专利名称：波分复用无源光网络实现容量增倍的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种波分复用无源光网络，具体是涉及一种可实现系统容量增倍的外 注入锁定式的波分复用无源光网络WDM-PON的系统和方法。
背景技术：
波分复用无源光网络融合了波分复用技术和光接入网各自的技术特点，为每个 ONU分配独有的波长进行上/下行数据传输，具有信息安全性好，传输带宽高、覆盖范围大 以及系统故障容易定位等独特优势，是光纤到户的最佳选择。但是由于系统波长资源的有 限以及波分复用无源光网络中采用光环回技术容易引起串扰问题，因此，本发明将在波分 复用无源光网络WDM-PON系统中有着非常重要的作用。在常规的基于光回环技术的WDM-PON中，可以利用不同波段来实现同一网络中系 统容量的增加，然而由于上下行信号使用相同波长而引起波长串扰、瑞利散射等问题使得 信号的质量下降；也可以利用不同波段交互式重调制的方法在减小瑞利散射的基础上增加 系统容量，但是其上下行信号容易受下行消光比的影响。利用频谱分割后再外注入锁定技术的WDM-PON方案兼顾成本和性能两个方面成 为WDM-PON研究的主要类型，对能够使系统容量增倍的WDM-PON可以利用该方案，通过宽带 光源位置的合理安排和不同波段光载波的交互式使用来实现。本发明就是借鉴于该技术， 通过对宽带光源位置的合理安排，在远端节点增加一些光无源器件来实现两个波段不同上 下行波长信号的传输，使系统容量增倍，同时提高了信号的传输性能。
发明内容
本发明的目的在于针对上述论述中已有技术的缺陷，提供一种波分复用无源光网 络实现容量增倍的系统和方法。为了达到上述目的，本发明的构思是在距离光网络单元组较近的位置设置一个 包含C和L两个波段的连续波超连续(CW supercontinuum)宽带光源使其服务于上行信号， 并通过多个无源器件的有机结合引入一种新的远端节点结构，通过这种服务型宽带光源和 远端节点结构配置使新的WDM-PON系统能够克服已有方法实现系统扩容带来的系统性能 下降等问题。根据上述发明构思，本发明应用如下技术方案一种波分复用无源光网络实现容量增倍的系统，由光线路终端OLT通过馈线光纤连接远端节点RN，以及远端结点RN和光网络单元ONU通过分布光纤连接而构成。其特征在 于1)共有2η个光网络单元0NU，分成具有相同光网络单元数目的上光网络单元ONU组和 下光网络单元ONU组两组；在距离光网络单元组较近的位置设置一个包含C和L两个波段 的连续波超连续宽带光源，通过第二分布光纤连接一个第五粗波分复用器CWDM，利用第五 粗波分复用器CWDM将宽带光源分割成两个波段，从而用于各个光网络单元ONU组的上行波 长；两个光网络单元ONU组上下行信号所用的波段恰好相反，彼此之间没有影响；2)所述远端节点RN分别连接上下两个光网络单元ONU组，实现对两个光网络单元ONU组不同波段下 行信号的分离，上行分割种子光的注入以及上行信号的合路。上述两个光网络单元ONU组附近有一个连续波超连续宽带光源作为服务型宽带 光源为两个光网络单元ONU组的上行信号提供不同波段的波长，其中该服务型宽带光源到 远端节点RN的距离与用户端光网络单元ONU到远端节点RN的距离相同，宽带光源通过第 二分布光纤与远端节点RN相连；两个光网络单元ONU组中对应的用户端光网络单元ONU均 由1个第三粗波分复用器、1个接收机和1个反射型半导体放大器RSOA构成；其中，第三粗 波分复用器的复用端通过第一分布光纤与远端节点RN中的阵列波导光栅相连，解复用端 分别与接收机和反射型半导体RSOA相连。上述远端节点由1个第二光环形器、2个第三光环形器、1个第一粗波分复用器、2 个第二粗波分复用器、1个第四粗波分复用器、1个所述第五粗波分复用器和2个阵列波导 光栅组成；其中2个阵列波导光栅右边端口 1至η通过第一分布光纤分别与其对应的两个 光网络单元ONU组相连，左边端口分别与2个第三光环形器相连；而2个第三光环形器的另 外两个端口相应的分别连接至第四粗波分复用器的上下两个端口与2个第二粗波分复用 器，其中上面的第二粗波分复用器的左端口和下端口分别与第一粗波分复用器的上端解复 用端口和第五粗波分复用器的上端解复用端口相连；下面的第二粗波分复用器的左端口和 上端口分别与第一粗波分复用器的下端解复用端口和第五粗波分复用器的下端解复用端 口相连。