦合器(30)的3端口，第二调谐式光纤布拉格光栅FBG(37)的1端口连接至第五光环形器(35)的3端口。

参见图4，所述的光网络单元ONU(5)包括一个第四粗波分复用器(41)、一个第三光分路器(42)、第六、第七2个粗波分复用器(43、44)、第一、第二2个调谐式发射机(45、47)、第一、第二、第三光接收机(46、48、50)、一个反射式半导体光放大器RSOA(49)。

在ONU(5)中，第四粗波分复用器(41)的2端口连接至第三光分路器(42)，第三光分路器(42)的一个输出端口连接至第三光接收机(50)，第三光分路器(42)的另一个输出端口连接至一个反射式半导体光放大器RSOA(49)，第四粗波分复用器(41)的3端口连接至第六光环形器(43)的2端口，第六光环形器(43)的1端口连接至第一调谐式发射机(45)，第六光环形器(43)的3端口连接至第一光接收机(46)，第四粗波分复用器(41)的4端口连接至第七光环形器(44)的2端口，第七光环形器(44)的1端口连接至第二调谐式发射机(47)，第七光环形器(44)的3端口连接至第二光接收机(48)。

实施例二：

参见图1，图2，图3和图4所示系统，光网络单元ONU_ij与ONU_ik间交互通信具体实现方法是：光网络单元ONU_ij(5)中的第一调谐式发射机(45)发出一个处于蓝波带的光信号经过第六光环形器(43)后，进入到第四粗波分复用器(41)，通过ONU_ij(5)与RN_i(3)间的分布光纤(4)后，光信号被传输到RN_i(3)。在RN_i(3)中，光信号首先通过阵列波导光栅AWG(40)，经过第四光环形器(34)后到达第一调谐式光纤布拉格光栅(36)。由于第一调谐式光纤布拉格光栅(36)的布拉格波长就设置为所以光信号将从第一调谐式光纤布拉格光栅(36)的2端口反射输出到第四光耦合器(30)，经过第四光环形器(34)后，从阵列波导光栅AWG(40)的特定端口输出。经过RN_i(3)与ONU_ik(5)间的分布光纤(4)后，到达ONU_ik(5)。在ONU_ik(5)中，光信号将从第四粗波分复用器(41)的3端口输出，通过第六光环形器(43)后，被第一光接收机(46)接收。

实施例三：

参见图1，图2，图3和图4所示系统，光网络单元ONU_ij与ONU_rs间交互通信具体实现方法是：光网络单元ONU_ij(5)中的第二调谐式发射机(47)发出一个处于蓝波带的光信号经过第七光环形器(44)后，进入到第四粗波分复用器(41)，通过ONU_ij(5)与RN_i(3)间的分布光纤(4)后，光信号被传输到RN_i(3)。在RN_i(3)中，光信号首先通过阵列波导光栅AWG(40)，经过第四光环形器(34)后到达第一调谐式光纤布拉格光栅(36)。由于第一调谐式光纤布拉格光栅(36)的布拉格波长不是所以光信号将从第一调谐式光纤布拉格光栅(36)的3端口输出到第七光开关(27)。此时，

A.若r＞i且r-i＜n+1-(r-i)，RN_i中的第七光开关(27)的3端口将与2端口连接，光信号将传输到第三粗波分复用器(38)。由于光信号处于蓝波带，光信号将从第三粗波分复用器(38)的3端口输出。依次经过第五光耦合器(31)、第五光环形器(35)、第六光开关(26)、双向掺铒光纤放大器(39)、第五光开关(25)后，光信号将依靠RN_i与RN_r间的工作光纤(2)沿着顺时针方向从RN_i传输到RN_r。在RN_r(3)中，光信号从RN_r的1端口进入，然后依次经过第四光开关(24)、第六光开关(26)、第二光分路器(28)。在第二光分路器(28)中，光信号被分成了两部分。从第二光分路器(28)的3端口输出的光信号被波长阻断器WB(29)滤除，从第二光分路器(28)的2端口输出的光信号被传输到第三光环形器(33)。从第三光环形器(33)的3端口输出的光信号依次经过第四光耦合器(30)、第四光环形器(34)到达阵列波导光栅AWG(40)，从阵列波导光栅AWG(40)的特定端口输出后，依靠RN_r(3)与ONU_rs(5)间的分布光纤(4)传输到ONU_rs(5)。

