CN1481105A - 波分多路复用无源光学网络系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的是一种波分多路复用无源光学网络(WDM PON)系统，其中，从中心站输出的光信号被注入到作为光学网络单元的光源的Fabry－Perot激光二极管(F－PLD)，使得光学网络单元的输出波长被注入锁定在与从中心站输出的光信号的波长相同的波长处，因此，就可使光学网络单元输出具有与从中心站输出的光信号相同波长的光信号。根据此系统，能够以信道为单元，用相同的波长发送和接收上行和下行数据。因为作为中心站和光学网络单元的光源的F－PLD相对便宜，使得有效、经济地实现WDM PON系统成为可能。

Description

波分多路复用无源光学网络系统
技术领域
本发明涉及波分多路复用(WDM)无源光学网络系统，特别是涉及其中上行(forward)信道和下行(backward)信道具有相同波长的WDM无源光学网络系统。
背景技术
近来，对宽带多媒体服务和高速大容量互联网服务的需求急剧增加。为了给用户提供这种宽带多媒体服务和高速大容量互联网服务，必须构建基于光网络的网络体系结构。最近，为了给用户提供宽带服务，对通过光纤将光学网络直接连接到光学网络单元(ONU)的兴趣也在增加。
为建设一个有效和经济的光学网络，已经于近来开始对无源光学网络(PON)的积极研究。无源光学网络是一种系统，其中作为服务提供者的中心站(CO)和作为服务需求者的ONU仅仅通过无源光学元件连接。
在这种PON中，典型地，为了减小PON中使用的光纤的总长度，在中心站和建设在用户所在地的临近区域的远端节点之间使用干线光纤连接，而远端节点和每个ONU之间则通过分配式光纤连接。
这种PON具有多种优势，它可以减少建设的初投资，同时很容易对PON进行保养和维修，因为光纤的总长度被最小化了，并且，用户分享所述的无源光学元件。由于这些优点，这种PON的使用正大量增加。特别是，WDM-PON正在成为未来信息时代新一代光学网络的亮点，因为它可以在保持高安全性的前提下为每个用户提供巨大信息量，而且容易进一步提高其性能。
图1是说明常规WDM PON系统的结构的示意图。
在图1所示的WDM PON系统中，不同的波长λ1到λN通过中心站100分别分配到相应的ONU，使得所述的中心站100可以通过单条光传输线同时发送数据到多个ONU 300。相应的ONU 300也可以使用分配给它的不同的波长λN+1到λ2N发送数据。
为了分配这些不同的波长到各个用户，该WDM PON必须分别装备有光源，用以相对于相应的分配波长提供不同的波长。特别是，该中心站100和ONU 300应当使用昂贵的光源，如分布式的具有很窄的光谱宽度的反馈激光二极管作为其光源，从而使相邻波长(信道)的干涉最小化。
因为这种传统的WDM PON使用的光源的光谱宽度很窄，必须使用额外的设备，如温度稳定器或者稳流器来稳定波长的振动。而且，这种传统的WDM PON使用不同波长的上行和下行信道。因此，必须安装多路传输器和多路分解器分别用于上行和下行光信号。结果是，带来了系统建设费用高昂的问题。
为了克服这一问题，已经开始了对经济地建设WDM PON系统的研究，该系统使用经济而且实用的、便宜的光学元件，并且还有一些相关的研究报告。
例如，有一篇研究报告题为“Alow cost WDM source with an ASE injectedFabry-Perot semiconductor laser”，IEEE Photonics Technology Letter，第12卷，第11期，第1067页到1069页，2000年。该研究报告公开了一种经济地实现光学网络系统的方法，是使用ASE(放大的自发发射)和廉价的Fabry-Perot激光二极管(F-PLD)作为中心站和每一个ONU的相应光源。根据该方法，从中心站输出的ASE被注入到ONU的F-PLD，来使该F-PLD的输出波长锁定为与ASE的波长相同(后面将把这种操作称作“注入锁定”)。其结果是，F-PLD与分布式反馈激光二极管一样可以以单一模式振动。
但是，该方法的缺点是，所述的中心站必须装配有单独的光源以产生ASE。
另一研究报告题为“Upstream traffic transmitter using injection-lockedFabry-Perot as modulator for WDM access networks”，Electronics letters，第38卷，第1期，第43到第44页，2002年。该研究报告公开了一种使用分布式反馈激光二极管(DFB LD)和F-PLD分别作为中心站和每个ONU的光源以经济地实现光学网络系统的方法。根据该方法，所述ONU接收从DFB LD输出的光信号，用一部分接收的光信号用于信号检测，同时用接收的信号的剩余的部分用于注入锁定。
但是，该方法的缺点是，作为中心站光源的DFB LD很昂贵。这样，上述方法也有问题需要解决。
同时，在根据光学网络的用途设计光学网络时，光学网络的物理布局选自环型、总线型和星型。相应于光学网络的物理布局的概念是逻辑布局。该逻辑布局也是根据光学网络构件的物理的和逻辑的连接状态，从环型、总线型、星型中选择的。与其它形式相比，人们发现环型布局在中枢网络中展示了令人满意的可靠性，因为当系统由于事故或者突发事件的原因而出现转换(switching)时，这种布局可以实现自我恢复的功能。
早期开发的WDM环型体系结构是单向性的。因此，为了使用这样一种WDM环型体系结构来实现双向体系结构，必须使用双光纤。近来，开始了有关单光纤的双向环型网络的研究。根据这些研究，使用新型的双向接入/分接模块(B-ADMs)实现单光纤双向环型网络(参见，例如，C.H.KTM等，“Bi-directional WDM Self-Healing Ring Network Based on SimpleBi-directional Add/Drop Amplifier Modules”；和Y.Zhao等，“A NovelBi-directional Add/Drop Module for Single Fiber Bi-directional Self-healingWavelength Division Multiplexed Ring Networks”)。
