单星多环波分复用无源光网络实现在线升级和保护功能的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及一种单星多环波分复用无源光网络实现在线升级和保护功能的系统和方法。本系统是：1个光线路终端OLT通过1根反馈光纤连接1个远端结点RN，在远端结点RN通过分布光纤将多个光网络单元ONU串联形成ONU环，RN节点连接多个ONU环，形成单星多环网络。OLT端与RN端的设计，实现了对现有星型网络的升级；RN端光开关和ONU端光开关的结构设计实现了对分布光纤的保护。本发明通过对同一光波进行幅度、相位的调制和重调制，实现了对同一波长的多次使用，使系统在成本和性能之间达到了均衡。
【专利说明】单星多环波分复用无源光网络实现在线升级和保护功能的 系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光通信领域，具体是涉及一种波分复用无源光网络(WDM-PON)实现在 线升技能和保护功能的系统和方法。
【背景技术】
[0002]波分复用无源光网络WDM-PON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，实现虚拟的点对点传输，各个用户之间不会共享信息，具 有天然的安全性，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。目前对于WDM-PON的研究主要是基于静态波长分配的，波长在RN中的下路是固定的， ONU越多。如何在现有网络下进一步增加ONU数量，并保持网络的稳定性光网络亟需解决的 一个问题。无色ONU已基本成为当前WDM-PON相关研究的共识，基于无色ONU的技术方案 是WDM-PON系统的主流。再者，光网络具有极高的传输速率，因此在尽可能短的时间内为被 中断的业务寻找新的传输路由和自愈方案也是十分重要的。本发明对系统的体系架构进行 了合理的布局，系统不仅同时实现波长大规模增加ONU数量和对分布光纤的保护，而且可 以利用当前网络，使得系统在成本和性能间也能达到理想状态。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对现有星型网络，提供了一种波分复用无源光网(WDM-PON) 实现在线升级和保护功能的系统和方法，能有效的在WDM-PON中实现大规模增加ONU数量 和对分布光纤的保护，同时本系统还支持从已有星形网络升级而来。
[0004]为达到上述目的，本发明的核心思想是:在光线路终端OLT对各波长都进行幅度 调制和相位调制。在RN处采用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，实现一个RN连接多个ONU环。当被调制信号传输至RN，在阵列波导光栅路由下，不同 光波长进入不同的ONU环，在光网络单元ONU中，通过粗波分复用器进行波长选择，后由接 收机接收。接收机根据不同解调方式解调各波长，得到不同下行信息和广播信息，并对各波 长分别进行上行调制。
[0005]根据上述发明构思，本发明采用下列技术方案:
一种单星多环波分复用无源光网络实现在线升级和保护功能的系统，由光线路终端 OLT通过I根单模光纤连接I个远端结点RN，远端结点RN通过分布光纤连接多个光网络单 元环，每个光网络单元环包含M个光网络单元ONU ;其特征在于:
1)所述的光线路终端OLT是由M*N光发射机连接到一个阵列波导光栅，同时该第一阵 列波导光栅连接至一个幅度调制器，幅度调制器的输出端经一个掺铒光纤放大器连接至一 个光环形器的第一端口，光环形器的第二端口连接反馈光纤，光环形器的第三端口连接至 一个第二阵列波导光栅，第二阵列波导光栅的各输出端口分别各连接一个幅度接收机；
