专利名称：一种无源光网络的升级方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无源光纤接入技术，具体的讲，涉及一种无源光纤网络的升级方法及系统。
背景技术：
目前，光纤接入已经成为人们解决接入网带宽瓶颈的主要手段。光纤接入不仅可以满足人们未来宽带综合业务所需的带宽，而且光纤提供的带宽是现有传输介质如铜线、无线传输所无法比拟的。传统基于点到点的光纤接入网络，除了布线成本较高外，由于其外部需要有源设备，使得运营维护成本也较高。无源光网络(PON，Passive Optical Network)是一种点到多点的树状网络结构，网络结构简单，光纤资源可以实现共享，成本低，外部不需要安装有源设备的特点，被公认为最有前途的光纤接入技术。当前被广泛采用的时分复用的无源光网络(TDMA-PON)就是其中的技术之一，其中包括APON(异步传输模式PON)、BPON(宽带PON)、EPON(以太网PON)、GPON(千兆位PON)实现技术。现有TDMA-PON系统可以采用一级或二级分路的方式(如图4、图5所示)。TDMA-PON系统上、下行各采用了一个独立波长。下行采用广播方式，用户根据信息标识接收属于自己的信息。上行，所有用户通过时分复用方式共享传输链路，每个用户在局端设备(如光线路终端OLT)指定的时间片内发送自己的信息。然而随着用户传输带宽需求的增加，TDMA-PON由于受到上行突发接收技术以及一个波长传输带宽的限制，难于实现用户带宽向更高的带宽扩展。要实现用户传输带宽的增加，就需要扩展用户传输的波长数。多波长传输的波分复用无源光网络(WDM-PON)技术被认为是能够满足用户最终需求的光接入技术。
相关现有技术1
图1为现有技术1中TDMA-PON和WDM-PON两个网络共存于同一光纤分布网络ODN的解决方案。如图1所示，在不改变原有光纤分布网络ODN的情况下，通过把新建的WDM-PON网络重叠(overlay)在原有TDMA-PON网络的光分布网络(ODN)上，实现了在不重新铺设ODN网络的情况下，完成新的WDM-PON网络的建设。
由于TDM-PON网络中的光网络单元(ONU)接收光信号的接收器(PD)的接收范围较宽，虽然TDMA-PON网络和WDM-PON网络采用了不同波段的波长，但是TDM-PON网络中的ONU仍然能接收到WDM-PON网络的部分信号，使得WDM-PON网络的信号对TDM-PON网络的终端设备ONU产生干扰。为了避免新建WDM-PON网络对原来TDMA-PON网络的影响。图1所示的技术方案采用了频谱整形线路编码(Spectral Shaping Line Codes)的技术。即对新增WDM-PON网络的传输数据进行线路编码，通过对传输数据的线路编码实现电域内频谱的整型。把原来的基带频谱迁移到一个较高的频谱位置，类似于付载波复用(SCM)，对原来的基带频谱进行调制。这就使得TDMA-PON网络的下行数据与WDM-PON网络的下行数据的在电域频谱内不会产生重叠。当原有TDMA-PON网络终端设备(Old ONU)的接收器PD接收到新增网络局端设备(New OLT)发送的光信号时，由于新、旧两个网络信号的电域频谱没有重叠，致使新增WDM-PON网络的信号不会对原来的TDMA-PON网络的接收信号造成影响。旧的ONU通过PD接收到WDM-PON网络的信号处于自身正常信号之外的较高频谱位置。因此旧的ONU可以通过接收器PD后的电滤波器滤掉WDM-PON网络的信号，使新增WDM-PON网络不会对旧ONU的接收造成影响，从而实现了新增WDM-PON网络与原有TDMA-PON网络在原来ODN上的共存。
但上述现有技术1的缺点在于1)采用线路编码方式，增加了物理线路的速率，降低了传输的效率。假设采用4B/8B编码方式，如果要传输5Gbit/s速率的业务，那么需要物理线路传输速率是10Gbit/s，使得线路传输效率降低一半；
2)本技术解决方案只是解决了TDMA-PON网络和新增WDM-PON网络共存ODN的问题，并没有解决已存TDMA-PON网络的升级以及如何过渡到WDM-PON网络的问题；3)当原有TDMA-PON网络的传输带宽较宽时，将会使WDM-PON网络频谱搬移技术的实现困难增加；4)WDM-PON网络需要增加额外的线路编码，相应的增加了设备的成本；相关现有技术2图2及图3是现有技术2的采用WDM结合TDMA技术来实现WDM-PON的解决方案。其中图2为WDM-PON上行系统的实现结构，图3为WDM-PON下行系统的实现结构。WDM-PON系统的实现结合了波分复用的WDM技术和时分复用的TDMA技术。系统实现分为两级，第一级采用了波分复用的WDM技术，利用多个波长复用多组用户终端，每组用户终端采用一个独立波长。第二级采用了时分复用的TDMA的技术，接入每组终端用户。每8个终端用户为一组，一组终端用户共用一个波长。