B.若r＞i且r-i＞n+1-(r-i)，RN_i中的第七光开关(27)的3端口将与1端口连接，光信号将传输到第六光耦合器(32)。然后依次经过第三光环形器(33)、第二光分路器(28)、第六光开关(26)、第四光开关(24)。依靠馈线光纤(2)沿着逆时针方向传输到CO(1)后，在CO(1)中，光信号依次经过第一光开关(21)、第二光耦合器(13)、第一光环形器(17)、第一粗波分复用器(15)、第一光隔离器(19)、第三光耦合器(14)、第二光开关(22)，然后从CO(1)的4端口输出。从CO(1)的4端口输出的光信号将再次依靠馈线光纤(2)沿着逆时针方向传输到RN_r。在RN_r(3)中，光信号从RN_r的3端口进入，依次经过第五光开关(25)、双向掺铒光纤放大器(39)、第六光开关(26)、第五光环形器(35)、第二调谐式光纤布拉格光栅(37)。通过将第二调谐式光纤布拉格光栅(37)的布拉格波长设置为光信号将从第二调谐式光纤布拉格光栅(37)的2端口输出，依次经过第四光耦合器(30)、第四光环形器(34)、阵列波导光栅AWG(40)后，依靠RN_r(3)与ONU_rs(5)间的分布光纤(4)传输到ONU_rs(5)。

C.若r＜i且i-r＜n+1-(i-r)，RN_i中的第七光开关(27)的3端口将与1端口连接，光信号将传输到第六光耦合器(32)。依次经过第三光环形器(33)、第二光分路器(28)、第六光开关(26)、第四光开关(24)后，光信号将依靠馈线光纤(2)沿着逆时针方向传输到RN_r。在RN_r(3)中，光信号从RN_r的3端口进入，依次经过第五光开关(25)、双向掺铒光纤放大器(39)、第六光开关(26)、第五光环形器(35)、第二调谐式光纤布拉格光栅(37)。通过将第二调谐式光纤布拉格光栅(37)的布拉格波长设置为光信号将从第二调谐式光纤布拉格光栅(37)的2端口输出，依次经过第四光耦合器(30)、第四光环形器(34)、阵列波导光栅AWG(40)后，依靠RN_r(3)与ONU_rs(5)间的分布光纤(4)传输到ONU_rs(5)。

D.若r＜i且i-r＞n+1-(i-r)，RN_i中的第七光开关(27)的3端口将与2端口连接，光信号将传输到第三粗波分复用器(38)。由于光信号处于蓝波带，光信号将从第三粗波分复用器(38)的3端口输出。依次经过第五光耦合器(31)、第五光环形器(35)、第六光开关(26)、双向掺铒光纤放大器(39)、第五光开关(25)后，从RN_i(3)的3端口输出。然后光信号将依靠工作光纤(2)沿着顺时针方向从RN_i传输到CO(1)。在CO(1)中，光信号从CO(1)的4端口进入，依次经过第二光开关(22)、第三光耦合器(14)、第二光环形器(18)、第二粗波分复用器(16)、第二光隔离器(20)、第二光耦合器(13)、第一光开关(21)，然后从CO(1)的1端口输出。从CO(1)的1端口输出的光信号将再次依靠馈线光纤(2)沿着顺时针方向传输到RN_r。在RN_r(3)中，光信号从RN_r的1端口进入，然后依次经过第四光开关(24)、第六光开关(26)、第二光分路器(28)。在第二光分路器(28)中，光信号被分成了两部分。从第二光分路器(28)的3端口输出的光信号被波长阻断器WB(29)滤除，从第二光分路器(28)的2端口输出的光信号被传输到第三光环形器(33)。从第三光环形器(33)的3端口输出的光信号依次经过第四光耦合器(30)、第四光环形器(34)到达阵列波导光栅AWG(40)，从阵列波导光栅AWG(40)的特定端口输出后，依靠RN_r(3)与ONU_rs(5)间的分布光纤(4)传输到ONU_rs(5)。

