专利名称：光学传输系统的制作方法
光学传输系统
本发明涉及一种按权利要求1的前序部分腿的光学传输系统。
在光学网络中，按照SONET或者SDH推荐标准实施的广域网 (Weitverkehrsnetz)(核心网)与访问或者接入网(Access-Netz)之间存在着 区别。接入网被实施为所谓的无源光学网络(PON， Passive Optische Netz)， 其中娜传输在第一 "波长信道"内按照特定的PON协i规行。在"下行方 向"上，以时分多路复用广播模式从大多称为"光线路终端(Optical Line Terminal) OLT"的中心向所连接的多个单独编址的光学网络终端(ONU/ONT) 进行传输。"上行"时，网络终端(ONU/ONT)分享第二波长信道，以便同样 以时分多路复用运行方式以突发或者单元式地向中心发送数据。在中心与网络 终端之间的称为"带宽"的传输容量可以被改变。称为有效载荷的有效数据例 如以"异步传输模式"(ATM, Asynchronus Transfer Mode)或者出于成本原因 按照以太网推荐标准被传输。以太网PON的主要优点在于避免复杂并因此昂 贵的ATM或者SONET元件。对这种网络的开发在Geny Pesavento Senior和 MarkKelsey, Allopticlnc, Livermore, CA 94550的文章"Gigabit Ethernet Passive Optical Networks"中得以描述。
在ITU推荐标准G984中确定为GPON的用于更高 速率的这种系统 的进一步开发和称为"Super PON"的较新开发在2000年2月的IEEE Communications Magazine的第74 — 82页在标题"The SuperPON Demonstrator: An Exploration of Possible Evolution Path for Optical Access Networks"下被i^iE。 开发的目标是，既扩展这种接入网的范围，又增大可能的用户端子的数量。通 过以下方式实现简化，即将所谓的接入节点"窄带交换机(Narrow Band Switch)"从接入区鹏移到核心网(
图1、图2)。但接入区域臓具铺源(放 大的(amplified))分配器装置，以便给光学网络终端(ONT/ONO)供应足够 的光学功率。
这里所述的网络因此另夕卜具有以下缺点在接入区域内仍然需要光学再生 器Optical Repeater Unit (ORU)(光学转发器单元)；在那里所使用的再生器可
以作为有源元件来维护。作用范围对较大的网络结构在城域区域内太小并处在
纯无源区域内(在图2中用Drop (10km)来说明)。
因此，本发明的任务在于，iif共一种具有大的作用范围和简单结构的光学
传输系统。
这种系统在权利要求1中予以说明。
本发明的有利^4在/AM权利要求中予以说明。
在这种传输系统中，在城域区域(Metro-Bereich)与接入区^KE核心 网和接A^接之间进行区分。在城域区域与接入区域之间的交点中使用具有再 生器和/或者波长变换器的城職^ff。戶腿m^接體包括下行和上行方 向的再生器(放大器)，由此显著地增加管理和交换中心与网络终端之间的作
用范围。
仅在直至城域连皿置的城域区域内还需要供电。因为仅在该区域内存在 有源部件，所以维护工作实际上同样限制于该区域。而城il^接点与光学网络 终端(ONU/ONT)之间的接入连接以纯无源的方式来实施并因此实际上不需 要维护。
在城域区域内，传输合理地以波长多路OT运行方式进行，使得可以传送 多个接A^接的巨大的数据量。管理和交换中心将重要装置集中在点上，使得 也可以毫无问题i,行扩展。同样从该中心出，行监控。
城域区域 地被实施为环形网络，因为这样以最小耗费达到最佳的面积 覆盖。运行安全性可以 具有第二光纤的{娥环得到显著提高。
在所有接Aii接上，对相同的业务采用相同的波长，使得可以使用统一的 光学网络终端。
出于耗费的原因，接入区域内的传输通过仅一个光纤双向进行，其中，为
避免相互的信号干iW每个^lf方向使用不同的波长。此外，通过该光纤可以
以不同波长传输多个业务。
因为该网络具有比迄今的网络更大的范围，所以修改的PON协议调节数 据交换。
借助附图更详细iW"本发明的实施例进行说明。其中
衝i ^#^^的电路原理图2示出M^皿置，以及
图3示出传输系统的^M方案。
