CN114172580B - 基于可调onu的光传感网络wdm-pon系统及信号传播方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种基于可调ONU的光传感网络WDM‑PON系统及信号传播方法，使用一个光源形成前往传感器和调制器的光线，降低了光源的成本，同时利用波分复用器，使上行光信号和下行光信号可以顺利进入第三阵列波导光栅或者进入解调器中，通过下行光信号可以对ONU发送指令，可以在远端操控解调器和光源等，上行光信号能够将传感器的信息传递到信号接收器，整个系统极大地节约了光纤和光源的使用。

Description

基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统及信号传播方法
技术领域
本申请属于光通信技术领域，尤其是涉及一种基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统及信号传播方法。
背景技术
PON主要由三部分组成：光网络终端(OLT, Optical Line Terminal)，光分配网络（ODN，Optical Distribution Network）,光网络单元（ONU，Optical Network Unit）。其基本结构如图1所示。
其中，OLT的主要功能有：作为PON和上层骨干网间的接口；完成上行、下行的光电和电光转换；分配并控制着各信道的连接。
ODN主要功能有：建立OLT和ONU之间的传输通道，通过光纤无源器件将一路信号分成多路信号传至ONU，完成波长复用、信号功率分配等功能。
ONU主要功能有：提供用户侧接口；完成下行光电转换和上行电光转换，并实现各种业务的接入。
WDM-PON是PON技术的一种，其可以使单信道速率一定时，光纤传输容量成倍增加，单一通路成本降低。其典型结构如图2所示。
在WDM-PON系统中，多个不同波长同时工作，因此最直接的WDM-PON方案是OLT中有多个不同波长的光源，每个ONU也使用特定波长的光源，各点对点连接都按预先设计的波长进行配置和工作。如果波长数越多，需要的光源种类也越多，带来严重的仓储问题，这对ONU尤其突出。由于存在严重的ONU仓储问题，固定光源的解决方案难以应用于商用WDM-PON系统，因此使用无色ONU已基本成为当前WDM-PON相关研究的共识，基于无色ONU的技术方案是WDM-PON系统的主流。无色ONU的实现技术根据使用的器件不同可分为可调激光器、宽谱光源和无光源三类。
可调激光器是使用波长可调的激光器使ONU可以工作在不同的波长，可调激光器也工作在特定波长，但可通过辅助手段对波长进行调谐，如电调谐、温度调谐和机械调谐，这样在系统中可使用同样的激光器以产生不同的工作波长。
现有技术中在ONU中放置一个宽谱光源，发出的光从ONU出来之后，再接一个WDM设备，比如薄膜滤波器或者AWG，对信号进行频谱分割，只允许特定的波长部分通过并传输到位于中心局的OLT。这样各个ONU具有相同的光源，但由于它们接在WDM合波器的不同端口上，从而可为每个通道生成单独的波长信号。
光传感系统常见的是光纤光栅传感器系统，但光纤光栅传感器的解调设备昂贵，且通讯需要先转成电。传统通讯和光传感系统相互孤立，期间经过多次光电-电光转换，造成系统的复杂和冗余。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中的不足，从而提供一种基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统及信号传播方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统，包括：
光网络终端，光网络终端包括第一环形器，第一阵列波导光栅，第二阵列波导光栅，下行控制光信号发生器，信号接收器，信号接收器接收不同波长的光线；
若干光网络单元，光网络单元包括能够输出特定波长的光源，第二环形器，解调器，调制器，波分复用器，不同光网络单元中的光源输出的光线的波长不同；
第三阵列波导光栅，第三阵列波导光栅的一端连接有若干并联设置的光网络单元，另一端与光网络终端连接；
所述第三阵列波导光栅能够将来自不同光网络单元的光线进行合波，并将合波后的光线经第一环形器、第二阵列波导光栅的分波后传输到相应的信号接收器中；所述第三阵列波导光栅还能够将来自下行控制光信号发生器发出的经过第一环形器的带有控制信息的光线进行分波并传输给不同光网络单元的波分复用器最终进入解调器中以控制解调器；
所述光源能够将部分光线发送到第二环形器，第二环形器将光线发送到传感器，传感器的反馈光线经第二环形器、解调器、调制器传输到波分复用器；所述光源能够将另一部分光线发送到调制器以形成带有编码信号的光线并传输到波分复用器，再由波分复用器传输给第三阵列波导光栅；
