CN101136701A - 波分复用光接入传输***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种波分复用光接入传输***及方法，该***包括：光线路终端及远程节点，该远程节点通过光纤将光线路终端与多个分布式光网络单元相连接；该光线路终端包括宽谱光源和至少一第一波分复用器；所述远程节点包括多个第三波分复用器；所述远程节点还包括与所述第三波分复用器相耦合的第二梳状滤波单元，用于将一路光信号以波长交叉的形式分为多路光信号，并将每路光信号分别传输给一个第三波分复用器，或者用于汇聚多个第三波分复用器输出的多路光信号，以波长交叉的形式合并为一路光信号传输给所述光线路终端。本发明能够提高WDM－PON***的用户数量。

Description

波分复用光接入传输***及方法
技术领域
本发明涉及光传输技术领域，尤其是涉及一种波分复用光接入传输***及其传输方法。
背景技术
为满足数据通信业务的快速增长的需要，光纤网络得到了快速的发展。尤其是无源光网络(Passive Optical Network，PON)接入技术得到了迅猛发展，比较成熟的无源光网络包括APON、EPON、BPON和GPON，它们都是采用分束器将光功率分成多个光束，在每个光束上调制数据后传送给相应的用户；另外，网络中所用的用户共享上下行带宽。
该光网络具有如下缺点：
1.由于分束器引起的光功率衰减太大，将导致每个无源光网络的用户数量非常有限；
2.由于网络中所用的用户共享上下行带宽，将导致每个用户使用的净带宽不高，网络的利用率较低；
3.由于网络中所用的用户共享波长进行通信，将导致通信过程中产生保密性能差的通信安全隐患。
为了克服无源光网络本身所具有的不足之处，一种将波分复用(WaveDivision Multiplexer，WDM)技术的宽带特性和无源光网络的经济特性相结合的波分复用光接入无源光网络(WDM-PON)引起了业界广泛的关注。
如图1所示，是现有的一种波分复用光接入传输***的拓扑结构示意图，其可实现多个不同波长的光信号在同一根光纤中的传输(包括上行传输和下行传输)。
光线路终端100包括两个宽谱光源(Broadband Light Source，BLS)111和112，分别作为下行注入光源和上行注入光源，下行注入光源和上行注入光源分别具有不同的波带。
其下行传输过程如下：
下行宽谱光源111发出的宽谱光经过环形器(Circulator)120进入阵列波导光栅(Array Wave Guide，AWG)130，将宽谱光分割成不同波长的光束，并从该阵列波导光栅130对应的信道输出，经过波分复用器143的分波，注入至环回光源142；
环回光源142发射出与注入光等波长的光，并通过该环回光源142的开启和关闭，将下行数据信号调制到其输出光中，并经过波分复用器143的合波，将输出光注入至阵列波导光栅130；
阵列波导光栅130将各个通道的光波合波后，经过环形器120，进入光纤传输至远程节点(Remote Node，RN)150，并从远程节点150中的阵列波导光栅151的输出通道输出，由波分复用器163分波后，最后进入用户端160的接收器161，接收下行数据。
其上行传输过程与下行传输过程类似，
上行宽谱光源112发出的宽谱光经过环形器120进入远程节点150中的阵列波导光栅151，将宽谱光分割成不同波长的光束，并从该阵列波导光栅130对应的信道经过波分复用器163输出注入至环回光源162；环回光源162发射出与注入光等波长的光，并通过该环回光源162的开启和关闭，将上行数据信号调制到输出光中，再经过波分复用器163、阵列波导光栅151的合波，输出光原路返回至环形器120后，通过阵列波导光栅130将输出光进行波长分解，不同波长的波束通过波分复用器143进入接收器141。
由于波分复用光接入传输***给每个用户分配一个波长，其实质上点对点的通信，而在物理结构上却是的点对多点结构，因此，该网络***具有传输速度高兼成本经济的优点；另外，每个用户独享一个波长，带宽可以得到保证，而且保密性能好。
