专利名称：具有自愈功能的波分复用无源光网络实现广播功能的系统和方法
技术领域：
本发明涉及光通信领域，具体是涉及一种具有自愈功能的波分复用无源光网络 (WDM-P0N)实现广播功能系统和方法。
背景技术：
随着信息社会的飞速发展，宽带视频点播、多媒体等业务的需求不断增长，特别是 互联网的迅速发展，给数据的传输提出了更高要求。随着DWDM技术的发展，复用的信道数 不断增加，光传送网的承载容量和传输速率急剧扩大。特别是光纤技术的发展使得链路传 输速率已达数lOGbps，在这种超高速、超大容量的光传送网中，当发生网络故障时，一条链 路的损坏将影响大量的应用业务，如果不能及时对网络进行修复，将对社会造成巨大的影 响和损失，这使网络的可靠性和生存能力受到很大的挑战。因此，光网络的生存性问题成为 光网络研究的热点。波分复用无源光网络WDM-P0N技术可以在不改变物理基础设备的情况下升级带 宽，大幅度提升网络的传输容量，在光接入网中拥有广阔的应用前景，被认为是FTTx未来 演进的最终选择。WDM-P0N为每个0NU分配了一个(或一对)波长进行通信，从而实现了 0NU与0LT之间虚拟的点对点传输，但这种传输方式却使得点对多点的广播信号传输较为 困难。因此本发明在波分复用无源光网络WDM-P0N系统中有着非常重要的作用。在常规实现广播功能的WDM-P0N中，一般是在WDM-P0N中叠加一个TDM-P0N以传 输广播信号，或者利用调相的方式载入广播信息，但前者广播信号的传输除存在要承受各 种器件的插损，还需要承受功率分配损耗，故其功率相对于点对点信号更低，进而影响到网 络的性能和传输容量；而后者则需在系统中增加相位调制和解调器，这就对网络的设备和 成本都提出了更高的要求。事实上，基于B-TV的下一代WDM-P0N光接入网，可以通过对网络架构的合理安排， 使系统在兼容广播业务和点对点业务的同时，还将在系统的性能和成本之间取得平衡，对 未来的WDM-P0N发展具有重要影响。本发明就是对系统的体系架构进行了合理的安排，不 仅系统可以传输广播信号和点对点的信号，而且系统在成本和性能间也能达到理想状态。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供了一种具有自愈功能的波分复 用无源光网络(WDM-P0N)实现广播功能系统和方法，该系统不仅能有效的在WDM-P0N中传 输广播信号，而且还有效的实现保护功能。为达到上述目的，本发明的构思是在RN处采用了一种新的结构配置方式，通过 这种新的远端节点RN的结构方式可以克服已有方法来传输广播信号的缺陷。本发明主要是在RN处采用具有波长选择功能的器件一反射式光纤布拉格光栅 FBG，以及具有周期循环移位性质的NxN AWG，并利用NxN AWG的对称特性实现了网络的自愈
4功能。这样，在RN处就可以完成上下行信号的分离、合路，每个0NU可以同时接收到广播信 号以及点对点的数据信号。根据上述发明构思，本发明采用下列方案一种具有自愈功能的波分复用无源光网络实现广播功能系统，光线路终端0LT由 DFB光发射机、共享波长发射机和光接收机分别经lxN波导光栅AWG和lx阵列波导光栅AWG 连接一个第一光环行器和一个光开关构成，其特征在于所述远端节点RN包括四个光环行 器——第二光环行器、第三光环行器、第四光环行器和第五光环行器，两个光纤布拉格光栅 FBG——第一光纤布拉格光栅FBG和第二光纤布拉格光栅FBG、两个lx的星状耦合器——第 一星状耦合器和第二星状耦合器以及一个NxN的阵列波导光栅AWG ；经0LT端的光开关使 单模光纤I和单模光纤II连接至第二光环行器和第四光环行器，第一光纤布拉格光栅FBG 和第二光纤布拉格光栅FBG分别经第三光环行器和第五光环行器连接至一个NxN阵列波导 光栅AWG的第一个输入端口，所述第一光纤布拉格光栅FBG和第二光纤布拉格光栅FBG的 反射端口分别连接至lx(N-l)的第一星状耦合器和第二星状耦合器，该工作端3dB耦合器 和保护端3dB耦合器接至一个NxN阵列波导光栅AWG的其余N个接口 ；所述星状耦合器的 第一星状耦合器、第二星状耦合器和其工作端3dB耦合器、保护端3dB耦合器分别通过分布 光纤和相应的分布保护光纤连接至各0NU。