TWI473445B - 被動光網路的光網路單元與其控制方法 - Google Patents

Description

被動光網路的光網路單元與其控制方法

本揭露是有關於一種被動光網路(PON: passive optical network)的光網路單元(ONU: optical network unit)與其控制方法。

在傳統的分波多工被動光網路(wavelength-division multiplexing passive optical network，簡稱WDM PON)之中，光纖頭端(OLT: optical line terminal)可透過分波多工器(wavelength-division multiplexer)將下傳訊號分送至用戶端的多個光網路單元(ONU: optical networking unit)，也可以透過分波多工器接收多個光網路單元的上傳訊號。在分波多工被動光網路的系統中，每個光網路單元的訊號各以不同波長傳輸。如果某個用戶的光網路單元損壞，必須以相同波長的設備來替換。

因此，有人提出使用無色光源的分波多工被動光網路(colorless WDM-PON)，其光網路單元可接受操作範圍內的各種不同波長，以解決上述的光網路單元與特定波長綁定的問題。

圖1是一種傳統的無色分波多工被動光網路100的示意圖。被動光網路100採用反射式半導體光放大器(reflective semiconductor optical amplifier，簡稱RSOA)，因為RSOA可放大寬頻訊號，而且不受光偏振(polarization)影響，適用於未來的分波多工被動光網路或無色分波多工被動光網路。其中，光纖頭端140的每個雷射二極體(LD:laser diode) 111~113各自對應用戶端的光網路單元160、170和180其中之一，每個接收器121~123也各自對應用戶端的光網路單元160、170和180其中之一。每個光網路單元對應一個用戶。每個雷射二極體都是其所對應的光網路單元所接收的下傳訊號的光源。各用戶的下傳訊號被分波多工器131匯合成單一訊號，經由光循環器(optical circulator) 133發送至遠端節點(remote node) 150的分波多工器151。

圖1的每一個分波多工器都是濾波器(filter)。例如分波多工器151可利用不同光網路單元所接收的不同波長，將上述的單一訊號分解為不同波長的多個下傳訊號，將每一個下傳訊號發送至對應的光網路單元。每個光網路單元都有相同構造，例如光網路單元160包括耦合器(coupler)161、RSOA 162、以及接收器163。光耦合器161將下傳訊號分為功率相等的兩部分，接收器163接收其中一部分以處理下傳訊號中的資料。RSOA 162對另一部分的下傳訊號進行放大和重新調變(remodulation)以加載光網路單元160欲上傳的資料，然後將經過放大和重新調變的訊號上傳至遠端節點150的分波多工器151。

分波多工器151將來自每一個光網路單元的上傳訊號合成單一訊號，經由光循環器133傳送至分波多工器132。分波多工器132將單一訊號分解為每一個光網路單元的上傳訊號，將每一個上傳訊號發送至對應的接收器121~123。

目前的被動光網路有標準距離(standard-reach)被動光網路和長距離(long-reach)被動光網路兩種。圖2繪示一種傳統的標準距離被動光網路。其中，都會網路(metro network) 220的都會節點221經由分波多工器222連接服務網路(access network) 240的多個光纖頭端，例如光纖頭端241。每個光纖頭端連接多個光網路單元，例如光纖頭端241連接多個光網路單元242。在標準距離的被動光網路中，光纖頭端和光網路單元之間的距離一般不超過25公里。

圖3繪示一種傳統的長距離被動光網路320。為了節約能源，將光纖頭端322移入都會節點321。光纖頭端322經由分波多工器323將下傳訊號從都會節點321送到下游的眾多光網路單元，例如光網路單元324。在長距離的被動光網路中，光纖頭端和光網路單元之間的距離可達到100公里。

本揭露提供一種光網路單元與其控制方法，可根據RSOA的射入功率(injection power)動態調整RSOA的上傳速率(upstream data rate)，進而將光網路單元的上傳訊號的位元錯誤率(BER: bit error rate)控制在容許範圍內。

本揭露提出一種光網路單元，此光網路單元自一被動光網路接收一下傳訊號，此下傳訊號包括一連續光波(continuous wave)。上述光網路單元包括耦合器、RSOA、接收器、以及控制器。耦合器接收連續光波，將連續光波分為第一部分和第二部分。RSOA耦接耦合器，對第一部分進行放大和重新調變，然後上傳第一部分至被動光網路。接收器耦接耦合器，接收第二部分，並量測第二部分對接收器的射入功率。控制器耦接RSOA和接收器，根據上述射入功率控制RSOA的上傳速率。