下行控制光信号发生器发出的光线的波长与光网络单元中的光源输出的光线的波长具有一一对应关系。
优选地，本发明的基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统，下行控制光信号发生器还可控制光源的开闭或者光线强度。
优选地，本发明的基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统，所述光源为能够在调谐下发出一段波长中特定波长的光线。
优选地，本发明的基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统，通过判断下行控制光信号发生器发出的光线是否被解调器接收到来判断下行控制光信号发生器至光网络单元的通路是否通畅。
优选地，本发明的基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统，所述传感器为温度光传感器、压力光传感器、应变光传感器、加速度光传感器、振动光传感器。
本发明还提供一种基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统的信号传播方法，包括以下步骤：
光网络单元一端的光源发出特定波长的光源，其中一部分光源通向调制器，另一部分发送到第二环形器，第二环形器再将光线发送到传感器，传感器的反馈光线经第二环形器、解调器、调制器；调制器形成带有编码信号的光线并传输到波分复用器，再由波分复用器传输给第三阵列波导光栅；
第三阵列波导光栅将来自所有光网络单元的光线汇集后输送到光网络终端，再由光网络终端的第一环形器传输至第二阵列波导光栅，第二阵列波导光栅将光线按照波长进行分光并输送给信号接收器；
光网络终端中还设有下行控制光信号发生器，下行控制光信号发生器能够发出带有控制信息的光线并经过第一阵列波导光栅的合波、再经第一环形器传输给第三阵列波导光栅，第三阵列波导光栅将带有控制信息的光线分发给不同光网络单元的波分复用器最终进入解调器中以控制解调器。
优选地，本发明的基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统的信号传播方法，下行控制光信号发生器还可控制光源的开闭或者光线强度。
优选地，本发明的基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统的信号传播方法，通过判断下行控制光信号发生器发出的光线是否被解调器接收到来判断下行控制光信号发生器至光网络单元的通路是否通畅。
优选地，本发明的基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统的信号传播方法，所述传感器能够感应温度、压力、应变、加速度、振动中的一种。
本发明的有益效果是：
本申请的基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统及信号传播方法，使用一个光源形成前往传感器和调制器的光线，降低了光源的成本，同时利用波分复用器，使上行光信号和下行光信号可以顺利进入第三阵列波导光栅或者进入解调器中，通过下行光信号可以对ONU发送指令，可以在远端操控解调器和光源等，上行光信号能够将传感器的信息传递到信号接收器，整个系统极大地节约了光纤和光源的使用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
图1是现有技术中的一种ONU结构示意图；
图2是实施例1中基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统的结构示意图；
图中的附图标记为：
1 　光网络终端；
2 　光网络单元；
3 　第三阵列波导光栅；
9 　传感器；
11　第一环形器；
12　第一阵列波导光栅；
13　第二阵列波导光栅；
14　下行控制光信号发生器；
15　信号接收器；
21　光源；
22　第二环形器；
23　解调器；
24　调制器；
25　波分复用器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统，如图2所示，包括：
光网络终端1（OLT），光网络终端1包括第一环形器11，第一阵列波导光栅12，第二阵列波导光栅13，下行控制光信号发生器14，信号接收器15，信号接收器15接收不同波长的光线；不同下行控制光信号发生器14发出的光线的波长不同，但是波长需要在下文中光源21的波长范围内；
若干光网络单元2（ONU），光网络单元2包括能够输出一段波长的光源21（比如：可以在调谐下发出λ1、λ2、λ3、…λn），第二环形器22，解调器23，调制器24，波分复用器25（WDM）；
