专利名称：一种基于单纤连接节点的多波长光网络系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于单纤连接节点的多波长光网络系统。
背景技术：
常规WDM星形网主要由传输型星形耦合器构成，它以传输损耗小、网径大以及对光接收机动态范围要求低等优势而受到人们的高度重视，成为当前应用最广泛的WDM网络；但这种网络存在着所需光纤较长、网络规模受到传输型星形耦合器分配损耗的严重限制和组网灵活性差等缺陷。为解决这些问题，尽管人们提出了各种解决方案，但每种方案都只解决了某一方面的问题，如国际电子电器工程师协会的《光波技术》月刊(IEEE J.Lightwave Tech.，1988，6(3)392-398)A.A.M.Salen等人提出的反射型结构WDM星形网系统，这种网络系统通过单纤双向传输，可节省一半光纤，从而较好地解决了常规WDM星形网所存在的所需光纤过长问题，但该网络规模同样受到反射型星形耦合器分配损耗的严重限制，而且网络组网灵活性差等问题也未能解决；为了扩大网络规模，国际电子电器工程师协会的光子技术快报(IEEE Photon.Technol.Lett.，1991，3(3)250-252)A.E.Willner等人提出了共享泵浦光源的有源结构，并采用级联方式，实现了网络的大规模化，但该网络必须使用大量的光放大器，这不仅大大增加了组网成本，而且网络中过多的有源器件(如光放大器等)也使网络的可靠性大幅度降低，此外，该网络系统同样未能解决组网灵活性差等问题；其它所提网络系统也存在类似问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有传输型星形耦合器的缺点，而提出的一种星形耦合器的数量可灵活调节，使组网灵活，并可实现网络在线扩容、升级的基于单纤连接节点的多波长光网络系统。
为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是一种基于单纤连接节点的多波长光网络系统，其特点是，包括一个连接耦合器模块、m个N×N星形耦合器和2m(N-2)个节点每个N×N星形耦合器通过4条连接通路与连接耦合器模块相连，其中2条连接通路用作传输从连接耦合器模块到该N×N星形耦合器的信息，另2条连接通路用作传输从该N×N星形耦合器到连接耦合器模块的信息。
上述一种基于单纤连接节点的多波长光网络系统，其中，所述的连接合器模块包括一连接耦合器，该连接耦合器是传输型星形耦合器，它提供构成反馈回路和构成连接通路的端口；一对反馈回路，对称设置在连接耦合器的左右两边；每个反馈回路包括一光放大器、一光功率分路器、一光带通滤波器，其顺序串接后连接在连接耦合器一边的相邻两个端口之间；两组光带阻滤波器，对称设置在连接耦合器的左右两边；每组光带阻滤波器的输入端与光功率分路器的输出端连接，输出端与星形耦合器连接；两组光带通滤波器，对称设置在连接耦合器的左右两边，其输出端与星形耦合器连接；2m对连接通路，分别对称设在连接耦合器的左右两边，每个常规传输型星形耦合器通过2对连接通路与该连接耦合器相连。
上述一种基于单纤连接节点的多波长光网络系统，其特点是，所述的每组光带阻滤波器有m个。
上述一种基于单纤连接节点的多波长光网络系统，其中，所述的每组光带通滤波器有m个。
上述一种基于单纤连接节点的多波长光网络系统，其中，所述的各带通滤波器和带阻滤波器的配置可根据网络节点收发器所用收发方式的不同而相应改变。
由于本发明采用了以上的技术措施，利用一个连接耦合器模块来实现网络的单纤双向传输及完成m个常规传输型星形耦合器的内连，每个常规传输型星形耦合器通过4个连接通路与连接耦合器模块相连，连接耦合器模块所连常规传输型星形耦合器的数量可灵活调节；由此，构成一个基于单纤连接节点、具有极大组网灵活性、可实现网络在线扩容、升级的多波长大规模WDM星形网系统。
下面结合基于单纤连接节点的多波长光网络系统结构图对本发明的性能特征做进一步的详细说明图1是本发明的系统模块结构图。
图2是本发明系统的具体的结构图。
具体实施例方式
请参阅图1。本发明基于单纤连接节点的多波长光网络系统由一个连接耦合器模块1、m个N×N星形耦合器2和2m(N-2)个节点3构成。每个N×N星形耦合器通过4条连接通路4与连接耦合器模块1相连，其中2条连接通路41、42用作传输从连接耦合器模块到该N×N星形耦合器的信息，另2条连接通路43、44用作传输从该N×N星形耦合器到连接耦合器模块的信息；各N×N星形耦合器之间通过连接耦合器模块相连通，它们之间的信息传递要途经连接耦合器进行；在这种信息传递中，信息经过连接耦合器时处于直通状态，无须连接耦合器模块转发；整个网络系统的规模可通过增加或减少N×N星形耦合器的数量进行灵活调节。