本揭露另提出一種光網路單元，此光網路單元自一被動光網路接收一下傳訊號，此下傳訊號包括一資料訊號。上述光網路單元包括耦合器、RSOA、接收器、以及控制器。耦合器接收資料訊號，將資料訊號分為第一部分和第二部分。RSOA耦接耦合器，對第一部分進行放大和重新調變，然後上傳第一部分至被動光網路。接收器耦接耦合器，接收第二部分，並量測第二部分對接收器的射入功率，並處理第二部分的資料訊號。控制器耦接RSOA和接收器，根據上述的射入功率控制RSOA的上傳速率。

本揭露另提出一種控制方法，用於控制一光網路單元，此光網路單元包括RSOA，上述控制方法包括下列步驟：自一被動光網路接收一下傳訊號，此下傳訊號包括一連續光波；將連續光波分為第一部分和第二部分；使用RSOA對第一部分進行放大和重新調變，然後上傳第一部分至被動光網路；量測第二部分的射入功率；以及根據上述射入功率控制RSOA的上傳速率。

本揭露另提出一種控制方法，用於控制一光網路單元，此光網路單元包括RSOA，上述控制方法包括下列步驟：自一被動光網路接收一下傳訊號，此下傳訊號包括一資料訊號；將資料訊號分為第一部分和第二部分；使用RSOA對第一部分進行放大和重新調變，然後上傳第一部分至被動光網路；量測第二部分的射入功率，並處理第二部分的資料訊號；以及根據上述射入功率控制RSOA的上傳速率。

基於上述，本揭露可根據RSOA的射入功率動態調整RSOA的上傳速率。若射入功率降低，可隨之降低RSOA的上傳速率，以保障上傳訊號的位元錯誤率。

為讓本揭露之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖4是依照本揭露一實施例的一種光網路單元460以及被動光網路400的示意圖。雖然被動光網路400的光纖頭端420僅繪示一個波段濾波器(red/blue filter) 421和一個接收器423，其實光纖頭端420可包括多個波段濾波器和多個接收器，每一個用戶各對應其中的一個波段濾波器和一個接收器。以波段濾波器421為例，每個用戶的下傳訊號包括一個連續光波CW和一個資料訊號DS，連續光波CW和資料訊號DS各使用不同波段傳輸，例如連續光波CW使用紅光波段(red band)傳輸，資料訊號DS使用藍光波段(blue band)傳輸。波段濾波器421將連續光波CW和資料訊號DS合成單一的下傳訊號，然後分波多工器422將每個用戶的下傳訊號進一步合成單一訊號傳送到遠端節點440，經由其中的光循環器441傳送到分波多工器442。

分波多工器442將接收到的訊號分解為各用戶的多個下傳訊號，將每個下傳訊號傳送至對應的光網路單元，例如光網路單元460、470和480。圖4的每一個光網路單元都有相同構造，以下說明以光網路單元460為例。光網路單元460包括耦接被動光網路400的波段濾波器461、耦接波段濾波器461的耦合器462和接收器466、耦接耦合器462的RSOA 463和接收器464、以及耦接RSOA 463和接收器464的控制器465。

波段濾波器461自被動光網路400接收下傳訊號，並且將下傳訊號中的連續光波CW和資料訊號DS分別切分至原先使用的兩個波段，例如將連續光波CW切分至紅光波段，將資料訊號DS切分至藍光波段。

接收器461接收並處理藍光波段的資料訊號DS。耦合器462接收紅光波段的連續光波CW，將連續光波CW分為兩部分，這兩部分的連續光波CW的射入功率可以呈一個預設比例。舉例而言，若上述預設比例為1:1，則耦合器462將連續光波CW分為功率相同的兩個連續光波。

RSOA 463對連續光波CW的第一部分進行放大和重新調變，然後上傳經過放大和重新調變的連續光波CW的第一部分至被動光網路400。接收器464接收連續光波CW的第二部分並量測此第二部分對接收器464的射入功率。控制器465根據上述射入功率控制RSOA 463的上傳速率(細節後述)。

接下來，遠端節點440的分波多工器442將來自每一個光網路單元的上傳訊號合成單一訊號，經由光循環器441傳送至光纖頭端420的分波多工器424。分波多工器424將接收到的單一訊號分解為來自每一個光網路單元的多個上傳訊號，然後將每一個上傳訊號傳送至對應的接收器，例如接收器423。

