专利名称：波分复用无源光网络实现下行波长共享的系统和方法
技术领域：
本发明涉及光通信领域，具体是涉及一种可实现下行方向波长共享的基于光电压
转换和波长路径重构的波分复用无源光网络系统和方法。
背景技术：
波分复用无源光网络因其独有的信息安全性好，带宽资源极为丰富等优势而被业 界广泛认为是下一代超宽带接入网的演进方向。现今的波分复用无源光网络系统多采用每 个ONU对应于一个波长的静态分配方式，由于单波长激光器的成本过高，该分配方式将不 仅导致用户平均成本上升，而且使得系统中波长资源的利用率较低。波长共享的波分复用 无源光网络不为每个0NU分配对应波长，而是所有0NU共享一定数量的波长资源，波长共 享方式的引入将降低用户平均成本，提升波长资源的利用率并缓解未来波段资源紧张的压 力。因此，本发明将在波分复用无源光网络大量普及的过程中起到关键作用。
目前，在波分复用无源光网络中实现波长共享的方法多应用于上行方向，即用户 端至中央局的方向。该思路沿袭自以太网无源光网络，并不适用于波分复用无源光网络。这 是由于在波分复用无源光网络中，下行方向传输的信息量往往是上行方向的十倍。因此，在 下行方向实现波分复用无源光网络的波长共享更具现实意义。此外，目前提出的波长共享 系统采用波导阵列光栅作为远端结点处的核心分配设备，然而AWG的输出端口是固定的， 因此很难实现各下行波长的自由共享。在远端结点处配置多个波长转换器虽可以解决波长 共享的问题，但成本过高，违背了波长共享方式降低系统成本的初衷。以上问题的存在增加 了低成本波分复用无源光网络下行方向波长共享的实现难度。
发明内容
本发明的目的在于克服上述论述中已有技术的缺点而提供一种波分复用无源光 网络实现下行方向波长共享的系统和方法。本发明的构思是为了达到上述目的，系统不为 每一个光网络单元分配特定的波长用于数据传输，而是所有光网络单元共享一定数量的波 长资源。系统采用光网络单元发出申请，光线路终端按照特定的波长共享协议分配波长的 方式实现下行方向波长共享。通过以上方式减少光线路终端中光发射机及其储备发射机的 数目，从而克服现有波分复用无源光网络资源利用率低以及用户平均成本高等问题。
根据上述发明构思，本发明应用如下技术方案 —种波分复用无源光网络实现下行方向波长共享的系统，由光线路终端与远端结 点通过馈送光纤相连接，以及远端结点和光网络单元通过分布光纤连接而构成。其特征在 于光线路终端由n个固定接收机， 一个第一波导光栅路由器， 一个波带解复用器，n个动态 可调接收机， 一个高功率激光器， 一个波带复用器， 一个中央调度器以及一个多频激光器所 组成，n为大于2的自然数。其中，n个固定接收机分别与第一波导光栅路由器的l-n端口 相连接，n个动态可调接收机则分别与第一波导光栅路由器的2*-(!1+1)*端口相连接。中央 调度器与n个固定接收机阵列底部以及多频激光器同时相连接。波带解复用器的l端口
4与第一波导光栅路由器的r端口相连接，波带解复用器的2端口与第一波导光栅路由器的
n+1端口相连接。波带复用器的1端口与高功率激光器相连接，而波带复用器的2端口与多 频激光器的右端相连接。光线路终端通过其中波带解复用器的3端口以及波带复用器的3 端口与远端结点实现连接。 上述远端结点由一个波带复用器， 一个波带解复用器， 一个阵列波导光栅， 一个光 电压转换器， 一个开关驱动电路， 一个第二波导光栅路由器， 一个n*n端口的光开关以及n 个与光网络单元一一对应的双波段解复用器所构成。远端节点通过位于其中的波带复用器 的1端口以及波带解复用器的1端口分别实现与光线路终端中波带解复用器的3端口以及 波带复用器的3端口相连接。同时，远端结点通过其中的光开关以及n个双波段解复用器 实现与n个光网络单元的分别连接。 上述光网络单元0NU均具有相同的配置，分别由一个发光二极管， 一个耦合器，一 个光环行器， 一个反射式半导体光放大器， 一个3dB功率分割器以及一个动态可调接收机 所构成。其中，发光二极管与耦合器相连接，而光环行器与耦合器、反射式半导体光放大器 以及3dB功率分割器分别连接。动态可调接收机与3dB功率分割器相连接。