共有N-1个所述光网络单元0NU，每个光网络单元0NU是完全相同的，每个光网络 单元0NU由两个光耦合器——第一光耦合器和第二光耦合器、两个光开关、两个监控单元、 两个控制单元、两个广播信号接收机、两个点对点信号接收机以及两个RS0A组成；所述分 布光纤连接光开关，保护光纤经第一光耦合器连接光开关，光开关经光耦合器连接广播信 号接收机，并经监控单元和控制单元连接光开关控制端。一种波分复用无源光网络实现广播功能的方法，采用上述系统进行广播，其特征 在于下行时，所述光线路终端0LT中的激光器(DFB光发射机2、共享波长发射机发射出的 N个波长以及共享广播波长信号经第一环行器进入光开关，光开关的两个输出端口分别连 接至单模光纤I和单模光纤II中传输。信号进入远端节点RN后，经第二光环行器进入第一 光纤布拉格光栅raG，第一光纤布拉格光栅TOG将共享信号反射回来，广播信号经第一星状 耦合器进行分路，分路后的广播信号通过工作端3dB耦合器连接至NxN阵列波导光栅AWGN 个端口，光纤布拉格光栅FBG连接至阵列波导光栅AWG第一个端口 ；下行信号和广播信号分 别通过NxN阵列波导光栅AWG的解复用和路由功能发送至各个光网络单元ONU，RN通过分 布光纤连接至0NU中的光开关，并通过3dB光耦合器连接到监控器和控制器。光网络单元 0NU将接收到的信号通过光滤波器将共享广播信号与点到点的下行信号分离开来分别接 收；上行方向上，在光网络单元0NU中采用反射型半导体放大器RS0A来实现下行波长的再 利用与上行信号的重调制，然后通过分布光纤将各个光网络单元0NU的上行信号送至远端 节点RN的NxN阵列波导光栅AWG中进行复用，复用后的上行信号依次通过第三光环形器、 第二光环形器、馈线光纤、光开关、第一环形器送入光线路终端0LT中的lx(N-l)阵列波导 光栅AWG中，进而进入相应的接收机，从而完成上行信号的接收。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点(1) 通过远端节点RN的新型结构，可使网络很简单的实现广播信息的传输；(2)仅仅是对网络 结构进行了安排，对器件的要求不高，使网络易于实施使系统在成本和性能之间达到了一个均衡，使网络具备了自愈功能；(3)上下行信号在采用同样的波长进行传输，使的在0NU 中不需要其它额外的光源，实现了网络的“无色化”，进而降低了系统成本。
图1为本发明一个实施例证波分复用无源光网络实现自愈功能和广播功能的系 统结构框图。图2为正常工作情况下，系统的等效工作示意图。图3为当馈线光纤出现问题后，系统的等效工作示意图。
具体实施例方式结合
，本发明的一个实施示例如下参见图1，本具有自愈功能的波分复 用无源光网络WDM-P0N实现广播功能系统包括光线路终端0LT 1、远端节点RN 23和光网络 单元0NU 26三部分。光线路终端0LT 1通过两根单模光纤单模光纤I 10和单模光 纤II 11而连接远端节点RN 23，远端节点RN 23由分布光纤24和保护光纤25连接多个光 网络单元0NU 26构成，所述光线路终端0LT 1由DFB光发射机2、共享波长发射机6和光 接收机7分别经lxN波导光栅AWG 3和lx(N-l)阵列波导光栅AWG 9连接一个第一光环行 器4和一个光开关5构成，所述远端节点RN 23包括四个光环行器——第二光环行器12、第 三光环行器14、第四光环行器15和第五光环行器17，两个光纤布拉格光栅FBG——第一光 纤布拉格光栅FBG 13和第二光纤布拉格光栅FBG 18、两个lx (N-1)的星状耦合器——第一 星状耦合器16和第二星状耦合器21以及一个NxN的阵列波导光栅AWG 20 ；经0LT端的光 开关5使单模光纤I 10和单模光纤II 11连接至第二光环行器12和第四光环行器15，第 一光纤布拉格光栅FBG 13和第二光纤布拉格光栅FBG 18分别经第三光环行器14和第五 光环行器17连接至一个NxN阵列波导光栅AWG 20的第一个输入端口，所述第一光纤布拉 格光栅FBG 13和第二光纤布拉格光栅FBG 18的反射端口分别连接至lx (N-1)的第一星状 耦合器16和第二星状耦合器21，该工作端3dB耦合器19和保护端3dB耦合器22接至一个 NxN阵列波导光栅AWG 20的其余N个接口 ；所述星状耦合器的第一星状耦合器16、第二星 状耦合器21和其工作端3dB耦合器19、保护端3dB耦合器22分别通过分布光纤24和相应 的分布保护光纤25连接至各0NU 26。