传输系统由具有管理和交换中心ZEN的城域核心网(Metro-Kernnetz)MET 和通向光学网络终端ONUs的多个接Aii接^M。管理和交换中心ZEN在功 能上可以例如与扩展的光线路终端(OLT)对比。数据传输按照PON协议在 管理和交换中心ZEN与网络终端ONUs之间双向进行。
城域核心网MET在图1中作为具有两^t纤Fl、 F2的双向环形网络来
实施。该城域核心网同样可以作为具有一个光纤的双向环形网络或者作为具有
一个或者两个光纤的单向环形网络来构成。但它同样也可以是交织的 Oemiascht)网o
在按照图1的M网MET中，在管理和交换中心ZEN直至不同的, 连接装置(Metro-Anschlusseinrichtung) MAPI - MAP3之间双向地以波长多路 复用运行方式传输数据。在城域核心网中的传输在这种情况下可以双向M过
一个光纤或者例如对于每个传输方向分开地M两个光乡ra行。第二光纤的使
用非常有助于提高运行可靠性，因为在干扰情况下在管理和交换中心ZEN与 每个城^S^SMAP1 - MAP4之间的运行可以iia公知的等效电路方&f呆持。
在城域核心网MET的城,^g MAPI - MAP3与光学网络终端ONUs (Optical Network Unit (光学网络单元)ONU或者Optical Network Terminal (光 学网络终端)ONT)之间分别存在纯无源光学"接A^接(Access-Verbindung)", 娜同样双向i魁5由纯无源光学"接Aii接"来传输。第一接A3^接AC1通 ilii接在城^接，MAPl上的接入光波导FIl和无源分配器SP1实现，在 其其他端子上连接多个光学网络终端ONUs。其他接A5^接AC2-AC4相应地 被粒。然而，通过分配器(Splitter) SP1、 SP2、…根据分酉己比例来M^、可供 分别戶，接的网络终端ONUs使用的接收功率。目前力求约1: 100的分配比 例，由此在城鹏接驢中设置相应的强功率激光器微大器并且必要时必须 采取防止非线性干扰 她的措施。大多在光电转换之后，在网络终端ONUs上 连接用户设备。
4 1系统如此被设计，使^gA^接ACl-AC4 (在图1中仅部分,出) 不包括有源元件。仅城,接装置MAP和网络终端ONUs需要有源元件并因 此需要电能。其余的传输系统、即城敏亥心网雌地也如此被设计，使得在城
,接，MAP与管理和交换中心ZEN之间不需要放大器。在这里，当然在 使用两个光纤的情况下等效电路也是可能的。
在下行方向(从管理和交换中心ZEN MAP到连接在
其上的网络终端ONUs)上，数据的传输以广播时分多路OT运行方式按照对 无源光学网络适用的ITU推荐标准或按照修改的推荐标准分别以下行脉冲帧进 行。这种多路复用信号这里应该称为城域下行信号。从管理和交换中心ZEN 通过城域核心网MET的第一光乡卜般以不同的波长;j)l、 aP2、人D3、…(在 图1中括号内)向不同的城,^g MAP1、 MAP2、 MAP3、 MAP4 ， 多个城域下行信号S人D1、 SaP2、 S^D3、…。这些城域连接装置分别选择 (dr叩pen)对所连接的接入连接所属的"波长"并然后将所选择的城域下行 信号的波长变换成接入下行信号的对所有接入连接相同的波长入D。因此城域 下行信号S J)l在第一W^^S MAPI中被选择并根据波长被变换成接入 下行信号人D1。否则这些信号保持不变，使得戶/M信号作为逻辑透明的信号直 接在中央管理和交换中心ZEN与光学网络终端ONUs之间被传输。在一种关 于成本有利的变型方案中，仅放大下行信号，但 长保持。网络终端ONUs 的通过分配器连接的各个宽带接收电 受这些波长。它们通过不同的地址而 动作并选择对其确定的信息。如果在另一波段中传输附加业务，那么为所有 ONUs进行依据波长的选择，所皿择一方面包括用于在管理和交换中心ZEN 之间运行的全部波长入D1、入D2、入D3、…和另一方面包括期tt务。
在上行方向上，在光学网络终端的上述同步化之后，传输以时分多路复
用运行方式同样按照对无源光学网络适用的rru推荐标准或按照修改的rru 推荐标 行。由网络终端ONUs在分别所分配的时隙中所，的数据块或者
数据包(必要时具有^:漏洞)被组合成TDM信号并以上行脉冲帧被传输。 它们除了有效载荷(本来要传输的 )夕卜，还可以包括与信号质量、需要的 带宽、路由信息等相关的附加信息。带宽或传输容量的分配可以固定地或者选