就是说，具有自恢复功能的传统系统使用双光纤环型体系结构。当系统由于系统中的光纤转换而出现转换时，系统中转换(switched)光纤的相反节点之间的通路，通过一个有源元件跃过该自恢复光纤从旁路通过。这样，该转换的系统可以自我恢复。
但是，上述使用D-ADMs的单光纤双向环型网络既复杂又昂贵，而且存在需要使用所述的新型光学元件的问题。因此，需要开发一种具有自恢复功能的环型WDM PON系统，该系统通过使用一种对于上行和下行光信号具有相同波长的接入/分接(add/drop)元件来代替复杂的光学元件。
同时，对于使用WDM PON系统构建的传播网络，必须在该传播网络的每个节点上都实施接入/分接功能。接入/分接元件典型地用于WDM系统中来实现接入/分接功能操作，分接出特定信道的波长信号，然后将与分接出的波长信号具有相同波长的另一个波长信号接入该信道。这样的接入/分接元件广泛地用于在WDM系统中特定信道的分离和加载。所述的接入/分接元件可以是多种形式中的一种，例如，波导型，使用薄膜过滤器的微光学(micro-optic)型，或者光纤型。
通常地，多层绝缘体过滤器用作微光学型的WDM过滤器。也就是说，这种微光学型WDM过滤器由于采用了多层薄膜结构，可以通过一个特定带宽的信号，同时反射另一个特定带宽的信号。而且，该过滤器主要是具有可逆工作的特征。
传统的WDM系统中，4-端口接入/分接设备的工作原理通常是从整个光信号的不同波长的上行或者下行光信号中分离出特定波长的光信号，或者将光信号接入到上行或者下行信号中(这里，被反射的光信号可以被用于发送，而被发送的光信号被用于接收)。这样，上述传统WDM-PON系统在上行和下行线路中使用不同信道波长。传统的PON体系结构在用户集中在一个区域的时候是有利的，因为他们使用星型布局。但是，当用户之间的距离长的时候，这些PON体系结构在光纤的安装费用上并不具有优势。
换句话说，与点到点系统相比，在用户的分布集中的情况下，星型布局的PON体系结构是一种能够显著降低光纤安装费用的体系结构。但是，在有关光纤安装费用的降低上，这种体系结构显示出获利较少。特别是，使用具有传统布局结构的网络类型的PON体系结构获得的优势，在该PON体系结构与MAN体系结构，如地下以太网、中枢体系结构或者中枢网络相似的时候，这种优势就降低了。因此，也必须开发一种能够克服该问题的系统。
发明内容
本发明在考虑了上面提到的问题而完成，本发明的目的是提供一种WDM无源光学网络(PON)系统，其能够完成相同波长的上行和下行数据的发送和接收，同时使用廉价的Fabry-Perot激光二极管(F-PLD)作为中心站和每个ONU相应的光源，从而能够廉价地运行。
本发明的另一目的是提供一种单光纤双向环型WDM PON系统，其在每个信道对上行和下行光信号使用相同波长，同时通过使用接入/分接元件而具有自恢复功能。
本发明的另一目的是提供一种总线型WDM PON系统，该系统通过使用一个WDM元件对于上行和下行光信号使用相同波长，从而与传统WDM系统相比可以使多路传输器/多路分解器的成本减少一半。
根据本发明，这些目的通过提供一个波分多路复用无源光学网络(WDMPON)系统而实现，该系统中，从中心站输出的光信号被注入到Fabry-Perot激光二极管(F-PLD)作为光学网络单元的光源，使得该光学网络单元的输出波长在与从中心站输出的光信号的波长相同的波长处被注入锁定，从而能使该光学网络单元输出具有与从中心站输出的光信号的波长相同的波长的光信号。
根据本发明的一个方面，本发明提供一种波分多路复用无源光学网络(WDM PON)系统，其包括：中心站，用于产生不同波长的光信号，多路传输(multiplexing)这些产生的光信号，并将所得的多路传输过的光信号输出到光学通讯线路，该中心站接收与其产生的光信号具有相同波长的光信号，将此接收到的光信号多路分解(demultiplexing)；远端节点，用于多路分解从中心站经过光学通讯线路发送来的光信号，并将所得的多路分解过的光信号分别输出到分布式光学通讯线路，该远端节点多路传输分别从分布式光学通讯线路发送来的光信号，并将所得的多路传输过的光信号输出到光学通讯线路；以及，多个光学网络单元，用于分别接收从远端节点通过分布式光学通讯线路发送的光信号，每个光学网络单元产生一个与接收到的光信号具有相同波长的光信号，并且通过相关联的分布式光学通讯线路中的一条发送该产生的光信号到远端节点。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种环型波分多路复用无源光学网络(WDM PON)系统，该系统包括：中心站，包括用于对通常状态下使用的普通信号实施多路传输/多路分解操作的第一多路传输器/多路分解器(multiplexers/demultiplexers)，和用于对用作自恢复目的的自恢复信号实施多路传输/多路分解操作的第二多路传输器/多路分解器，该中心站产生具有N个不同波长的光信号，第一和第二多路传输器/多路分解器中的每一个将产生的光信号多路传输，并且通过单光纤将所得的多路传输过的光信号发送到光学网络单元，同时多路分解从单光纤接收到的多路传输过的光信号，从而检测从光学网络单元产生的数据；以及，远端节点，分别包括连接到相应的光学网络单元的双向接入/分接设备，该远端节点建立环型分配网络与中心站的第一和第二多路传输器/多路分解器协同，每个双向接入/分接设备包括分别具有相反的信号传输方向的第一和第二WDM过滤器，第一WDM过滤器对相关联的普通信号实施接入/分接操作，第二WDM过滤器对相关联的自恢复信号实施接入/分接操作。
