CN112911427A - 一种无源光网络光模块、全光接入网系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光通信领域，特别是涉及一种无源光网络光模块、全光接入网的系统和控制方法。无源光网络光模块包括VCSEL激光器、VCSEL驱动器、ROSA、限幅放大器和分波器；VCSEL激光器的输入端与VCSEL驱动器连接，VCSEL激光器的输出端与分波器的输入端连接；ROSA的输出端与限幅放大器连接，ROSA(13)的输入端与分波器连接；分波器的多模光纤接口作为外部端口使用。本发明提供的无源光网络光模块发光效率高、功耗低，支持突发上行，支持单纤双向光信号传输。本发明还提供了了使用无源光网络光模块作为网关部件的全光接入网的系统，以及全光接入网的系统的控制方法。

Description

一种无源光网络光模块、全光接入网系统和控制方法

【技术领域】

本发明涉及光通信领域，特别是涉及一种无源光网络光模块、全光接入网的系统和控制方法。

【背景技术】

无源光网络(Passive Optical Network，简写为PON)已经逐步取代传统的铜缆，成为光纤到户的主要技术。现有无源光网络系统，如：G-PON以及XG(S)-PON，存在以下重要特征：1)支持单纤双向传输，即：仅需要一根光纤就可以完成双向数据传输，这样可以极大的节约光纤资源；2)采用标准单模光纤，如G.652光纤，来构建光分配网络(OpticalDistribution Network，简写为ODN)，其应用场景通常支持最大20公里传输距离；3)光分配网络的拓扑结构为点对多点(Point to Multi-Point，简写为P2MP)，包括一段主干光纤和多个光纤支线，局端和终端之间采用时分复用模式进行通信。传统无源光网络系统的首要技术挑战在于系统功率预算，该预算通常要求在29dB及以上，光纤传输损耗和高分路比是造成无源光网络系统功率预算较高的主要原因。

全光接入网在现有光纤到户的基础上，进一步取消了家庭网络布线中的铜缆，进而形成家庭内部全光组网。其中，局端设备OLT(Optical Line Terminal光线路终端)通过光分配网络连接到家庭网络。家庭网络包括一个主网关(ONU-m，Optical Network Unit-Master)和若干个从网关(ONU-s，Optical Network Unit-Slayer)。主/从网关之间采用无源光网络进行组网，其应用场景显著区别于传统无源光网络：1)传输距离显著降低：传统PON系统需要支持20公里传输距离，而家庭全光接入网的传输距离通常不超过200米；2)分光比显著降低：传统PON系统通常需要支持1:32及以上分光比，而家庭全光接入网络的分光比通常不高于1:16；3)家庭全光接入网的终端数量显著增加。

传统光纤到户每个家庭仅需要一个主网关，而家庭全光接入网的每个主网关还需要配套多个从网关，传统的网关以及网关所使用的光模块成本和功耗较高、发光效率较低、且不支持突发上行。另一方面，现有的全光接入网仅能支持单模光纤，成本较高，传输效率较低。

鉴于此，如何克服现有技术所存在的缺陷，解决现有的光模块、网关和全光接入网系统成本较高且效率较低的现象，是本技术领域待解决的问题。

【发明内容】

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明解决了现有全光接入网系统中仅能使用单模光纤所导致的高成本低效率，且不支持突发上行的问题。

本发明实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种无源光网络光模块，具体为：包括VCSEL激光器11、VCSEL驱动器12、ROSA13、限幅放大器(14)和分波器15；VCSEL激光器11的输入端与VCSEL驱动器12连接，VCSEL激光器11的输出端与分波器15的输入端连接；ROSA13的输出端与限幅放大器14连接，ROSA13的输入端与分波器15连接；分波器15的多模光纤接口作为外部端口使用。