在ONU_rs(5)中，光信号将从第四粗波分复用器(41)的4端口输出，通过第七光环形器(44)后，被第二光接收机(48)接收。

实施例四：

参见图1，图2，图3和图4所示系统，对于上下行业务，在正常模式下，位于中心局CO(1)中的n×m个光发射机(6)发射n×m个下行光信号，这n×m路光信号被波分复用器(8)复用后，被掺铒光纤放大器(10)放大，然后进入第一光分路器(11)。正常模式下，第三光开关(23)是断开的。从第一光分路器(11)的2端口输出的下行光信号进入第一光环形器(17)，然后从第一光环形器(17)的2端口输出，依次经过第二光耦合器(13)、第一光开关(21)后，利用馈线光纤(2)沿着顺时针方向传输到RN_i(3)。在RN_i(3)中，下行信号从RN_i(3)的1端口进入，依次经过第四光开关(24)、第六光开关(26)、第二光分路器(28)。在第二光分路器(28)处，下行信号被分成了两部分。从第二光分路器(28)的2端口输出的下行信号依次经过第三光环形器(33)、第四光耦合器(30)、第四光环形器(34)到达阵列波导光栅AWG(40)。由于下行信号与ONU间的交互通信信号的波长间隔满足自由频谱范围FSR，利用AWG的循环频谱特性，同一个ONU的交互通信信号与下行信号会从AWG(40)的同一个端口输出。例如，对于下行信号λ_ij、交互通信信号与均会从AWG的第j个端口输出。配合分布光纤(5)，被准确地传输到目标ONU_ij。另一方面，从第二光分路器(28)的3端口输出的下行信号首先被传输到波长阻断器(29)，波长阻断器(29)将，被与RN_i连接的ONU下载的下行波长信号(λ_i1…λ_im)与交互通信波长信号(与)滤除。剩余的波长信号被传输到第五耦合器(31)，然后依次通过第五光环形器(35)、第六光开关(26)、双向掺铒光纤放大器(39)、第五光开关(25)后，被传输到下一个RN。

在ONU_ij中，下行光信号从第四粗波分复用器(41)的2端口输出，进入第三光分路器(42)后被分成了两部分，一部分被第三光接收机(50)接收，另一部分进入反射式半导体光放大器(49)。经过反射式半导体光放大器(49)重调制产生的上行信号，首先经过第三光分路器(42)、第四粗波分复用器(41)，然后从ONU_ij输出。经过分布光纤，上行信号被传输到RN_i。在RN_i中，上行信号依次通过阵列波导光栅AWG(40)、第四光环形器(34)、第一调谐式光纤布拉格光栅(36)。视第七光开关(27)的闭合情况而定，上行信号或者从第七光开关(27)的1端口输出到第六光耦合器(32)，或者从第七光开关(27)的2端口经过第三粗波分复用器(38)传输到第六光耦合器(32)。然后依次经过第三光环形器(33)、第二光分路器(28)、第六光开关(26)、第四光开关(24)，通过馈线光纤(2)传输到CO(1)。在CO(1)中，上行信号从CO(1)的1端口进入，依次通过第一光开关(21)、第二光耦合器(13)、第一光环形器(17)、第一粗波分复用器(15)、第一光耦合器(12)后到达波分解复用器(9)，波分解复用器(9)解复用后被相应的光接收机(7)接收。