2)所述反馈光纤与所述远端节点RN中的一个第三阵列波导光栅相连；所述远端节点RN是所述第三阵列波导光栅输出端与分别与一个第一光开关连接，该第一光开关的第一端 口连接到一个第一分光器，该第一分光器的第一端口接着连接分布光纤，第一分光器的第 二端口连接至第二光开关的第一端口，第一光开关的第二端口连接至第二光开关的第二端 口，第二光开关接着连接至一个第一分光器的第一端口，第一分光器的第二端口连接至一 个第一光电二极管，该第一光电二极管又分别与第一、第二光开关相连，第一分光器与所述 分布光纤相连；
3)所述分布光纤将光网络单元ONU串联，每个光网络单元ONU包括I个第二分光器、 I个第三分光器、I个第二光电二极管、I个第三光开关、I个粗波分复用器c/w、l个可调光 衰减器、I个反射式半导体光放大器RS0A、I个光相位接收机、I个光幅度接收机。正常情况 下，所述分布光纤与第二分光器第一 口连接，第二分光器第二 口连接至第二光电二极管，第 而光电二极管分别与第三光开关和可调光衰减器相连，第三光开关的第二口与粗波分复用 器相连，粗波分复用器接着与可调光衰减器连接，可调光衰减器与第三分光器相连，第三分 光器的第一 口与反射式半导体光放大器RSOA相连,第三分光器的第二 口与光幅度接收机 相连，第三分光器的第三口与光相位接收机相连，粗波分复用器的第二 口与第三光开关第 三口相连，第三光开关第四口接着连接分布光纤。
[0006]一种单星多环波分复用无源光网络实现在线升级和保护功能的方法，上述的单 星多环波波分复用无源光网络实现在线升级和保护功能的系统进行操作，其特征在于:在 正常模式下，下行传输时，光发射机同时发射出N*M个幅度载有下行信息的光波长注入到 lx(N*M)第一阵列波导光栅中，Ix(N*M)第一阵列波导光栅复用后经相位调制器PM调制，调 制光网络单元的广播信号，调制结束后经掺铒光放大器放大，注入到光循环器，经该光环行 器路由后传入所述反馈光纤。光信号进入远端结点RN经1*N第二阵列波导光栅解复用，1*N 第二阵列波导光栅的每个输出口输出M根光波。该M根光波经第一、第二光开关路由后,进 入光网络单元环。光波长经分布光纤进入光网络单元ONUj后，在第三光开关路由下进入粗 波分复用器，光波该光网络单元的光波将从粗波分复用器第一 口输出，进入第三分光器，其 余光波从粗波分复用器第二 口输出，经第三光开关路由后进入分布光纤，接着进入下一个 光网络单元。该网络单元的光波长从粗波分复用器第一口输出后，经可调光衰减器衰减，接 着由第三分光器平均分为三部分，第一部分被反射式半导体光放大器再调制，用于传输上 行信息；第二部分被幅度接收机接收得到下行信息；第三部分被相位接收机接收得到广播 信息。上行信号反射经第三分光器，光衰减器，粗波分复用器，第三光开关，第二分光器，分 布光纤，ONU1VONU1进入RN,接着经过第一分光器,第一、第二光开关进入第二阵列波导光 栅，由第二阵列波导光栅复用后进入反馈光纤，在光环形器的路由下，进入掺铒光放大器放 大，接着被第二阵列波导光栅)解复用，最终被幅度接收机接收。
[0007]上述单星多环波分复用无源光网络实现在线升级和保护功能的方法，其特征在 于:当位于光网络单元ONUj与光网络单元ONUp1的分布光纤出现故障，在远端节点RN中的 第一光电二极管检测到上行信号能量变弱，控制第一、第二光开关进行切换，于此同时，光 网络单元ONUjv-ONUm中的第二光电二极管无法检测到下行信号，控制第三光开关进行切 换。第一、第二、第三光开关进入新状态后，在远端节点RN中，从第二阵列波导光栅输出口 输出的广播，在第一光开关路由下，被第一分光器均勻分成2份，第一份信号经第二光开关 进入分布光纤，第一份光信号工作路径如权上述。第二份光信号直接进入分布光纤。后进入光网络单元，在第三光开关路由下进入粗波分复用器，光波该光网络单元的光波将从粗波分复用器第一口输出，进入第三分光器，其余光波从粗波分复用器第二口输出，经第三光开关路由后进入分布光纤，接着进入下一个光网络单元。该网络单元的光波长从粗波分复用器第一口输出后，经可调光衰减器衰减，接着由第三分光器平均分为三部分，第一部分被反射式半导体光放大器再调制，用于传输上行信息；第二部分被幅度接收机接收得到下行信息；第三部分被相位接收机接收得到广播信息。上行信号反射经第三分光器，光衰减器，粗波分复用器，第三光开关，第二分光器，分布光纤，ONU1V ONU1进入RN,接着经过第一分光器，第一、第二光开关进入第三阵列波导光栅，由第三阵列波导光栅复用后进入反馈光纤， 在光环形器的路由下，进入掺铒光放大器放大，接着被第二阵列波导光栅解复用，最终被幅度接收机接收