各个0NU通过 其中的耦合器与远端结点中的双波段解复用器对应连接，同时，各个0NU也通过3dB功率分 割器与远端结点中光开关的1*1*端口分别相连。 —种波分复用无源光网络实现下行方向波长共享的方法，采用上述系统进行波长 资源的共享，其特征在于当需要进行波长资源申请时，各个光网络单元通过其中的L波段 发光二极管加载上行波长申请信息，通过远端结点处的阵列波导光栅进行频谱分割后，不 同光网络单元的波长申请信号合路到馈送光纤中传送至光线路终端。各个光网络单元的波 长申请信号经过第一波导光栅路由器解复用后，由第一波导光栅路由器左端的固定接收机 阵列对各个光网络单元的波长申请信息分别进行接收。 光线路终端处的中央调度器将汇总并分析接收到的波长申请信息，后根据预先设 定的波长共享协议动态控制多频激光器的输出，以满足光网络单元对波长的实际需求。多 频激光器输出的多波长C波段下行信号传送至远端结点，由第二波导光栅路由器进行解复 用。解复用后的不同波长下行信号依次输入到光开关左端对应的固定端口。该二维光开关 中配置了^n个微反射镜，有n个输入端口和n个输出端口。通过动态控制各个微镜的开 关状态可以实现任意输入波长从任意输出端口进行输出。不同波长的下行光信号经光开关 选路后，可通过1*1*端口到达对应的提出波长申请的0冊处。为了在此处保持远端节点的 无源的特性以及为光开关供应电能，系统在光线路终端中应用了一个波长为1480nm的高 功率激光器。该激光器发出的波长信号和多频激光器输出的多波长信号在光线路终端中由 一个波带复用器进行复用，经馈送光纤传输至远端节点处后由远端节点中的波带解复用器 进行解复用。该大功率激光器发出的光信号所携带的能量由光电压转换器转变为电能，开 关驱动电路利用转换后的电能控制光开关的工作。需要指出的是，只有在波长从一个光网 络单元调度给另一个光网络单元的瞬间需要电能，而在波长连接和服务时对应微镜状态将 保持不变。这样除去波长路径重构的瞬间，远端节点将维持在无源状态。
当下行波长信号到达光网络单元时，光网络单元中的3dB功率分割器将把下行信 号的功率平均分为两部分一部分由其中的动态可调接收机进行接收；另一部分通过光环 行器到达反射式半导体光放大器。此处，光网络单元中的光源采用光环回方式，反射式半导
5体光放大器在下行信号预留的空白部分调制上行数据信息，这些上行数据信息传输至远端 结点并由其中的第二波导光栅路由器进行复用。为了减少系统中馈送光纤的数量从而使得 该系统更符合实际情况，在远端节点处，C波段的上行数据信号和L波段的上行波长申请信 号将由一个波带复用器进行复用。复用后的两个波带的信号经20km的馈送光纤传输至光 线路终端，经其中的波带解复用器进行不同波带的解复用后，C波段的上行数据信号经第一 波导光栅路由器解复用，并由其右侧的动态可调接收机阵列进行接收。当光网络单元通信 结束需要进行波长释放时，将同样通过发光二极管加载上行波长释放信息。光线路终端收 到波长释放信息后，中央调度器将停止多频激光器中对应波长的发射从而完成整个的"申 请——连接——释放"通信过程。释放后的波长将为排队等待服务的下一个ONU所分配进 而实现波长的循环共享。 与现有技术相比，本发明的独特优势和显著性特色在于(1)通过对光网络单元、 远端结点以及光线路终端的有效配置，真正实现了所有ONU在下行方向的波长共享以及波 长路径重构；(2)通过在光线路终端处配置高功率激光器以及在远端结点处配置光电压转 换器和开关驱动电路的方式，既解决了远端结点中光开关的供电问题，又保持了远端结点 以及整个网络的无源特性；(3)通过在光线路终端和远端结点中分别配置两对波带复用器 和波带解复用器，系统中的馈线光纤数目可降至两根，从而降低了系统构建成本，使之更加 符合实际需要。
图1为本发明波分复用无源光网络实现下行方向波长共享系统的框图。
具体实施例方式结合