实施例五：

参见图5位置I，当只有工作光纤出现故障时，只需要将RN_i中的第五光开关(25)从3-1端口连接切换到3-2端口连接，将RN_i+1中的第四光开关(24)从1-3端口连接切换到2-3端口连接。通过将光信号从工作光纤切换到保护光纤，便可实现网络的故障保护。参见图5位置II、III，当CO(1)与RN间的工作光纤出现故障时，只需对CO(1)中的第一、第二光开关(21、22)做相应的切换即可实现故障保护。参见图5位置IV，当工作光纤与保护光纤同时出现故障时，CO(1)中的第三光开关(23)处于闭合状态，同时，RN_i+1至RN_n中的所有第六光开关(26)均由平行状态切换到交叉状态。通过改变RN_i+1至RN_n下的ONU的上下行信号的传输方向，便可实现网络的故障保护。由于ONU间的交互通信可以从两个不同的传输方向实现，因此ONU间的交互通信不会受到影响。

本发明具体使用时，可实现光网络单元间交互通信的波分复用无源光网络系统，包括中心局CO，中心局CO通过馈线光纤连接n个远端结点RN，形成双纤环结构，每个远端结点RN通过分布光纤连接m个光网络单元ONU，所述的中心局CO是由n×m个光发射机和n×m个光接收机、一对波分复用器和解复用器、一个掺铒光纤放大器EDFA、一个第一光分路器(11)、第一、第二、第三3个光耦合器、第一、第二2个粗波分复用器CWDM、第一、第二2个光环形器、第一、第二2个光隔离器、第一、第二、第三3个光开关组成，在CO中，n×m个光发射机连接至一个波分复用器，n×m个光接收机连接至一个波分解复用器，波分复用器的输出连接至一个掺铒光纤放大器EDFA，掺铒光纤放大器EDFA的输出连接至第一光分路器，第一光分路器的2端口连接至第一光环形器，第一光分路器的3端口连接至第三光开关，第三光开关连接至第二光环形器，第一光环形器的2端口连接至第二光耦合器，第二光环形器的2端口连接至第三光耦合器，第二光耦合器的1端口连接至第一光开关，第三光耦合器的1端口连接至第二光开关，第一光环形器的3端口连接至第一粗波分复用器CWDM，第二光环形器的3端口连接至第二粗波分复用器CWDM，第一粗波分复用器CWDM的3端口连接至第一光隔离器，第二粗波分复用器CWDM的3端口连接至第二光隔离器，第一光隔离器的输出连接至第三光耦合器的3端口，第二光隔离器的输出连接至第二光耦合器的3端口，第一粗波分复用器CWDM的2端口连接至第一光耦合器的2端口，第二粗波分复用器CWDM(16)的2端口连接至第一光耦合器的3端口，第一光耦合器的1端口连接至波分解复用器。

Claims (3)

1.可实现光网络单元间交互通信的波分复用无源光网络系统，包括中心局CO(1)，中心局CO(1)通过馈线光纤(2)连接n个远端结点RN(3)，形成双纤环结构，每个远端结点RN(3)通过分布光纤(4)连接m个光网络单元ONU(5),其特征在于：