与现有技术相比，本发明的独特优势和显著性特色在于:(I)通过星型结构和环形结构的结合提高了 ONU数量，扩大了网络规模；(2)利用环形网络的自愈特点，提供了对分布光纤的保护(3)通过利用星型网络，分布光纤损坏的影响范围被减小，并且该网络可由现存星型网络升级而来。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本发明一个实施例证单星多环波分复用无源光网络实现在线升级和保护功能的系统不意图。
[0009]图2为波分复用无源光网络中光网络单元ONU内部结构的示意图。
[0010]图3为保护模式下单星多环波分复用无源光网络实现在线升级和保护功能的系统示意图。
[0011]图4为保护模式下波分复用无源光网络中光网络单元ONU内部结构的示意图。 【具体实施方式】
[0012]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和图2，本单星多环波分复用无源光网络实现在线升级和保护功能的系统，由光线路终端OLT (I)通过I根单模光纤(2)连接I个远端结点RN (3)，远端·结点RN (3)通过分布光纤(23)连接多个光网络单元环(4)，每个光网络单元环包含M个光网络单元ONU (17，18，19…20,21...22)。
[0013]所述的光线路终端OLT (I)是由M*N光发射机(5，6)连接到一个第一阵列波导光栅(7)，同时该第一阵列波导光栅(7)连接至一个幅度调制器(8)，幅度调制器(8)的输出端经一个掺铒光纤放大器(9 )连接至光环形器(10 )的第一口，该光环形器(10 )的第二口连接所述反馈光纤(2)，光环形器(10)的第三口连接至一个第二阵列波导光栅(25)，该第二阵列波导光栅(25)的各输出口分别各连接一个幅度接收机(26，27)。
[0014]所述反馈光纤(2)与所述远端节点RN (3)中的一个第三阵列波导光栅(11)相连； 所述远端节点RN (3)是所述第三阵列波导光栅(11)输出端分别与一个第一光开关(12)连接，该第一光开关(12)的第一端口连接到一个第一分光器(16),该分光器(16)的第一端口接着连接所述分布光纤(23)，该第一分光器(16)的第二端口连接至一个第二光开关(13)的第一端口，第一光开关(12)的第二端口连接至第二光开关(13)的第二端口，第二光开关 (13)接着连接至一个第一分光器(14)的第一端口，第一分光器(14)的第二端口连接至一个第一光电二极管(15)，该第一光电二极管(15)又分别与第一光开关(12)和第二光开关
(13)相连,第一分光器(14)的第三端口与所述分布光纤(23)相连。
[0015]所述分布光纤(23)将光网络单元ONU (17，18，19，20，21，22)串联，每个光网络单元ONU包括I个第二分光器(29)、1个第三分光器(34)、1个第二光电二极管(31)、1个第三光开关(30)、1个粗波分复用器C/W (32)、一个可调光衰减器(33)、1个反射式半导体光放大器RSOA (35)、I个光相位接收机RX2 (37)、I个光幅度接收机RX1 (36)。正常情况下，所述分布光纤(23)与第二分光器(29)第一端口连接，第二分光器(29)第二端口连接至第二光电二极管(31)，第二光电二极管(31)分别与第三光开关(30)和波分复用器C/W (32)相连， 第三光开关(30)的第二端口与粗波分复用器C/W (32)相连，粗波分复用器C/W (32)接着与可调光衰减器(33)连接，可调光衰减器(33)与第三分光器(34)相连，第三分光器(34) 的第一端口与反射式半导体光放大器RSOA (35)相连,第三分光器(34)的第二端口与光幅度接收机RX1 (36)相连，第三分光器(34)的第三口与光相位接收机RX2 (37)相连，粗波分复用器C/W (32)的第二口与第三光开关(30)第三端口相连，第三光开关第四端口接着连接所述分布光纤(23)。
