CN1855790A - 减少和补偿波分复用无源光网络的传输损耗的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及波分复用无源光网络。具体地，其涉及用于使基于波长锁定光源的波分复用无源光网络的光损耗的技术。因此，本发明提高了传输质量并增大了传输距离。本发明的4端口光路设定装置增大了注入到光发射器中的光量，并由此改善了光源的波长锁定特性。另外，它可以降低光传输路径中的光传输损耗，并且通过插入到其中的光放大器，它还可以补偿光传输路径中的光传输损耗。在本发明中描述了具有上述特性的4端口光路设定装置以及用于进行故障修复而没有附加光损耗的方法。
Description
技术领域
本发明涉及波分复用无源光网络。具体地，本发明涉及用于使基于经波长锁定的波分复用光源的波分复用无源光网络的光损耗最小的技术。本发明提高了传输质量并增大了传输距离。
背景技术
波分复用无源光网络包括中央局、用户以及光分配网络。光分配网络连接在用户和中央局之间，而没有任何需要电源的元件。光分配网络具有光缆和诸如波分多路复用器/多路分解器的远程分配节点。通过中央基站和远程分配节点之间的光缆来传输波分复用光信号。为各个用户分配特定的波长。
波分复用无源光网络需要具有不同波长的多个光源，用于为各个用户分配至少一个波长。波分复用无源光网络还需要下述的装置，该装置用于修复可能在中央局和远程分配节点之间的光路上出现的故障。
图1和图2表示现有技术的波分复用无源光网络系统的实施例。
图1表示使用经波长锁定的波分复用光源的波分复用无源光网络的实施例。下述现有技术文献中介绍了这种系统：申请韩国专利的申请号为10-2002-0003318的Kwang-Wook Choo，Chang-Hee Lee和Tae-Won Oh，“Wavelength-division-multiplexing passive optical network based onwavelength-locked wavelength-division-multiplexed light sources throughinjected incoherent light”。
参照图1，该波分复用无源光网络包括第一宽带光源(112)和第二宽带光源(111)。第一宽带光源(112)向多个第一光发射器(101～103)提供包含第一波段的波长的光信号。第二宽带光源(111)向多个第二光发射器(119～121)提供包含第二波段的波长的光信号。光纤(114)用于在至少两个不同的波段中双向传输光信号。
光耦合器(113)以第一波段波长和第二波段波长进行操作，其中第一宽带光源(112)和第二宽带光源(111)通过该光耦合器耦合到光纤中。
光多路复用器/多路分解器(110、115)对包含第一波段波长的光信号和包含第二波段波长的光信号进行双向多路复用和多路分解。
宽带滤光器(107～109、116～118)将第一波段波长的信号和第二波段波长的信号分离到不同的端口。宽带滤光器的一个端口耦合到第一光发射器，而另一端口耦合到第二光接收器。
第一光多路复用器/多路分解器(110)对从第一宽带光源(112)接收的第一波段的波长进行光谱分割，并对从第二光多路复用器/多路分解器(115)接收的第二波段的波长进行多路分解。第一组光发射器(101-103)中的各个光发射器都接收第一波段的波长中的离散光谱分割信号，并将该光发射器的工作波长调整为所接收的光谱分割信号的中心波长。
类似地，第二光多路复用器/多路分解器(115)对从第二宽带光源(111)接收的第二波段的波长进行光谱分割，并对从第一光多路复用器/多路分解器(110)接收的第一波段的波长进行多路分解。第二组光发射器(119-121)中的各个光发射器都接收第二波段的波长中的离散光谱分割信号，并将该光发射器的工作波长调整为所接收的光谱分割信号的中心波长。
这些光发射器(101～103、119～121)是Fabry Perot激光二极管或者反射型半导体放大器。