所述的中心局CO(1)是由n×m个光发射机(6)和n×m个光接收机(7)、一对波分复用器(8)和解复用器(9)、一个掺铒光纤放大器EDFA(10)、一个第一光分路器(11)、第一、第二、第三3个光耦合器(12、13、14)、第一、第二2个粗波分复用器CWDM(15、16)、第一、第二2个光环形器(17、18)、第一、第二2个光隔离器(19、20)、第一、第二、第三3个光开关(21、22、23)组成，在CO(1)中，n×m个光发射机(6)连接至一个波分复用器(8)，n×m个光接收机(7)连接至一个波分解复用器(9)，波分复用器(8)的输出连接至一个掺铒光纤放大器EDFA(10)，掺铒光纤放大器EDFA(10)的输出连接至第一光分路器(11)，第一光分路器(11)的2端口连接至第一光环形器(17)，第一光分路器(11)的3端口连接至第三光开关(23)，第三光开关(23)连接至第二光环形器(18)，第一光环形器(17)的2端口连接至第二光耦合器(13)，第二光环形器(18)的2端口连接至第三光耦合器(14)，第二光耦合器(13)的1端口连接至第一光开关(21)，第三光耦合器(13)的1端口连接至第二光开关(22)，第一光环形器(17)的3端口连接至第一粗波分复用器CWDM(15)，第二光环形器(18)的3端口连接至第二粗波分复用器CWDM(16)，第一粗波分复用器CWDM(15)的3端口连接至第一光隔离器(19)，第二粗波分复用器CWDM(16)的3端口连接至第二光隔离器(20)，第一光隔离器(19)的输出连接至第三光耦合器(14)的3端口，第二光隔离器(20)的输出连接至第二光耦合器(13)的3端口，第一粗波分复用器CWDM(15)的2端口连接至第一光耦合器(12)的2端口，第二粗波分复用器CWDM(16)的2端口连接至第一光耦合器(12)的3端口，第一光耦合器(12)的1端口连接至波分解复用器(9)；

所述远端结点RN(3)包括第四、第五、第六、第七4个光开关(24、25、26、27)、一个第二光分路器(28)、一个波长阻断器WB(29)、第四、第五、第六3个光耦合器(30、31、32)、第三、第四、第五3个光环形器(33、34、35)、第一、第二2个调谐式光纤布拉格光栅FBG(36、37)、第三粗波分复用器(38)、双向掺铒光纤放大器(39)、阵列波导光栅AWG(40)，在RN(3)中，第四光开关(24)连接至第六光开关(26)，第六光开关(26)连接至第二光分路器(28)，第二光分路器(28)的3端口连接至波长阻断器WB(29)，波长阻断器WB(29)的输出连接至第五光耦合器(31)，第五耦合器(31)的1端口连接至第五光环形器(35)，第五光环形器(35)的2端口连接至第六光开关(26)，第六光开关(26)的2端口连接至双向掺铒光纤放大器(39)，双向掺铒光纤放大器(39)连接至第五光开关(25)，第二光分路器(28)的2端口连接至第三光环形器(33)，第三光环形器(33)的3端口连接至第四光耦合器(30)，第四光耦合器(30)的输出连接至第四光环形器(34)，第四光环形器(34)的2端口连接至阵列波导光栅AWG(40)，第三光环形器(33)的1端口连接至第六光耦合器(32)，第六光耦合器(32)的2端口连接至第二调谐式光纤布拉格光栅FBG(37)，第六光耦合器(32)的3端口连接至第三粗波分复用器(38)，第六光耦合器(32)的4端口连接至第七光开关(27)，第七光开关(27)的3端口连接至第一调谐式光纤布拉格光栅FBG(36)，第一调谐式光纤布拉格光栅FBG(36)的2端口连接至第四光耦合器(30)的4端口，第一调谐式光纤布拉格光栅FBG(36)的1端口连接至第四光环形器(34)的3端口，第三粗波分复用器(38)的3端口连接至第五光耦合器(31)的3端口，第三粗波分复用器(38)的1端口连接至第七光开关(27)的2端口，第二调谐式光纤布拉格光栅FBG(37)的2端口连接至第四光耦合器(30)的3端口，第二调谐式光纤布拉格光栅FBG(37)的1端口连接至第五光环形器(35)的3端口；

所述的光网络单元ONU(5)包括一个第四粗波分复用器(41)、一个第三光分路器(42)、第六、第七2个粗波分复用器(43、44)、第一、第二2个调谐式发射机(45、47)、第一、第二、第三光接收机(46、48、50)、一个反射式半导体光放大器RSOA(49)，在ONU(5)中，第四粗波分复用器(41)的2端口连接至第三光分路器(42)，第三光分路器(42)的一个输出端口连接至第三光接收机(50)，第三光分路器(42)的另一个输出端口连接至一个反射式半导体光放大器RSOA(49)，第四粗波分复用器(41)的3端口连接至第六光环形器(43)的2端口，第六光环形器(43)的1端口连接至第一调谐式发射机(45)，第六光环形器(43)的3端口连接至第一光接收机(46)，第四粗波分复用器(41)的4端口连接至第七光环形器(44)的2端口，第七光环形器(44)的1端口连接至第二调谐式发射机(47)，第七光环形器(44)的3端口连接至第二光接收机(48)。

