CN110140308B - 光传输系统、无源光网络系统以及传输方法 - Google Patents

光传输系统、无源光网络系统以及传输方法 Download PDF

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Abstract

一种光传输系统，其中发送站与多个接收站通过分光器连接，光传输系统用于实现光纤传输。发送站包括：控制元件，其用于，根据有关到接收站的传输距离和调制频带的信息，在发送站中确定对光信号进行强度调制还是相位调制；强度调制元件，其用于对光信号进行强度调制；以及相位调制元件，其用于对光信号进行相位调制。从发送站向每个接收站发送强度调制信号和相位调制信号中的一个。

Description

光传输系统、无源光网络系统以及传输方法
技术领域
本发明涉及光传输系统、无源光网络PON系统以及传输方法，其包括用于多载波传输的波长色散补偿功能，或者根据其可以避免波长色散的影响。
背景技术
在光纤传输中，波长色散是引起信号衰减的一个主要原因。对于波长色散需的补偿需要以光学方式进行，但在使用物理插入依赖于光纤距离的色散补偿光纤的方法的情况下，会引起操作成本的增加。同样，在使用通过数字信号处理进行补偿的方法的情况下，用于进行数字信号处理的装置较为昂贵，因此很难使用这种采用要求具有更低成本的接入线路的方法。此外，在采用单点对多点(PtMP)模式(诸如PON(无源光网络))的网络拓扑结构中，在对从OLT(光线路终端)到各个ONU(光网络单元)的路径进行波长色散补偿的情况下，需要与各个距离相对应的多个色散补偿光纤。
PTL1公开了这样一种技术，其中OLT中包括多个波长色散补偿器，这些波长色散补偿器根据ONU的距离相互之间进行切换。
引用列表
专利文献
PTL1:日本专利号5416844
发明内容
技术问题
然而，在现有的用于避免波长色散的影响的方法中使用光学方式，需要与传输距离相对应的不同的色散补偿器，而使用电气方式，需要用于进行信号处理的高成本电路，因此，要将这两种方式中的任意一种应用于接入网，都存在成本方面的问题。另外，在网络拓扑结构(诸如PON中的PtMP或其它等)中，OLT与各ONU之间的距离不同，因此必需在具有不同累积色散量的多个路径中的每个路径上安装色散补偿器。
本发明即针对这些情况而创造，且目的在于提供一种光传输系统、一种PON系统以及一种传输方法，根据其可以采用简单的配置来避免波长色散的影响。问题的解决方案
根据本发明的一个方面，提供了一种光传输系统，其中发送站与多个接收站通过分光器连接，光传输系统用于实现光纤传输，其中发送站包括：控制元件，其用于，根据有关到接收站的传输距离和调制频带的信息，确定对光信号进行强度调制还是相位调制；强度调制元件，其用于对光信号进行强度调制；以及相位调制元件，其用于对光信号进行相位调制，并且其中，从发送站向每个接收站发送强度调制信号和相位调制信号中的一个。
发明的有益效果
根据本发明，可以采用简单的配置来避免波长色散的影响。
本发明的其它特征和优点将通过以下参照附图给出的说明变得清楚。应当注意的是，附图中相同或类似的配置采用相同的附图标记来表示。
附图说明
图1A是示出根据第一实施例的光发送器的整体配置的图。
图1B是示出根据第一实施例的另一光发送器的整体配置的图。
图2是示出控制电路单元的功能的框图。
图3是示出分别经过强度调制和相位调制并在通过光纤传输20km后被直接检测的光信号的输出RF功率的图，其中输出RF功率在最大值上标准化。
图4A是示出在20km传输中将0-20GHz的多载波通道分配给强度调制器和相位调制器的示例的图。
图4B是示出在20km传输中将0-20GHz的多载波通道分配给强度调制器和相位调制器的示例的图。
图4C是示出在20km传输中将0-20GHz的多载波通道分配给强度调制器和相位调制器的示例的图。