优选的，当无源光网络光模块作为主网关光模块使用时，VCSEL驱动器12为连续模式VCSEL驱动器，VCSEL激光器11的工作模式为连续模式，限幅放大器14为突发模式限幅放大器，ROSA13中使用突发模式的TIA芯片；当无源光光网络模块作为从网关光模块使用时，VCSEL驱动器12为突发模式VCSEL驱动器，VCSEL激光器11的工作模式为突发模式，限幅放大器14为连续模式限幅放大器，ROSA13中使用连续模式的TIA芯片。

第二方面，本发明提供了一种全光接入网系统，包括：包括至少一个主网关1、至少一个从网关2和至少一个多模分光器3；主网关1和外部光分配网络之间由多模光纤连接，主网关1与多模分光器3的输入端口之间由多模光纤连接，每一个从网关2和多模分光器3的一个输出端口之间由多模光纤连接。

优选的，主网关1包括第一方面提供的无源光网络光模块41、媒介访问管理主芯片42和对外PON光模块43，其中，无源光网络光模块41为主网关光模块；对外PON光模块43的外部接口作为主网关1的第一外部接口与外部光分配网络连接，对外PON光模块43与媒介访问管理主芯片42的第一端口连接，媒介访问管理主芯片42的第二端口与无源光网络光模块41连接，无源光网络光模块41的外部接口作为主网关1的第二外部接口与从网关2连接。

优选的，每一个所述从网关2包括第一方面提供的无源光网络光模块51、媒介访问管理从芯片52和网络适配器53，其中，无源光网络光模块51为从网关光模块；无源光网络光模块51的外部接口作为从网关2的第一外部接口与主网关1连接，无源光网络光模块51与媒介访问管理从芯片52的第一端口连接，媒介访问管理从芯片52的第二端口和网络适配器53连接，网络适配器53的外部端口作为从网关2的第二外部接口与网络终端设备连接。

优选的，多模分光器3包括两级分光；第一级分光将主网关1的输出多模光分为第一输出多模光和第二输出多模光；第二级分光将第一输出多模光分为至少两路第三输出多模光，每一路第三输出多模光的功率相同，每一路第三输出多模光作为一个从网关2的输入多模光。

第三方面，本发明提供了一种全光接入网的控制方法，具体为：搭建第二方面中提供的全光接入网系统；从网关2向主网关1发送上行信号进行注册和测距；主网关1为每一个完成注册和测距的从网关2分配时隙；每个从网关2在自己的时隙内向主网关1发送上行突发信号，进行上行数据传输。

优选的，从网关2向主网关1发送上行信号进行注册和测距，具体包括：主网关1根据预设时间周期进行开窗；未注册的从网关2在时隙内向主网关1发送注册和测距信号；已注册的从网关2不发送任何上行信号。

优选的，每个从网关2在自己的时隙内向主网关发送上行突发信号，具体包括：从网关2中的媒介访问管理从芯片52根据需要发送的数据向无源光网络光模块51发送突发数据指令；无源光网络光模块51中的VCSEL驱动器12控制VCSEL激光器11的发光开关，使VCSEL激光器11发出突发上行光信号。

优选的，主网关1向从网关的下行通信采用TDM方式，从网关2向主网关1的上行通信采用TDMA方式。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果在于：

1)本发明提供的无源光网络光模块发光效率高、功耗低，支持突发上行，支持单纤双向光信号传输；

2)本发明提供的全光接入网系统采用多模光纤作为光信号传输媒介，多模光纤制备简单，其纤芯较大易弯曲；

3)本发明提供的全光接入网系统采用光模块及光纤成本较单模有优势，能够有效降低家庭全光接入网的组网成本；

4)本发明提供的全光接入网控制方法支持多个从网关的多模信号通信，并支持突发上行信号和下行信号的传输。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种无源光网络光模块的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种无源光网络光模块作为主网关光模块时的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种无源光网络光模块作为从网关光模块时的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种全光接入网系统的网络架构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种全光接入网系统的使用的多模分光器接口示意图；

图6为本发明实施例提供的一种全光接入网系统的使用的多模分光器内部结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种全光接入网系统的网络架构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种全光接入网系统使用的主网关内部结构示意图；