该现有技术2的优点是利用TDMA与WDM的混合技术实现WDM-PON，相对采用纯WDM技术(每个用户一个波长)的PON成本较低，可以平滑演进到纯WDM-PON系统。但其缺点在于1)是一步到位的WDM-PON的解决方案，相对于目前TDMA-PON成本较高；2)本技术方案采用了WDM-PON系统的一种实现方式，采用的是不同于TDMA-PON波段的波长，没有考虑如何利用原有TDMA-PON网络波长资源的实现网络的升级。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无源光网络的升级方法及系统，以扩展现有TDMA-PON网络的传输带宽以及解决从TDMA-PON网络到WDM-PON网络的逐步过渡，从而在不需要更改用户终端设备ONU的情况下，实现用户传输带宽的增加。
为了实现所述的目的，本发明的技术方案为一种无源光网络的升级方法，包括扩展时分复用无源光网络的下行传输带宽。将时分复用无源光网络的单一下行波长扩展为多个复用波长，上行波长为单一波长。
所述方法进一步包括扩展时分复用无源光网络的上行传输带宽，将时分复用无源光网络的单一上行波长扩展为多个复用波长。
采用二级分路方式布放光纤以及将时分复用无源光网络的下行波段细分为多个波长，并将无源光网络PON接口下的所有用户分为多个用户组，每组用户共享一个细分波长。
所述方法还包括划分后的每组用户上、下行仍然采用TDMA的方式实现上、下行数据的传输。
对至少一个用户组共享的波长细分为多个波长，使该至少一个用户组内的每一用户独享一个下行波长。
所述经过上行波长扩展后，每一用户独享一个上行波长，进行上行数据的传输。
一种无源光网络的升级系统，包括时分复用无源光网络的光线路终端OLT及光网络单元用户，其特征在于还包括一级分波装置，用于将所述光线路终端OLT发出的下行波段细分为多个波长，并将所有用户分为对应的多个用户组，使每一用户组对应于一个下行波长；该一级分波装置还用于以时分复用的方式传输上行波长。
二级分波装置，用于将每一用户组对应的下行波长分配至该用户组内的用户，并以时分复用的方式传输上行和下行波长。
所述一级分波装置包括阵列波导光栅AWG和耦合器。
所述一级分波装置为波长转换器。
一种无源光网络的升级系统，包括时分复用无源光网络的光线路终端OLT及光网络单元用户，其特征在于还包括一级分波装置，用于将所述光线路终端OLT发出的下行波段细分为多个波长，并将所有用户分为对应的多个用户组，使每一用户组对应于一个下行波长；二级分波装置，用于将至少一用户组对应的下行波长再细分为多个子波长，并分配至该用户组内的各个用户，使该用户组内的每一用户对应于不同的下行波长。
所述一级分波装置为阵列波导光栅AWG或光波转换器。
所述二级分波装置为阵列波导光栅AWG。
本发明的有益效果在于1)扩展网络下行带宽时，不需要更换终端设备ONU；2)是一种TDMA-PON网络逐步升级到WDM-PON的实现方案，而不是直接一步到位的WDM-PON的实现。这种解决方案的方式减少了运营商的初期投资成本，降低了风险；3)使网络扩展简单，减少了运营商的维护、运营成本；4)可以实现到WDM-PON的逐步过渡。
图1a为现有技术中的TDMA-PON与WDM-PON共存的实现结构；图1b为现有技术中TDMA-PON与WDM-PON共存的实现原理图；图2为现有技术2中WDM-PON上行系统的实现结构；图3为现有技术2中WDM-PON下行系统的实现结构；图4为现有技术中采用一级分路时的TDMA-PON系统结构图；图5为现有技术中采用二级分路时的TDMA-PON系统结构图；图6为本发明的实现下行带宽扩展的系统结构图；图7为本发明中实现下行带宽扩展的AWG及耦合器的结构框图；
图8为本发明中实现上行带宽扩展的系统结构图；图9为本发明的通过波长转换器实现波分复用的系统结构图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