图5是示出根据第二实施例的光发送器的整体配置的图。
图6是示出根据第三实施例的光发送器的整体配置的图。
图7是示出根据第四实施例的光发送器的整体配置的图。
图8是示出根据第五实施例的PON系统的整体配置的图。
图9是示出根据第六实施例的光传输系统的整体配置的图。
具体实施方式
本发明的发明人通过以下方式获得了本发明。即，本发明的发明人注意到强度调制信号和相位调制信号的输出功率是互补的关系，并且发现通过根据有关发送站和各接收站之间的传输路径的距离和调制频带的信息选择性地使用强度调制或相位调制能够避免波长色散引起的信号衰减并消除色散补偿，因此，进行通信时所有接收站都总是占用频带。
图1A是示出根据第一实施例的光发送器的整体配置的图。光发送器10设置在光传输系统的发送站中或设置在PON系统的OLT中，并包括用于输出光的半导体激光器(光源)11、分光器12、强度调制器13、VOA(可变光衰减器)14、相位调制器15、VOA 16、光多路复用器17，以及控制电路单元30。
从半导体激光器11输出的光被分光器12分成两束光，一束光输入强度调制器13，另一束光输入相位调制器15。此外，控制电路单元30根据有关到光传输系统中各接收站的传输距离和调制频带的信息来确定对光信号进行强度调制还是相位调制。在应用到PON系统的情况下，控制电路单元30根据有关OLT和各ONU之间的传输距离和调制频带的信息来确定对光信号进行强度调制还是相位调制。由其中一个调制器调制的光信号经VOA 14和VOA16被光多路复用器17多路复用并输入到光纤。注意在这里，已经表明了包括VOA 14和VOA16的一个方面，但是本发明并不限于此，在一些情况下也不需要VOA 14和VOA 16。
注意，如图1B所示，也可以采用这样一种配置，即其中设置两个半导体激光器21a和21b并且光从半导体激光器21a和21b输入到强度调制器13和相位调制器15。通过使用这种配置，只对光的多路复用进行处理，因此可以抑制偏振串扰的发生。
图2是示出控制电路单元30的功能的框图。控制电路单元30包括频带分配单元31、强度调制参数优化电路32以及相位调制参数优化电路33。初始信号(电信号)被输入到频带分配单元31，并且，如果所采用的系统是光传输系统，则将有关从发送站到各接收站的传输路径的距离和调制频带的信息输入到频带分配单元31。如果所采用的系统是PON系统，则输入有关从OLT到各ONU的传输路径和调制频带的信息。频带分配单元31确定对将要用在根据本实施例的光传输系统或PON系统中的光信号的频带进行强度调制还是相位调制。将用于强度调制的信号分量输入强度调制参数优化电路32，将用于相位调制的信号分量输入相位调制参数优化电路33，并且在每个当中，对所需参数进行优化。之后，将所优化的信号分别输入强度调制器13和相位调制器15。
图3是示出分别经过强度调制和相位调制并在通过光纤传输20km后被直接检测的光信号的输出RF功率的图，其中输出RF功率在最大值上标准化。如图3所示，在被传输20km之后，获得经过强度调制的信号的输出RF功率的恒定输出，直到调制频率约为10GHz，随后，输出RF功率逐渐衰减并且在14GHz的调制频率附近几乎达到0。之后，输出RF功率逐渐增大并且又一次在20GHz附近达到峰值。
另一方面，经过相位调制的信号具有与经过强度调制的信号的趋势相反的趋势。也就是说，在直流电附近几乎为0的电输出在调制频率每次增大时都逐渐增大，并在14GHz的调制频率附近达到峰值。
这是因为，在进行光传输时，在强度调制信号中，初始具有振幅分量的信号在14GHz附近由于AM-PM转换而变成相位分量，因此不再能进行直接检测。另一方面，在相位调制信号中，由于传输过程中的PM-AM转换，相位分量被转换成振幅分量，因此可以通过直接检测来实现接收。这样，在对强度调制信号和相位调制信号进行光纤传输之后，电输出和振幅之间的关系为互补关系，即，当强度调制信号达到峰值时相位调制信号达到0，而当相位调制信号达到峰值时强度调制信号相反地达到0。不考虑光纤距离的情况下，该关系永远成立。若利用该性质，则在其中强度调制信号衰减的多载波通道会被分配到相位调制器15，经历相位调制，并且从调制器输出的信号会被多路复用，之后，通过用光纤进行传输，就可以在不改变正常接收器配置的情况下获得宽频带的信号。