根据本发明的再另一方面，本发明提供一种总线型波分多路复用无源光学网络(WDM PON)系统，该系统包括中心站，和通过单光纤连接到中心站、同时通过多个光纤分别连接到多个光学网络单元的远端节点，其中：中心站产生N个不同波长的光信号，通过多路传输器多路传输产生的光信号，通过单光纤将所得的多路传输过的光信号发送到远端节点，从远端节点接收多路传输过的光信号，并通过多路分解器将接收的多路传输过的光信号多路分解，从而检测从光学网络单元产生的数据；以及，其中的远端节点包括连接到相应的光学网络单元的双向接入/分接元件，从而建立总线型分配网络，每个双向接入/分接元件从输入到其输入端口的N个不同波长的光信号中根据其反射操作将具有选定波长的光信号分接到其分接端口，并且通过其输出端口发送剩余波长的光信号，同时可逆地向输入端口反射被输入到分接端口的、具有选定波长的光信号，以将该反射的光信号输出到中心站。
附图说明
本发明的上述目的、其它特征和优点，在读罢下面的结合附图的详细描述之后将更加清楚。
图1是说明传统WDM PON系统结构的示意图；
图2是说明根据本发明的一种实施方式的WDM PON系统结构的示意图；
图3是说明根据本发明的另一种实施方式的WDM PON系统结构的示意图；
图4是说明常规4-端口接入/分接设备的基本结构的示意图；
图5是说明根据本发明的一种实施方式的接入/分接设备的结构的示意图；
图6是说明根据本发明使用了图5所示的接入/分接设备的双向单光纤环型WDM PON系统的结构的示意图；
图7是说明根据本发明另一种实施方式的3-端口接入/分接设备的结构的示意图；
图8是说明根据本发明的使用图7所示的3-端口接入/分接设备的总线型WDM PON系统的结构的示意图。
具体实施方式
现在，将参照附图详细描述本发明的WDM PON系统的配置和运行。
图2是说明根据本发明的一种实施方式的WDM PON系统结构的示意图。该图说明的系统结构可用于上行和下行信号具有相同波长的情况。如图2所示，根据本发明的该实施方式的系统包括中心站(CO)10、远端节点(RN)20、和多个光学网络单元(ONU)30。每个ONU 30都通过光学线路连接到中心站10。
当中心站10接收到不同的特定波长为λ1、λ2、...λN的光信号时，它将对接收到的信号进行多路传输，并且将该多路传输过的光信号发送到远端节点20。远端节点20将接收自中心站10的已经被多路传输过的光信号进行多路分解，并且将此经过多路分解的具有多个不同特定波长λ1、λ2、...λN的光信号分别输出到相应的ONU 30。ONU 30被设置成接收来自远端节点20的不同特定波长λ1、λ2...λN的被多路分解过的光信号。
另一方面，当ONU 30传输相应的具有不同特定波长λ1、λ2、...λN的光信号到远端节点20的时候，该远端节点20将接收到的光信号进行多路传输，并且发送此经过多路传输的光信号到中心站10。中心站10将接收自远端节点20的被多路传输过的光信号进行多路分解，并输出此经过多路分解的具有不同特定波长λ1、λ2、...λN的光信号。
中心站10包括用于输出具有不同特定波长λ1、λ2、...λN的光信号的多个第一发送器11；用于分别接收具有与从第一发送器11输出的光信号的波长相同的波长即λ1、λ2、...λN的光信号的多个第一接收器12；以及用于将来自远端节点20的光信号分配到第一发送器11和第一接收器12的多个分光器13。中心站10还包括第一WDM多路传输器/多路分解器(MUX/DEMUX)14，用于将接收自第一发送器11的波长为λ1、λ2、...λN的光信号分别进行多路传输，同时对接收自远端节点20的波长为λ1、λ2、...λN的多路传输过的光信号进行多路分解。
远端节点20包括第二MUX/DEMUX 21。该第二MUX/DEMUX 21接收来自中心站10的经过多路传输的波长为λ1、λ2、...λN的光信号，对接收到的光信号多路分解，然后将该多路分解过的波长为λ1、λ2、...λN的光信号发送到相应的ONU 30。该第二MUX/DEMUX 21也从相应的ONU 30接收波长为λ1、λ2、...λN的光信号，对接收到的光信号进行多路传输，然后将该多路传输的波长为λ1、λ2、...λN的光信号发送到中心站10。
相应的ONU 30包括用于分别发送具有与第一发送器11发送的光信号的波长相同的波长即λ1、λ2、...λN的光信号的多个第二发送器31；用于接收从远端节点20发送的波长为λ1、λ2、...λN的光信号的多个第二接收器32；以及用于将从远端节点20发送的波长为λ1、λ2、...λN的光信号分配到第二发送器31和第二接收器32的多个第二分光器33。
为了实现廉价的系统，根据本发明，使用廉价的Fabry-Perot激光二极管(F-PLD)作为相应的发送器的光源，以代替昂贵的需要严格的波长稳定性的分布式反馈激光二极管。
现在将结合F-PLD分别作为包括在中心站10和每个ONU 30中的第一发送器11和第二发送器31的相应光源的情况，说明根据本发明所述实施方式的WDM PON系统的运行。
首先将描述与从中心站10传播到ONU 30的上行信号相关的WDMPON系统的运行。当窄带的非相干光，例如波长为λ1的非相干光，被注入到作为第一发送器11的一个相关光源的F-PLD中时，该具有多种振荡模式的F-PLD以与注入光的波长相对应的模式振荡，同时抑制其它模式的振荡。因此，F-PLD的输出波长被锁定在注入光的波长处(这种现象被称作“注入锁定”)。按照这种方式，中心站10的第一发送器11根据其特定的振荡模式分别产生具有不同特定波长例如波长为λ1、λ2、...λN的光信号，并将该产生的光信号发送到相应的第一分光器13。从相应的第一发送器11输出的波长为λ1、λ2、...λN的光信号通过相应的第一分光器13被输入到第一MUX/DEMUX 14。该第一MUX/DEMUX 14对所述的波长为λ1、λ2、...λN的光信号进行多路传输，然后将多路传输过的波长为λ1、λ2、...λN的光信号发送到远端节点20。