图9为本发明实施例提供的一种全光接入网系统使用的从网关内部结构示意图；

图10为本发明实施例提供的一种全光接入网控制方法的流程图；

图11为本发明实施例提供的另一种全光接入网控制方法的流程图；

图12为本发明实施例提供的一种全光接入网控制方法中从网关光模块控制方法示意图；

其中，附图标记如下：

11：VCSEL激光器，12：VCSEL驱动器，13：ROSA，14：限幅放大器，15：分波器，

1：主网关，2：从网关，

3：多模分光器，31：第一多模分光器，32：第二多模分光器，

41：无源光网络光模块，42：媒介访问管理主芯片，43：对外PON光模块，

51：无源光网络光模块，52：媒介访问管理从芯片，53：网络适配器。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明是一种特定功能系统的体系结构，因此在具体实施例中主要说明各结构模组的功能逻辑关系，并不对具体软件和硬件实施方式做限定。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明。

实施例1：

针对目前家庭全光接入网技术背景，以及所涉及的主/从网关成本与功耗问题，本发明实施例提出了一种适用于家庭全光接入网的无源光网络光模块。

如图1所示，本实施例提供的无源光网络光模块包括：垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，简写为VCSEL)激光器11、VCSEL驱动器12、接收光子模块(Receiver Optical Sub-Assembly，简写为ROSA)13、限幅放大器(LimitedAmplifier，简写为LA)14和分波器(Diplexer)15。VCSEL驱动器12接收通信电信号并将电信号转换为VCSEL激光器11需要的电信号，VCSEL激光器11根据电信号发出需要的光信号，ROSA13进行光电转换，限幅放大器14进行信号放大，分波器15将上下行波长分开。在实际使用中，限幅放大器14一般还会集成数据时钟恢复(Clock and Data Recovery，简写为CDR)芯片，完成信号的时钟恢复功能。

目前的家庭用全光接入网PON中使用的光模块中，激光器是直接调制器激光器(Directly Modulated Laser，简写为DML)或电吸收调制激光器(Electlro-absorptionModulated Laser，简写为EML)，仅支持单模光信号。本发明提供的光模块中，为了支持多模信号传输，使用VCSEL激光器11和相应的VCSEL驱动器12芯片，其工作模式和接口不同于EML/DML。本实施例提供的光模块中，VCSEL激光器11的输入端与VCSEL驱动器12连接，VCSEL激光器11的输出端与分波器15的输入端连接。ROSA13的输出端与限幅放大器14连接，ROSA13的输入端与分波器15连接。分波器15的多模光纤接口作为外部端口使用，实现单纤双向传输。

在具体实施中，ROSA13可以使用P型半导体-杂质-N型半导体二极管(PositiveIntrinsic-Negative photodiode，简写为PIN-PD)ROSA，或雪崩二极管(avalanchephotodiode，简写为APD)ROSA，PIN-PD/APD ROSA包括可以工作在近/红外波长范围的PIN-PD芯片或APD芯片和跨阻放大器(Trans-Impedance Amplifier，简写为TIA)，PIN-PD/APD芯片的作用是光电转换，TIA芯片作用是信号的跨阻放大。为了进一步的提高器件集成度，降低成本，PIN-PD/APD芯片和TIA芯片通常封装在一起。