本发明旨在利用原有TDMA-PON网络波长资源实现网络的升级，并逐步演进到WDM-PON网络。为此，本发明可分两个阶段进行首先是扩展原有的TDMA-PON网络的下行带宽，使下行采用多个波长的WDM技术，上行仍然保持原来的TDMA方式，即采用TDMA结合WDM的方式实现用户下行带宽需求的增长。随着用户带宽需求的增长，可以再进行第二阶段，实现从TDMA-PON网络逐步过渡到WDM-PON网络，即每个用户上、下行分别采用一个独立波长，实现用户传输带宽从根本上的扩展。因此，本发明可以从两个方面来实现1)TDMA-PON网络下行带宽扩展的实现；2)TDMA-PON网络向WDM-PON网络过渡的实现。
下面分别从这两发明来说明本发明。
实施例1一、TDMA-PON网络下行带宽扩展的实现原有TDMA-PON网络系统是一个时分复用系统，多个用户在一个共用波长上进行信息的传输。由于受到单一波长以及上行突发接收技术的限制，使得TDMA-PON网络的传输速率很难向更高的速率发展。要扩展原来TDMA-PON网络的传输带宽，则需要考虑波长的扩展。可以通过采用多个波长的传输代替原来一个波长的传输方式，实现TDMA-PON网络传输带宽的增加。
本发明的技术方案是通过结合光纤分布网络ODN的布线方法以及波分复用的WDM技术来实现的。通过对原有网络的下行传输波长的细分(TDMA-PON标准规定，下行波长在波段1480nm～1500nm之间)，例如把1480nm～1500nm波段内的波长划分为一定波长间隔(如0.8nm或0.4nm等，但并不限于此，可以按照需求进行设定)的多个波长，扩展下行传输波长的数量。同时把原有TDMA-PON网络的用户分成多个组，每组用户分配一个波长。通过多个波长传输代替单波长波传的传输，实现每个终端用户下行带宽的扩展。
如果要实现TDMA-PON网络的未来升级，在建设TDMA-PON网络时，就需要考虑铺设的ODN网络的架构。在网络建设初期，如果TDMA-PON网络ODN网络铺设只采用一级分路方式，如图4，那么就会使以后TDMA-PON网络的升级实现较为困难。网络升级时，需要对原来的ODN网络进行较大的改动，需要把原来的一级分路改为二级分路，而且造成原来分路器下所有用户的光纤都需要重新连接，网络的改动相对很大，并且不能在很短的时间内满足用户升级的需求。
因此，考虑到TDMA-PON网络的未来升级，在ODN网络布放时，就需要考虑ODN网络布设的架构。如果分路器(Splitter)按照两级进行布放。那么可以使得以后TDMA-PON网络的升级过程很简单，使远端节点(RN)的改动很小。现有ODN网络的两级铺设结构可以如图5所示，如第一级采用1∶4的分支比，第二级采用1∶8的分支比，两级结构最终实现1∶32的分支比。但本发明并不限定于仅基于图5中所示的两级的分支比，也可以采用其它的分支比。当TDMA-PON网络要实现下行传输速率升级时，只需要把第一级的分路器(Splitter)更换为AWG+耦合器即可，通过更换后的AWG+耦合器中的AWG实现用户下行波长的分波，利用耦合器实现上行用户的信息的复用，ODN网络的其余部件不需要做任何改动。
在完成ODN网络中分路器(Splitter)的更换之后，通过对原有TDMA-PON下行波段的细分，划分出多个波长，利用WDM波长复用技术，使每组终端用户下行分别采用一个波长，具体系统实现如图6。
为了实现终端用户下行带宽的扩展，本发明的技术方案采下行采用了多波复用的WDM技术，上行仍然保持原有TDMA方式。通过对下行波长的扩展来增加用户下行带宽。
如图6所示，局端设备OLT把原来TDMA-PON网络的下行波段细分为多个波长，原来下行信息采用一个波长的传输改为采用多个波长传输。再按照划分出的下行波长数，把原来共用一个下行波长的所有用户分成多组用户。每组用户单独采用一个细分后的波长进行传输。即相当于由原来的所有用户共享一个波长变成共享多个波长，从而实现了用户的下行带宽的增加。
波长的细分是在以原来下行波长1490nm为中心波长的20nm范围内进行划分的。而原来终端设备ONU接收器的接收范围是以1490为中心，接收范围大约20nm左右。波长的细分不会影响原来终端设备ONU的正常接收。因此可以在不改变原来终端设备ONU的情况下，实现TDMA-PON网络下行带宽的扩展。
在图6的系统结构中，ODN网络采用两级分波，第一级采用阵列波导光栅，把干路光纤分成4个支路光纤，即把所有用户分成4个组。在每个分支光纤下再采用1∶8分光器(第二级)，即每个组包含8个用户。局端设备OLT把原来TDMA-PON网络的下行1490nm的波长(即1490nm为中心波长的20nm范围内的波长)以2nm为间隔细分为4个波长，如λ1(1488nm)、λ2(1490nm)、λ3(1492nm)、λ4(1494nm)，λ1分配给第一组用户，λ2分配给第二组用户，λ3分配给第三组用户，λ4分配给第四组用户。4组用户仍然采用TDMA的方式共用一个上行波长λ(1310nm)。每个独立的下行波长被8个用户所共享。相对原来1个下行波长被32个用户共享，下行带宽比原来增加了4倍。