通过预先将发送站(或OLT)和各接收站(或ONU)之间的传输路径的距离输入频带分配单元31，可预测在其中信号衰减明显的频带。也就是说，如图3所示，执行这样的操作，其中，根据预先输入的发送站(或OLT)和各接收站(或ONU)的传输路径的距离，接收站(或ONU)所使用的、为其预测到由于强度调制而品质退化将会明显的通道被分配到相位调制器15。另一方面，执行这样的操作，其中，各接收站(或ONU)所使用的、为其预测到由于相位调制而品质退化将会明显的通道被分配到强度调制器13。
图4A至图4C是示出在20km传输中将0-20GHz的多载波通道分配给强度调制器和相位调制器的示例的图。在该示例中，在总共具有12个通道且仅使用强度调制器的传统方法中，第七通道至第十通道的通道品质由于波长色散而退化。如果将退化的通道不分配给强度调制器而是分配给相位调制器，则在该频带的相位调制分量能够被准确地转化为振幅调制分量并且能够进行信号的检测，从而能够使用所有的通道。
这样，根据本实施例，针对每个接收站(或ONU)将适当的通道分配给强度调制器和相位调制器，从而能够在不使用色散补偿器的情况下抑制波长色散。
(第二实施例)
图5是示出根据第二实施例的光发送器的整体配置的图。光发送器40设置在光传输系统的发送站中或设置在PON络系统的OLT中，并且至少包括：作为光源而输出光的半导体激光器11；偏振分束器(PBS)18；强度调制器13；相位调制器15；偏振合束器(PBC)19；以及控制电路单元30。
偏振分束器18对接收到的信号进行偏振分离，并将所接收到的信号分成第一连续光和第二连续光，第一连续光和第二连续光的偏振面相互垂直。强度调制器13对第一连续光进行强度调制。相位调制器15对第二连续光进行相位调制。偏振合束器19对相互垂直且从强度调制器13和相位调制器15输出的多路复用偏振波进行处理。从半导体激光器11输出的光被分成两束光，经调制器调制，而后重新合并，但是此时可能会发生两个光路径上的光相互干扰的情况，即，引起偏振串扰，从而在接收端呈现为噪声。然而，通过使用第二实施例的配置，能够抑制偏振串扰的产生。
(第三实施例)
图6是示出根据第三实施例的光发送器的整体配置的图。光发送器50设置在光传输系统的发送站中或设置在PON系统的OLT中，并且如图6所示，强度调制器13和相位调制器15串联布置。用于分配通道的方法同第一实施例和第二实施例的方法一样，但是将强度调制器13和相位调制器15串联布置使得不需要诸如耦合器、PBS和PBC等的光学器件，从而能够降低成本。
(第四实施例)
图7是示出根据第四实施例的光发送器的整体配置的图。如图7所示，光发送器60设置在光传输系统的发送站中或设置在PON系统的OLT中，并且采用其中集成了半导体激光器和强度调制器的直接调制激光器23。通过以这种方式使用直接调制激光器23，可以进一步降低成本。
(第五实施例)
图8是示出根据第五实施例的PON系统的整体配置的图。在此，根据第一实施例至第四实施例的光发送器应用于PON系统70的OLT 71。从光发送器输出的光信号经光纤25和26-1至26-n输入到ONU 27-1至27-N。本发明还能够用于这种类型的PtMP网络。由于从OLT71到各ONU 27-1至27-N的距离不同，所以采用固定色散补偿不可能处理具有不同累积色散量的路径。在采用WDM-PON、OFDM-PON及其它等的情况下，其中ONU 27-1至27-N采用的是不同的频段，需要根据时间执行控制以使不与其它ONU所使用的频带发生冲突，同时避免ONU所不能使用的频带。因此，一个用户不能一直使用一个频带。注意在该PON系统中，采用的是DMT(色散多音)方案，通道的数量少于ONU的数量，并且每个ONU的传输距离不同。