本实施例中提供的无源光网络光模块可以用于主网关和从网关。

用于主网关时，无源光光网络模块作为主网关光模块(ONU-m光模块)使用，支持上行突发数据接收。如图2所示，VCSEL驱动器12为连续模式VCSEL驱动器(Continuous ModeVCSEL Driver，简写为CM VCSEL Driver)，限幅放大器14为突发模式限幅放大器(BurstMode Limited Amplifier，简写为BM-LA)，限幅放大器14中集成的CDR也为突发模式的CDR(BM-CDR)，ROSA13包括PIN-PD芯片或APD芯片以及突发模式的TIA(BM-TIA)芯片。其中，连续模式VCSEL驱动器12用于将电信号放大，以匹配所述VCSEL激光器11输入电信号接口要求，并控制VCSEL激光器11工作在连续模式。VCSEL激光器11用于产生多模光并进行光信号调制，在主网关光模块中光信号为连续模式。ROSA13包括可以工作在近/红外波长范围的PIN-PD/APD芯片以及突发的TIA芯片，它们的作用分别是光电转换以及突发信号的跨阻放大。突发限幅放大器14用于进行突发信号的限幅放大，突发限幅放大器14中集成的突发模式CDR用于突发信号的数据时钟恢复。分波器15用于光模块实现单纤双向传输，将VCSEL的下行输出光信号连接下一级ODN，同时将来自于下一级ODN的上行光信号连接PIN-PD/APD ROSA。

用于从网关时，无源光网络光模块作为从网关光模块(ONU-s光模块)使用，支持上行突发数据发送。目前，一般的VCSEL激光器和VCSEL激光器驱动器都是连续模式的。但本实施例中提供的无源光网络光模块需要支持上行突发数据发送，如图3所示，VCSEL驱动器12需要使用突发模式VCSEL驱动器(BM VCSEL Driver)，限幅放大器14为连续模式限幅放大器(CM-LA)，其中集成的CDR也为连续模式的CDR(CM-CDR)，ROSA13包括PIN-PD芯片或APD芯片以及连续模式的TIA芯片。其中，突发模式VCSEL驱动器12用于将上行突发模式电信号进行放大，以匹配所述上行VCSEL激光器11输入电信号接口要求，并控制VCSEL激光器11工作在突发模式。同时，突发模式VCSEL驱动器12能够根据突发信号的时隙控制VCSEL激光器11是否出光，即：在属于该ONU-s上行突发信号传输的时隙打开VCSEL激光器11，而在不属于该ONU-s上行突发信号传输的时隙关闭激光器。VCSEL激光器11用于产生多模光并且进行光信号调制，在从网关光模块中光信号为突发模式。PIN-PD/APD ROSA13包括可以工作在近/红外波长范围的PIN-PD/APD芯片以及连续模式的TIA芯片(CM-TIA)，它们的作用分别是光电转换以及跨阻放大。连续模式的限幅放大器14用于进行限幅放大和数据时钟恢复。分波器15用于光模块实现单纤双向传输，将VCSEL激光器11输出的突发上行光信号连接ODN，同时将来自于ODN的下行连续光信号连接PIN-PD/APD ROSA13。

在具体使用中，主网关和从网关中的上/下行光信号都通过波长进行划分，具体使用的波长根据现有一般激光器的发射波长和协议的收发波长确定，可选的上/下行波长组合通常为960nm/850nm，或940nm/850nm。

本实施例提供的无源光网络光模块，使用VCSEL激光器作为发光器件，发光效率高、功耗低；作为主网关光模块使用时，使用突发模式VCSEL驱动器，支持突发上行信号的传输；光模块中包括分波器，支持单纤双向光信号传输。

实施例2：

为了降低全光接入网的组网成本和功率，提高信号传输效率，基于实施例1提供的无源光网络光模块基础上，还提供了一种基于多模光纤的全光接入网系统，其采用了更低成本的多模光纤及多模分路器。

如图4所示，全光接入网系统包括至少一个主网关1、至少一个从网关2和至少一个多模分光器3。主网关1和外部光分配网络之间由多模光纤连接，主网关1与多模分光器3的输入端口之间由多模光纤连接，每一个从网关2和多模分光器3的一个输出端口之间由多模光纤连接。本实施例提供的全光接入网系统中，主干光纤和支线光纤均采用多模光纤，多模光纤制备简单，其纤芯较大易弯曲，且成本较单模光纤有优势，能够有效降低全光接入网的组网成本；同时，多模光纤支持多模光信号传输，能够提高信号传输效率和质量。