要实现网络下行WDM，上行TDMA的方式，图5所示的ODN网络中的第一级分路器(Splitter)需要换成AWG+耦合器装置(如图6)。
AWG+耦合器装置的功能实现见图7。AWG+耦合器装置具备两个功能下行具有波长过滤功能，过滤出不同的波长；上行具有复用用户信息的功能。由于上行仍然采用了一个波长的TDMA方式，如果只是把分光器(Splitter)换成AWG，那么则会使上行的传输波长无法穿过AWG，因此在这要使用AWG+耦合器装置。AWG+耦合器装置可以由两个设备实现，也可以把AWG和Splitter功能集成在一起，由一个设备实现。
TDMA网络的升级，即在原有的TDMA网络的基础上实现了用户传输带宽的增加。这种方式既延长了TDMA-PON网络的使用寿命，又保护了电信运营商的网络投资。
二、TDMA-PON网络到WDM-PON网络的演进实现如上过程只是实现了TDMA-PON网络下行带宽的扩展。当用户要实现上行带宽的扩展时，也需要考虑上行的多波长扩展。实际上就是最终WDM-PON的实现(每个用户上、下行分别独享一个波长)。系统结构如图8，要实现TDMA-PON向WDM-PON网络的过渡，在实现第一步TDMA-PON网络下行带宽扩展方案的基础上，需要实现上行多波长的扩展。即需要把ODN网络中的第二级分路器(Splitter)更换为AWG，通过第二级的AWG对第一级的波长再进行更进一步的细分，最终实现每个用户独享一个下行传输波长；此外，由于每个ONU独享一个上行波长，使的原来上行采用同一波长的ONU不能继续使用，在这种情况下，需要更换原有的ONU；通过上述两步即可实现每个用户的上、下行都独享一个波长的WDM-PON系统，从而完成了向WDM-PON系统的平滑过渡。该实施例中，第一级AWG是粗波分复用器，第二级的AWG是细波分复用器。通过两级波分复用，实现每个用户一个波长的分配。
下面举例进行说明从局端设备OLT传输的波长通过第一级的AWG被划分为4个波长λ1、λ2、λ3及λ4，这4个波长被分别送到第二级的分路器(Splitter)或AWG，假如要把第四组的用户升级到WDM-PON，把第四组的分路器更换为一个1×8端口的AWG。在下行方向，通过更换的AWG把下行波长λ4所处的波段再细分为8个波长λ41、λ42、......、λ48，使第四组的8个用户，每个用户可以独享一个下行波长。上行方向可以使用与下行方向扩展波长一样的方式，即把上行波长λ4n分为8个波长λ4n1、λ4n2、......、λ4n8。通过对TDMA-PON网络上、下行波长的细分，从而实现了TDM-PON到WDM-PON的过渡。本实施例中，可以对四组用户都升级到WDM-PON，也可以仅将其中的一组或几组升级到WDM-PON。如果将所有用户都升级到WDM-PON，由于每个用户可以独享一个上行波长，不再需要耦合器，则图8中的耦合器就可以去掉。如果对四组用户中的部分用户组进行升级，则耦合器需要保留，共享一上行波长的用户仍需经所述耦合器传输至局端设备OLT。独享上行波长的用户可以直接经由AWG进行上行波长的传输。
实施例2本发明还可以通过另一种途径实现，就是通过波长转换的方式将原来TDMA-PON网络带宽的扩展，实现结构如图9所示。每组TDMA-PON用户分别采用一个单独的上、下行波长。如第一组用户的上行波长λu转换为λu1，下行波长λd转换为λd1。依此类推，第四组用户的上行波长λu转换为λu4，下行波长λd转换为λd4。
本实施例是TDMA-PON网络升级的另一种实现方式。通过增加一级WDM实现对多组TDMA-PON用户的复用。
由于原来TDMA-PON网络的每组用户的上、下行都是采用相同的波长，要实现这些采用相同波长用户组的复用，就必须要把相同的TDMA-PON的波长换成WDM的不同波长，从而通过WDM实现多组TDMA-PON用户的复用。本实现技术方案的关键是第一级的“波长转换器”实现，即通过“波长转换器”把第二级不同组使用相同的波长，转换成第一级不同的波长。波长转换器的实现方式有三种1、基于当前的技术，波长转换器可以采用“光转电，电转光”的方式实现波长转换。