此外，假设在一状态下仅使用标准的强度调制器，在某个ONU将要被分配到的区域中，由于OLT和各ONU之间的光纤传输中累积的波长色散量的原因，发生了色散导致的RF功率衰减，并且该频带中通道的品质明显退化。然而，通过使用相位调制信号能够改善这类通道的品质。通过将调制器从强度调制器换为相位调制器，可以阻止信号衰减。因此，对于用户而言即使是以固定的方式来进行频带分配，在强度调制器和相位调制器中的一个中也不会发生色散导致的RF功率衰减，所以，如果使用了其中一个调制器，就可以在传输中一直保持恒定品质。
确定要将到ONU的通道分配给强度调制器还是相位调制器的操作由已经预先查明了从OLT到所有ONU的传输距离的控制电路来执行。也就是说，如图2所示，频带分配单元31，根据有关传输路径的距离和调制频带的信息，确定要将寻址到各ONU的初始信号分配给强制调制器还是相位调制器。如此，通过以固定方式确定各ONU的分配频带并且通过将它们分配给强度调制器和相位调制器当中的一个，就能够在所有ONU都一直占有频带的情况下进行通信，从而能够使用采用了传统尽力服务多载波传输的PON系统来提高用户通量。
(第六实施例)
图9是示出根据第六实施例的光传输系统的整体配置的图，其具体示出了具有“单点到多点”配置的光传输系统。在此，根据第一实施例至第四实施例的光发送器应用于光传输系统80的发送站81。从光发送器输出的光信号经光纤25和26-1至26-n输入至接收站28-1至28-N。本发明还能够用于这种类型的PtMP网络。注意在该光传输系统中，假设采用DMT(色散多音)方案或宽带(使用多个通道)传输方案。此外，使用全频带或多频带进行传输。发送站81并不与多个接收站同时进行传输，并且对于每个接收站而言离发送站81的传输距离都不同。在本实施例中，发送站81每切换一次接收站，频带分配电路就为每个子载波动态分配强度调制或相位调制。
假设在一状态下仅使用标准的强度调制器，在将要被分配到某个接收站的频带中，由于发送站和各接收站之间的光纤传输中累积的波长色散量的原因，发生了色散导致的RF功率衰减，并且该频带中通道的品质明显退化。然而，如上文所述，通过使用相位调制信号能够改善这类频带的品质。通过将调制器从强度调制器切换为相位调制器，可以阻止信号衰减。因此，对于用户而言即使是以固定的方式来进行频带分配，在强度调制器和相位调制器中的一个中也不会发生色散导致的RF功率衰减，所以，如果使用了其中一个调制器，就可以在传输中一直保持恒定品质。
确定要将到接收站28-1至28-N的通道分配给强度调制器还是相位调制器的操作由已经预先查明了从发送站81到所有接收站28-1至28-N的传输距离的控制电路来执行。也就是说，如图2所示，频带分配单元31，根据有关传输路径的距离和调制频带的信息，确定要将寻址到接收站28-1至28-N的初始信号分配给强制调制器还是相位调制器。如此，通过以固定方式确定接收站28-1至28-N的分配频带并且通过将它们分配给强度调制器和相位调制器当中的一个，就能够在所有接收站28-1至28-N都一直占有频带的情况下进行通信，从而就能够使用采用了传统的尽力服务多载波传输的PON系统来提高用户通量。
如上文所述，根据本实施例，通过将适当的通道分配给强度调制器和相位调制器，可以在不使用色散补偿器的情况下抑制波长色散。
本发明不限于以上实施例，并且在本发明的精神和范围内可以对本发明进行各种改变和修改。因此，附上权利要求以将本发明的范围告知于众。
本申请要求于2017年1月10日提交的日本专利申请号2017-002200的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。

Claims (7)

