TWI443982B - 光纖通訊系統與光纖通訊方法 - Google Patents

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TWI443982B TW100122129A TW100122129A TWI443982B TW I443982 B TWI443982 B TW I443982B TW 100122129 A TW100122129 A TW 100122129A TW 100122129 A TW100122129 A TW 100122129A TW I443982 B TWI443982 B TW I443982B
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Description

光纖通訊系統與光纖通訊方法
本揭露係有關於光纖通訊系統，特別係有關於一種具有反射式光纖網路單元之光纖通訊系統。
第1A圖為一光通訊系統的示意圖。如第1A圖所示，此光通訊系統100為一波分多工技術-被動式光纖網路(Wavelength-Division Multiplexing-Passive Optical Network,WDM-PON)系統，在中央控制室(Central Office,CO)110(或稱作頭端Head-end)中的複數雷射光源L1、L2、…、Ln分別產生不同波長λ1、λ2、…、λn的多個光源，這些光源經由一陣列波導光柵(Array waveguide,AWG)的光多工器(optical multiplexer) 111整合為光載波(Optical Carrier,OC)DS。光多工器111耦接至一光環行器112，而此光環行器112的第一端接收光載波DS，並將光載波DS傳送至連接光環行器112之第二端的光纖113，而光環行器112的第三端耦接至中央控制室110的光解多工器(Optical Demultiplexer)114。光解多工器114藉由光纖113與光環行器112，將上行信號US傳送給對應的接收器115。
此外，一光解多工器121將光載波DS分開至對應的用戶裝置(例如：用戶裝置122)，並且另外建置一反射式光纖網路單元(Reflective Optical Network Unit,RONU)120，其具至少一反射式調變器(Reflective Modulator)123，以重複使用光載波DS，並將用戶的上行信號US傳回至中央控制室110的接收器115。
然而，光纖的截面積會因生產方式或建置光通訊系統的方式而呈現橢圓狀。因此，採用迴接網路架構的光通訊系統容易具有瑞利背向散射(Rayleigh Backscattering,RB)效應的干涉噪音，特別是影響上行資料的傳輸效果。簡單來說，光信號或射頻信號在光纖傳輸中，不斷地有光信號的部份能量或射頻信號的部份能量被光纖反射，最後因而產生傳送到位於中央控制室的接收器115的瑞利背向散射雜訊。
第1B圖是光通訊系統的另一示意圖，用以說明第1A圖。如第1B圖所示，瑞利背向散射雜訊分為兩大主要類型：由光載波DS產生的載波瑞利背向散射雜訊(Carrier Rayleigh Backscattering)CRB，以及由上行信號US產生的信號瑞利背向散射雜訊(Signal Rayleigh Backscattering)SRB。載波瑞利背向散射雜訊CRB主要是光載波DS由中央控制室110傳送至光解多工器121的過程中所產生的；而信號瑞利背向散射雜訊SRB是上行信號US由光解多工器121傳送至中央控制室110的過程中，所產生的瑞利背向散射雜訊RB再一次被反射式光纖網路單元120的反射式調變器123調變後，再傳送到中央控制室110的接收器115。
因此，亟需要一種光纖通訊系統，用來減少載波瑞利背向散射雜訊和信號瑞利背向散射雜訊，以便改善信號之傳遞。
有鑑於此，本揭露提供一種光纖通訊系統，包括：一中央控制室，用以分別根據一射頻信號與一基頻信號產生一第一下行信號與一第二下行信號；以及一光纖網路單元，耦接至中央控制室，用以透過一第一光纖接收第一下行信號，並且透過不同於第一光纖之一第二光纖接收第二下行信號，使得光纖網路單元僅調變第二下行信號，用以產生一上行信號並藉由第一光纖輸出至中央控制室，以便減少信號雷利背向雜訊。
本揭露亦提供一種光纖通訊方法，包括：分別根據一射頻信號與一基頻信號產生一第一下行信號與一第二下行信號；分別透過一第一光纖與一第二光纖輸出第一下行信號與第二下行信號至一光纖網路單元，其中第一光纖不同於第二光纖；以及僅調變第二下行信號，用以產生一上行信號並藉由第一光纖輸出至一中央控制室，以便減少信號雷利背向雜訊。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