第三阵列波导光栅3，第三阵列波导光栅3的一端连接有若干并联设置的光网络单元2，另一端与光网络终端1连接；
所述第三阵列波导光栅3能够将来自不同光网络单元2的光线进行合波，并将合波后的光线经第一环形器11、第二阵列波导光栅13的分波后传输到相应的信号接收器15中；所述第三阵列波导光栅3还能够将来自下行控制光信号发生器14发出的经过第一环形器11的带有控制信息的光线进行分波并传输给不同光网络单元2的波分复用器25最终进入解调器23中以控制解调器23；
所述光源21能够将部分光线发送到第二环形器22，第二环形器22将光线发送到传感器9，传感器9的反馈光线经第二环形器22、解调器23、调制器24传输到波分复用器25；所述光源21能够将另一部分光线发送到调制器24以形成带有编码信号的光线并传输到波分复用器25，再由波分复用器25传输给第三阵列波导光栅3；
下行控制光信号发生器14发出的光线的波长与光网络单元2中的光源21输出的光线的波长具有一一对应关系（下行控制光信号发生器14发出的光线的波长为λ’1、λ’2、λ’3、…λ’n，其中λ1=λ’1、λ2=λ’2、λ3=λ’3、…λn=λ’n）。
本实施例的基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统，使用一个光源21形成前往传感器9和调制器24的光线，降低了光源21的成本，同时利用波分复用器，使上行光信号和下行光信号可以顺利进入第三阵列波导光栅3或者进入解调器23中，通过下行光信号可以对ONU发送指令，可以在远端操控解调器和光源等，上行光信号能够将传感器的信息传递到信号接收器15，整个系统极大地节约了光纤和光源的使用。
进一步地，下行控制光信号发生器14还可控制光源21的开闭或者光线强度。
进一步地，通过判断下行控制光信号发生器14发出的光线是否被解调器23接收到来判断下行控制光信号发生器14至光网络单元2的通路是否通畅。
进一步地，所述传感器9为温度光传感器、压力光传感器、应变光传感器、加速度光传感器、振动光传感器。
实施例2
本实施例提供一种基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统的信号传播方法，包括以下步骤：
光网络单元2一端的光源21发出特定波长的光源，其中一部分光源通向调制器24，另一部分发送到第二环形器22，第二环形器22再将光线发送到传感器9，传感器9的反馈光线经第二环形器22、解调器23、调制器24；调制器24形成带有编码信号的光线并传输到波分复用器25，再由波分复用器25传输给第三阵列波导光栅3；
第三阵列波导光栅3将来自所有光网络单元2的光线汇集后输送到光网络终端1，再由光网络终端1的第一环形器11传输至第二阵列波导光栅13，第二阵列波导光栅13将光线按照波长进行分光并输送给信号接收器15；
光网络终端1中还设有下行控制光信号发生器14，下行控制光信号发生器14能够发出带有控制信息的光线并经过第一阵列波导光栅12的合波、再经第一环形器11传输给第三阵列波导光栅3，第三阵列波导光栅3将带有控制信息的光线分发给不同光网络单元2的波分复用器25最终进入解调器23中以控制解调器23。
下行控制光信号发生器14发出的光线的波长与光网络单元2中的光源21输出的光线的波长具有一一对应关系（下行控制光信号发生器14发出的光线的波长为λ’1、λ’2、λ’3、…λ’n，其中λ1=λ’1、λ2=λ’2、λ3=λ’3、…λn=λ’n）。
本实施例的信号传播方法，使用一个光源21形成前往传感器9和调制器24的光线，降低了光源21的成本，同时利用波分复用器，使上行光信号和下行光信号可以顺利进入第三阵列波导光栅3或者进入解调器23中，通过下行光信号可以对ONU发送指令，可以在远端操控解调器和光源等，上行光信号能够将传感器的信息传递到信号接收器15，整个系统极大地节约了光纤和光源的使用。
进一步地，下行控制光信号发生器14还可控制光源21的开闭或者光线强度。
进一步地，通过判断下行控制光信号发生器14发出的光线是否被解调器23接收到来判断下行控制光信号发生器14至光网络单元2的通路是否通畅。
进一步地，所述传感器9能够感应温度、压力、应变、加速度、振动中的一种。
以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统，其特征在于，包括：
光网络终端（1），光网络终端（1）包括第一环形器（11），第一阵列波导光栅（12），第二阵列波导光栅（13），下行控制光信号发生器（14），信号接收器（15），信号接收器（15）接收不同波长的光线；
