专利名称：提供中继线保护且具有增加的光纤利用率、距离和带宽的用于载波类wdm pon的系统和设备的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及电信网络传输系统的领域，且更确切地说，涉及一种波分多路复用无源光网络(PON)，其通过波分多路复用技术结合与光纤电缆一起从市内交换局布线的双绞线进行的线路电力馈入，而提供中继线保护、延长的可用距离、增加的光纤利用率。
背景技术：
现有的无源光网络普遍用于宽带光纤接入网络。PON使用以下方式共享到户光纤，而无需从交换点、电话公司市内交换局(LEO)或CATV数据转发器向订户的家里铺设单独的光纤线路。
当前的无源光网络在传输速度高于600Mb/s时分离线(split)数目局限于32。因此，需要提供具有中继器能力以在保持传输速度的同时增加分离线数目的PON系统。
此外，现有的PON的链接距离局限于10与20km之间。由于光功率的减少，此限制会随着分离线数目的增加而加剧。必须限制光纤链接距离以适应分离线损耗。因此需要提供一种PON系统，其在保持分离线能力的同时允许较大的链接距离。
最后，当前的PON使用树形和分支架构，这需要部署冗余树形和/或分支能力，而这种部署基本上会使光纤环路的成本翻倍。因此需要提供一种用于光纤环路保护的没有不必要的硬件重复的简化架构。
发明内容
包含本发明的无源光网络(PON)使用具有两个市内交换局节点(LEON)的交换局，其中每一LEON具有用于在上游方向上传输M个波长的第一波分多路复用器(WDM)，和用于在下游方向上传输M个波长的第二WDM。包括光纤对的光纤环路提供上游和下游传输，光纤对中的一根光纤连接到每一LEON中的第一WDM，且第二光纤连接到每一LEON中的第二WDM。M个分配节点(DN)每一者均具有连接到所述光纤环路对的增/减(AD/DR)WDM，以向在光纤上传输的M个波长增加选定波长或从中分出选定波长。第一光电光(OEO)中继器连接到AD/DR WDM以获取AD/DRWDM所分出的波长，以便放大下游信号并转换成常用的波长带(例如，1550nm)。第二OEO连接到AD/DRWDM以便放大来自常用波长带(例如，1310nm)的上游信号，并转换成AD/DRWDM的增/减波长，这接着会在上游方向上在光纤中增加波长。
额外的两信道WDM(在此实例中为1550/1310nm)连接到第一和第二OEO用于对上游和下游信号进行多路复用，并连接到1×N光耦合器。N个客户节点每一者均连接到耦合器的一引线(leg)。每一DN增/减选定的波长，以允许连接的客户节点经由光纤环路上各自的一个波长进行接收和发射。
通过结合附图参考以下详细说明，将更好地理解本发明的这些以及其它特征和优点，附图中图1a-e是展示可采用本发明的各种PON配置的方框图；图2是实施本发明的系统的元件的方框图；图3a是在PON中采用的下游广播传输的方框图描绘；图3b是在PON上的上游传输中采用的上游时域多路复用接入(TDMA)的方框图描绘；图4a和4b是采用本发明的系统上的通信的普通传输方向的方框图；和图5a和5b是在光纤环断裂之后系统上的通信的传输方向的方框图。
具体实施例方式
参看图1a-e，无源光网络(PON)是一种将光纤线缆和信号沿路或基本上沿路输送给最终用户的系统。根据PON的终止地点，可将系统描述为光纤到路边(FTTC)、光纤到大楼(FTTB)或光纤到户(FTTH)。PON由通信公司的市内交换局处的光线路终端(OLT)10和最终用户附近的若干光网络单元(ONU)12组成。通常，可能有多达32个ONU连接到OLT。术语“无源”只是描述这一事实一旦信号穿过网络，光传输便没有功率要求或有源电子零件。PON中的主要组件是光纤14和耦合器16。每一耦合器组合或分离来自光纤的功率。其用在PON中以向多个订户线路分配光信号和从多个订户线路分配出光信号。
图1a揭示具有基本树形结构的PON，其中ONU通过一个从单个光纤到每一ONU的分支光纤的1×n耦合器而连接到OLT。图1b揭示总线结构，其中每一ONU在单个光纤“总线”上具有单独的耦合器(n个1×2耦合器)。
图1c揭示具有中继线受保护树形的PON，其中光纤环路上存在两个OLT，一个OLT是现用的，而一个是备用的。耦合器是2×n式的，以适应与OLT连接的两个“二分之一”环路。图1d揭示具有两个OLT的完全冗余的树形，与中继线受保护树形中一样，在光纤环路的终止点处有1×n耦合器，且每一用户位置具有两个ONU，一个通过耦合器中的每一者连通到各自的现用或冗余OLT。
图1e展示完全冗余的总线架构，其具有两个OLT且在每一用户位置处具有两个ONU，所述两个ONU通过2×2耦合器连接到光纤环路总线。