当多路传输过的波长为λ1、λ2、...λN的光信号被输入到远端节点20的时候，远端节点20的第二MUX/DEMUX 21将所述的多路传输过的波长为λ1、λ2、...λN的光信号多路分解，然后将多路分解过的波长为λ1、λ2、...λN的光信号被输送到相应的OUN 30。
当具有特定波长的光信号，例如，波长为λ1的光信号，被输入到相关联的ONU 30的第二分光器33时，第二分光器33将具有特定波长的光信号，即波长为λ1的光信号，分配到相关联的第二发送器31和第二接收器32。第二接收器32接收到从相关联的第二分光器33发送的相关联的特定波长，即，波长为λ1的光信号。同时，当所述的特定波长的光信号，即波长为λ1的光信号从相关联的第二分光器33注入到与之相关联的第二发送器31时，包括在第二发送器中31的作为光源的F-PLD被注入锁定在所述的特定波长，即波长λ1处。因此，F-PLD的输出波长被锁定在注入的光信号的波长处，即，与从中心站10接收到的光信号的波长相同的波长处。按照这种方式，OUN 30的相应的第二发送器11可以分别发送具有与从中心站10发送来的光信号的波长相同的波长的光信号。
接下来将说明与从OUN 30传播到中心站10的下行信号相关联的WDMPON系统的运行。该运行以与上面描述的上行信号的运行相反的顺序进行。因为包括在每个ONU 30中的第二发送器31的F-PLD被锁定在与从中心站10接收到的光信号的波长相同的波长，如波长λ1处，第二发送器31产生具有锁定波长即波长λ1的光信号。这样，相应的ONU 30的第二发送器31将不同特定波长的光信号，如波长为λ1、λ2、...λN的光信号发送到远端节点20。于是远端节点20的第二MUX/DEMUX 21将这些波长为λ1、λ2、...λN的光信号多路传输，随后将经过多路传输的波长为λ1、λ2、...λN的光信号发送到中心站10。
当经过多路传输的波长为λ1、λ2、...λN的光信号被输入到中心站10时，中心站10的第一MUX/DEMUX 14将该多路传输的波长为λ1、λ2、...λN的光信号多路分解，然后将该多路分解的波长为λ1、λ2、...λN的光信号发送到相应的第一分光器13。当每个第一分光器13接收到相关的特定波长如波长λ1的光信号时，该第一分光器13将此光信号分配到相关的第一发送器11和相关的第一接收器12。第一接收器12接收从相关的第一分光器13发送的相关的特定波长即波长λ1的光信号。同时，当所述的具有特定波长的光信号，即波长为λ1的光信号，从相关联的第一分光器13被注入到相关联的第一发送器11时，包括在第一发送器11中的作为光源的F-PLD被注入锁定在特定波长，即波长λ1处。因此，F-PLD的输出波长被锁定在注入的光信号的波长处，即，与从相关ONU 30接收到的光信号的波长相同的波长处。
这样，就有可能使用相同的波长发送和接收上行和下行信道的波长。例如，上行和下行信道都使用波长λ1到λN。因此，没有必要为了双向发送的目的，在每个中心站10和远端节点20上再安装额外的多路传输器/多路分解器。例如，传统情况下，为了分别发送具有不同波长的上行和下行光信号，如波长λ1到λN和λN+1到λ2N的光信号，每个中心站和远端节点使用两个多路传输器/多路分解器，但是根据本发明用于传输波长为λN+1到λ2N的光信号的多路传输器/多路分解器被取消，因为上行和下行信道都使用波长λ1到λN。
在传统的WDM PON系统中，也必须使用单独的昂贵的WDM过滤器，例如，在图1情况下的WDM过滤器130和330，用于分离中心站100和每个OUN 300的光信号。但是，根据本发明，使用价格便宜的分光器13和33来代替上述的WDM过滤器。因此，可以实现廉价的WDM PON系统。
在本发明的所述实施方式中，1×2分光器用于相应的第一和第二分光器13和33。但是，在这种情况下，由于每个分光器的结构特点，会发生光强度的损耗，每个分光器通过将光信号的光强度一分为二，使输入的光信号分离，从而输出的是光强度减半的分离的光信号。例如，对于上行光信号，每个分光器13在光信号的光强度被一分为二的情况下将从相关的第一发送器11输出的光信号发送到第一MUX/DEMUX14。其结果是，产生约3dB的光强度损耗。类似地，每个第二分光器33在光信号的光强度被一分为二的情况下将从远端节点20输出的光信号发送到相关的第二发送器31和相关的第二接收器32。其结果是，产生约3dB的光强度损耗。这样，总的光强度损耗约为6dB。但是在WDM PON系统中，这种约为6dB的光强度的损耗不会产生任何问题，因为中心站与远端节点之间的距离基本上在几千米到几十千米。
根据本发明的该实施方式，由于用于发送的光信号和用于接收的光信号具有相同的波长，可能会存在由于近端串话，也就是说，在光纤和MUX/DEMUX之间的连接点发送的光信号的反射和再接收，而产生问题。例如，可能出现的问题是，发送的光信号被反射处理为接收的光信号。但是，由近端串话导致的这类问题，可以通过用于光纤中的防止光信号反射的典型方法来克服。例如，可以采用用其端部具有一定倾角的APC(角抛光的连接器)型连接器调整发送的光信号的反射角的方法；或者采用将可能发生发送的光信号的反射的结合点被切掉以防止反射的方法。
图3是说明根据本发明的另一种实施方式的WDM PON系统结构的示意图。该实施方式的系统配置与图2所述实施方式的系统相同，所不同的是，为了增加被多路传输的上行和下行信道的强度，在中心站10和远端节点20之间的光通讯线路上安装了双向光放大器40，因此增加上行和下行信道的发送距离或速度。在图3中，相应于图2中的构成部件用相同的附图标记表示。