2.根据权利要求1所述可实现光网络单元间交互通信的波分复用无源光网络系统，其特征在于，光网络单元ONU_ij与ONU_ik间交互通信具体实现方法是：光网络单元ONU_ij(5)中的第一调谐式发射机(45)发出一个处于蓝波带的光信号经过第六光环形器(43)后，进入到第四粗波分复用器(41)，通过ONU_ij(5)与RN_i(3)间的分布光纤(4)后，光信号被传输到RN_i(3)，在RN_i(3)中，光信号首先通过阵列波导光栅AWG(40)，经过第四光环形器(34)后到达第一调谐式光纤布拉格光栅(36)，由于第一调谐式光纤布拉格光栅(36)的布拉格波长就设置为所以光信号将从第一调谐式光纤布拉格光栅(36)的2端口反射输出到第四光耦合器(30)，经过第四光环形器(34)后，从阵列波导光栅AWG(40)的特定端口输出，经过RN_i(3)与ONU_ik(5)间的分布光纤(4)后，到达ONU_ik(5)，在ONU_ik(5)中，光信号将从第四粗波分复用器(41)的3端口输出，通过第六光环形器(43)后，被第一光接收机(46)接收。

3.根据权利要求1所述可实现光网络单元间交互通信的波分复用无源光网络系统，其特征在于，光网络单元ONU_ij与ONU_rs间交互通信具体实现方法是：光网络单元ONU_ij(5)中的第二调谐式发射机(47)发出一个处于蓝波带的光信号经过第七光环形器(44)后，进入到第四粗波分复用器(41)，通过ONU_ij(5)与RN_i(3)间的分布光纤(4)后，光信号被传输到RN_i(3)，在RN_i(3)中，光信号首先通过阵列波导光栅AWG(40)，经过第四光环形器(34)后到达第一调谐式光纤布拉格光栅(36)，由于第一调谐式光纤布拉格光栅(36)的布拉格波长不是所以光信号将从第一调谐式光纤布拉格光栅(36)的3端口输出到第七光开关(27)，此时，

A.若r>i且r-i<n+1-(r-i)，RN_i中的第七光开关(27)的3端口将与2端口连接，光信号将传输到第三粗波分复用器(38)，由于光信号处于蓝波带，光信号将从第三粗波分复用器(38)的3端口输出，依次经过第五光耦合器(31)、第五光环形器(35)、第六光开关(26)、双向掺铒光纤放大器(39)、第五光开关(25)后，光信号将依靠RN_i与RN_r间的工作光纤(2)沿着顺时针方向从RN_i传输到RN_r，在RN_r(3)中，光信号从RN_r的1端口进入，然后依次经过第四光开关(24)、第六光开关(26)、第二光分路器(28)，在第二光分路器(28)中，光信号被分成了两部分，从第二光分路器(28)的3端口输出的光信号被波长阻断器WB(29)滤除，从第二光分路器(28)的2端口输出的光信号被传输到第三光环形器(33)，从第三光环形器(33)的3端口输出的光信号依次经过第四光耦合器(30)、第四光环形器(34)到达阵列波导光栅AWG(40)，从阵列波导光栅AWG(40)的特定端口输出后，依靠RN_r(3)与ONU_rs(5)间的分布光纤(4)传输到ONU_rs(5)，