择地动态地根据要求^^优先^M;管理和交换中心进行。
^^下行信号SxPl、 SxP2、 SjJB、…均可以被变换成相同波长 JD的接 入下行信号或者以不变的波长被传输到ONUs。而禾拥相同波长？JJ在接A^ 接上传输的全部接入上行信号人Ul、入U2、 ^U3、…必须被变换成具有不同波 长？0J1、 ？JJ2、 xU3、…的,上行信号S^U1、 SxU2、 S JJ3、…，所述城域上行信号然后M城域网MET的第二光纤F2被传输到管理和交换中心ZEN。
同样不进行上行信号的"逻辑"变换，除了波n外戶;MJ:行信号保持不变。
简短概^i也说在管理和交换中心ZEN与网络终端ONUs之间的j繊在没有 逻辑变换的情况下根据所〗OT的"PON"协iM,行。
管理和交换中心ZEN与广域网WN和/^"其他,网相连接;所有连接、 例如在不同的接Aii接AC1和AC2上戶，接的两个ONUs之间的连^M^f 述管理和交换中心ZEN运行。
M环形网络和接Ai^接可以以波长多路复用运行方式传输多个不同类型 的信号ZD^ (附加业务)，其中在图1中仅示出一个ZD^。对此也可以是广播 业务。于是，代替,i脱明的接入信号(例如XP,)，将不同波长的^31接入 连接来4彌。不同的用户设备于^iM 波长多路解飾器连接至,络终端ONUs 上。
该光学^ij系统为覆盖更大的区域而被构思，也就是说，aa城域网可以
跨接约70 km的距离并JJ1M接A^接跨皿一步的约30 km的距离或者更 大。为此在城鹏接装置MAP1、 MAP2、 MAP3中设置再生器、雌地3R 再生器，所述再生器在振幅、脉冲形式和时钟方面对所接收的信号进行再生。 在目前的现有技术中，为此在输入侧需要光电转换和在输出侧需要电光转换。 安装在管理和交换中心ZEN中的城域连接装置可以相对更简单地被构造或接 M接AC4可以直接连接在管理和交换中心上。
城職機置MAP中的波长变换器功能一般与放大功能相组合。图2示 出具有光电光变换的W^^g MAP的原理性实施形式。所接收的光学城 域下行信号(例如S人Dl) ilil光电二极管PD被变换成电信号DS1，其fflil 接收放大器VI放大。锁相环PLL用于时钟恢复(Taktriickgewinnung)。禾佣 再生的时^M言号TS在扫描装置AS中对电 信号DS进行扫描。产生所期望 的新波长的激光二极管LD对被扫描的并因此按时钟被再生的电 信号进行 调制。这样产生的下行信号人D,舰功率放大器LV錢。根据f^I率、包 括耦合器在内的传输路段以及mt和接收装置的质量，出于成本原因必要时可 以至少在下行方向上放弃3R再生并仅设置放大。
对于上行方向来说，同##在再生皿置。 一般，在上行方向上接收突发 (Burst)信号，所述突发信号具有不同的电平和不同的位相以及信号间隔
(Signalpaiise)。因此再生器装置包括模拟接收部分在内必须较耗费地来构造。 再生器/^可能完整地和无误差地再生数据突发。数据再生这里也可以利用(部 分)光学再生器来执行，其中为变换波长也可以利用非线性效应。通常需要3R 再生。在连接驢与管理和交换中心ZEN之间也可以在上行方向上禾拥二进 制信号实现无较大相位波动的点对点运行。在布置在管理和交换中心ZEN附 近的城:I^接，MAP4的情况下当然可以放弃再生。
在图3中作为替代方案示出了具有一个光纤Fl和多个城域连接装置 MAPll — MAP13的单向环形网络，其适用于单向耦合输出和耦合输入。城域 下行信号S人D1、 S人D2、 SxP3、…根据皿长在城il^接，MAP11—MAP13 中丰鹏择、放大并被转发到ONUs。在上行方向上,突发信号川l、 ^U2、人U3、… 依据波长被变换成分别与所选择的城域下行信号具有相同波长的,上行信号 S人U1、 S人U2、 S人U3、…并且被耦合输入到环内。这种实现首先看起来比在双 向环瞎况下更简单。这里出于微目的也可以设魏二光纤F2 (虚线)赫光 纤F1出于保护目的在两个方向上被运行。
权利要求