如图3所示，所述的双向光学放大器40可以是，例如，掺铒(erbium-doped)光纤放大器(EDFA)，用于放大输入的上行和下行光信号。与这种放大相一致，在双向光学放大器40上产生了宽带噪音，即放大的自发发射(ASE)。这种ASE在传统的WDM PON系统中被当作噪音处理。但是，在本发明的系统中，因为从双向光放大器40形成的光信号在经过第一MUX/DEMUX 14或者第二MUX/DEMUX 21的时候是以波长为单位传递的，包含在这些光信号中的ASE被用于F-PLDs的注入锁定。因此，与传统光放大器需要额外的设备如隔离器来完成改善噪音特性相比，可以无需使用额外设备而简单地提高上行和下行光信号的光强度。
同时，在利用WDM PON系统建设传输网络的情况下，必须在传输网络的每个节点都实施接入/分接功能。为了实施这种接入/分接功能，通常使用接入/分接元件。这种接入/分接元件用在WDM系统中用于分接出一个相应于特定信道的波长为λm的光信号，同时接入另一个具有与分接出的光信号波长相同，即，波长为λm’的光信号到所述的特定信道上。也就是说，所述的接入/分接元件广泛地应用于WDM系统中，用于特定信道的分离和加载。
图4是说明由传统WDM薄膜过滤器实施的4-端口接入/分接设备的基本结构的示意图。该4-端口接入/分接设备使用两个构成部件，分别用于传输特定波段的光信号和用于反射另一特定波段的光信号。基本上，所述的4-端口接入/分接设备具有可逆操作的特性。在传统的WDM系统中，频繁使用4-端口接入/分接设备的操作原理，以从经过光纤的各种不同波长的上行和下行光信号中分离出特定波长的光信号，或者将光信号接入到上行或下行光信号中(这里，被反射的光信号可被用作发送，而被发送的光信号可被用于接收)。这样，上述的传统WDM-PON系统在上行和下行线路中使用不同的信道波长。
图5说明根据本发明的WDM-PON系统中使用图4所示的接入/分接元件构建用于实现自恢复功能的新型接入/分接设备的结构。
如图5所述，该接入/分接设备具有4-端口接入/分接设备，该4-端口接入/分接设备具有两个WDM薄膜过滤器。但是，每个WDM薄膜过滤器的配置对于相关信道的上行和下行线路，都适用于使用相同的波长。也就是，对每个信道的上行和下行线路的运行都可以只通过一个WDM薄膜过滤器实现，因为对该信道的上行和下行线路都用了相同的波长。在传统情况下，由于一个相关信道的上行和下行线路要分别使用不同的波长，所以需要两个WDM薄膜过滤器。对于相同的功能，仅使用一个WDM薄膜过滤器，因此与传统的WDM系统相比就可以节省一半的费用。
根据本发明，使用具有相同功能的两个WDM薄膜过滤器201和202，如图5所示。一个WDM薄膜过滤器，即，WDM薄膜过滤器201，用于通常使用的顺时针信道，而另一个WDM薄膜过滤器，即，WDM薄膜过滤器202用于自恢复目的的逆时针信道。用于通常目的的WDM薄膜过滤器201中的光信号的传播方向，与用于自恢复目的的WDM薄膜过滤器202中的光信号的传播方向相反。
也就是说，根据WDM信道信号的传播方向，本发明的接入/分接元件分别被定义为顺时针方向信道和逆时针方向信道。如果用于顺时针方向信道的接入/分接元件被通常使用，则用于逆时针方向信道的接入/分接元件被用于由于故障或者其它突发事件而出现光纤转换时执行自恢复功能。当一个接入/分接元件运行时另一个不运行。相对于传统情况，由于本发明的每个接入/分接元件对于上行和下行信道采用相同的波长，就有可能分别在相应的分接和接入端口对于上行和下行信号实施分离和接入的功能。也就是，所述的接入/分接元件对于上行和下行光信号使用相同的波长，并且用于通过单光纤和1×2分光器相对于发送和接收模块分接出和接入具有特定波长的上行和下行光信号。
在WDM过滤器201中，WDM信道信号以顺时针方向传播。该WDM过滤器201根据其反射操作从输入到其第一输入端口的不同波长的光信号中有选择地分接出具有特定波长λm的光信号到它的分接端口，同时发送剩余波长的光信号。可逆地，WDM过滤器201将被输入到其分接端口的具有特定波长λm的光信号反射到其第一输入端口。也就是，该WDM过滤器201对于特定信道的光信号的发送和接收使用相同的波长。
在WDM过滤器202中，WDM信道信号以逆时针方向传播。类似于WDM过滤器201，所述的WDM过滤器202对于特定信道的光信号的发送和接收使用相同的波长。也就是说，该WDM过滤器202根据其反射操作从输入到其第二输入端口的不同波长的光信号中有选择地分接出具有特定波长λm的光信号到它的分接端口，同时发送剩余波长的光信号。可逆地，WDM过滤器202将被输入到其分接端口的具有特定波长λm的光信号反射到其第二输入端口。
因此，本发明的4-端口接入/分接设备包括两个WDM过滤器，其中一个，即WDM过滤器201用于通常目的，另一个WDM过滤器，即WDM过滤器202，用作冗余元件用于自恢复目的。
如上所述，当实施单光纤环型网络时，由于根据本发明的该实施方式的系统具有自恢复的功能，与传统环型系统相比，可能减少一半光纤建设费用。与构建传统的WDM体系结构需要的费用相比，也可以减少一半的建设WDM过滤器所需要的费用，因为本发明在每个信道的上行和下行线路中使用相同的波长。
图6说明根据本发明使用了图5所示的接入/分接设备的双向单光纤环型WDM PON系统的结构。如图6所示，该系统包括中心站CO，用于产生具有N个不同波长的光信号，通过多路传输器对这些光信号进行多路传输，并且通过单光纤将所得的被多路传输的光信号分别发送到N个远端节点RN1-RNn。中心站CO也从相应的远端节点RN1-RNn接收被多路传输的具有不同波长的光信号，通过多路分解器将接收到的光信号多路分解，并从所得的被多路分解过的光信号来检测相应的OUN的数据。该系统还包括多个远端节点RN1-RNn作为其构成部件。远端节点RN通过单光纤连接到中心站CO，同时通过多条光纤分别连接到多个ONU。