由于多模光纤的传输距离通常不超过200米，因此本实施例提供的使用多模光纤的全光接入网系统通常仅用于家庭内部组网或小范围内部局域网组网，作为一种光纤部署到房间(Fiber to the Room，简写为FTTR)全光接入网解决方案进行使用。在网络覆盖面积较小，拓扑结构简单的情况下，全光接入网中可以仅使用一个多模分光器3，多模分光器3包括1个输入端口和多个输出端口。输入端口与主网关1连接，每个输出端口与一个从网关2连接。多模分光器3的输入和输出端口的光纤连接类型为多模光纤，多模分光器3支持多模光信号的无源分光。经过分光后，通常情况下输出端口的光功率小于输入端口。在具体使用中，为了便于进行级联，如图5所示，多模分光器的输入端口接收主网关1输入的多模光L0，多模分光器的多个输出端口中，保留一个输出功率较大的端口输出一路第二多模光L2，该端口可以直接从网关2，或连接另一个多模分光器的输入端口进行级联；其余输出端口的功率一样，每个端口输出一路功率较小的第三多模光L3，直接连接从网关2。

进一步的为了便于实现不同功率输出端口的光功率分配，可以如图6所示，在多模分光器3内部进行两级分光。第一级分光将主网关1的输出多模光L0分为第一输出多模光L1和第二输出多模光L2。经过第一级分光，将输入多模光L0耦合至两路多模光，如：第一输出多模光L1功率为N，第二输出多模光L2功率为M，M+N＝100％。在本实施场景中，第一输出多模光L1还需再次进行分光，为了确保分光后的每路输出光功率足够，在优选方案中，功率N>功率M。进行第二级分光后，再将第一输出多模光L0再次分为至少两路第三输出多模光L3，每一路第三输出多模光L3的功率相同，每一路第三输出多模光L3作为一个从网关2的输入多模光。经过第二级分光，将功率占比为N的第一多模光L1耦合至K路功率相同的第三多模光L3。经两级分光后，多模分光器3的输出包括一路功率占比为M的第二多模光L2和K路功率占比为N/K的第三多模光L3。在本实施场景中，第二输出多模光用于级联，为了确保经过下一级分光后，每个输出端口依然有足够的光功率，在优选方案中，第一输出多模光的功率M大于第三输出多模光N/K的功率。

在实际使用中，还可以根据实际需要，使用更多的多模分光器3进行多级级联，组成不同的网络拓扑结构。各种不同的级联形式，在不互相冲突且保证信号传输质量的情况下，可以择一使用，或使用多种模式进行组合。如图7所示，将第一多模分光器31的第二输出多模光L2作为第二多模分光器32的输入光，第二多模分光器32将第二输出多模光L2耦合至多路下一级多模光，分别作为不同的从网关2的输入多模光，下一级多模光也包含多路功率一样的输出多模光L4和一路功率较大的输出多模光L5。该方法可以对多模分光器3的输出端口数进行扩展，以便于连接更多数量的从网关2。在保证多模分光器3输出端口的输出光功率的情况下，可以使用更多的多模分光器进行多级级联。例如，在本场景中，可以将L5再次作为下一级多模分光器的输出光进行级联。具体使用中，级联的具体层次和网络连接关系可以根据实际需要进行调整。

为了配合多模光纤和多模分光器，本实施例的全光接入网系统中，需要使用相应的网关设备。

如图8所示，主网关1包括实施例1中提供的无源光网络光模块41、媒介访问管理主芯片42和对外PON光模块43，由于主网关1需要与从网关2之间进行下行通信，因此无源光网络光模块41采用实施例1中提供的ONU-m光模块作为主网关光模块。对外PON光模块43的外部接口作为主网关1的第一外部接口与外部光分配网络连接，在本实施例的实际使用中，外部光分配网络一般为入户光纤，对外PON光模块43与媒介访问管理主芯片42的第一端口连接，媒介访问管理主芯片42的第二端口与无源光网络光模块41连接，主网关1上行的对外PON光模块43采用传统PON光模块，以及配套的媒介访问管理(Media Access Control，简写为MAC)芯片，如：XG(S)-PON光模块及配套的XG(S)-PON MAC芯片，跟局端OLT设备进行通信。媒介管理主芯片42使用与主网关光模块配套开发的家庭媒介管理主芯片(MAC-m)，提供主网关1突发数据通信的控制功能。无源光网络光模块41的外部接口作为主网关1的第二外部接口与从网关2连接，主网关1下行采用ONU-m光模块以及配套的媒介访问管理主芯片42跟从网关2进行通信。