若干光网络单元（2），光网络单元（2）包括能够输出特定波长的光源（21），第二环形器（22），解调器（23），调制器（24），波分复用器（25），不同光网络单元（2）中的光源（21）输出的光线的波长不同；
第三阵列波导光栅（3），第三阵列波导光栅（3）的一端连接有若干并联设置的光网络单元（2），另一端与光网络终端（1）连接；
所述第三阵列波导光栅（3）能够将来自不同光网络单元（2）的光线进行合波，并将合波后的光线经第一环形器（11）、第二阵列波导光栅（13）的分波后传输到相应的信号接收器（15）中；所述第三阵列波导光栅（3）还能够将来自下行控制光信号发生器（14）发出的经过第一阵列波导光栅（12）合波、再经过第一环形器（11）的带有控制信息的光线进行分波并传输给不同光网络单元（2）的波分复用器（25）最终进入解调器（23）中以控制解调器（23）；
所述光源（21）能够将部分光线发送到第二环形器（22），第二环形器（22）将光线发送到传感器（9），传感器（9）的反馈光线经第二环形器（22）、解调器（23）、调制器（24）传输到波分复用器（25）；所述光源（21）能够将另一部分光线发送到调制器（24）以形成带有编码信号的光线并传输到波分复用器（25），再由波分复用器（25）传输给第三阵列波导光栅（3）；
下行控制光信号发生器（14）发出的光线的波长与光网络单元（2）中的光源（21）输出的光线的波长具有一一对应关系。
2.根据权利要求1所述的基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统，其特征在于，下行控制光信号发生器（14）还可控制光源（21）的开闭或者光线强度。
3.根据权利要求1所述的基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统，其特征在于，所述光源（21）为能够在调谐下发出一段波长中特定波长的光线。
4.根据权利要求1所述的基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统，其特征在于，通过判断下行控制光信号发生器（14）发出的光线是否被解调器（23）接收到来判断下行控制光信号发生器（14）至光网络单元（2）的通路是否通畅。
5.根据权利要求1所述的基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统，其特征在于，所述传感器（9）为温度光传感器、压力光传感器、应变光传感器、加速度光传感器、振动光传感器。
6.一种基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统的信号传播方法，其特征在于，包括以下步骤：
光网络单元（2）一端的光源（21）发出特定波长的光源，其中一部分光源通向调制器（24），另一部分发送到第二环形器（22），第二环形器（22）再将光线发送到传感器（9），传感器（9）的反馈光线经第二环形器（22）、解调器（23）、调制器（24）；调制器（24）形成带有编码信号的光线并传输到波分复用器（25），再由波分复用器（25）传输给第三阵列波导光栅（3）；
第三阵列波导光栅（3）将来自所有光网络单元（2）的光线汇集后输送到光网络终端（1），再由光网络终端（1）的第一环形器（11）传输至第二阵列波导光栅（13），第二阵列波导光栅（13）将光线按照波长进行分光并输送给信号接收器（15）；
光网络终端（1）中还设有下行控制光信号发生器（14），下行控制光信号发生器（14）能够发出带有控制信息的光线并经过第一阵列波导光栅（12）的合波、再经第一环形器（11）传输给第三阵列波导光栅（3），第三阵列波导光栅（3）将带有控制信息的光线分发给不同光网络单元（2）的波分复用器（25）最终进入解调器（23）中以控制解调器（23）。
7.根据权利要求6所述的基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统的信号传播方法，其特征在于，下行控制光信号发生器（14）还可控制光源（21）的开闭或者光线强度。
8.根据权利要求6所述的基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统的信号传播方法，其特征在于，通过判断下行控制光信号发生器（14）发出的光线是否被解调器（23）接收到来判断下行控制光信号发生器（14）至光网络单元（2）的通路是否通畅。
9.根据权利要求6所述的基于可调ONU的光传感网络WDM-PON系统的信号传播方法，其特征在于，所述传感器（9）能够感应温度、压力、应变、加速度、振动中的一种。
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