，本发明的优选实施例如下(包含器件编号) 实施例一 波分复用无源光网络实现下行方向波长共享的系统，包括1个光线路 终端(22) ， 1个远端结点(23)和32个光网络单元(24)三部分(n = 32)。光线路终端(22) 由32个固定接收机(9)，l个第一波导光栅路由器(8)，l个波带解复用器(7)，32个动态可 调接收机(18) ， 1个高功率激光器(19) ， 1个波带复用器(5) ， 1个中央调度器(10)以及一 个多频激光器(11)相互连接组成。远端结点(23)由l个波带复用器(5)，l个波带解复用 器(7) ， 1个阵列波导光栅(4) ， 1个光电压转换器(20) ， 1个开关驱动电路(21) ， 1个第二波 导光栅路由器(12)，1个32*32端口的光开关(13)以及32个双波段解复用器(3)组成。光 网络单元(24)由1个发光二极管(1) ， 1个耦合器(2) ， 1个光环行器(16) ， 1个反射式半导 体光放大器(17) ， 1个3dB功率分割器(14)以及1个动态可调接收机(15)组成。光线路 终端(22)中波带解复用器(7)的3端口和波带复用器(5)的3端口分别通过2根20公里 的馈送光纤(6)实现与远端结点(23)中波带复用器(5)的1端口和波带解复用器(7)的 1端口相连接；远端结点(23)中的32个双波段解复用器(3)以及光开关(13)的1*_32*输 出端口分别实现与32个光网络单元(24)中的耦合器(2)和光环行器(16)相连接。以上 连接构成如图l所示的系统。 实施例二 采用上述系统，实现网络下行方向波长共享的具体方法当光网络单 元(24)需要进行下行波长共享时，将通过其中的L波段发光二极管(1)加载上行波长申请信息，不同光网络单元的波长申请信息通过远端结点(23)处的阵列波导光栅(4)进行频谱 分割后，合路到馈送光纤(6)中传送至光线路终端(22)。各个光网络单元(24)的波长申 请信号经过第一波导光栅路由器(8)解复用后，由第一波导光栅路由器左端的固定接收机 阵列(9)分别进行接收。光线路终端处的中央调度器(10)将汇总并分析接收到的波长申 请信息，后根据预先设定的波长共享协议动态控制多频激光器(11)的输出，以满足光网络 单元对波长的实际需求。多频激光器输出的多波长C波段下行信号传送至远端结点(23)， 由第二波导光栅路由器(12)进行解复用。解复用后的不同波长下行信号依次输入到光开 关(13)左端对应的固定端口。下行波长经过光开关内部的波长路径转换后，由光开关下 方的1*_32*端口动态输出。当下行波长到达光网络单元时，光网络单元中的3dB功率分割 器(14)将把下行波长信号的功率平均分为两部分一部分由光网络单元中的动态可调接 收机(15)进行接收；另一部分通过光环行器(16)到达反射式半导体光放大器(17)。反射 式半导体光放大器将加载光网络单元需要传输的上行信息，这些上行数据仍旧处于原下行 波长上。各个光网络单元的上行信息传输至远端结点(23)并由其中的第二波导光栅路由 器(12)进行复用。复用后的上行数据信息传输至光线路终端(22)中第一波导光栅路由器 (8)的33端口处，经该波导光栅路由器解复用后，由第一波导光栅路由器右端的32个动态 可调接收机(18)分别进行接收。
权利要求
一种波分复用无源光网络实现下行方向波长共享的系统，由光线路终端(22)与远端结点(23)通过馈送光纤(6)相连接，以及远端结点(23)和光网络单元(24)通过分布光纤连接而构成，其特征在于a.所述光线路终端(22)由n个固定接收机(9)、1个第一波导光栅路由器(8)、1个第一波带解复用器(7)、n个动态可调接收机(18)、1个高功率激光器(19)、1个第一波带复用器(5)、1个中央调度器(10)以及一个多频激光器(11)构成，n为大于2的自然数。其中，n个固定接收机(9)分别与第一波导光栅路由器(8)的1-n端口相连接，n个动态可调接收机(18)则分别与第一波导光栅路由器(8)的2*-(n+1)*端口相连接；中央调度器(10)与n个固定接收机(9)阵列底部以及多频激光器(11)同时相连接；第一波带解复用器(7)的1端口与第一波导光栅路由器(8)的1*端口相连接，第一波带解复用器(7)的2端口与第一波导光栅路由器的(n+1)端口相连接；第一波带复用器(5)的1端口与高功率激光器(19)相连接，而第一波带复用器(5)的2端口与多频激光器(11)的右端相连接；光线路终端(22)通过其中第一波带解复用器(7)的3端口以及波带复用器(5)的3端口与远端结点(23)实现连接；b.