第四粗波分复用器和第一粗波分复用器的复用端口分别连接至第二光环形器的两 个端口，而第二光环形器的另外一个端口通过馈线光纤与光线路终端OLT相连。一种波分复用无源光网络实现容量增倍的方法，采用上述系统来实现容量的增 倍，其特征在于在下行方向上，光线路终端OLT中具有C和L两个不同波段的发射机共发 射出的2η个波长的下行信号，经过阵列波导光栅复用后，总的下行复用信号经过第一光环 形器进入馈线光纤；信号进入远端节点RN后，经第二环行器进入第一粗波分复用器将C和 L两个波段的下行信号分离，分离后的L和C两个波段的下行复用信号分别通过上下2个第 二粗波分复用器和第三光环形器送入2个阵列波导光栅进行下行信号的解复用，最终下行 信号发送至各个光网络单元的接收机中接收。在上行方向上，首先用户端附近设置的包含C 和L波段的宽带光源经第五粗波分复用器将两个波段分开来，分离的C和L波段的宽带光 载波分别通过第二粗波分复用器分别与前述分离后的L和C两个波段的下行信号相复用。 对于上面光网络单元ONU组，C波段宽带光载波通过上面的第三光环形器后进入上面的阵 列波导光栅进行宽带光的频谱分割，分割后的窄带光谱C/至C/作为种子光通过第一分 布光纤分别注入各个光网络单元的反射型半导体放大器RSOA中，从而加载和放大上行信 号，然后各个光网络单元的上行信号分别送至远端节点RN的阵列波导光栅中进行复用，复 用后的上行信号通过第三光环形器在第四粗波分复用器处与下面光网络单元ONU组处于L 波段的上行复用信号(与上面光网络单元组以同样的方式实现)复用合路，最后所有上行 信号依次通过馈线光纤、第一光环形器及光线路终端OLT中的阵列波导光栅送入相应的接 收机阵列中，从而完成上行信号的接收。与现有技术相比，本发明的独特优势和显著性特色在于(1)通过在用户端光网络单元ONU附近设置一个服务型宽带光源，将其用于两个不同波段上行信号的光载波，提 供的光载波因经历较低的衰减和损耗可使上行信号的性能提高；(2)通过在远端节点RN增加少量的诸如粗波分复用器和光环形器等无源器件，进而与上述提供上行信号光载波的宽带光源的设置相结合，可使网络所支持的光网络单元ONU数目增倍；(3)通过两个不同波段 的交叉使用，提高了系统的波长利用率，在有限波长资源的条件下增加了系统的容量；(4) 网络对于器件的要求较低，使网络易于实施。
图1为本发明一个实施例证波分复用无源光网络实现系统容量增倍的系统模块 框图。图2为图1例证的波分复用无源光网络系统远端节点RN及光网络单元ONU内部 结构的示意图。
具体实施例方式本发明的优选实施例结合附图详述如下实施例一参见图1，本波分复用无源光网络实现容量增倍的系统由光线路终端 OLT 1中的2个发射机阵列2、3、2个阵列波导光栅4、8、2个接收机阵列6、7、1个光环形器 5，1个远端节点RN 10，1个服务型宽带光源24和2个光网络单元ONU组22、23构成。光线 路终端OLT 1与远端节点RN 10之间通过20km馈线光纤9连接，2个光网络单元ONU组中 的ONU通过2km第一分布光纤20、21与远端节点RN 10连接；而服务型宽带光源24也通过 2km第二分布光纤33与远端节点RN 10连接，通过频谱分割技术为上行信号提供种子光。 系统中两个光网络单元ONU组22、23上下行信号所用的波段恰好相反，彼此之间没有影响。 远端节点RN 10可以实现对两个光网络单元ONU组不同波段下行信号的分离，上行分割种 子光的注入以及上行信号的合路。实施例二 本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下参见图2，图1系统中的 远端节点10由1个第二光环形器11、2个第三光环形器12、13、1个第一粗波分复用器14、 2个第二粗波分复用器15、16、1个第四粗波分复用器17、1个第五粗波分复用器33和2个 阵列波导光栅18、19组成。第一粗波分复用器将L和C两个波段的下行信号分离开，并传 送至相应的光网络单元31、32。