[0016]实施例二:
参见图1，图2所示系统，实现单星多环波分复用无源光网络实现在线升级和保护功能的具体方法是:在正常模式下，下行传输时，光发射机(5,6)同时发射出N*M个幅度载有下行信息的光波长注入到lx(N*M)第一阵列波导光栅(7)中，lx(N*M)第一阵列波导光栅(7) 复用后经相位调制器PM(S)调制，调制光网络单元的广播信号，调制结束后经掺铒光放大器(9)放大，注入到光循环器(10)，经该光环行器(10)路由后传入反馈光纤(2)。光信号进入远端结点RN (3 )经1*N第三阵列波导光栅(11)解复用，1*N第三阵列波导光栅(11)的每个输出口输出M根光波。该M根光波经第一、第二光开关(12,13)路由后,进入光网络单兀环 (4 )。光波长经分布光纤(23 )进入光网络单元ONUj后，在光开关(30 )路由下进入粗波分复用器(32)，光波该光网络单元的光波将从粗波分复用器(32)第一口输出，进入第二分光器
(34)，其余光波从粗波分复用器(32)第二口输出，经第三光开关(30)路由后进入分布光纤
(23)，接着进入下一个光网 络单元。该网络单元的光波长从粗波分复用器第一口输出后，经可调光衰减器衰减，接着由第三分光器(34)平均分为三部分，第一部分被反射式半导体光放大器(35)再调制，用于传输上行信息；第二部分被幅度接收机(36)接收得到下行信息； 第三部分被相位接收机(37)接收得到广播信息。上行信号反射经第三分光器(34)，光衰减器(33)，粗波分复用器(32)，第三光开关(30)，第二分光器(29)，分布光纤(23)，ONUj^1-ONU1进入RN，接着经过第一分光器(14)，第一、第二光开关(13，12)进入第三阵列波导光栅
(11)，由阵列波导光栅(11)复用后进入反馈光纤(2)，在光环形器(10)的路由下，进入掺铒光放大器(21)放大，接着被第二阵列波导光栅(25 )解复用，最终被幅度接收机(26，27 )接收。
[0017]实施例三:
参见图3，4，当位于光网络单元0NU/20)与光网络单元0NUJ+1(21)的分布光纤(23)出现故障，在远端节点RN (3)中的第一光电二极管(15)检测到上行信号能量变弱，控制第一、第二光开关(12，13)进行切换，于此同时，光网络单元ONUjy ONUm中的第二光电二极管(31) 无法检测到下行信号，控制第三光开关(30)进行切换。第一、第二、第三光开关(12，13，30) 进入新状态后，在远端节点RN (3)中，从第三阵列波导光栅(11)输出口输出的广播，在第一光开关(12)路由下,被第一分光器(16)均匀分成2份,第一份信号经第二光开关(13)进入分布光纤，第一份光信号工作路径如权利要求2所述。第二份光信号直接进入分布光纤。后进入光网络单元(22，28，21)，在第三光开关(30)路由下进入粗波分复用器(32)，光波该光网络单元的光波将从粗波分复用器(32)第一口输出，进入第三分光器(34)，其余光波从粗波分复用器(32)第二口输出，经第三光开关(30)路由后进入分布光纤(23)，接着进入下一个光网络单元。该网络单元的光波长从粗波分复用器第一口输出后，经可调光衰减器衰减， 接着由第三分光器(34)平均分为三部分，第一部分被反射式半导体光放大器(35)再调制， 用于传输上行信息；第二部分被幅度接收机(36)接收得到下行信息；第三部分被相位接收机(37)接收得到广播信息。上行信号反射经第三分光器(34)，光衰减器(33)，粗波分复用器(32 ) ，第三光开关(30 )，第二分光器(29 )，分布光纤(23 )，ONUp1 ? ? ? ONU1进入RN，接着经过第一分光器(14)，第一、第二光开关(13，12)进入第三阵列波导光栅(11 )，由第三阵列波导光栅(11)复用后进入反馈光纤(2)，在光环形器(10)的路由下，进入掺铒光放大器(21)放大，接着被第二阵列波导光栅(25)解复用，最终被幅度接收机(26，27)接收。