B.若r>i且r-i>n+1-(r-i)，RN_i中的第七光开关(27)的3端口将与1端口连接，光信号将传输到第六光耦合器(32)，然后依次经过第三光环形器(33)、第二光分路器(28)、第六光开关(26)、第四光开关(24)，依靠馈线光纤(2)沿着逆时针方向传输到CO(1)后，在CO(1)中，光信号依次经过第一光开关(21)、第二光耦合器(13)、第一光环形器(17)、第一粗波分复用器(15)、第一光隔离器(19)、第三光耦合器(14)、第二光开关(22)，然后从CO(1)的4端口输出，从CO(1)的4端口输出的光信号将再次依靠馈线光纤(2)沿着逆时针方向传输到RN_r，在RN_r(3)中，光信号从RN_r的3端口进入，依次经过第五光开关(25)、双向掺铒光纤放大器(39)、第六光开关(26)、第五光环形器(35)、第二调谐式光纤布拉格光栅(37)，通过将第二调谐式光纤布拉格光栅(37)的布拉格波长设置为光信号将从第二调谐式光纤布拉格光栅(37)的2端口输出，依次经过第四光耦合器(30)、第四光环形器(34)、阵列波导光栅AWG(40)后，依靠RN_r(3)与ONU_rs(5)间的分布光纤(4)传输到ONU_rs(5)，

C.若r<i且i-r<n+1-(i-r)，RN_i中的第七光开关(27)的3端口将与1端口连接，光信号将传输到第六光耦合器(32)，依次经过第三光环形器(33)、第二光分路器(28)、第六光开关(26)、第四光开关(24)后，光信号将依靠馈线光纤(2)沿着逆时针方向传输到RN_r，在RN_r(3)中，光信号从RN_r的3端口进入，依次经过第五光开关(25)、双向掺铒光纤放大器(39)、第六光开关(26)、第五光环形器(35)、第二调谐式光纤布拉格光栅(37)，通过将第二调谐式光纤布拉格光栅(37)的布拉格波长设置为光信号将从第二调谐式光纤布拉格光栅(37)的2端口输出，依次经过第四光耦合器(30)、第四光环形器(34)、阵列波导光栅AWG(40)后，依靠RN_r(3)与ONU_rs(5)间的分布光纤(4)传输到ONU_rs(5)，

D.若r<i且i-r>n+1-(i-r)，RN_i中的第七光开关(27)的3端口将与2端口连接，光信号将传输到第三粗波分复用器(38)，由于光信号处于蓝波带，光信号将从第三粗波分复用器(38)的3端口输出，依次经过第五光耦合器(31)、第五光环形器(35)、第六光开关(26)、双向掺铒光纤放大器(39)、第五光开关(25)后，从RN_i(3)的3端口输出，然后光信号将依靠工作光纤(2)沿着顺时针方向从RN_i传输到CO(1)，在CO(1)中，光信号从CO(1)的4端口进入，依次经过第二光开关(22)、第三光耦合器(14)、第二光环形器(18)、第二粗波分复用器(16)、第二光隔离器(20)、第二光耦合器(13)、第一光开关(21)，然后从CO(1)的1端口输出，从CO(1)的1端口输出的光信号将再次依靠馈线光纤(2)沿着顺时针方向传输到RN_r，在RN_r(3)中，光信号从RN_r的1端口进入，然后依次经过第四光开关(24)、第六光开关(26)、第二光分路器(28)，在第二光分路器(28)中，光信号被分成了两部分，从第二光分路器(28)的3端口输出的光信号被波长阻断器WB(29)滤除，从第二光分路器(28)的2端口输出的光信号被传输到第三光环形器(33)，从第三光环形器(33)的3端口输出的光信号依次经过第四光耦合器(30)、第四光环形器(34)到达阵列波导光栅AWG(40)，从阵列波导光栅AWG(40)的特定端口输出后，依靠RN_r(3)与ONU_rs(5)间的分布光纤(4)传输到ONU_rs(5)，

在ONU_rs(5)中，光信号将从第四粗波分复用器(41)的4端口输出，通过第七光环形器(44)后，被第二光接收机(48)接收。