中心站CO包括多个1×2耦合器(或者分流器)分别对应于N个不同的波长，还包括两个WDM多路传输器/多路分解器，即，第一和第二WDM多路传输器/多路分解器MUX1和MUX2。第一多路传输器/多路分解器MUX1用作通常目的，而第二多路传输器/多路分解器MUX2用作自恢复目的。也就是说，第一多路传输器/多路分解器MUX1多路传输多个具有不同波长的光信号，并且将所得的被多路传输的光信号发送到包括在用于每个远端节点RN的每个接入/分接设备中的WDM过滤器中的一个，即，WDM过滤器201。第一多路传输器/多路分解器MUX1还接收从WDM过滤器201反射来的具有特定波长的光信号。类似地，第二多路传输器/多路分解器MUX2多路传输多个具有不同波长的光信号，并且将所得的被多路传输过的光信号发送到包括在每个远端节点RN的每个接入/分接设备中的另一个WDM过滤器，即，WDM过滤器202。第二多路传输器/多路分解器MUX2还接收从WDM过滤器202反射来的具有特定波长的光信号。
每个远端节点RN连接在中心站CO和一个相关联的ONU之间。远端节点RN使用用于实施WDM多路传输/多路分解操作的无源光学元件，来多路分解从中心站CO输出的具有不同波长的被多路传输过的光信号，继而根据波长将所得的多路分解过的光信号发送到相应的ONU，同时多路传输从相应的ONU输出的不同波长的WDM信道，以便将所得的多路传输过的光信号发送到中心站CO。
远端节点的数量相应于用户的数量。这些远端节点RN1-RNn建立起双向环型分配网络。每个远端节点RN装备有图5所示结构的接入/分接设备。
每个远端节点RN分配一个不同于其它远端节点的特定的波长。远端节点RN从输入其中的具有多个波长的光信号中分接出一个具有分配波长的光信号，然后将分接出的光信号发送到相关的ONU。远端节点RN也忽略(pass)剩余波长的光信号。也就是说，每个远端节点只使用具有被分配的波长的光信号与中心站的通讯。
在图6所示的光纤环中，其信号发送方向相应为顺时针方向或逆时针方向。
在通常状态下，操作每个接入/分接设备的WDM过滤器201以顺时针方向发送光信号。另一方面，在自恢复状态下，则操作每个接入/分接设备的WDM过滤器202以逆时针方向发送光信号。这样，有可能实现具有自恢复功能的单光纤的双向WDM PON系统。
基本上，根据本发明，一般使用具有普通操作功能的信道，即，顺时针信道，而具有自恢复功能的信道处于冗余状态，用于由于故障或者其它突发事件导致的系统转换。
在通常状态操作的下行线路中，不同信道的光信号通过中心站CO中相应的1×2耦合器耦合到相应的光纤中，然后通过第一WDM多路传输器/多路分解器MUX1，以多路传输过的光信号的形式发送到传输光纤。
当正穿过传输光纤的多路传输过的光信号经过每个远端节点RN的接入/分接设备时，具有远端节点的信道的光信号被所述的接入/分接设备的WDM过滤器201反射，于是该信号被分接出。这个被分接出的光信号通过1×2耦合器，例如，一个3dB的耦合器，被输入到相关联的用户(或者ONU)的接收端。因此，完成了光信号到相关联的用户的传输。
另一方面，在上行线路操作中，通过相关联的1×2耦合器，从每个信道(用户或者ONU)发送出的光信号被耦合到安装在相关联的远端节点RN的接入/分接设备的WDM过滤器201，然后被接入到穿过传输光纤的光信号。然后所得的光信号经过传输光纤被发送到中心站CO。该发送的光信号通过第一WDM多路传输器/多路分解器MUX1被可逆地分成与相应的用户或者ONU相关连的不同信道的光信号。然后，通过相关联的1×2耦合器，每个信道的光信号被连接到中心站CO的相关联的接收端。就是说，中心站CO将多路传输的光信号多路分解，以便以信道为单位检测数据。
同时，系统转换状态下使用冗余信道的下行和上行线路操作以与上面所述的过程相同的方式进行。当然，在这种情况下，光信号是与正常情况下相反的方向传播的。而且，要使用中心站CO的第二WDM多路传输器/多路分解器MUX2，和安装在每个远端节点RN的接入/分接设备的WDM过滤器202。
基本上，每个节点对于每个信道波长都需要两个发送器/接收器(Tx/Rx)模块。
这种网络体系结构对于顺时针和逆时针信道分别具有合理的总线型布局。因此，这种体系结构是以太网的一种基本体系结构，适用于以太网。也就是说，以太网系统可以通过使用以太网中的两个总线型布局来实现。
因此，在用户之间的距离长的时候，根据本发明的实施方式的环型WDMPON系统可以有效地减少光纤建设花费。
传统单光纤双向WDM PON系统对于上行和下行信道分别使用不同的波长，于是，传统系统对于上行和下行信道需要使用单独的多路传输器/多路分解器，根据本发明的实施方式的WDM PON系统对于上行和下行信道使用相同的波长。因此，中心站的多路传输器/多路分解器可以可逆地用于上行和下行信道，于是就有可能显著地降低系统建设费用。根据本发明，虽然中心站使用两个多路传输器/多路分解器，它们分别被用于通常情况和自恢复的功能。例如，当只需要通常功能时，根据本发明只需要使用一个多路传输器/多路分解器，相对于传统系统的情况下两个多路传输器/多路分解器分别用于上行和下行信道。
例如，在传统的使用WDM过滤器的单光纤双向WDM PON系统中，需要用两个WDM过滤器来实现一个多路传输器/多路分解器的功能来检测每个接收节点(用户地址)的光信号。但是根据本发明，可以只是用一个WDM元件来实现一个多路传输器/多路分解器的功能，因为对于上行和下行信道都使用相同的波长。因此，与传统WDM系统比较，可以将多路传输器/多路分解器的费用降低一半。
而且，安装在每个远端节点的接入/分接设备，不仅可以用于上行和下行信道，而且也用于通常目的的信道和自恢复目的的信道。因此，系统建设费用被显著降低了。
这样，根据本发明，就可以在达到高质量的同时使用更贵的模块来实现WDM PON系统。
图7是说明本发明的另一个实施方式的3-端口接入/分接设备的构成。这一接入/分接设备的实现是使用单一的WDM薄膜过滤器。这个WDM薄膜过滤器被设定成在其第一端口Port1接收具有多种不同波长的光信号，反射接收到的与该过滤器的特性一致的光信号的一个波长成分到其第二端口Port2，并且发送接收到的光信号的剩余的波长成分到其第三端口Port3。该WDM薄膜过滤器也反射被输入到其分接端口(Port2)具有与过滤器的特性一致的波长的光信号，到其输入端口(Port1)。