图2是本发明的基于单纤连接节点的多波长光网络系统具体的结构图。为了简化和便于解释，这里首先对图中所涉及的符号说明如下T/R——节点的发射机/接收机；Gi——与星形耦合器i#的端口i3～iN对应连接的节点组，其中1≤i≤mGi’——与星形耦合器i#的端口i’3～i’N对应连接的节点组，其中1’≤i’≤m’λGi——节点组Gi中相应节点发射的波长组；
λGi’——节点组Gi’中相应节点发射的波长组；λij——节点组Gi(或Gi’)中第j个节点发射的波长，其中1≤j≤NOA0、OA0’——连接耦合器模块中的光放大器(Optical Amplifier，OA)；1×(m+1)——1×(m+1)光功率分路器；BPF——光带通滤波器(Bandpass Filter)；BSF——光带阻滤波器(Bandstop Filter)；LtL——左连接通路(Left Link)；RtL——右连接通路(Right Link)；RL——反馈回路(Return Link)图中，每个节点仅通过一根光纤与星形耦合器的一个端口相连，光放大器(OA0和OA0’)为高功率宽带光放大器，1×(m+1)功率分路器可将输入的光功率按一定分配比例输出，并使进入各N×N星形耦合器端口的功率相等；带通滤波器BPF1只允许第1组波长λG1通过，阻止其它组波长通过；带通滤波器BPF2、...、BPFm，BPF1’、BPF2’、...、BPFm’有类似的功能；带通滤波器(BPF1，2，...，m)只允许第1、...、m组波长λG1、...、λGm通过，阻止其它组波长通过；带通滤波器(BPF1’，2’，...，m’)的作用类似；带阻滤波器BSF1阻止第1组波长λG1通过，允许其它组波长通过；带阻滤波器BSF2、...、BSFm，BSF1’、BSF2’、...、BSFm’的作用同理。LtL0→i为左连接通路，它连接连接耦合器模块和第i个N×N星形耦合器，信息流由连接耦合器模块流向第i个N×N星形耦合器 RtLi→0为右连接通路，它连接连接耦合器模块和第i个N×N星形耦合器，信息流由第i个N×N星形耦合器流向连接耦合器模块；LtLi→0和RtLO→i有类似功能。
本发明基于单纤连接节点的多波长光网络系统可分为四部分，即连接耦合器模块1、N×N星形耦合器2、连接通路4和节点3；其中所述的连接合器模块包括一连接耦合器0#，该连接耦合器是传输型星形耦合器，它提供构成反馈回路和构成连接通路的端口；一对反馈回路RL1、RL2，对称设置在连接耦合器的左右两边；每个反馈回路包括一光放大器(OA0)、一光功率分路器1×(m+1)、一光带通滤波器BPF，其顺序串接后连接在连接耦合器一边的相邻两个端口之间；2m对连接通路4，分别对称设在连接耦合器的左右两边，每个常规传输型星形耦合器通过2对连接通路与该连接耦合器相连。
(m+2)×(m+2)星形耦合器11为无源对称传输型星形耦合器，只起连接m个N×N星形耦合器的作用，不与节点直接相连；它的2对端口用于构成自身的反馈回路及与其它m个星形耦合器连接的2m条连接通路，剩余m对端口用于与其它m个N×N星形耦合器构成另外2m条连接通路。连接耦合器(0#)11的两边各有一个互相对称的反馈回路RL1和RL2。RL1由端口01、光放大器(OA0)、功率分路器1×(m+1)、带通滤波器(BPF1，2，...，m)和端口02构成；反馈回路RL2的结构类似。
下面以RL1及节点组G1、G1’为例来说明反馈回路的作用由于G1组节点中任何一个节点可将信息发往G1’组节点中的所有节点，但却不能发往同处于G1组节点的另外(N-3)个节点；同时，G1组节点中的任何一个节点可收到来自G1’组节点中所有节点的信息，但却无法收到来自同处于G1组节点的另外(N-3)个节点的信息。为此，在连接耦合器0#的两边，各留有两个端口，分别形成了两个反馈回路RL1、RL2。G1组节点中第j个节点1j发射的信息进入星形耦合器1#的端口1j后再从其端口1’2输出，经连接通路RtL1→0(后面将给出有关连接通路的说明)从连接耦合器0#的端口0’3输入，并经其从端口01输出，经RL1将信息再反馈回连接耦合器0#中，再经其从端口0’1输出，经连接通路RtL0→1进入N×N星形耦合器1#的端口1’1而回到N×N星形耦合器1#中，再经星形耦合器1#并从其端口13～1N输出，最终到达G1组节点中的其它(N-3)个节点；这样就实现了所希望的信息发送。同理，反馈回路2起类似的作用。