第2圖係本揭露之光纖通訊系統之一實施例。如第2圖所示，光纖通訊系統200包括一中央控制室(Central Office,CO)210與一光纖網路單元(Optical Network Unit,ONU)220。舉例來說，中央控制室210用以分別根據一射頻(Radio Frequency,RF)信號與一基頻(Baseband)信號產生一下行信號DS1與一下行信號DS2。光纖網路單元220耦接至中央控制室210，用以透過一光纖F1接收下行信號DS1，並且透過不同於光纖F1之一光纖F2接收下行信號DS2，使得光纖網路單元220僅調變由光纖F2所輸出之下行信號DS2，用以產生一上行信號US並藉由光纖F1輸出至中央控制室210，以便減少信號雷利背向雜訊(Signal Rayleigh Backscattering Noise)。
詳細而言，中央控制室210包括一光產生單元(Light Generating Unit)230、一光電調變器(Electro-optical Modulator)M1、一相位調變器(Phase Modulator)M2、一光環行器(Optical Circulator)OC1與一上行接收單元(Uplink Receiving Unit)R1。舉例來說，光產生單元230用以輸出一光源信號，其中光產生單元230包括一光源(Light Source)CW、一光耦合器(Optical Coupler)CP1與偏光控制器(Polarization Controller)PC1和PC2，光耦合器CP1用以將光源信號分別輸出至光電調變器M1與相位調變器M2。
光電調變器M1用以根據射頻信號、一弦波信號與光源信號產生下行信號DS1。詳細而言，在本揭露實施例中，光電調變器M1係一馬赫-陳德爾調變器(Mach-Zehnder Modulator)，用以根據射頻信號(例如2.5Gb/s)與弦波信號(例如10GHz)，將光源信號調變成頻率為20GHz之雙邊帶載波光學壓制(Double-sideband with Optical Carrier Suppression)信號(即下行信號DS1)，其中下行信號DS1為開關鍵控(On-off Keying,OOK)信號。相位調變器M2用以根據基頻信號(例如10Gb/s)調變光源信號，產生下行信號DS2，其中下行信號DS2為差分相位移鍵控(Differential Phase Shift Keying,DPSK)信號。
光環行器OC1用以輸出下行信號DS1與接收上行信號US。詳細而言，光環行器OC1之第一端耦接光電調變器M1，用以接收下行信號DS1。光環行器OC1之第二端耦接光纖網路單元220之光環行器OC2之第三端，用以輸出下行信號DS1至光環行器OC2，並且接收來自光纖網路單元220之上行信號US。光環行器OC1之第三端耦接至上行接收單元R1，用以將上行信號US輸出至上行接收單元R1。此外，摻鉺光纖放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier,EDFA)E1與E2用以分別放大下行信號DS1與DS2。
在本揭露實施例中，光纖網路單元220是一反射式光纖網路單元。光纖網路單元220包括一反射式調變器(Reflective Modulator)M3、一光環行器OC2、一基頻接收單元(Baseband Receiving Unit)R2、光耦合器CP2與一射頻接收單元(Radio Frequency Receiving Unit)R3。詳細而言，反射式調變器M3用以調變下行信號DS2，以便產生上行信號US。在本揭露實施例中，反射式調變器M3是反射式半導體光放大器(Reflective Semiconductor Optical Amplifier,RSOA)。
光環行器OC2用以分別接收下行信號DS1與DS2，並且輸出上行信號US至中央控制室210。詳細而言，光環行器OC2之第一端耦接至光纖F2，用以接收下行信號DS2。光環行器OC2之第二端耦接至反射式調變器M3，用以輸出下行信號DS2至反射式調變器M3，並且接收上行信號US。光環行器OC2之第三端耦接至光纖F1，用以接收下行信號DS1，並且輸出上行信號US至中央控制室210。光環行器OC2之第四端用以輸出下行信號DS1至射頻接收單元R3。
光耦合器CP2之一第一端耦接至光環行器OC2之第二端，用以接收下行信號DS2。光耦合器CP2之一第二端與一第三端，用以分別輸出下行信號DS2至基頻接收單元R2與反射式調變器M3。基頻接收單元R2用以接收下行信號DS2，其中基頻接收單元R2包括一延遲干涉儀(Delay Interferometer)DI，用以解調下行信號DS2。射頻接收單元R3耦接至光環行器OC2之第四端，用以接收下行信號DS1。
值得注意地，輸入至光環行器OC2的第一端所的信號僅會由光環行器OC2的第二端輸出。相似地，輸入至光環行器OC2的第二端所的信號僅會由光環行器OC2的第三端輸出，輸入至光環行器OC2的第三端所的信號僅會由光環行器OC2的第四端輸出。換言之，輸入至光環行器OC2的第三端所的信號不會由光環行器OC2的第一端、第二端與第三端輸出。光環行器OC1也具有同樣的功能，因此不再贅述。因此，上行信號US所產生的雷利背向雜訊不會由光環行器OC2之第二端輸出至反射式調變器M3，避免信號雷利背向雜訊的產生。