2个光网络单元组22、23中对应的光网络单元ONU均由1 个第三粗波分复用器25、26、1个接收机27、29和1个反射型半导体放大器RSOA 28,30构 成。其中，第三粗波分复用器25、26的复用端通过第一分布光纤20、21相应的与远端节点 RN 10中的阵列波导光栅18、19相连，不同波段的解复用端分别与接收机27、29和反射型 半导体RSOA 28、30相连。实施例三采用上述图1和图2所示系统，本波分复用无源光网络实现系统容量增 倍的具体方法为通信时，光线路终端OLT 1发出的两个波段下行信号传至远端节点RN 10 后，经第二光环形器11到达第一粗波分复用器14，第一粗波分复用器14将L和C两个波段 的下行信号分离开，相应的与服务型宽带光源24通过第五粗波分复用器33分离开的C和 L两个波段宽带光谱复用。远端节点RN 10中阵列波导光栅18、19的作用是解复用下行信 号以及对宽带上行光谱进行频谱分割，因此这里以上面一个光网络单元ONU组22为例，复 用后的L波段下行信号经解复用后送至各个光网络单元ONU 31的接收机27中接收；而C 波段的宽带光谱经过频谱分割后的窄带光谱C/至Cn'作为种子光通过第一分布光纤20分别注入各个光网络单元ONU 31的反射型半导体放大器RSOA 28中，从而加载和放大上行信号，然后各个光网络单元ONU 31的上行信号分别送至远端节点RN 10的阵列波导光栅 18中进行复用，复用后的上行信号通过第三光环形器12在第四粗波分复用器17处与下面 光网络单元ONU组23处于L波段的上行复用信号(与上面光网络单元ONU组以同样的方 式实现)复用合路，最后所有上行信号依次通过馈线光纤9、第一光环形器5及光线路终端 OLT 1中的阵列波导光栅8送入相应的接收机阵列6、7中，从而完成上行信号的接收。
通过这种方式，使得不同ONU的上行和下行信号可所采用的波长相同，同一 ONU的 上行和下行信号所采用的波长不同。可见，本系统可以在波长资源有限的条件下，利用C和 L两个不同波段，使得所有波长均能同时承载上下行信号，使系统能够支持的光网络单元数 量增加，从而增加了系统容量，同时实验证明通过服务于上行信号的宽带光源的设置位置， 提高了系统的性能。
权利要求
一种波分复用无源光网络实现容量增倍的系统，由光线路终端OLT(1)通过馈线光纤(9)连接远端节点RN(10)，以及远端结点RN(10)和光网络单元ONU(31、32)通过分布光纤(20、21)连接而构成。其特征在于a.共有2n个所述光网络单元ONU，分成具有相同光网络单元数目的上光网络单元ONU组(22)和下光网络单元ONU组(23)两组；在距离光网络单元组较近的位置设置一个包含C和L两个波段的连续波超连续宽带光源(24)，通过第二分布光纤(34)连接一个第五粗波分复用器CWDM(33)，利用第五粗波分复用器CWDM(33)将宽带光源分割成两个波段，从而用于各光网络单元ONU组(22，23)的上行波长；两个光网络单元ONU组(22，23)上下行信号所用的波段恰好相反，彼此之间没有影响；b.所述远端节点RN(10)分别连接上下两个光网络单元ONU组(22、23)，实现对两个光网络单元ONU组(22、23)不同波段下行信号的分离，上行分割种子光的注入以及上行信号的合路。
2.根据权利要求1所述的波分复用无源光网络实现容量增倍的系统，其特征在于所述 两个光网络单元ONU组(22、23)附近的连续波超连续宽带光源(24)作为服务型宽带光源 为两个光网络单元ONU组(22、23)的上行信号提供不同波段的波长，其中该服务型光网络 单元ONU到远端节点RN(10)的距离与用户端光网络单元0NU(31、32)到远端节点RN(IO)的 距离相同，宽带光源(24)通过第二分布光纤(34)与远端节点RN(IO)相连；两个光网络单 元ONU组(22、23)中对应的用户端光网络单元ONU均由1个第三粗波分复用器(25、26)、1 个接收机(27、29)和1个反射型半导体放大器RS0A(28、30)构成；其中，第三粗波分复用器 (25,26)的复用端通过第一分布光纤(20、21)与远端节点RN(IO)中的阵列波导光栅(18、 19)相连，解复用端分别与接收机(27、29)和反射型半导体RS0A(28、30)相连。