采用本发明的PON允许在若干客户中共享光纤成本以及与服务提供商定位在一起的大部分设备，同时还免除了服务提供商与这些客户之间的昂贵的、电力驱动的设备。光路径对于位速率、调制格式(例如，数字或模拟)以及协议(例如，SONET/SDH、IP、以太网)来说是“透明的”。这种透明性的原因在于，在服务提供商与客户之间未安装有任何专用于位速率、调制格式等的设备，从而允许将来可根据需要来混合或经济地升级服务。通过仅在网络终端或者仅针对那些受到影响的客户来改变服务专用的设备，可添加新服务和/或新客户。大部分当今的其它接入网络架构并不具备这种灵活性。
本发明提供(1)环型光纤环路，其用于光纤中继线保护；(2)多波长WDM系统，其用以借助到多个分配节点的光纤分出以增加光纤利用率；(3)光电光(OEO)中继器/波长转换器，其在光纤分配节点中用于增加光功率，从而允许更多的分离线、延长总体有效光纤距离，并转换成常用的波长带(例如，1550/1310nm)，这允许连接到分配节点的用户节点只具有单个波长带，以减少存货成本；和(4)通过连同光缆一起布线的双绞线来为OEO供电，以解决每一分配节点的局域电力问题。
如图2所示，采用两个市内局交换节点(LOEN)40，每一者均具有两个支持M波长的波分多路复用器(WDM)42(示范性实施例提供八个信道，即1470、1490、1510、1530、1550、1570、1590、1610nm)。每一分配节点(DN)为上游传输和下游传输选择一个特定的波长。双光纤环44将上游WDM和下游WDM与光纤对中的一者连接以用于上游传输，且与光纤对中的另一光纤连接以用于下游传输，且一个LOEN充当主LOEN而另一个充当后备LOEN。针对LEON描述的本发明的期望实施例中采用的示范性WDM由Optowaves，Inc780 Montague Expressway，Suite 403，San Jose，CA 95131制作，零件编号为CWDM-8-1470-1-SC’UPC。
多个分配节点(DN)46连接到光纤环路，每一者均具有增/减(AD/DR)WDM 48。在光纤中对M个波长进行多路复用。每一波长携带经调制的无源光网络协议，其具有如上所述的下游广播和上游TDM。每一分配节点中的AD/DRWDM沿着光纤电缆捕捉一个特定的波长(颜色)。在采用M个波长的系统中，环路中总共有M个分配节点，每一节点分出特定的波长(颜色)。由于仅向光纤增加/从光纤中分出一个波长，所以其余的波长未受到DN分离线的影响，从而允许较长的链路距离。
在分配节点中，向WDM增加/从WDM中分出光信号，通过OEO 50将其转换成常用的波长(例如，1550nm下游和1310nm上游)并对其进行放大。接着，通过第二WDM52(在此实例中为1550/1310nm WDM)处理所述信号，并通过1×N光耦合器54将其扇出，以从DN连接到N个ONU 12。通过第二WDM在DN中接收上游传输，且通过第二OEO 56进行处理以便通过AD/DRWDM 48插入到光纤环路上。对于向光纤环路增加和从其中分出1470nm的波长的示范性DN，采用由Optowaves，Inc.780 MontagueExpressway，Suite 403，San Jose，CA 95131制造的WDM，其零件编号为CWDM-1-1470-1-SC/UPC。用于形成OEO的能力的示范性硬件是与标准PON收发器相对应的CWDM收发器。例如，标准PON收发器为1490nm下游/1310nm上游。CWDM收发器可作为1470/1490/1510/1530/1550/1570/1590/1610nm使用。在图2中，示范性OEO1是DN 1470/1490和UP 1310/1470，OEO 2是DN 1490/1490和UP 1310/1490，OEO 3是DN 1510/1490和UP 1310/1510等等。
在示范性实施例中，OEO进行的放大提供光功率增强，这允许中继线距离达到40km，同时分离线数目保持在32。波长转换允许用户节点统一到一个波长带，这会减少用户节点的库存成本。针对DN中的第二WDM描述的本发明的期望实施例中采用的示范性WDM由Optowaves，Inc.780 Montague Expressway，Suite 403，San Jose，CA 95131制造，其零件编号为HWDM2-131-1-09-SC/UPC-A。
沿着光纤环44通过双绞铜线54向DN提供电力馈入。分配节点中的电力故障将不会影响环路中的其它节点，因为光纤环仍然保持无源(仅光纤和WDM)。
对于所示的采用本发明的系统来说，用户节点的总数＝(光纤电缆中的芯线数目/2)×M×N。可支持36芯线光纤、8个波长和1×32分离线、总共4,608个ONU的实例。