为了避免产生循环反馈形成振荡及滤除带外的ASE，在每个反馈回路中分别接入了一个光带通滤波器BPF1，...，m；考虑到反馈回的光波要多次通过星形耦合器而存在功率损耗及光滤波器插入损耗，在每个反馈回路中分别接入了一光放大器1×(m+1)进行功率补偿。
本发明的m个N×N星形耦合器都处于同等地位，它们将各自的2对端口分别用于与连接耦合器构成连接通路，但彼此之间并不直接相连；在各自的其余(N-2)对端口中，每个端口连接1个节点；这样，每个N×N星形耦合器可连接2(N-2)个节点，同时又与其它(m-1)个N×N星形耦合器并行连接。
本发明还包括两组光带阻滤波器BSF1～BSFm和两组光带通滤波器BPF1～BPFm。两组光带阻滤波器对称设置在连接耦合器的左右两边；每组光带阻滤波器的输入端与光功率分路器的输出端连接，输出端与星形耦合器连接；每组光带阻滤波器有m个。
两组光带通滤波器，对称设置在连接耦合器的左右两边，其输出端与星形耦合器连接；每组光带通滤波器有m个。
本发明将m个N×N星形耦合器连接到连接耦合器0#的连接通路共有4m条，每个N×N星形耦合器通过4条连接通路与连接耦合器相连，以星形耦合器1#为例星形耦合器1#通过4条连接通路(RtL0→1、RtL1→0、LtL0→l和LtL1→0)与连接耦合器0#相连。LtL0→1由端口01、光放大器OA0、光功率分路器1×(m+1)、带阻滤波器BSF1’和星形耦合器1#的端口11构成。其它N×N星形耦合器和连接耦合器0#的连接及其它连接通路的结构，与上面类似。
本发明网络中，共有2m(N-2)个节点4，这些节点分成2m组，每组有(N-2)节点；每个节点通过一根光纤与星形耦合器的一个端口相连，为将光发射机的输出信号耦合到星形耦合器，并将星形耦合器输出的光信号耦合到光接收机中去，同时使光发射机和光接收机之间得到良好的隔离，在每个节点处增加一个Y形光纤耦合器。一般，网络中节点的收发器采用固定发射机/可调接收机、可调发射机/固定接收机、固定发射机/固定接收机和可调发射机/可调接收机方式。图2中给出了网络节点收发器采用固定发射机/可调接收机方式的参数配置；当然，图2中的参数配置也可根据网络节点收发器所采用的收发方式不同而相应改变。
下面举例说明基于单纤连接节点的多波长光网络系统中各节点之间的通信。
举例一G1组节点内部任意两节点之间的通信设G1组节点中第j(3≤j≤N)个节点1j发射的波长为λ1j，第k(3≤k≤N，k≠j)个节点1k发射的波长为λ1k；从节点1j发射的光载波λ1j从端口1j进入星形耦合器1#后从其端口1’2输出，过连接通路RtL1→0从端口0’3输入连接耦合器0#，然后从端口01输出，由反馈回路RL1将光载波λ1j再反馈回连接耦合器0#中，再从端口0’1输出，经过连接通路RtL0→1从端口1’1再回到星形耦合器1#中，经星形耦合器1#从端口1k输出，由此即可将光载波λ1j传送至节点1k；同理，从节点1k发射的光载波λ1k亦可传至节点1j；因此，G1组节点内部任意两节点之间可同时相互进行通信。类似地，其余各组节点中，各自内部任意两节点之间亦可同时相互进行通信。
举例二G1组节点与G1’组节点之间的通信。由于星形耦合器1#是传输型星形耦合器，因此，G1组节点中任意节点发送的信息可直接传到G1’组节点中的所有节点；相应地，G1’组节点中任意节点发送的信息亦可直接传到G1组节点中的所有节点；即两组节点之间的通信没有任何困难。Gi组节点与Gi’组节点之间的通信亦同理，其中1≤i≤m，1’≤i’≤m’。
举例三G1组节点与Gi组节点之间的通信。G1组节点中的节点1j发射的光载波λ1j，经与它直接相连的星形耦合器1#进入连接通路RtL1→0，从端口0’3输入连接耦合器0#，并由连接耦合器0#传至与其相连的反馈回路RL1，经反馈回路RL1反馈后，光载波λ1j再次通过连接耦合器0#，且由此进入连接通路RtL0→i，最后到达星形耦合器i#，并传至Gi组节点中的节点in(3≤n≤N)。同理，Gi组节点中的节点in发射的光载波λin，亦可到达节点1j；因此，G1组节点中任一节点与Gi组节点中任一节点之间可同时相互进行通信。同理，G1’组节点中任一节点与Gi’组节点中任一节点亦可同时相互进行通信。