共有N-1个所述光网络单元0NU 26，每个光网络单元0NU是完全相同的，每个光网 络单元0NU 26由两个光耦合器——第一光耦合器28和第二光耦合器35、两个光开关30、 两个监控单元27、两个控制单元29、两个广播信号接收机32、两个点对点信号接收机33以 及两个RS0A 34组成；所述分布光纤24连接光开关30，保护光纤25经第一光耦合器28连 接光开关30，光开关30经光耦合器31连接广播信号接收机32，并经监控单元27和控制单 元29连接光开关30控制端。本具有自愈功能波分复用无源光网络实现广播功能方法，采用上述系统进行广 播，下行时，所述光线路终端0LT 1中的激光器(DFB光发射机2、共享波长发射机6)发射出 的N个波长以及共享广播波长信号经第一环行器4进入光开关5，光开关5的两个输出端口 分别连接至单模光纤I 10和单模光纤II 11中传输。信号进入远端节点RN 23后，经第二 光环行器12进入第一光纤布拉格光栅FBG 13，第一光纤布拉格光栅FBG 13将共享信号反
6射回来，广播信号经第一星状耦合器16进行分路，分路后的广播信号通过工作端3dB耦合 器19连接至NxN阵列波导光栅AWG 20N个端口，光纤布拉格光栅FBG 13连接至阵列波导 光栅AWG 20第一个端口；下行信号和广播信号分别通过NxN阵列波导光栅AWG 20的解复 用和路由功能发送至各个光网络单元0NU 26，RN 23通过分布光纤24连接至0NU 26中的 光开关30，并通过3dB光耦合器28连接到监控器27和控制器29。光网络单元0NU 26将 接收到的信号通过光滤波器31将共享广播信号与点到点的下行信号分离开来分别接收； 上行方向上，在光网络单元0NU 26中采用反射型半导体放大器RS0A 34来实现下行波长的 再利用与上行信号的重调制，然后通过分布光纤24将各个光网络单元0NU 26的上行信号 送至远端节点RN 23的NxN阵列波导光栅AWG 20中进行复用，复用后的上行信号依次通过 第三光环形器14、第二光环形器12、馈线光纤10、光开关5、第一环形器4送入光线路终端 0LT 1中的lx(N-l)阵列波导光栅AWG 9中，进而进入相应的接收机，从而完成上行信号的 接收。在正常情况下，系统工作的等效原理图如图2所示。 当工作光纤出现错误时，监控电路和相应的控制电路会做出反应，光开关的工作 状态将通过控制电路改变，器等效的工作原理图如图3所示。
权利要求
一种具有自愈功能的波分复用无源光网络实现广播功能系统，由光线路终端OLT(1)通过两根单模光纤----单模光纤I(10)和单模光纤II(11)而连接远端节点RN(23)，远端节点RN(23)由分布光纤(24)和保护光纤(25)连接多个光网络单元ONU(26)构成，所述光线路终端OLT(1)由DFB光发射机(2)、共享波长发射机(6)和光接收机(7)分别经1xN波导光栅AWG(3)和1x(N-1)阵列波导光栅AWG(9)连接一个第一光环行器(4)和一个光开关(5)构成，其特征在于1)所述远端节点RN(23)包括四个光环行器——第二光环行器(12)、第三光环行器(14)、第四光环行器(15)和第五光环行器(17)，两个光纤布拉格光栅FBG——第一光纤布拉格光栅FBG(13)和第二光纤布拉格光栅FBG(18)、两个1x(N-1)的星状耦合器——第一星状耦合器(16)和第二星状耦合器(21)以及一个NxN的阵列波导光栅AWG(20)；经OLT端的光开关(5)使单模光纤I(10)和单模光纤II(11)连接至第二光环行器(12)和第四光环行器(15)，第一光纤布拉格光栅FBG(13)和第二光纤布拉格光栅FBG(18)分别经第三光环行器(14)和第五光环行器(17)连接至一个NxN阵列波导光栅AWG(20)的第一个输入端口，所述第一光纤布拉格光栅FBG(13)和第二光纤布拉格光栅FBG(18)的反射端口分别连接至1x(N-1)的第一星状耦合器(16)和第二星状耦合器(21)，该工作端3dB耦合器(19)和保护端3dB耦合器(22)接至一个N x N阵列波导光栅AWG(20)的其余N个接口；所述星状耦合器的第一星状耦合器(16)、第二星状耦合器(21)和其工作端3dB耦合器(19)、保护端3dB耦合器(22)分别通过分布光纤(24)和相应的分布保护光纤(25)连接至各ONU(26)。