在普通操作中，在光纤环上通过现用LEON仅从一个方向发送光信号。在光纤电缆中断的情况下，备用LEON开始操作且在光纤环上在两个方向上均发送光信号。用户节点与接收到的下游信号同步。举例来说，如果在DN 3与4之间中断光纤电缆，那么DN1、2和3将与采用一个LEON的光信号的相同方向同步，且DN 4到M将与连接到另一LEON的光信号的另一方向同步。这为光纤环路提供中继线保护。
如图3a所示，PON采用真实广播进行从LEO到DN的下游传输，DN随后又分出指定的波长。每一ONU从多波长广播20接收特定波长22。对于上游传输来说，PON采用如图3b所示的时分多址格式。来自特定波长24上的用户的上游传输由ONU合并到一个帧中，接着，用从其它ONU通过耦合器到DN的传输对所述帧进行时间分割。用于特定波长的每一帧28携带标题30、有效负载32和FCS 34。接着，DN将该波长增加光纤环路以供传输到LEO。
如图4a和4b中针对四个代表性DN(图3中的光纤环路上的1-M DN中的DN2、DN3、DN4和DN5)所示，每一DN中的AD/DR WDM 48具有功能元件，其中包含“左WDM”和“右WDM”，用于在光纤环路的两个方向上进行接收和发射；以及1×2耦合器，用于特定DN的增加和分出的波长。如图4a所示，在普通条件下，LEON A(图3中的40A)传输所有波长，且每一DN分别分出特定波长60a、62a、64a和66a，以用于到达连接到DN的用户节点的通信。对于如图4b所示来自用户节点的通信来说，每一DN分别通过AD/DR WDM增加各个波长60b、62b、64b和66b，然而，增加的波长在环路上在两个方向上传输，其中LEON A(现用LEON)和LEON B(图2中的40B)(备用LEON)均接收用户节点传输到环路上的所有波长。
如果如图5a和5b所示，DN 3与DN 4之间的环路上发生断裂，那么LEON B将停止接收波长60b和62b，且LEON A将停止接收波长64b和66b。因此，可相对于位置对分裂进行精确定位，且备用的LEON(LEON B)将开始传输，同时LEON A继续传输。这允许对所有DN及其连接的用户节点进行持续通信。对于所示的实施例，LEON A和LEON B均传输所有波长。来自用户节点的通信也持续不间断地进行，因为AD/DR WDM增加DN中的信号如图5b所示在环路上在两个方向上传输。
现已按照专利条例要求详细描述了本发明，所属领域的技术人员将认识到对本文所揭示的特定实施例的修改和替代。这种修改在所附权利要求书所界定的本发明的范围和意图内。
权利要求
1.一种无源光网络(PON)，其包括交换局，其具有两个市内交换局节点(LEON)，其中每一LEON具有用于在下游方向上传输M个波长的第一波分多路复用器(WDM)，和用于在上游方向上接收M个波长的第二WDM；光纤环路，其包括光纤对，其中一条光纤连接到每一LEON中的所述第一WDM，且第二光纤连接到每一LEON中的所述第二WDM；M个分配节点(DN)，其每一者均具有连接到所述光纤环路对的增/减(AD/DR)WDM、连接到所述AD/DR WDM以放大下游信号的第一电光电(OEO)中继器、连接到所述AD/DR WDM以放大上游信号的第二OEO、连接到所述第一和第二OEO以对所述上游和下游信号进行多路复用的两信道WDM和连接到所述两信道WDM的1×N光耦合器；和N个客户节点，其连接到所述耦合器的引线。
2.根据权利要求1所述的无源光网络，其中每一DN中的所述AD/DR WDM分出选定波长，以允许连接的客户节点在所述波长中的各自一者上进行接收。
3.根据权利要求1所述的无源光网络，其中每一DN中的所述AD/DR WDM增加所述选定波长，以用于在所述光纤环路上在两个方向上进行传输。
4.根据权利要求1所述的无源光网络，其中所述第一LEON在传输中是现用的，且所述第二LEON是备用的，直到检测到所述光纤环路中的断裂，此时所述第二LEON开始传输。
全文摘要
本发明提供一种无源光网络(PON)，其通过采用波分多路复用器(WDM)元件结合一对市内交换局节点与客户节点中间的分配节点(DN)处的光耦合器而具有中继线保护。所述市内交换局节点(LEON)通过WDM在光纤环路对上发射和接收信号，其中一个LEON是现用的，且一个LEON是备用的，直到发生故障或电缆中断为止。每一DN用AD/DRWDM从下游环路中分出一个波长，且在通过所述AD/DRWDM插入上游环路上之前，采用光电光(OEO)中继器来放大下游信号且采用OEO来放大上游信号。所述DN并入有第二WDM以用于对来自和进入所述OEO的信号进行多路复用，且通过光耦合器连接到多个用户节点。
文档编号H04J14/00GK101040472SQ200580035024
公开日2007年9月19日 申请日期2005年10月5日 优先权日2004年10月14日
发明者黄晓庆, 郭哲诚, 狄天麟, 高黎明 申请人:Ut斯达康公司