也就是说，图7中的构成接入/分接设备的单WDM薄膜过滤器，有选择地分接出被输入到其输入端口Port1的具有特定波长λm的光信号，到其分接端口(Port2)，与那里的反射操作相一致，同时发送其它波长的光信号。可逆地，所述WDM薄膜过滤器反射输入其分接端口(Port2)的具有特定波长λm的光信号，到其输入端口(Port1)。
这样，相对于传统系统的情况，根据本发明实施方式的这种接入/分接设备减少了一半的建设费用，因为它仅用了一个WDM薄膜过滤器。
参考附图7，可以看出，分接出的和接入的光信号分别以相反的方向传播，在传统技术的情况下，分接出和接入的特定信道的光信号以相同的方向经过其接入/分接设备。
图8说明总线型WDM PON系统的配置，该系统使用了图7描述的本发明的3-端口接入/分接设备。
如图8所示，该系统包括中心站CO，该中心站CO包括1×2耦合器(或者分离器)，和WDM多路传输器/多路分解器(MUX/DEMUX)。中心站CO产生不同波长的光信号，多路传输这些光信号，并将所得的多路传输过的光信号通过单光纤发送。中心站CO还多路分解输入其中的被多路传输过的光信号，由此检测从各个远端节点RN1到RNn或者相应用户发送来的数据。
图7表示的接入/分接设备安装在每个远端节点RN中。该接入/分接设备分接出相应于特定用户的波长的光信号，并将此分接出的光信号发送到特定用户。该接入/分接设备也接入从特定用户发送来的光信号，并且反射该合成的光信号到其输入端口，以便发送该光信号到中心站CO。在这种情况下，对于上行和下行信道使用相同的波长。
在下行线路运行中，通过中心站CO的相应的1×2耦合器，不同信道的光信号被耦合到相应的单光纤中，然后以多路传输过的光信号的形式，通过WDM MUX/DEMUX发送到传输光纤。
当在传输光纤传播的多路传输过的光信号，经过每个远端节点RN的所述的3-端口接入/分接设备时，该光信号被分接出，该光信号具有与远端节点RN相关联的信道。
这个被分接出的光信号经由1×2耦合器，例如，一个3dB的耦合器，输入到相关联的用户(或者ONU)的接收端。这样，光信号到相关联的用户的传输完成了。
另一方面，在上行线路的操作中，通过相关联的1×2耦合器，从每个信道(用户或者ONU)发送出的光信号被耦合到安装在相关的远端节点RN上的3-端口接入/分接设备，然后被加到经过传输光纤的光信号上。所得的光信号于是经由传输光纤被发送到中心站CO。该被发送的光信号通过WDMMUX/DEMUX，被可逆地分离到与相应用户或者ONUs相关联的不同信道的光信号。然后通过相关的1×2耦合器，各个信道的光信号被输送到相关联的中心站CO的接收端。也就是说，中心站CO将一个多路传输过的光信号有多路分解，从而以信道为单元检测数据。
因此，根据本发明实施方式，在用户之间的距离长的时候，上述的总线型WDM PON系统可以有效地降低光纤的安装费用。
因为传统单光纤双向WDM PON系统对于上行和下行信道分别使用不同波长，于是上行和下行信道相应需要单独的多路传输器/多路分解器；而本发明实施方式的WDM PON系统对于上行和下行信道使用同样的波长，因此中心站的多路传输器/多路分解器可以可逆地用于上行和下行信道，于是就有可能显著地降低系统建设费用。
而且，在传统的使用WDM过滤器的单光纤双向WDM PON系统中，两个WDM过滤器被用于实现多路传输器/多路分解器的功能，来检测每个接收节点(用户地址)的光信号。但是根据本发明，就可以仅仅使用一个WDM元件来实现多路传输器/多路分解器的功能，因为对上行和下行信道都使用相同的波长。因此，相对于传统WDM系统，可以减少多路传输器/多路分解器一半的花费。
也就是说，因为本发明，在具有高稳定性的同时可以使用更昂贵的模块来实现WDM PON系统。
从上面的描述显示出，根据本发明，可以在各个信道上使用相同的波长来完成发送和接收数据。因此，相对于传统PON系统的优势是可以有效地和经济地实现WDM PON系统，而在传统的PON系统中，对于上行和下行光信号需要分别使用单独的多路传输器和单独的多路分解器，因为上行和下行光信号对于每个信道具有不同的波长。
而且，根据本发明，廉价的Fabry-Perot激光二极管(F-PLDs)作为中心站和每个ONU的相应的光源，于是相对于使用昂贵的二极管作为光源的传统光学网络，系统的建设费用显著降低。
根据本发明，具有自恢复功能的单光纤双向环型体系结构是通过使用接入/分接设备来实现的，对于相关联的信道中的上行和下行光信号使用相同的波长，并且没有使用任何复杂的光学元件。因此，没有使用任何有源设备的情况下，就能在每个节点实现自恢复功能。作为结果，在使用PON体系结构的时候，就可以获得理想的特性，就是说，容易保养和修理，实施费用降低的效果。
因为在每个WDM信道，对于上行和下行光信号使用相同的波长，就可能可逆地使用WDM-基元件。因此，相对于传统系统显著降低建设费用。
而且，也可以降低光纤的安装费用，并且可以在用户分布广、不集中的地区，在地下以太网中，使用环型体系结构建设一个廉价的地下系统和FTTH(Fiber-To-The-home入户光纤)。
还有，根据本发明，通过使用3-端口接入/分接设备，使用相同的波长来作每个信道上行和下行信号，因此，所述的中心站中的多路传输器/多路分解器的花费就被降低了一半，因为对于上行和下行光信号只用一个多路传输器/多路分解器就可以了。其中总线型WDM PON系统，根据本发明在每个信道使用3-端口接入/分接设备，在用户分布广的地区，就可以有效地降低光纤安装费用。
虽然为了说明的目的解释了本发明的优选实施方式，本领域技术人员将能够了解其变化、补充和置换都没有离开本发明的精神和范围，如同附属权利要求所公开的。

Claims (16)

1、一种波分多路复用无源光学网络(WDM PON)系统，其包括：
中心站，用于产生不同波长的光信号，多路传输这些产生的光信号，并将所得的多路传输过的光信号输出到光学通讯线路；该中心站接收与其产生的光信号具有相同波长的光信号，将此接收到的光信号多路分解；