總而言之，由於本揭露實施例使用兩個不同的光纖F1與F2來輸出下行信號DS1與DS2，並且搭配光環行器OC2，使得上行信號US所產生的瑞利背向散射(Rayleigh Backscatter)雜訊不會由光環行器OC2之第二端輸出至反射式調變器M3，因此反射式調變器M3不會反射上行信號US所產生的瑞利背向散射雜訊，減少信號瑞利背向散射(Signal Rayleigh Backscatter)雜訊的產生。
第3圖係本揭露之光源信號與下行信號DS1之一波形圖。如第3圖所示，光源信號是連續光(Continuous Wave)，中心波長為1550nm。下行信號DS1為雙邊帶載波光學壓制(Double-sideband with Optical Carrier Suppression)信號並且頻率為20GHz。
第4圖係本揭露之上行信號US之功率對位元錯誤率之一關係圖。如第4圖所示，橫軸座標為接收功率(單位為dBm)，縱軸座標為位元錯誤率的對數值，圓形點線為上行信號US在光纖網路單元220的位元錯誤率功率曲線，三角形點線為上形信號傳遞20公里後的位元錯誤率功率曲線。明顯地，隨著接收器所量測的接收功率增加，位元錯誤率逐漸降低。除此之外，子圖410為上行信號US背對背(back to back)傳輸(即在光纖網路單元220)的眼圖(eye diagram)，子圖420為上行信號US傳遞20km後的眼圖。子圖420顯示眼形圖的中心仍非常乾淨，由此可知本揭露實施例可減少信號瑞利背向散射雜訊的產生。
第5圖係本揭露之光纖通訊方法之一流程圖，如第5圖所示，光纖通訊方法包括下列步驟。
於步驟S51，分別根據射頻信號與基頻信號產生下行信號DS1與下行信號DS2。於步驟S52，分別透過光纖F1與光纖F2輸出下行信號DS1與下行信號DS2至光纖網路單元220，其中光纖F1不同於光纖F2。於步驟S53，調變下行信號DS2，用以產生上行信號US並藉由光纖F1輸出至中央控制室210，以便減少信號雷利背向雜訊。
以上敘述許多實施例的特徵，使所屬技術領域中具有通常知識者能夠清楚理解本說明書的形態。所屬技術領域中具有通常知識者能夠理解其可利用本發明揭示內容為基礎以設計或更動其他製程及結構而完成相同於上述實施例的目的及/或達到相同於上述實施例的優點。所屬技術領域中具有通常知識者亦能夠理解不脫離本發明之精神和範圍的等效構造可在不脫離本發明之精神和範圍內作任意之更動、替代與潤飾。
100．．．光通訊系統
110、210．．．中央控制室
111．．．光多工器
L1、L2、Ln．．．雷射光源
112．．．光環行器
113．．．光纖
114．．．光解多工器
115．．．接收器
120．．．反射式光纖網路單元
121．．．光解多工器
122．．．用戶裝置
123．．．反射式調變器
RB．．．瑞利背向散射雜訊
CRB．．．載波瑞利背向散射雜訊
SRB．．．信號瑞利背向散射雜訊
DS．．．光載波
US．．．上行信號
200．．．光纖通訊系統
220．．．光纖網路單元
F1、F2．．．光纖
OC1、OC2．．．光環行器
DS1、DS2．．．下行信號
M1．．．光電調變器
M2．．．相位調變器
M3．．．反射式調變器
E1、E2．．．摻鉺光纖放大器
CP1、CP2．．．光耦合器
230．．．光產生單元
CW．．．光源
PC1、PC2．．．偏光控制器
DI．．．延遲干涉儀
R1．．．上行接收單元
R2．．．基頻接收單元
R3．．．射頻接收單元
410、420．．．子圖
第1A圖為一光通訊系統的示意圖；
第1B圖是光通訊系統的另一示意圖，用以說明第1A圖；
第2圖係本揭露之光纖通訊系統之一實施例；
第3圖係本揭露之光源信號與下行信號DS1之一波形圖；
第4圖係本揭露之上行信號US之功率對位元錯誤率之一關係圖；以及
第5圖係本揭露之光纖通訊方法之一流程圖。
US．．．上行信號
200．．．光纖通訊系統
220．．．光纖網路單元
F1、F2．．．光纖
OC1、OC2．．．光環行器
DS1、DS2．．．下行信號
M1．．．光電調變器
M2．．．相位調變器
M3．．．反射式調變器
E1、E2．．．摻鉺光纖放大器
CP1、CP2．．．光耦合器
230．．．光產生單元
CW．．．光源
PC1、PC2．．．偏光控制器
DI．．．延遲干涉儀
R1．．．上行接收單元
R2．．．基頻接收單元
R3．．．射頻接收單元
210．．．中央控制室

Claims (16)