如图9所示，从网关2包括实施例1中提供的无源光网络光模块51、媒介访问管理从芯片52和网络适配器53，由于从网关2需要与主网关1之间进行上行通信，因此无源光网络光模块51采用实施例1中提供的ONU-s光模块作为从网关光模块。无源光网络光模块51的外部接口作为从网关2的第一外部接口与主网关1连接，无源光网络光模块51与媒介访问管理从芯片52的第一端口连接，媒介访问管理从芯片52的第二端口和网络适配器53连接，媒介管理从芯片52使用与从网关光模块配套开发的家庭媒介管理从芯片(MAC-s)，提供从网关2突发数据通信的控制功能，网络适配器53的外部端口作为从网关2的第二外部接口与网络终端设备连接。在具体使用中，网络适配器53根据需要可以使用以太网网络适配器或无线网络适配器，外部端口分别为以太网通信端口或者WiFi无线通信模块，完成与电脑、手机、网络电视等各种网络终端设备的连接。

进一步的，由于本实施例中提供的主网关1和从网关2中包含实施例1中的无源光网络光模块41和无源光网络光模块51，需要支持突发上行通信，因此需要使用相匹配的媒介访问管理芯片进行通信管理管理功能，以适配FTTR网络时延以及带宽分配。媒介访问管理主芯片42和媒介访问管理从芯片52分别提供主网关1和从网关2相应的管理功能，具体的，可以根据实施例3提供的全光接入网的控制方法进行管理。

本实施例提供的全光接入网系统，采用多模光纤配合多模分光器作为光信号传输媒介，组网成本和功耗较低，组网方式简单灵活。进一步的，本实施例提供的权接入网系统中，使用了包含实施例1中无源光网络光模块的主网关和从网关，能够支持多模光信号的传输，并支持突发上行信号的收发。

实施例3：

在实施例2中提供的全光接入网系统基础上，为了实现多模光信号通信，并支持突发上行信号的收发，本实施例还提供了一种全光接入网的控制方法。

如图10所示，本发明实施例提供的全光接入网的控制方法具体步骤如下：

步骤101：搭建实施例2提供的全光接入网系统。

为了使用实施例2中提供的全光接入网系统，首先需要根据实施例2中的网络结构进行网络搭建，具体可以使用图4、图6和图7中提供的网络拓扑结构。主网关1使用实施例2中提供的主网关结构，从网关2使用实施例2中提供的从网关结构。主干光纤和支线光纤都使用多模光纤。

步骤102：从网关2向主网关1发送上行信号进行注册和测距。

每连接一个新的从网关2，会有一个新的从网关2上线。在使用从网关2之前，需要对从网关2进行注册和测距，完成注册和测距后，主从网关之间才能进行正常通信。

具体的，如图11所示，可以使用以下步骤进行注册和测距。

步骤201：主网关1根据预设时间周期进行开窗。

由于实施例2中的全光网络系统需要使用突发上行信号进行通信，本实施例使用的通信协议中，主网关1每隔一个时间段T进行一次开窗，窗口持续时间T。在该窗口内，所有已注册从网关2不发送任何上行信号，仅支持新上线从网关2的注册及测距。