2、从未来的实现技术考虑，可以在光域内直接实现波长转换；例如利用有源光谐振腔完成不同波长之间的能量传递，从而实现光域内波长转换。
3、通过配线的方式实现，波长转换器相当于一个配线架，通过选择连接不同波长的配线来选择不同波长。
综上所述，本发明是一种TDMA-PON网络逐步升级到WDM-PON的实现方案，而不是直接一步到位的WDM-PON的实现。这种解决方案的方式减少了运营商的初期投资成本，降低了风险；并且使网络扩展简单，减少了运营商的维护、运营成本；可以实现到WDM-PON的逐步过渡。
以上具体实施方式
仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种无源光网络的升级方法，其特征在于，包括如下步骤扩展时分复用无源光网络的下行传输带宽，将时分复用无源光网络的单一下行波长扩展为多个复用波长。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括扩展时分复用无源光网络的上行传输带宽，将时分复用无源光网络的单一上行波长扩展为多个复用波长。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于采用二级分路方式布放光纤以及将时分复用无源光网络的下行波段细分为多个波长，并将无源光网络PON接口下的所有用户分为多个用户组，每组用户共享一个细分波长。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于还包括划分后的每组用户上、下行仍然采用TDMA的方式实现上、下行数据的传输。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于对至少一个用户组共享的波长细分为多个波长，使该至少一个用户组内的每一用户独享一个下行波长。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述经过上行波长扩展后，每一用户独享一个上行波长，进行上行数据的传输。
7.一种无源光网络的升级系统，包括时分复用无源光网络的光线路终端OLT及光网络单元用户，其特征在于还包括一级分波装置，用于将所述光线路终端OLT发出的下行波段细分为多个波长，并将所有用户分为对应的多个用户组，使每一用户组对应于一个下行波长；该一级分波装置还用于以时分复用的方式传输上行波长。二级分波装置，用于将每一用户组对应的下行波长分配至该用户组内的用户，并以时分复用的方式传输上行和下行波长。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于所述一级分波装置包括阵列波导光栅AWG和耦合器。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于所述一级分波装置为波长转换器。
10.一种无源光网络的升级系统，包括时分复用无源光网络的光线路终端OLT及光网络单元用户，其特征在于还包括一级分波装置，用于将所述光线路终端OLT发出的下行波段细分为多个波长，并将所有用户分为对应的多个用户组，使每一用户组对应于一个下行波长；二级分波装置，用于将至少一用户组对应的下行波长再细分为多个子波长，并分配至该用户组内的各个用户，使该用户组内的每一用户对应于不同的下行波长。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于所述一级分波装置为阵列波导光栅AWG或光波转换器。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于所述二级分波装置为阵列波导光栅AWG。
全文摘要
本发明提供一种无源光网络的升级方法及系统，所述方法包括采用设置二级分路的布放光纤方式以及将无源光网络的下行波段细分为多个波长，并将所有用户分为对应的多个用户组，每组用户共享一个细分后的波长。本发明实现了现有时分复用无源光网络(TDMA－PON)的传输带宽的扩展以及解决了从TDMA－PON网络到波分复用无源光网络(WDM－PON)的逐步过渡，从而在不需要更改用户终端设备ONU的情况下，实现用户传输带宽的增加，不仅节约了资本，也降低了风险。
文档编号H04J14/02GK101094041SQ20061009350
公开日2007年12月26日 申请日期2006年6月23日 优先权日2006年6月23日
发明者黄伟, 林华枫, 王运涛, 赵峻, 王峰, 江涛 申请人:华为技术有限公司