在上述波分复用无源光网络的实施例中，将光耦合器(113)用于将第一宽带光源(112)和第二宽带光源(111)耦合到光纤上。此外，从中央局到用户的下行信号以及从用户到中央局的上行信号通过该光耦合器(113)。光耦合器(113)是2×2分光器，通常为3dB分光器。分光器不仅在将宽带光源(111-112)耦合到光纤时，而且在通过上行信号和下行信号时，会产生不必要的额外光损耗。这增加了宽带光源所需的光功率并缩短了传输长度。图2表示网络系统的实施例，其中对图1所示的系统应用了故障修复装置，在由国际电信联盟提出的标准“ITU-TG.983.1Broadband optical Access System Based on Passive Optical Networks”中介绍了这种故障修复装置。
如果在中央局和远程分配节点之间的光缆(114)中出现了故障，则所有的用户均无法彼此通信，因此，绝对需要故障修复功能。参照图2，通过在中央局安装1×2光空间开关(206)，在远程分配节点(210)安装光耦合器(209)，并且安装第一光缆(207)和第二光缆(208)，可以在第一光缆(207)中发生故障时，通过第二光缆(208)进行通信。然而，通过这种方法，由于在远程分配节点使用了光耦合器(209)，而额外地产生了通常为3dB的光损耗。
如上所述，应该使在将宽带光源耦合到波分复用无源光网络中的光纤时产生光损耗最小。另外，当将信号从光发射器传输到光接收器时所产生的信号光路损耗，对传输质量和扩展性有很大的影响。因此，需要一种适当的方法来最小化和/或补偿这种光损耗。
发明内容
为了解决上述现有技术的问题而提出本发明。因此本发明的目的在于使基于经波长锁定的波分复用光源的波分复用无源光网络的光损耗最小。由此，本发明提高了传输质量并增大了传输距离。
为了实现上述目的，本发明提出了4端口光路设定装置以及用于修复故障而不引入额外光损耗的方法。本发明还提出了用于减少和补偿光传输路径中产生的光损耗的方法。
附图说明
图1表示根据现有技术的使用经波长锁定的波分复用光源的波分复用无源光网络。
图2表示根据现有技术的具有故障修复功能的波分复用无源光网络。
图3表示根据本发明的4端口光路设定装置的操作特性。
图4表示根据本发明的4端口光路设定装置的实施例。
图5表示根据本发明的4端口光路设定装置的另一实施例。
图6表示根据本发明的具有故障修复功能的波分复用无源光网络。
具体实施方式
下文中，将参照附图来详细描述本发明实施例的结构和操作原理。
图3表示根据本发明的4端口光路设定装置的操作特性，及其在波分复用无源光网络中的操作实施例。
通过4端口光路设定装置的#3端口输出通过#1端口输入的A波段光信号。通过4端口光路设定装置的#4端口输出通过#3端口输入的A波段光信号。通过4端口光路设定装置的#4端口输出通过#2端口输入的B波段光信号。以及通过4端口光路设定装置的#3端口输出通过#4端口输入的B波段光信号。
如图3所示，本发明的4端口光路设定装置替代了图1中的光耦合器(113)，由此减少了光损耗。
可以通过使用微光学技术或集成光学技术由单个光学器件来构造本发明的4端口光路设定装置。也可以由传统的光学器件来构造本发明的4端口光路设定装置。
图4表示根据本发明的4端口光路设定装置的实施例。
参照图4，该4端口光路设定装置包括：光宽带多路复用器/多路分解器(401、406)，用于组合/分离A波段和B波段；A波段光循环器(403)；以及B波段光循环器(404)。
通过本发明的4端口光路设定装置的#1端口输入的A波段光信号经过A波段光循环器(403)和用于组合/分离A波段和B波段的光多路复用器/多路分解器(406)，并通过#3端口输出。
通过本发明的4端口光路设定装置的#3端口输入的A波段光信号经过用于组合/分离A波段和B波段的光多路复用器/多路分解器(406)、A波段光循环器(403)以及用于组合/分离A波段和B波段的光多路复用器/多路分解器(401)，并通过#4端口输出。