在前面的說明中，連續光波CW使用紅光波段傳輸，資料訊號DS使用藍光波段傳輸，但本揭露並不以此為限。在其他實施例中，以上的紅光和藍光波段可以改用其他波段。

圖5是依照本揭露另一實施例的一種光網路單元560以及被動光網路500的示意圖。圖5的實施例類似圖4，不過在此實施例中，每一個用戶的下傳訊號僅包括資料訊號DS。圖5的每個光網路單元都有相同架構，以下說明以光網路單元560為例。光網路單元560包括耦接被動光網路500的耦合器561、耦接耦合器561的RSOA 562和接收器563、以及耦接RSOA 562和接收器563的控制器564。

耦合器561自被動光網路500接收下傳訊號，包括資料訊號DS，然後將資料訊號DS分為兩部分，這兩部分的功率同樣有一個預設比例。RSOA 562對資料訊號DS的第一部分進行放大和重新調變，然後將經過放大和重新調變的資料訊號DS的第一部分上傳至被動光網路500。接收器563接收資料訊號DS的第二部分，量測此第二部分對接收器563的射入功率，並處理此第二部分的資料訊號DS。控制器564根據上述射入功率控制RSOA 562的上傳速率。

圖5其他元件的功能和操作方式，都和圖4的對應元件相同，故不予贅述。

圖4的被動光網路400和圖5的被動光網路500都可以使用無色光源來產生下傳訊號。圖4的被動光網路400和圖5的被動光網路500可以是標準距離被動光網路或長距離被動光網路。圖4和圖5繪示的被動光網路都是分波多工被動光網路，不過在本揭露的其他實施例中，也可以改用分波多工分時多工被動光網路(wavelength-division multiplexing time-division multiplexing passive optical network，簡稱WDM-TDM PON)。

圖6繪示依照本揭露一實施例的實驗數據。本實施例使用如圖4所示的光網路單元460量測RSOA 463所接收的連續光波CW的射入功率和RSOA 463的上傳訊號的位元錯誤率在RSOA 463的上傳速率分別是6.22 Mb/s、1.25 Gb/s和2.5 Gb/s時的對應關係。其中橫軸是RSOA 463所接收的射入功率，縱軸是RSOA 463的上傳訊號的位元錯誤率(使用對數座標)。舉例而言，當RSOA 463的上傳速率分別是6.22 Mb/s、1.25 Gb/s和2.5 Gb/s時，若要將上傳訊號的位元錯誤率保持在10^-9 以下，則RSOA 463的射入功率必須分別在-21 dBm、-18 dBm和-10 dBm以上。這是因為RSOA的上傳速率取決於重新調變速率，而RSOA的重新調變速率與其接收的射入功率成正比。若射入功率小於以上的臨界值，上傳訊號的位元錯誤率就會超出10^-9 ，嚴重影響通訊品質。

為了維護通訊品質，必須確保RSOA接收到足夠的射入功率。但是被動光網路的每一元件，例如光纖、光循環器和分波多工器，都會造成光訊號的功率衰減，降低RSOA接收到的射入功率。光纖頭端的雷射光源的老化也會降低RSOA接收到的射入功率。如果RSOA的射入功率已經低於臨界值，還繼續保持原有的上傳速率，則上傳訊號的位元錯誤率就會過高，嚴重時可能使上傳訊號的品質無法接受。此時應該動態降低RSOA的上傳速率，才能保障上傳訊號的位元錯誤率。

如前所述，耦合器462將連續光波CW切分為兩部分，分別傳輸至RSOA 463和接收器464，而且這兩部分的功率呈一預設比例。控制器465可藉由接收器464得知連續光波CW的第二部分對於接收器464的射入功率，然後可根據上述的預設比例推算連續光波CW的第一部分對於RSOA 463的射入功率。因此，控制器465可根據RSOA 463所接收的連續光波CW的第一部分的射入功率和如圖6所示的實驗數據，來動態調整RSOA 463的上傳速率，使RSOA 463的上傳訊號的位元錯誤率不超出預設值，例如上述的10^-9 ，以維持通訊品質。