远端节点，用于多路分解从中心站经过光学通讯线路发送来的光信号，并将所得的多路分解过的光信号分别输出到分布式光学通讯线路；该远端节点多路传输分别从分布式光学通讯线路发送来的光信号，并将所得的多路传输过的光信号输出到光学通讯线路；以及
多个光学网络单元，用于分别接收从远端节点通过分布式光学通讯线路发送的光信号，每个光学网络单元产生一个与接收到的光信号具有相同波长的光信号，并且通过相关联的分布式光学通讯线路中的一条发送该产生的光信号到远端节点。
2、如权利要求1所述的WDM PON系统，其中的中心站包括：
多个第一发送器，用于分别产生和输出不同波长的光信号；
多个第一接收器，用于分别接收与从第一发送器输出的光信号具有相同波长的光信号；
第一多路传输器/多路分解器，用于分别多路传输从第一发送器输出的光信号，并且输出所得的多路传输过的光信号；该第一多路传输器/多路分解器多路分解从远端节点发送来的多路传输过的光信号，并且输出所得的多路分解过的光信号；以及
多个第一分光器，用于将从第一多路传输器/多路分解器输出的所述多路分解过的光信号分配到相应的第一发送器和相应的第二发送器。
3、如权利要求2所述的WDM PON系统，其中每个第一发送器被由第一分光器的相关联的一个分配的光信号注入锁定。
4、如权利要求2所述的WDM PON系统，其中从第一发送器输出的光信号分别具有与从远端节点发送出的光信号相同的波长。
5、如权利要求1所述的WDM PON系统，其中远端节点包括：
第二多路传输器/多路分解器，用于多路分解从中心站发送的多路传输过的光信号，并且将所得的多路分解过了的光信号分别发送到光学网络单元；该第二多路传输器/多路分解器多路传输分别从光学网络单元发送的光信号，并将所得的多路传输过的光信号发送到中心站。
6、如权利要求1所述的WDM PON系统，其中每个光学网络单元包括：
第二发送器，用于产生和输出与从远端节点输出的多路分解过的光信号的相关联的一个具有相同的波长的光信号；
第二接收器，用于接收从远端节点输出的相关联的光信号；以及
第二分光器，用于将从远端节点输出的相关联的光信号分配到第二发送器和第二接收器。
7、如权利要求6所述的WDM PON系统，其中第二发送器被由第二分光器分配的相关联的光信号注入锁定。
8、如权利要求6所述的WDM PON系统，其中从第二发送器输出的光信号具有与从中心站产生的光信号中的相关联的一个的波长相同的波长。
9、如权利要求1所述的WDM PON系统，还包括：
双向光学放大器，其安装在光学通讯线路上。
10、环型波分多路复用无源光学网络(WDM PON)系统，其包括：
中心站，包括用于对通常状态下使用的普通信号实施多路传输/多路分解操作的第一多路传输器/多路分解器，和用于对用作自恢复目的的自恢复信号实施多路传输/多路分解操作的第二多路传输器/多路分解器；该中心站产生具有N个不同波长的光信号，第一和第二多路传输器/多路分解器中的每一个将产生的光信号多路传输，并且通过单光纤将所得的多路传输过的光信号发送到光学网络单元，同时多路分解从单光纤接收到的多路传输过的光信号，从而检测从光学网络单元产生的数据；以及
远端节点，分别包括连接到相应的光学网络单元的双向接入/分接设备，该远端节点建立环型分配网络与中心站的第一和第二多路传输器/多路分解器协同，每个双向接入/分接设备包括分别具有相反的信号传输方向的第一和第二WDM过滤器，第一WDM过滤器对相关联的普通信号实施接入/分接操作，第二WDM过滤器对相关联的自恢复信号实施接入/分接操作。
11、如权利要求10所述的环型WDM PON系统，其中中心站的第一多路传输器/多路分解器对分别在上行方向和下行方向传播的普通信号都实施相同的多路传输/多路分解操作。
12、如权利要求10所述的环型WDM PON系统，其中中心站的第一多路传输器/多路分解器对分别在上行方向和下行方向传播的自恢复信号都实施相同的多路传输/多路分解操作。
13、如权利要求10所述的环型WDM PON系统，其中包括在每个双向接入/分接设备中的每个WDM过滤器，从输入到其输入端口的N个不同波长的光信号中，根据其反射操作将具有选定波长的光信号分接到其分接端口，并且通过其输出端口发送剩余波长的光信号，同时可逆地向输入端口反射被输入到分接端口的、具有选定波长的光信号，以将该反射的光信号输出到中心站。
14、一种总线型波分多路复用无源光学网络(WDM PON)系统，包括中心站，和通过单光纤连接到中心站、同时通过多个光纤分别连接到多个光学网络单元的远端节点，
其中中心站产生N个不同波长的光信号，通过多路传输器多路传输产生的光信号，通过单光纤将所得的多路传输过的光信号发送到远端节点，从远端节点接收多路传输过的光信号，并通过多路分解器将接收的多路传输过的光信号多路分解，从而检测从光学网络单元产生的数据；以及
其中的远端节点包括连接到相应的光学网络单元的双向接入/分接元件，从而建立总线型分配网络，每个双向接入/分接元件从输入到其输入端口的N个不同波长的光信号中根据其反射操作将具有选定波长的光信号分接到其分接端口，并且通过其输出端口发送剩余波长的光信号，同时可逆地向输入端口反射被输入到分接端口的、具有选定波长的光信号，以将该反射的光信号输出到中心站。
15、如权利要求10所述的总线型WDM PON系统，其中中心站的多路传输/多路分解操作对分别在上行方向和下行方向传播的光信号都按相同的方式进行。
16、如权利要求14所述的总线型WDM PON系统，其中每个接入/分接元件是一个具有输入端口、输出端口和分接端口的WDM薄膜过滤器，该WDM薄膜过滤器从输入到其输入端口的N个不同波长的光信号中根据其反射操作将具有选定波长的光信号分接到其分接端口，并且通过其输出端口发送剩余波长的光信号，同时可逆地向输入端口反射被输入到分接端口的、具有选定波长的光信号。
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