【权利要求】
1.一种单星多环波分复用无源光网络实现在线升级和保护功能的系统，由光线路终端 OLT (I)通过I根单模光纤(2)连接I个远端结点RN (3)，远端结点RN (3)通过分布光纤 (23)连接多个光网络单元环(4)，每个光网络单元环包含M个光网络单元ONU (17，18，19… 20，21…22);其特征在于:.1)所述的光线路终端OLT(I)是由M*N光发射机(5,6)连接到一个第一阵列波导光栅(7)，同时该第一阵列波导光栅(7)连接至一个幅度调制器(8)，幅度调制器(8)的输出端经一个掺铒光纤放大器(9 )连接至光环形器(10 )的第一口，该光环形器(10 )的第二口连接所述反馈光纤(2)，光环形器(10)的第三口连接至一个第二阵列波导光栅(25)，该第二阵列波导光栅(25)的各输出口分别各连接一个幅度接收机(26，27)；.2)所述反馈光纤(2)与所述远端节点RN(3)中的一个第三阵列波导光栅(11)相连； 所述远端节点RN (3)是所述第三阵列波导光栅(11)输出端分别与一个第一光开关(12)连接，该第一光开关(12)的第一端口连接到一个第一分光器(16),该分光器(16)的第一端口接着连接所述分布光纤(23)，该第一分光器(16)的第二端口连接至一个第二光开关(13) 的第一端口，第一光开关(12)的第二端口连接至第二光开关(13)的第二端口，第二光开关 (13)接着连接至一个第一分光器(14)的第一端口，第一分光器(14)的第二端口连接至一个第一光电二极管(15)，该第一光电二极管(15)又分别与第一光开关(12)和第二光开关(13)相连,第一分光器(14)的第三端口与所述分布光纤(23)相连；.3)所述分布光纤(23)将光网络单元ONU(17，18，19，20，21，22)串联，每个光网络单元 ONU包括I个第二分光器(29)、I个第三分光器(34)、I个第二光电二极管(31)、I个第三光开关(30)、1个粗波分复用器C/W (32)、一个可调光衰减器(33)、1个反射式半导体光放大器RSOA (35)、I个光相位接收机RX2 (37)、I个光幅度接收机RX1 (36)。正常情况下，所述分布光纤(23)与第二分光器(29)第一端口连接，第二分光器(29)第二端口连接至第二光电二极管(31)，第二光电二极管(31)分别与第三光开关(30)和波分复用器C/W (32)相连，第三光开关(30)的第二端口与粗波分复用器C/W (32)相连，粗波分复用器C/W (32)接着与可调光衰减器(33)连接，可调光衰减器(33)与第三分光器(34)相连，第三分光器(34)的第一端口与反射式半导体光放大器RSOA (35)相连,第三分光器(34)的第二端口与光幅度接收机RX1 (36)相连，第三分光器(34)的第三口与光相位接收机RX2 (37)相连，粗波分复用器C/W (32)的第二口与第三光开关(30)第三端口相连，第三光开关第四端口接着连接所述分布光纤(23)。