通过4端口光路设定装置的#2端口输入的B波段光信号经过B波段光循环器(404)和用于组合/分离A波段和B波段的光多路复用器/多路分解器(401)，并通过#4端口输出。
通过4端口光路设定装置的#4端口输入的B波段光信号经过用于组合/分离A波段和B波段的光多路复用器/多路分解器(401)、B波段光循环器(404)以及用于组合/分离A波段和B波段的光多路复用器/多路分解器(406)，并且通过#3端口输出。
优选地，考虑下述的情况：在本发明的4端口光路设定装置的实施例中所述的用于组合/分离A波段和B波段的光多路复用器/多路分解器(401、406)、A波段光循环器(403)以及B波段光循环器(404)分别具有3个端口。通过光多路复用器/多路分解器(401或406)的#2端口输出通过#1端口输入的A波段光信号，而通过#1端口输出通过#2端口输入的A波段光信号。另一方面，通过光多路复用器/多路分解器(401或406)的#3端口输出通过#1端口输入的B波段光信号，而通过#1端口输出通过#3端口输入的B波段光信号。
另外，在以A波段进行操作的3端口光循环器中，通过#2端口输出通过#1端口输入的A波段光信号，而通过#3端口输出通过#2端口输入的A波段光信号。类似地，在以B波段进行操作的3端口光循环器中，通过#2端口输出通过#1端口输入的B波段光信号，而通过#3端口输出通过#2端口输入的B波段光信号。
在这种情况下，4端口光路设定装置的#1端口是以A波段进行操作的光循环器(403)的#1端口，而4端口光路设定装置的#2端口是以B波段进行操作的光循环器(404)的#1端口。4端口光路设定装置的#3端口是第一光多路复用器/多路分解器(401)的#1端口，而4端口光路设定装置的#4端口是第二光多路复用器/多路分解器(406)的#1端口。
此处，A波段光循环器(403)的#2端口与第一光多路复用器/多路分解器(406)的#2端口相连，而A波段光循环器(403)的#3端口与第二光多路复用器/多路分解器(401)的#2端口相连。并且B波段光循环器(404)的#2端口与第二光多路复用器/多路分解器(401)的#3端口相连，而B波段光循环器(404)的#3端口与第一光多路复用器/多路分解器(406)的#3端口相连。
如上所述，除了在各个光学元件的制造过程产生的额外损耗外，根据本发明的4端口光路设定装置不会导致任何理论上的光损耗。因此，本发明的4端口光路设定装置可以消除在使用2×2分光器(113)的情况下产生的通常为3dB的理论光损耗。因此，通过由根据本发明的4端口光路设定装置来替代2×2分光器(113)，可以提高宽带光源到光纤的耦合效率。另外，还可以降低上行信号和下行信号的光传输损耗。
图5表示根据本发明的4端口光路设定装置的实施例，其能够补偿上行信号和下行信号的光损耗。
参照图5，该4端口光路设定装置包括：光多路复用器/多路分解器(501、506)，用于组合/分离A波段和B波段；A波段光循环器(503)；B波段光循环器(504)；用于A波段的光放大器(507)；以及用于B波段的光放大器(508)。
如图5中所示，根据本发明的用于对光传输损耗进行补偿的4端口光路设定装置替代了2×2分光器(113)。
通过本发明的4端口光路设定装置的#4端口输入B波段的下行信号，该信号经过用于组合/分离A波段和B波段的光多路复用器/多路分解器(501)、B波段光循环器(504)、B波段光放大器(508)以及用于组合/分离A波段和B波段的光多路复用器/多路分解器(506)，并通过#3端口输出。
可以将掺稀土材料的光纤放大器、掺稀土材料的波导放大器、半导体光放大器或利用光纤的非线性的光纤放大器用作B波段光放大器(508)。B波段光放大器(508)对下行信号的光传输损耗进行补偿。
通过本发明的4端口光路设定装置的#3端口输入A波段的上行信号，该信号经过用于组合/分离A波段和B波段的光多路复用器/多路分解器(506)、A波段光循环器(503)、A波段光放大器(507)以及用于组合/分离A波段和B波段的光多路复用器/多路分解器(501)，并且通过#4端口输出。