3.根据权利要求1所述的波分复用无源光网络实现容量增倍的系统，其特征在于所 述远端节点RN(IO)由1个第二光环形器(11)、2个第三光环形器(12、13)、1个第一粗波分 复用器(14)、2个第二粗波分复用器(15、16)、1个第四粗波分复用器(17)、1个所述第五粗 波分复用器(33)和2个阵列波导光栅(18、19)组成；其中2个阵列波导光栅(18、19)右 边端口 1至η通过第一分布光纤(20、21)分别与其对应的两个光网络单元ONU组(22、23) 相连，左边端口分别与2个第三光环形器(12、13)相连；而第三光环形器(12、13)的另外两 个端口相应的分别连接至第四粗波分复用器(17)的上下两个端口与2个第二粗波分复用 器(15、16)，其中第二粗波分复用器(15)的左端口和下端口分别与第一粗波分复用器(14) 的上端解复用端口和第五粗波分复用器(33)的上端解复用端口相连；第二粗波分复用器 (16)的左端口和上端口分别与第一粗波分复用器(14)的下端解复用端口和第五粗波分复 用器(33)的下端解复用端口相连。第四粗波分复用器(17)和第一粗波分复用器(14)的 复用端口分别连接至第二光环形器(11)的两个端口，而第二光环形器(11)的另外一个端 口通过馈线光纤(9)与光线路终端OLT(I)相连。
4.一种波分复用无源光网络实现容量增倍的方法，采用权利要求书1所述的波分复用 无源光网络实现系统容量增倍，其特征在于在下行方向上，光线路终端OLT(I)中具有C和 L两个不同波段的发射机(2、3)共发射出的2η个波长的下行信号，经过阵列波导光栅(4) 复用后进入馈线光纤(9)；信号进入远端节点RN(IO)后，经第二环行器(11)进入第一粗波 分复用器(14)将C和L两个波段的下行信号分离，分离后的两个波段的下行复用信号分别通过第二粗波分复用器(15、16)和第三光环形器(12、13)送入2个阵列波导光栅(18、19) 进行解复用，最终下行信号发送至各个光网络单元(31、32)的接收机(27、29)中接收；在 上行方向上，首先用户端附近设置的包含C和L波段的宽带光源(24)经第五粗波分复用器(33)将两个波段分开来，分离的C和L波段的宽带光载波分别通过第二粗波分复用器(15、 16)分别与前述分离后的L和C两个波段的下行信号相复用。对于上面光网络单元ONU组 (22)，C波段宽带光载波通过第三光环形器(12)后进入阵列波导光栅(18)进行宽带光的 频谱分割，分割后的窄带光谱C/至Cn'作为种子光通过第一分布光纤(20)分别注入各个 光网络单元(31)的反射型半导体放大器RSOA (28)中，从而加载和放大上行信号，然后各个 光网络单元(31)的上行信号依次送至远端节点RN(IO)的阵列波导光栅(14)中进行复用， 复用后的上行信号通过第三光环形器(12)在第四粗波分复用器处(17)与下面光网络单元 ONU组(23)处于L波段的上行复用信号(与上面光网络单元ONU组以同样的方式实现)复 用合路，最后所有上行信号依次通过馈线光纤(9)、第一光环形器(5)及光线路终端OLT(I) 中阵列波导光栅⑶送入相应的接收机阵列(6，7)中，从而完成上行信号的接收。
全文摘要
本发明涉及了一种波分复用无源光网络实现容量增倍的系统和方法。本系统采用光线路终端，通过单模光纤连接至远端节点，而远端节点利用不同的波段共连接2n个光网络单元；其中光网络单元分成具有相同数目的两组，通过在距离光网络单元组较近的位置设置连续波超连续宽带光源，利用粗波分复用器将宽带光源分割成两个波段，用于各组光网络单元的上行波长；通过远端节点中一系列的粗波分复用器光环形器，使得两个光网络单元组上下行信号所用的波段恰好相反。本方法采用上述系统，上面一组光网络单元利用L波段的波长加载下行信号，宽带光源分割后的C波段的波长作为种子光加载上行信号，而下面一组光网络单元上下行信号所处的波段正好相反。避免了上下行信号使用同一波长所带来的串扰问题，使波分复用无源光网络系统的容量增倍。
文档编号H04Q11/00GK101827286SQ20101002312
公开日2010年9月8日 申请日期2010年1月21日 优先权日2010年1月21日
发明者曹娅楠, 杨登峰, 甘朝钦, 阮浩 申请人:上海大学