1.一种光传输系统，其中发送站与多个接收站通过分光器连接，所述光传输系统用于实现光纤传输，其中
所述发送站包括：
控制元件，其用于，根据有关到所述接收站的传输距离和调制频带的信息，确定对光信号进行强度调制还是相位调制；
强度调制元件，其用于对光信号进行强度调制；以及
相位调制元件，其用于对光信号进行相位调制，并且
其中，从所述发送站向每个所述接收站发送强度调制信号和相位调制信号中的一个，
所述控制元件确定对光信号在第一特定频带进行相位调制，所述第一特定频带包括一第一频率，在该第一频率上，在接收端不再能够直接检测经过强度调制并通过光纤传输的光信号，
所述控制元件确定对光信号在第二特定频带进行强度调制，所述第二特定频带包括一第二频率，在该第二频率上，在接收端不再能够直接检测经过相位调制并通过光纤传输的光信号。
2.根据权利要求1所述的光传输系统，其中
所述强度调制元件和所述相位调制元件并联连接，并且，由单个光源产生的光被分开且所得到的光被分别输入所述强度调制元件和所述相位调制元件，以及
所述控制元件通过根据有关到所述接收站的传输距离和所述调制频带的所述信息切换所述强度调制元件和所述相位调制元件中的一个来执行调制。
3.根据权利要求1所述的光传输系统，其中
所述强度调制元件和所述相位调制元件并联连接，并且，由两个独立光源产生的光被分别输入所述强度调制元件和所述相位调制元件，以及
所述控制元件通过根据有关到所述接收站的传输距离和所述调制频带的所述信息切换所述强度调制元件和所述相位调制元件中的一个来执行调制。
4.根据权利要求1所述的光传输系统，其中
所述强度调制元件和所述相位调制元件串联连接，并且，由单个光源产生的光被依次输入所述强度调制元件和所述相位调制元件，以及
所述控制元件根据有关到所述接收站的传输距离和所述调制频带的所述信息采用所述强度调制元件和所述相位调制元件中的一个来执行调制。
5.根据权利要求4所述的光传输系统，其中
所述强度调制元件具有所述光源。
6.一种无源光网络PON系统，其中光线路终端OLT与多个光网络单元ONU通过分光器连接，所述PON系统用于实现光纤传输，其中
所述OLT包括：
控制元件，其用于，根据有关所述OLT和所述ONU之间的传输距离和调制频带的信息，确定对光信号进行强度调制还是相位调制；
强度调制元件，其用于对光信号进行强度调制；以及
相位调制元件，其用于对光信号进行相位调制，并且
其中，从所述OLT向每个所述ONU发送强度调制信号和相位调制信号中的一个，
所述控制元件确定对光信号在第一特定频带进行相位调制，所述第一特定频带包括一第一频率，在该第一频率上，在接收端不再能够直接检测经过强度调制并通过光纤传输的光信号，
所述控制元件确定对光信号在第二特定频带进行强度调制，所述第二特定频带包括一第二频率，在该第二频率上，在接收端不再能够直接检测经过相位调制并通过光纤传输的光信号。
7.一种用于光传输系统的传输方法，在所述光传输系统中，发送站与多个接收站通过分光器连接，所述光传输系统用于实现光纤传输，所述传输方法至少包括：
根据有关到所述接收站的传输距离和调制频带的信息，确定对所述发送站中的光信号进行强度调制还是相位调制；以及
对光信号进行强度调制和相位调制中的一种，
其中，从所述发送站向每个所述接收站发送强度调制信号和相位调制信号中的一个，
所述根据有关到所述接收站的传输距离和调制频带的信息，确定对所述发送站中的光信号进行强度调制还是相位调制的步骤包括：
确定对光信号在第一特定频带进行相位调制，所述第一特定频带包括一第一频率，在该第一频率上，在接收端不再能够直接检测经过强度调制并通过光纤传输的光信号，
确定对光信号在第二特定频带进行强度调制，所述第二特定频带包括一第二频率，在该第二频率上，在接收端不再能够直接检测经过相位调制并通过光纤传输的光信号。
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