1.光学传输系统(SPON)，具有中央管理和交换装置(ZEN)，具有以波长多路复用运行方式运行的环形城域核心网(MET)，具有波长选择性的城域连接装置(MAP1、MAP2、…)，所述城域连接装置包括波长变换器和/或者数据再生器，具有在城域连接装置(MAP1、MAP2、…)与分别通过光学分配器(SP1、SP2、…)所连接的光学网络终端(ONUs)之间的双向无源光学接入连接(AC1、AC2、…)，所述光学网络终端借助PON时分多路复用方法在逻辑上直接与中央管理和交换中心(ZEN)通信，城域下行信号中的一个在城域连接装置(MAP1、MAP2、…)中分别被选择、再生并作为接入下行信号(λD1、λD2)在接入连接(AC1、AC2、…)的城域连接装置(MAP1、MAP2、…)之间在接入连接(AC1、AC2、…)上被传输到光学网络终端(ONUs)，接入上行信号(λU1、λU2)通过接入连接(AC1、AC2、…)并以相同的或者可在传输频带内选择的波长(λU、λD)被传输，接入上行信号(λU1、λU2)在城域连接装置(MAP1、MAP2、…)中被再生并根据波长被变换成城域上行信号(SλU1、SλU2、…)并且在城域核心网中被传输到管理和交换装置(ZEN)。
2. 按权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于，城域核心网 (MET)被实施为双向环形网络，其中城域下行信号(S JD1、 SAD2、…)和相应的,上行信号(SXU1、 S人U2…)以不同的波长(XD1、 ？J)2、…；XU1、 人U2、…)被偷
3. 按权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于，城域核心网 (MET)被实施为单向环形网络，其中城域下行信号(SAD1、 SAD2、…)和相应的城域上行信号(SXU1、 S人U2…)以不同的波长(XD1、 XD2、…；？iUl、 XU2、…)被鵷。
4. 按权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于，城域核心网 (MET)被构造为具有保护功能的单或者双光纤式环形网络。
5. 按权利要求1戶舰的光学传输系统，其特征在于，在所有接A3I接 (AC1、 AC2、…)上在光学网络终端(ONUs)与城域连接装置(MAPKMAP2、…)之间以统一的波长au、 XD)传输接入上行信号aui、 MJ2) 和/或者接入下行信号(肌XDl)o
6. 按权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于，城域连接装置 (MAP1、 MAP2、…)具有用于分配给多个不同业务(ZD)的信号的波长转换器，所述信号在城域网(MET)中通过分别不同的波长(ZX1; ZX2、) 并且通过接入连接(AC1、 AC2、…)分别作为具有在所有接入连接(AC1、 AC2、…)情况下相同波长的信号(XZD1; AZD2、…)以波长多路复用运行 方式来传输。
7. 按权利要求2所述的光学传输系统，其特征在于，城域连接装置 (MAPI)与分配器(SP1)之间的接A3Sti!过唯一的光导纤维(FIl)实现，通过,脱光导纤乡叙又向传输信号。
8. 按权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于，城域核心网 (MET)作为环形网或者作为交织的网来构造，并且在城域网内的^^户连接可利用第二光导纤维(F2)接到城,接装置(MAP)上。
9. 按权利要求1戶腿的光学传输系统，其特征在于，管理和交换中心 (ZEN)与城域连接装置(MAP1、 MAP2、…)通过至少一个光纤(Fl)在无中间放大器的情况下直^接。
10. 按权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于，城域连接装置 (MAP1、 MAP2、…)与网络终端(ONUs)之间的接A3^接(AC1、 AC2、…)没有需要电能的有源元件。
全文摘要
光学传输系统包括以波长多路复用运行方式运行的城域核心网(MET)，通向经由无源光学分配器(SPL)所连接的光学网络终端(ONU)的接入连接(AC1、AC2、…)通过城域连接装置(MAP)连接在所述城域核心网上。城域连接装置(MAP)包括再生器和波长变换器，使得在网络终端(ONU)与管理和交换中心(ZEN)之间进行数据再生。由此可以跨接约100千米的距离。
文档编号H04L12/42GK101189836SQ200680007375
公开日2008年5月28日 申请日期2006年3月6日 优先权日2005年3月8日
发明者A·迪克曼, S·比尔, T·纳格尔 申请人:诺基亚西门子通信有限责任两合公司