  1. 一種光纖通訊系統，包括：一中央控制室，用以分別根據一射頻信號與一基頻信號產生一第一下行信號與一第二下行信號；以及一光纖網路單元，耦接至上述中央控制室，用以透過一第一光纖接收上述第一下行信號，並且透過不同於上述第一光纖之一第二光纖接收上述第二下行信號，使得上述光纖網路單元僅調變上述第二下行信號，用以產生一上行信號並藉由上述第一光纖輸出至上述中央控制室，以便減少信號雷利背向雜訊，其中上述光纖網路單元包括：一反射式調變器，用以調變上述第二下行信號，以便產生上述上行信號；以及一第一光環行器，具有一第一端耦接至上述第二光纖，用以接收上述第二下行信號、一第二端耦接至上述反射式調變器，用以輸出上述第二下行信號至上述反射式調變器並且接收上述上行信號、一第三端耦接至上述第一光纖，用以接收上述第一下行信號並且輸出上述上行信號至上述中央控制室，以及一第四端，用以輸出上述第一下行信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光纖通訊系統，其中上述光纖網路單元更包括：一基頻接收單元；一光耦合器，具有一第一端耦接至上述第一光環行器之第二端，用以接收上述第二下行信號、以及一第二端與一第三端，用以分別輸出上述第二下行信號至上述基頻接收單元與上述反射式調變器；以及 一射頻接收單元，耦接至上述第一光環行器之第四端，用以接收上述第一下行信號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光纖通訊系統，其中上述基頻接收單元包括一延遲干涉儀，用以解調上述第二下行信號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光纖通訊系統，其中上述反射式調變器是反射式半導體光放大器。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光纖通訊系統，其中上述中央控制室包括：一光產生單元，用以輸出一光源信號；一光電調變器，用以根據上述射頻信號、一弦波信號與上述光源信號產生上述第一下行信號；以及一相位調變器，用以根據上述光源信號與一基頻信號產生上述第二下行信號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之光纖通訊系統，其中上述中央控制室更包括：一第二光環行器，具有一第一端耦接上述光電調變器，用以接收上述第一下行信號、一第二端耦接上述第一光環行器之第三端，用以輸出上述第一下行信號至上述第一光環行器以及一第三端耦接至一上行接收單元。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之光纖通訊系統，其中上述光電調變器為馬赫-陳德爾調變器。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光纖通訊系統，其中上述第一下行信號與上述上行信號為開關鍵控信號，並且上 述第二下行信號為差分相位移鍵控信號。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之光纖通訊系統，其中上述第一下行信號為雙邊帶載波光學壓制信號。
  10. 一種光纖通訊方法，包括：分別根據一射頻信號與一基頻信號產生一第一下行信號與一第二下行信號；分別透過一第一光纖與一第二光纖輸出上述第一下行信號與上述第二下行信號至一光纖網路單元，其中上述第一光纖不同於上述第二光纖；以及僅調變上述第二下行信號，用以產生一上行信號並藉由上述第一光纖輸出至一中央控制室，以便減少信號雷利背向雜訊，其中上述第二下行信號係藉由一第一光環行器被傳送至一反射式調變器加以調變，用以產生上述上行信號，再藉由上述第一光環行器被傳送至上述中央控制室；上述第一下行信號係藉由上述第一光環行器被傳送至一射頻接收單元。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之光纖通訊方法，其中上述第二下行信號係藉由一基頻接收單元所接收並加以解調。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之光纖通訊方法，其中上述反射式調變器是反射式半導體光放大器。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之光纖通訊方法，其中上述第一下行信號係根據上述射頻信號、一弦波信號與一光源信號並藉由一光電調變器所產生，而上述第二下行信 號係根據上述光源信號與一基頻信號並藉由一相位調變器所產生。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之光纖通訊方法，其中上述光電調變器為馬赫-陳德爾調變器。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之光纖通訊方法，其中上述第一下行信號與上述上行信號為開關鍵控信號，上述第二下行信號為差分相位移鍵控信號。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之光纖通訊方法，其中上述第一下行信號為雙邊帶載波光學壓制信號。
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