可以将掺稀土材料的光纤放大器、掺稀土材料的波导放大器、半导体光放大器或者利用光纤的非线性的光纤放大器用作A波段光放大器(507)。A波段光放大器(507)对上行信号的光传输损耗进行补偿。
通过对上行信号和下行信号的光传输损耗进行补偿，根据本发明的网络系统可以容纳更多的用户，并且可以增大中央局与用户之间的传输距离。
优选地，考虑下述情况：在本发明的4端口光路设定装置的实施例中所述的用于组合/分离A波段和B波段的光多路复用器/多路分解器(501、506)、A波段光循环器(503)以及B波段光循环器(504)分别具有3个端口，通过光多路复用器/多路分解器(501或506)的#2端口输出通过#1端口输入的A波段光信号，而通过#1端口输出通过#2端口输入的A波段光信号。另一方面，通过光多路复用器/多路分解器(501或506)的#3端口输出通过#1端口输入的B波段光信号，而通过#1端口输出通过#3端口输入的B波段光信号。
另外，在以A波段进行操作的3端口光循环器中，通过#2端口输出通过#1端口输入的A波段光信号，而通过#3端口输出通过#2端口输入的A波段光信号。类似地，在以B波段进行操作的3端口光循环器中，通过#2端口输出通过#1端口输入的B波段光信号，而通过#3端口输出通过#2端口输入的B波段光信号。
在这种情况下，4端口光路设定装置的#1端口是以A波段进行操作的光循环器(503)的#1端口，而4端口光路设定装置的#2端口是以B波段进行操作的光循环器(504)的#1端口。4端口光路设定装置的#3端口是第一光多路复用器/多路分解器(501)的#1端口，而4端口光路设定装置的#4端口是第二光多路复用器/多路分解器(506)的#1端口。
这里，A波段光循环器(503)的#2端口与第一光多路复用器/多路分解器(506)的#2端口相连，A波段光循环器(503)的#3端口与A波段光放大器(507)的输入端口相连，并且A波段光放大器(507)的输出端口与第二光多路复用器/多路分解器(501)的#2端口相连。
此外，B波段光循环器(504)的#2端口与第二光多路复用器/多路分解器(501)的#3端口相连，B波段光循环器(504)的#3端口与B波段光放大器(508)的输入端口相连，并且B波段光放大器(508)的输出端口与第一光多路复用器/多路分解器(506)的#3端口相连。
图6表示根据本发明的具有故障修复功能的波分复用无源光网络。
图6所示的使用经波长锁定的光源的波分复用无源光网络包括：2×N光多路复用器/多路分解器(610、618)、1×2光空间开关(614、615)，以及第一光缆(616)和第二光缆(617)。
也就是说，该波分复用无源光网络包括：中央局，具有2×N光多路复用器/多路分解器(610)、两个1×2光空间开关(614、615)以及4端口光路设定装置(613)；第一光缆(616)，用于在正常工作状态下将该中央局连接到远程分配节点；第二光缆(617)，用于在故障修复期间进行连接；以及远程分配节点，具有2×N光多路复用器/多路分解器(618)。
这里，中央局的1×2光空间开关(614)将中央局的2×N光多路复用器/多路分解器(610)的右侧两个端口中的一个端口连接到4端口光路设定装置(613)，而1×2光空间开关(615)将4端口光路设定装置(613)连接到两条光缆之一(第一光缆(616)或第二光缆(617))。
将通过利用集成光学技术、微光学技术和/或光纤技术制造的光学器件用作2×N光多路复用器/多路分解器(610、618)。作为代表性示例，使用了阵列波导光栅多路复用器(AWG)。在下述论文中描述了该AWG的操作特性：H.Takahashi，et al.，“Transmission characteristics ofarrayed-waveguide N×N wavelength multiplexer”，IEEE PhotonicTechnology Letters，vol.13，PP.447-455。