為了達到上述的控制效果，控制器465必須儲存如圖6所示的實驗所得的射入功率和位元錯誤率之間的對應關係，並根據此對應關係控制RSOA 463的上傳速率。舉例而言，控制器465可儲存每一個上傳速率所對應的射入功率臨界值。當RSOA 463的射入功率低於目前的第一個上傳速率所對應的臨界值，控制器465可將RSOA 463切換到較低的第二個上傳速率。當RSOA 463的射入功率又降低到第二個上傳速率所對應的臨界值，控制器465可將RSOA 463切換到更低的第三個上傳速率。這樣就能確保RSOA 463的上傳訊號的位元錯誤率始終不超出預設值。至於如何切換RSOA的上傳速率，在本揭露技術領域具有通常知識者可以輕易達成，這並非本揭露重點。

同理，圖5的控制器564可根據接收器563所接收的資料訊號DS的第二部分的射入功率，來推算RSOA 562所接收的資料訊號DS的第一部分的射入功率，據以動態調整RSOA 562的上傳速率，使RSOA 562的上傳訊號的位元錯誤率不超出預設值。

圖7是依照本揭露一實施例的一種光網路單元的控制方法的流程圖，此控制方法對應圖4的光網路單元460。首先，自被動光網路接收一下傳訊號，此下傳訊號包括連續光波和資料訊號(步驟710)。將連續光波和資料訊號分別切分至第一波段和第二波段(步驟720)。將第一波段的連續光波分為第一部分和第二部分(步驟730)。使用RSOA對連續光波的第一部分進行放大和重新調變，然後上傳經過放大和重新調變的上述第一部分至被動光網路(步驟740)。量測連續光波的第二部分的射入功率(步驟750)。根據上述的第二部分的射入功率控制RSOA的上傳速率(步驟760)。以及，接收並處理上述第二波段的資料訊號(步驟770)。圖7的控制方法的相關細節已經在圖4的實施例有詳細說明，不再贅述。

圖8是依照本揭露另一實施例的一種光網路單元的控制方法的流程圖，此控制方法對應圖5的光網路單元560。首先，自被動光網路接收一下傳訊號，此下傳訊號包括一資料訊號(步驟810)。將資料訊號分為第一部分和第二部分(步驟820)。使用RSOA對上述第一部分進行放大和重新調變，然後上傳經過放大和重新調變的上述第一部分至被動光網路(步驟830)。量測資料訊號的第二部分的射入功率，並處理第二部分的資料訊號(步驟840)。以及，根據上述第二部分的射入功率控制RSOA的上傳速率(步驟850)。

綜上所述，本揭露可量測下傳訊號中的連續光波或資料訊號的射入功率，並依據此射入功率動態調整RSOA的上傳速率，以維持光網路單元的上傳訊號的位元錯誤率。即使下傳訊號的功率下降，本揭露依然能維持上傳訊號的品質。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、320、400、500．．．被動光網路

111~113．．．雷射二極體

121~123、163、423、464、466、522、563．．．接收器

131、132、151、222、323、422、424、442、521、523、542．．．分波多工器

133、441、541．．．光循環器

150、440、540．．．遠端節點

160、170、180、242、324、460、470、480、560、570、580．．．光網路單元

161、462、561．．．耦合器

162、463、562．．．反射式半導體光放大器

220．．．都會網路

221、321．．．都會節點

240．．．服務網路

241、322、420、520．．．光纖頭端

421、461．．．波段濾波器

465、564．．．控制器

710~770、810~850．．．流程步驟

CW．．．連續光波

DS．．．資料訊號

圖1、圖2和圖3是習知的被動光網路的示意圖。

圖4是依照本揭露一實施例的一種光網路單元以及被動光網路的示意圖。

圖5是依照本揭露另一實施例的一種光網路單元以及被動光網路的示意圖。

圖6繪示依照本揭露一實施例的實驗數據。

圖7是依照本揭露一實施例的一種光網路單元的控制方法的流程圖。

圖8是依照本揭露另一實施例的一種光網路單元的控制方法的流程圖。

500．．．被動光網路

520．．．光纖頭端

521．．．分波多工器

522．．．接收器

523．．．分波多工器

540．．．遠端節點

541．．．光循環器

542．．．分波多工器

560、570、580．．．光網路單元

561．．．耦合器

562．．．反射式半導體光放大器

563．．．接收器

564．．．控制器

DS．．．資料訊號

Claims (17)