步骤202：未注册的从网关2在时隙内向主网关1发送注册和测距信号。

从网关2的响应时延偏差为设备标准中规定的时延偏差2μs，注册及测距各一次，共计2次。

步骤203：已注册的从网关2不发送任何上行信号。

以防止多个从网关上线产生碰撞，每个从网关仅注册期间占一次该窗口。

在步骤201-步骤203中，相对于传统PON，由于实施例2提供的全光接入网系统传输距离以及待注册从网关数量减少，用于注册及测距的窗口长度之和减少。在多模光纤最大200米传输距离的场景中，根据时间＝距离/光纤内的传输光速(2x10⁸m/s)，计算可知，主从网关间信号往返一次的最大传输时延偏差为2μs；在传统PON最大20km的使用场景中，主从网关间信号往返一次的最大传输时延偏差为200μs。由于本发明实施例的使用场景中，一般使用的网关数量较少，按照传统的设备标准推算，从网关2的随机时延可以适当降低为12μs，少于传统PON设备标准中的48μs。进一步的，在一般设备标准中设备响应时延偏差为2μs的情况下，传统场景中，注册消耗时间＝最大传输时延偏差+最大随机时延+设备响应时延偏差＝200μs+48μs+2μs＝250μs，测距消耗时间＝最大传输时延偏差+设备响应时延偏差＝200μs+2μs＝202μs；本实施例的使用场景中，注册时间消耗＝最大传输时延偏差+最大随机时延+设备响应时延偏差＝2μs+12μs+2μs＝16μs，测距时间消耗＝最大传输时延偏差+设备响应时延偏差＝2μs+2μs＝4μs。通过上述注册和测距推算时间对比可知，该方式能够高效的完成从网关2的注册，并且避免了从网关2注册的冲突碰撞。

步骤103：主网关1为每一个完成注册和测距的从网关2分配时隙。

本实施例提供的控制方法，主网关1和从网关2之间使用时分复用模式进行通信。因此，每个从网关2上线，并进行注册和测距后，主网关1需要为其分配通信时隙，避免了不同的从网关2之间的通信冲突。

步骤104：每个从网关2在自己的时隙内向主网关1发送上行突发信号，进行上行数据传输。

从网关2完成上线注册与测距之后，将根据主网关1分配的时隙进行上行突发信号传输。如图12所示，在分配的时隙内，从网关2中的ONU-s光模块中的突发VCSEL驱动芯片12将会根据媒介访问管理从芯片52给出的突发数据指令来控制VCSEL激光器11的发光开关，以实现突发上行光信号。从网关2中的媒介访问管理从芯片52根据需要发送的数据向无源光网络光模块51发送突发数据指令。无源光网络光模块51中的VCSEL驱动器12控制VCSEL激光器11的发光开关，使VCSEL激光器11发出突发上行光信号。

在本实施例提供中控制方法中，上下行光信号通过不同波长进行划分，可行的上/下行波长实例为960nm/850nm或940nm/850nm。同时，上下行光信号使用不同的通信方式。具体的，主网关1向从网关2的下行通信采用时分多路复用(Time Division Multiplexing，简写为TDM)方式，将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片(简称时隙)，并将这些时隙分配给每一个信号源使用。从网关2向主网关1的上行通信采用时分多址(Timedivision multiple access，简写为TDMA)方式，允许多个用户在不同的时间片(时隙)来使用相同的频率。使用TDM和TDM方式，已完成主网关1和多个从网关2之间互不冲突的通信过程。

经过本实施例中提供的步骤101-步骤104后，完成了实施例2中提供的全光接入网中从网关的上线、注册、测距和时隙分配，通过时分复用模式实现了主网关和从网关之间的多模光信号通信，并能够支持突发上下行信号的传输。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无源光网络光模块，其特征在于：

包括VCSEL激光器(11)、VCSEL驱动器(12)、ROSA(13)、限幅放大器(14)和分波器(15)；

VCSEL激光器(11)的输入端与VCSEL驱动器(12)连接，VCSEL激光器(11)的输出端与分波器(15)的输入端连接；

ROSA(13)的输出端与限幅放大器(14)连接，ROSA(13)的输入端与分波器(15)连接；

分波器(15)的多模光纤接口作为外部端口使用。

2.根据权利要求1所述的无源光网络光模块，其特征在于：

当无源光网络光模块作为主网关光模块使用时，VCSEL驱动器(12)为连续模式VCSEL驱动器，VCSEL激光器(11)的工作模式为连续模式，限幅放大器(14)为突发模式限幅放大器，ROSA(13)中使用突发模式的TIA芯片；