如图6所示，本发明可以去除故障修复网络的远程分配节点中的光耦合器(209)，因此可以避免光耦合器中的光损耗。
参照图6，如下来说明根据本发明的网络系统的操作原理和效果：
在正常情况下，中央局的1×2光空间开关(614)连接在2×N光多路复用器/多路分解器(610)的右侧两个端口的上侧端口和4端口光路设定装置的#4端口之间。1×2光空间开关(615)连接在第一光缆(617)和4端口光路设定装置的#3端口之间。
在第一光缆(616)中发生故障的情况下，中央局的1×2光空间开关(614)连接在2×N光多路复用器/多路分解器(610)的右侧两个端口的下侧端口和4端口光路设定装置的#4端口之间。1×2光空间开关(615)连接在第二光缆(617)和4端口光路设定装置的#3端口之间。
由于在光多路复用器/多路分解器(610、618)的连接端口发生变化时，在这些光多路复用器/多路分解器的输入端口和输出端口之间的传输波长会发生变化，所以应该改变中央局的光发射器(601～603)的输出波长和用户的光发射器(622～624)的输出波长。然而，本发明的光发射器将工作波长自调整为由光多路复用器/多路分解器进行了光谱分割的波长，因此本发明的光发射器具有以下优点：即使在光多路复用器/多路分解器的连接端口发生变化时，也可以通过同步来自动实现波长分配。
以上根据优选实施例对本发明进行了说明，然而，本领域的技术人员可以意识到本发明范围内的其它改进和应用。因此，本发明并不限于上述实施例和附图。
如上所述，本发明提供了一种网络系统，其能够补偿和降低基于经波长锁定的波分复用光源的现有技术的波分复用无源光网络的光损耗。
可以低成本地由传统的光学元件来构成根据本发明的4端口光路设定装置。另外，根据本发明的波分复用无源光网络可以实现故障修复而没有额外的光损耗。
在波分复用无源光网络中，光传输损耗是限制传输距离和可以容纳的用户数量的重要因素。因此，通过降低和补偿光传输损耗，来增大传输距离和用户数量，从而提高波分复用无源光网络的经济性。
Claims (11)
1、一种用于减小和补偿波分复用无源光网络的光传输损耗的方法，该波分复用无源光网络的特征在于，使用了用于处理A波段光信号和B波段光信号的4端口光路设定装置，其中在各个波段中分别包括多个波长，该方法的特征在于：
通过所述4端口光路设定装置的#3端口输出通过#1端口输入的A波段光信号，通过所述4端口光路设定装置的#4端口输出通过#3端口输入的A波段光信号；以及
通过所述4端口光路设定装置的#4端口输出通过#2端口输入的B波段光信号，而通过所述4端口光路设定装置的#3端口输出通过#4端口输入的B波段光信号。
2、一种用于减小波分复用无源光网络的光传输损耗的装置，该波分复用无源光网络的特征在于，使用了用于处理A波段光信号和B波段光信号的4端口光路设定装置，其中在各个波段中分别包括多个波长，该装置的特征在于，所述4端口光路设定装置包括：
第一光多路复用器/多路分解器，用于复用/分解A波段光信号和B波段光信号；
第二光多路复用器/多路分解器，用于复用/分解A波段光信号和B波段光信号；
以A波段进行操作的3端口光循环器；以及
以B波段进行操作的3端口光循环器。
3、根据权利要求2所述的用于减小波分复用无源光网络的光传输损耗的装置，其特征在于：
所述4端口光路设定装置的#1端口是以A波段进行操作的所述光循环器的#1端口；
所述4端口光路设定装置的#2端口是以B波段进行操作的所述光循环器的#1端口；
所述4端口光路设定装置的#3端口是所述第一光多路复用器/多路分解器的#1端口；
所述4端口光路设定装置的#4端口是所述第二光多路复用器/多路分解器的#1端口；以及
所述A波段光循环器的#2端口与所述第一光多路复用器/多路分解器的#2端口相连；
所述A波段光循环器的#3端口与所述第二光多路复用器/多路分解器的#2端口相连；