2.—种单星多环波分复用无源光网络实现在线升级和保护功能的方法，采用根据权利要求I所述的单星多环波波分复用无源光网络实现在线升级和保护功能的系统进行操作， 其特征在于:在正常模式下，下行传输时，光发射机(5，6)同时发射出N*M个幅度载有下行信息的光波长注入到Ix(N*M)第一阵列波导光栅(7)中，lx(N*M)第一阵列波导光栅(7) 复用后经相位调制器PM(S)调制，调制光网络单元的广播信号，调制结束后经掺铒光放大器(9)放大，注入到光循环器(10)，经该光环行器(10)路由后传入反馈光纤(2)。光信号进入远端结点RN (3)经1*N第三阵列波导光栅(11)解复用，1*N第三阵列波导光栅(11)的每个输出口输出M根光波。该M根光波经第一、第二光开关(12,13)路由后,进入光网络单元环(4)。光波长经分布光纤(23 )进入光网络单元ONUj后，在第三光开关(30 )路由下进入粗波分复用器C/W (32)，光波该光网络单元的光波将从粗波分复用器(32)第一端口输出，进入第二分光器(34)，其余光波从粗波分复用器C/W (32)第二口输出，经第三光开关(30) 路由后进入分布光纤(23)，接着进入下一个光网络单元。该网络单元的光波长从粗波分复用器第一口输出后，经可调光衰减器衰减，接着由第二分光器(34)平均分为三部分，第一部分被反射式半导体光放大器(35)再调制,用于传输上行信息；第二部分被幅度接收机(36) 接收得到下行信息；第三部分被相位接收机(37)接收得到广播信息。上行信号反射经第二分光器(34)，光衰减器(33)，粗波分复用器C/W (32)，第三光开关(30)，第二分光器(29)， 分布光纤(23), ONU1VONU1进入RN,接着经过第一分光器(14),第一、第二光开关(13,12) 进入第一阵列波导光栅(11)，由第一阵列波导光栅(11)复用后进入反馈光纤(2)，在光环形器(10)的路由下，进入掺铒光放大器(21)放大，接着被第二阵列波导光栅(25)解复用， 最终被幅度接收机(26，27)接收。
3. 根据权利要求2所述的一种单星多环波分复用无源光网络实现在线升级和保护功能的方法，其特征在于:当位于光网络单元ONUj (20)与光网络单元0NUj+1 (21)的分布光纤(23)出现故障，在远端节点RN (3)中的第一光电二极管(15)检测到上行信号能量变弱， 控制第一、第二光开关(12，13)进行切换，于此同时，光网络单元ONUjvONUm中的第二光电二极管(31)无法检测到下行信号，控制第三光开关(30)进行切换。第一、第二、第三光开关(12，13，30)进入新状态后，在远端节点RN (3)中，从第一阵列波导光栅(11)输出口输出的广播，在第一光开关(12)路由下，被第一分光器(16)均匀分成2份，第一份信号经第二光开关(13)进入分布光纤，第一份光信号工作路径如权利要求2所述。第二份光信号直接进入分布光纤。后进入光网络单元(22，28，21)，在第三光开关(30)路由下进入粗波分复用器C/W (32)，光波该光网络单元的光波将从粗波分复用器C/W (32)第一口输出，进入第三分光器(34)，其余光波从粗波分复用器C/W (32)第二口输出，经第三光开关(30)路由后进入分布光纤(23)，接着进入下一个光网络单元。该网络单元的光波长从粗波分复用器第一口输出后，经可调光衰减器衰减，接着由第三分光器(34)平均分为三部分，第一部分被反射式半导体光放大器(35)再调制，用于传输上行信息；第二部分被幅度接收机(36)接收得到下行信息；第三部分被相位接收机(37)接收得到广播信息。上行信号反射经第三分光器(34)，光衰减器(33)，粗波分复用器(32)，第三光开关(30)，第二分光器(29)，分布光纤 (23)，ONUv ONU1进入RN，接着经过分光器(14)，第二、第一光开关(13，12)进入第一阵列波导光栅(11)，由第一阵列波导光栅(11)复用后进入反馈光纤(2)，在光环形器(10)的路由下，进入掺铒光放大器(21)放大，接着被第二阵列波导光栅(25)解复用，最终被幅度接收机(26-27)接收。
【文档编号】H04B10/275GK103595496SQ201310549154
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】陈海滨, 甘朝钦, 倪翠萍, 尹茂君 申请人:上海大学