当无源光光网络模块作为从网关光模块使用时，VCSEL驱动器(12)为突发模式VCSEL驱动器，VCSEL激光器(11)的工作模式为突发模式，限幅放大器(14)为连续模式限幅放大器，ROSA(13)中使用连续模式的TIA芯片。

3.一种全光接入网系统，其特征在于：

包括至少一个主网关(1)、至少一个从网关(2)和至少一个多模分光器(3)；

主网关(1)和外部光分配网络之间由多模光纤连接，主网关(1)与多模分光器(3)的输入端口之间由多模光纤连接，每一个从网关(2)和多模分光器(3)的一个输出端口之间由多模光纤连接。

4.根据权利要求3所述的全光接入网系统，其特征在于：

所述主网关(1)包括权利要求1或2中提供的无源光网络光模块(41)、媒介访问管理主芯片(42)和对外PON光模块(43)，其中，无源光网络光模块(41)为主网关光模块；

对外PON光模块(43)的外部接口作为主网关(1)的第一外部接口与外部光分配网络连接，对外PON光模块(43)与媒介访问管理主芯片(42)的第一端口连接，媒介访问管理主芯片(42)的第二端口与无源光网络光模块(41)连接，无源光网络光模块(41)的外部接口作为主网关(1)的第二外部接口与从网关(2)连接。

5.根据权利要求3所述的全光接入网系统，其特征在于：

每一个所述从网关(2)包括权利要求1或2中提供的无源光网络光模块(51)、媒介访问管理从芯片(52)和网络适配器(53)，其中，无源光网络光模块(51)为从网关光模块；

无源光网络光模块(51)的外部接口作为从网关(2)的第一外部接口与主网关(1)连接，无源光网络光模块(51)与媒介访问管理从芯片(52)的第一端口连接，媒介访问管理从芯片(52)的第二端口和网络适配器(53)连接，网络适配器(53)的外部端口作为从网关(2)的第二外部接口与网络终端设备连接。

6.根据权利要求3所述的全光接入网系统，其特征在于：

多模分光器(3)包括两级分光；

第一级分光将主网关(1)的输出多模光分为第一输出多模光和第二输出多模光；

第二级分光将第一输出多模光分为至少两路第三输出多模光，每一路第三输出多模光的功率相同，每一路第三输出多模光作为一个从网关(2)的输入多模光。

7.一种全光接入网控制方法，其特征在于：

搭建权利要求3-6中任一项提供的全光接入网系统；

从网关(2)向主网关(1)发送上行信号进行注册和测距；

主网关(1)为每一个完成注册和测距的从网关(2)分配时隙；

每个从网关(2)在自己的时隙内向主网关(1)发送上行突发信号，进行上行数据传输。

8.根据权利要求7所述的全光接入网控制方法，其特征在于，所述从网关(2)向主网关(1)发送上行信号进行注册和测距，具体包括：

主网关(1)根据预设时间周期进行开窗；

未注册的从网关(2)在时隙内向主网关(1)发送注册和测距信号；

已注册的从网关(2)不发送任何上行信号。

9.根据权利要求7所述的全光接入网控制方法，其特征在于，所述每个从网关(2)在自己的时隙内向主网关(1)发送上行突发信号，具体包括：

从网关(2)中的媒介访问管理从芯片(52)根据需要发送的数据向无源光网络光模块(51)发送突发数据指令；

无源光网络光模块(51)中的VCSEL驱动器(12)控制VCSEL激光器(11)的发光开关，使VCSEL激光器(11)发出突发上行光信号。

10.根据权利要求7所述的全光接入网控制方法，其特征在于，还包括：

主网关(1)向从网关(2)的下行通信采用TDM方式，从网关(2)向主网关(1)的上行通信采用TDMA方式。

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