所述B波段光循环器的#2端口与所述第二光多路复用器/多路分解器的#3端口相连；以及
所述B波段光循环器的#3端口与所述第一光多路复用器/多路分解器的#3端口相连。
4、一种用于减小波分复用无源光网络的光传输损耗的装置，该波分复用无源光网络的特征在于，使用了用于处理A波段光信号和B波段光信号的4端口光路设定装置，其中在各个波段中分别包括多个波长，该装置的特征在于，所述4端口光路设定装置包括：
第一光多路复用器/多路分解器，用于复用/分解A波段光信号和B波段光信号；
第二光多路复用器/多路分解器，用于复用/分解A波段光信号和B波段光信号；
以A波段进行操作的3端口光循环器；
以B波段进行操作的3端口光循环器；
以A波段进行操作的光放大器；以及
以B波段进行操作的光放大器。
5、根据权利要求4所述的用于减小波分复用无源光网络的光传输损耗的装置，其特征在于：
所述4端口光路设定装置的#1端口是以A波段进行操作的所述光循环器的#1端口；
所述4端口光路设定装置的#2端口是以B波段进行操作的所述光循环器的#1端口；
所述4端口光路设定装置的#3端口是所述第一光多路复用器/多路分解器的#1端口；
所述4端口光路设定装置的#4端口是所述第二光多路复用器/多路分解器的#1端口；以及
所述A波段光循环器的#2端口与所述第一光多路复用器/多路分解器的#2端口相连；
所述A波段光循环器的#3端口与所述A波段光放大器的输入端口相连；
所述A波段光放大器的输出端口与所述第二光多路复用器/多路分解器的#2端口相连；
所述B波段光循环器的#2端口与所述第二光多路复用器/多路分解器的#3端口相连；
所述B波段光循环器的#3端口与所述B波段光放大器的输入端口相连；以及
所述B波段光放大器的输出端口与所述第一光多路复用器/多路分解器的#3端口相连。
6、根据权利要求4所述的用于减小波分复用无源光网络的光传输损耗的装置，
其中以A波段和B波段进行操作的所述光放大器是从掺稀土材料的光纤放大器、掺稀土材料的波导放大器、半导体放大器或利用光纤的非线性的光纤放大器中选择的光放大器。
7、一种波分复用无源光网络系统，其使用通过注入的非相干光而经波长锁定的光信号，该波分复用无源光网络系统具有用于在中央局和远程分配节点之间发生故障的情况的故障修复功能，该波分复用无源光网络系统的特征在于，包括：
中央局，具有2×N光多路复用器/多路分解器、第一1×2光空间开关、第二1×2光空间开关以及4端口光路设定装置；
第一光缆，用于在正常操作状态下连接所述中央局和所述远程分配节点；
第二光缆，用于在故障修复期间进行旁通；以及
远程分配节点，具有2×N光多路复用器/多路分解器。
8、根据权利要求7所述的波分复用无源光网络系统，其特征在于，
所述中央局的所述第一1×2光空间开关将所述中央局的所述2×N光多路复用器/多路分解器的两个端口中的一个端口连接至所述4端口光路设定装置；而所述中央局的所述第二1×2光空间开关将所述4端口光路设定装置连接至所述两条光缆之一，第一光缆或第二光缆。
9、根据权利要求7所述的波分复用无源光网络系统，其特征在于，
将通过利用集成光学技术、微光学技术和/或光纤技术制造的光学元件用作所述2×N光多路复用器/多路分解器，并且代表性地使用阵列波导光栅多路复用器(AWG)作为所述2×N光多路复用器/多路分解器。
10、根据权利要求7所述的波分复用无源光网络系统，其特征在于，
当所述光网络中出现故障时，切换所述第一1×2光空间开关和所述第二1×2光空间开关的连接状态，并由此控制光路，以使得可以同步地改变用于旁通的所述第二光缆以及所述中央局和所述远程分配节点的所述2×N光多路复用器/多路分解器的输入端口设置。
11、根据权利要求7所述的波分复用无源光网络系统，其特征在于，
在所述光网络的故障修复过程中，可以根据所注入的非相干光的波长变化来自动实现波长映射。
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