举例四G1组节点与Gi’组节点之间的通信。G1组节点中的节点1j发射的光载波λ1j，经与它直接相连的星形耦合器1#进入连接通路RtL1→0，从端口0’3输入连接耦合器0#，再由连接耦合器0#传至与其相连的连接通路LtL0→i，通过连接通路LtL0→i到达星形耦合器i#，最后传至Gi’组节点中的节点i’n(3≤n≤N)。同理，Gi’组节点中的节点i’n发射的光载波λi’n，亦可到达节点1j；因此，G1组节点中任一节点与Gi’组节点中任一节点之间可同时相互进行通信。类似地，G1’组节点中任一节点与Gi组节点中任一节点亦可同时相互进行通信。
本发明基于单纤连接节点的多波长光网络系统的优点在于(1)通过单纤双向传输，使同一星形耦合器所连节点数增加了近一倍。这种方法吸取了反射型星形网中单纤双向传输的优点，但又没有用反射型星形耦合器来实现，而是将反馈回路的反馈特性和传输型星形耦合器的对称传输特性有机结合，通过采用多个星形耦合器并联方式来实现。这就摆脱了反射型星形耦合器性能的限制，实现了单纤双向传输、提高了星形耦合器端口的利用率，节省了光纤。
(2)网络容量大，组网灵活性强。通过多个星形耦合器并联组网，既充分利用了N×N星形耦合器的对称传输特性，又突破了它的分配损耗限制，最大限度地扩展了网络容量，实现了网络的大规模化；网络中，只要功率分路器预留足够的端口数，该WDM星形网就可根据需要，方便、平滑地对网络进行在线扩容、升级；由此，网络具有极大的组网灵活性，其规模可根据网络规模因子m灵活调节。
(3)优越的性能价格比。采用耦合器并联和单纤双向传输相结合方式组网，不但实现了网络的大规模化，而且将网络所用光放大器的数量大幅度降低，达到其下限值——2个；此外，比较其它大规模WDM星形网，在网络节点数相同条件下，还可节省一半光纤；这些都大大降低了网络成本，有效地提高了网络的性能价格比。
权利要求
1.一种基于单纤连接节点的多波长光网络系统，其特征在于，包括一个连接耦合器模块、m个N×N星形耦合器和2m(N-2)个节点；每个N×N星形耦合器通过4条连接通路与连接耦合器模块相连，其中2条连接通路用作传输从连接耦合器模块到该N×N星形耦合器的信息，另2条连接通路用作传输从该N×N星形耦合器到连接耦合器模块的信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于单纤连接节点的多波长光网络系统，其特征在于，所述的连接合器模块包括一连接耦合器，该连接耦合器是传输型星形耦合器，它提供构成反馈回路和构成连接通路的端口；一对反馈回路，对称设置在连接耦合器的左右两边；每个反馈回路包括一光放大器、一光功率分路器、一光带通滤波器，其顺序串接后连接在连接耦合器一边的相邻两个端口之间；两组光带阻滤波器，对称设置在连接耦合器的左右两边；每组光带阻滤波器的输入端与光功率分路器的输出端连接，输出端与星形耦合器连接；两组光带通滤波器，对称设置在连接耦合器的左右两边，其输出端与星形耦合器连接；2m对连接通路，分别对称设在连接耦合器的左右两边，每个常规传输型星形耦合器通过2对连接通路与该连接耦合器相连。
3.根据权利要求2所述的一种基于单纤连接节点的多波长光网络系统，其特征在于，所述的每组光带阻滤波器有m个。
4.根据权利要求2所述的一种基于单纤连接节点的多波长光网络系统，其特征在于，所述的每组光带通滤波器有m个。
5.根据权利要求2所述的一种基于单纤连接节点的多波长光网络系统，其特征在于，所述的各带通滤波器和带阻滤波器的配置可根据网络节点收发器所用收发方式的不同而相应改变。
全文摘要
本发明一种基于单纤连接节点的多波长光网络系统，其特点是，包括一个连接耦合器模块、m个N×N星形耦合器和2m(N－2)个节点；每个N×N星形耦合器通过4条连接通路与连接耦合器模块相连，其中2条连接通路用作传输从连接耦合器模块到该N×N星形耦合器的信息，另2条连接通路用作传输从该N×N星形耦合器到连接耦合器模块的信息。该新的网络系统有效地克服常规WDM星形网系统所存在的使用光纤太长、网络规模受星形耦合器分配损耗的严重限制和组网灵活性差等问题，不仅实现网络的大规模化，而且网络规模可灵活调节，网络可根据需要进行在线扩容、升级。
文档编号H04B10/02GK1422014SQ0113236
公开日2003年6月4日 申请日期2001年11月30日 优先权日2001年11月30日
发明者甘朝钦 申请人:上海贝尔有限公司