2)共有N-1个所述光网络单元ONU(26)，每个光网络单元ONU是完全相同的，每个光网络单元ONU(26)由两个光耦合器——第一光耦合器(28)和第二光耦合器(35)、两个光开关(30)、两个监控单元(27)、两个控制单元(29)、两个广播信号接收机(32)、两个点对点信号接收机(33)以及两个RSOA(34)组成；所述分布光纤(24)连接光开关(30)，保护光纤(25)经第一光耦合器(28)连接光开关(30)，光开关(30)经光耦合器(31)连接广播信号接收机(32)，并经监控单元(27)和控制单元(29)连接光开关(30)控制端。
2.一种具有自愈功能的波分复用无源光网络实现广播功能方法，采用根据权利要求书 1所述的具有自愈功能的波分复用无源光网络实现广播功能系统进行广播，其特征在于 下行时，所述光线路终端0LT(1)中的激光器(DFB光发射机2、共享波长发射机6)发射出的 N个波长以及共享广播波长信号经第一环行器(4)进入光开关(5)，光开关(5)的两个输出 端口分别连接至单模光纤I (10)和单模光纤II (11)中传输。信号进入远端节点RN(23)后， 经第二光环行器(12)进入第一光纤布拉格光栅FBG (13)，第一光纤布拉格光栅FBG (13)将 共享信号反射回来，广播信号经第一星状耦合器(16)进行分路，分路后的广播信号通过工 作端3dB耦合器(19)连接至NxN阵列波导光栅AWG (20) N个端口，光纤布拉格光栅FBG (13) 连接至阵列波导光栅AWG(20)第一个端口 ；下行信号和广播信号分别通过NxN阵列波导光 栅AWG(20)的解复用和路由功能发送至各个光网络单元0NU(26)，RN(23)通过分布光纤 (24)连接至0NU(26)中的光开关(30)，并通过3dB光耦合器(28)连接到监控器(27)和 控制器(29)。光网络单元0NU(26)将接收到的信号通过光滤波器(31)将共享广播信号与 点到点的下行信号分离开来分别接收；上行方向上，在光网络单元0NU(26)中采用反射型 半导体放大器RS0A(34)来实现下行波长的再利用与上行信号的重调制，然后通过分布光 纤(24)将各个光网络单元0NU(26)的上行信号送至远端节点RN(23)的NxN阵列波导光栅AWG(20)中进行复用，复用后的上行信号依次通过第三光环形器(14)、第二光环形器(12)、 馈线光纤(10)、光开关(5)、第一环形器(4)送入光线路终端0LT(1)中的lx(N-l)阵列波 导光栅AWG(9)中，进而进入相应的接收机，从而完成上行信号的接收。
全文摘要
本发明涉及一种具有自愈功能的波分复用无源光网络实现广播功能系统和方法。系统中采用1个光线路终端OLT，其通过两根单模光纤连接远端节点RN，而远端节点RN连接N-1个光网络单元ONU；其中远端节点RN主要由2个反射式光纤布拉格光栅FBG、两个1x(N-1)星状耦合器和1个NxN的AWG组成；共享波长的广播信号由光纤布拉格光栅FBG反射回来，通过1x(N-1)星状耦合器分路，然后送到阵列波导光栅AWG的N-1个输入端口；通过阵列波导光栅AWG自身的特性实现广播信号以及点到点信号的传输；NxN AWG两端采用对称结构实现了系统的自愈功能；而系统中点对点的上行信号传输是利用反射型半导体光放大器RSOA的重调制技术来实现的。该方案仅通过改变系统的结构实现了广播信号的传输，并且使系统在成本和性能之间达到了均衡。
文档编号H04J14/02GK101848054SQ20101016756
公开日2010年9月29日 申请日期2010年5月6日 优先权日2010年5月6日
发明者曹娅婻, 杨登峰, 甘朝钦, 阮浩 申请人:上海大学