所述远端结点(23)由1个第二波带复用器(26)，1个第二波带解复用器(25)，1个阵列波导光栅(4)，1个光电压转换器(20)，1个开关驱动电路(21)，1个第二波导光栅路由器(12)，1个n*n端口的光开关(13)以及n个双波段解复用器(3)组成；远端节点(23)通过位于其中的第二波带复用器(26)的1端口以及第二波带解复用器(25)的1端口分别实现与光线路终端(22)中第二波带解复用器(25)的3端口以及第二波带复用器(26)的3端口相连接；同时，远端结点(23)通过其中的光开关(13)以及n个双波段解复用器(3)实现与n个光网络单元(24)的分别连接；c.每一个光网络单元(24)均由1个发光二极管(1)，1个耦合器(2)，1个光环行器(16)，1个反射式半导体光放大器(17)，1个3dB功率分割器(14)以及1个动态可调接收机(15)组成；其中，发光二极管(1)与耦合器(2)相连接，而光环行器(16)与耦合器(2)、反射式半导体光放大器(17)以及3dB功率分割器(14)分别连接；动态可调接收机(15)与3dB功率分割器(14)相连接；各个光网络单元(24)通过其中的耦合器(2)与远端结点(23)中的双波段解复用器(3)对应连接，同时，各个光网络单元(24)也通过3dB功率分割器(14)与远端结点中光开关(13)的1*-n*端口分别相连。
2. —种波分复用无源光网络实现下行方向波长共享的方法，采用权利要求1所述的波 分复用无源光网络实现下行方向波长共享的系统进行波长下行方向共享，其特征在于当 光网络单元(24)需要进行下行波长共享时，将通过其中的L波段发光二极管(1)加载上行 波长申请信息，不同光网络单元的波长申请信息通过远端结点(23)处的阵列波导光栅(4) 进行频谱分割后，合路到馈送光纤(6)中传送至光线路终端(22);各个光网络单元(24)的 波长申请信号经过第一波导光栅路由器(8)解复用后，由第一波导光栅路由器左端的固定 接收机阵列(9)分别进行接收；光线路终端处的中央调度器(10)将汇总并分析接收到的波 长申请信息，后根据预先设定的波长共享协议动态控制多频激光器(11)的输出，以满足光 网络单元对波长的实际需求；多频激光器输出的多波长C波段下行信号传送至远端结点， 由第二波导光栅路由器(12)进行解复用；解复用后的不同波长下行信号依次输入到光开 关(13)左端对应的固定端口 ；下行波长经过光开关内部的波长路径转换后，由光开关下方的1*1*端口动态输出；当下行波长到达光网络单元时，光网络单元中的3dB功率分割器 (14)将把下行波长信号的功率平均分为两部分一部分由光网络单元中的动态可调接收 机(15)进行接收；另一部分通过光环行器(16)到达反射式半导体光放大器(17);反射式 半导体光放大器将加载光网络单元需要传输的上行信息，这些上行数据仍旧处于原下行波 长上；各个光网络单元的上行信息传输至远端结点(23)并由其中的第二波导光栅路由器 (12)进行复用；复用后的上行数据信息传输至光线路终端(22)中第一波导光栅路由器(8) 的n+l端口处，经该波导光栅路由器解复用后，由第一波导光栅路由器右端的n个动态可调 接收机(18)分别进行接收。
全文摘要
本发明涉及一种波分复用无源光网络实现下行波长共享的系统及方法，本系统采用1个光线路终端连接1个远端结点，而1个远端结点连接n个光网络单元的方式组成，n为大于2的自然数。其中光线路终端和远端结点中应用的高功率激光器，光电压转换器，开关驱动电路以及光开关等器件不仅实现了下行方向波长的共享，而且保持了网络无源的优良特性。基于上述系统，本发明应用“申请-调度”共享模式实现下行方向光网络单元的波长共享。本发明具有波长路径可按需重构，波长资源利用率高以及建网成本低等特点。
文档编号H04Q11/00GK101729943SQ20091019955
公开日2010年6月9日 申请日期2009年11月26日 优先权日2009年11月26日
发明者周杨, 张锋, 朱龙, 甘朝钦, 石磊 申请人:上海大学