1. 一種光網路單元，自一被動光網路接收一下傳訊號，該下傳訊號包括一連續光波，該光網路單元包括：一耦合器，接收該連續光波，將該連續光波分為一第一部分和一第二部分；一反射式半導體光放大器，耦接該耦合器，對該第一部分進行放大和重新調變，然後上傳該第一部分至該被動光網路；一第一接收器，耦接該耦合器，接收該第二部分並量測該第二部分對該第一接收器的射入功率；以及一控制器，耦接該反射式半導體光放大器和該第一接收器，根據該射入功率控制該反射式半導體光放大器的上傳速率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光網路單元，其中該被動光網路使用無色光源以產生該下傳訊號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光網路單元，其中該被動光網路為標準距離被動光網路或長距離被動光網路。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光網路單元，其中該被動光網路為分波多工被動光網路或分波多工分時多工被動光網路。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光網路單元，其中該第一部分和該第二部分的射入功率呈一預設比例。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光網路單元，其中該控制器根據該射入功率控制該反射式半導體光放大器的上傳速率，以使該反射式半導體光放大器上傳的該第一部分的位元錯誤率不超出一預設值。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光網路單元，其中該控制器儲存該射入功率和該位元錯誤率之間的對應關係，並根據該對應關係控制該反射式半導體光放大器的上傳速率，以使該位元錯誤率不超出該預設值。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光網路單元，其中該下傳訊號更包括一資料訊號，而且該光網路單元更包括：一波段濾波器，耦接於該被動光網路和該耦合器之間，接收該下傳訊號，將該連續光波和該資料訊號分別切分至一第一波段和一第二波段，其中該耦合器接收該第一波段的該連續光波；以及一第二接收器，耦接該波段濾波器，接收並處理該第二波段的該資料訊號。
9. 一種光網路單元，自一被動光網路接收一下傳訊號，該下傳訊號包括一資料訊號，該光網路單元包括：一耦合器，接收該資料訊號，將該資料訊號分為一第一部分和一第二部分；一反射式半導體光放大器，耦接該耦合器，對該第一部分進行放大和重新調變，然後上傳該第一部分至該被動光網路；一接收器，耦接該耦合器，接收該第二部分，量測該第二部分對該接收器的射入功率，並處理該第二部分的該資料訊號；以及一控制器，耦接該反射式半導體光放大器和該接收器，根據該射入功率控制該反射式半導體光放大器的上傳速率。
10. 如申請專利範圍第9項所述之光網路單元，其中該第一部分和該第二部分的射入功率呈一預設比例。
11. 如申請專利範圍第9項所述之光網路單元，其中該控制器根據該射入功率控制該反射式半導體光放大器的上傳速率，以使該反射式半導體光放大器上傳的該第一部分的位元錯誤率不超出一預設值。
12. 如申請專利範圍第11項所述之光網路單元，其中該控制器儲存該射入功率和該位元錯誤率之間的對應關係，並根據該對應關係控制該反射式半導體光放大器的上傳速率，以使該位元錯誤率不超出該預設值。
13. 一種控制方法，用於控制一光網路單元，該光網路單元包括一反射式半導體光放大器，該控制方法包括：自一被動光網路接收一下傳訊號，其中該下傳訊號包括一連續光波；將該連續光波分為一第一部分和一第二部分；使用該反射式半導體光放大器對該第一部分進行放大和重新調變，然後上傳該第一部分至該被動光網路；量測該第二部分的射入功率；以及根據該射入功率控制該反射式半導體光放大器的上傳速率。
14. 如申請專利範圍第13項所述之控制方法，更包括：根據該射入功率控制該反射式半導體光放大器的上傳速率，以使該反射式半導體光放大器上傳的該第一部分的位元錯誤率不超出一預設值。
15. 如申請專利範圍第13項所述之控制方法，其中該下傳訊號更包括一資料訊號，而且該控制方法更包括：將該連續光波和該資料訊號分別切分至一第一波段和一第二波段；將該第一波段的該連續光波分為該第一部分和該第二部分；以及接收並處理該第二波段的該資料訊號。
16. 一種控制方法，用於控制一光網路單元，該光網路單元包括一反射式半導體光放大器，該控制方法包括：自一被動光網路接收一下傳訊號，該下傳訊號包括一資料訊號；將該資料訊號分為一第一部分和一第二部分；使用該反射式半導體光放大器對該第一部分進行放大和重新調變，然後上傳該第一部分至該被動光網路；量測該第二部分的射入功率，並處理該第二部分的該資料訊號；以及根據該射入功率控制該反射式半導體光放大器的上傳速率。
17. 如申請專利範圍第16項所述之控制方法，更包括：根據該射入功率控制該反射式半導體光放大器的上傳速率，以使該反射式半導體光放大器上傳的該第一部分的位元錯誤率不超出一預設值。