然而，波分复用光接入传输***存在如下缺陷：
1.***的用户数量受到波长信道数量的限制，例如，目前的C波段中，若以0.8nm为间隔，则只能划分出48个波长信道；
2.另外，宽谱光源经过阵列波导光栅的频谱分割后，将有很大一部分光功率被过滤掉而不能被充分利用。
因此，如何以较低的成本提高一个WDM-PON***可容纳的用户数量，已经成为推动波分复用光接入传输***实用化的重要研究课题。
发明内容
本发明的目的是提出一种波分复用光接入传输***及方法，可以以较低成本提高WDM-PON***的接入用户的数量。
为解决上述问题，本发明公开一种波分复用光接入传输***，包括：光线路终端、多个分布式光网络单元，及通过光纤与所述光线路终端及光网络单元相连接的远程节点；
其中，所述光线路终端包括宽谱光源和至少一第一波分复用器，所述每一第一波分复用器的每一信道线路上分别连接所述光线路终端的一个光收发单元；
所述远程节点包括多个第三波分复用器，每一第三波分复用器的每个信道线路上分别连接一个光网络单元，
所述远程节点还包括与所述第三波分复用器相耦合的第二梳状滤波单元，用于将一路光信号以波长交叉的形式分为多路光信号，并将每路光信号分别传输给一个第三波分复用器，或者用于多个第三波分复用器输出的多路光信号，以波长交叉的形式合并为一路光信号传输给所述光线路终端。
优选地，所述光线路终端还包含耦合在第一波分复用器和第三波分复用器之间的第一梳状滤波单元，用于将一路光信号以波长交叉的形式分为多路光信号，将每路光信号分别传输给一个第一波分复用器，或者用于多个第一波分复用器输出的多路光信号，以波长交叉的形式合并为一路光信号传输给所述远程节点。
优选地，所述第一梳状滤波单元、第二梳状滤波单元均为至少两级互联的梳状滤波器构成。
优选地，所述第一梳状滤波单元、第二梳状滤波单元均为一个梳状滤波器。
相应的，本发明还提供一种波分复用光接入传输方法，在其下行光信号传输的过程中，包括如下步骤：
(a)第一梳状滤波单元将光线路终端的宽谱光源所发出的光信号分为多路光信号；
(b)与每路光信号对应的第一波分复用器将所述每路光信号分波成多个不同波长的光信号，并分别由第一环回光源对其进行数据信号调制；
(c)所述第一波分复用器对所述已调制的光信号经进行复用，且第一梳状滤波单元将所述多个第一波分复用器输出的复用后的多路光信号合并为一路光信号，经过光纤传输进入远程节点；
(d)远程节点中的第二梳状滤波单元将所述来自光纤的光信号分为多路光信号，与每路光信号对应的第三波分复用器将所述每路光信号进行解复用处理并分别传送至对应的光网络单元。
优选地，所述步骤(b)中进一步包括：
(b1)将每个不同波长的光信号注入至一个对应的第一环回光源；
(b2)所述第一环回光源将需传输的数据信号调制到所述注入的光信号中，并输出已调制的光信号。
优选地，所述步骤(d)中进一步包括：
光网络单元中的接收器接收并解析所述解复用后的光信号。
优选地，所述第一梳状滤波单元、第二梳状滤波单元均包括至少两级互联的梳状滤波器。
优选地，所述第一梳状滤波单元、第二梳状滤波单元均为一个梳状滤波器。
相应的，本发明提供一种波分复用光接入传输方法，在其上行光信号传输的过程中，包括如下步骤：
(a)第二梳状滤波单元将光线路终端的宽谱光源所发出的光信号分为多路光信号；
(b)与每路光信号对应的第三波分复用器将所述每路光信号分波成多个不同波长的光信号，并分别由第二环回光源进行数据信号调制；
(c)所述第三波分复用器对已调制的光信号进行复用，且第二梳状滤波单元将所述多个第三波分复用器输出的复用后的多路光信号合并为一路光信号，经过光纤传输进入光线路终端；
(d)光线路终端中的第一梳状滤波单元将所述来自光纤的光信号分为多路光信号，与每路光信号对应的第一波分复用器将所述每路光信号进行解复用处理并分别传送至一接收器。
优选地，所述步骤(b)中进一步包括：
(b1)将每个不同波长的光信号注入至一个对应的第二环回光源；
(b2)所述第二环回光源将需传输的数据信号调制到所述注入的光信号中，并输出已调制的光信号。
优选地，所述第一梳状滤波单元、第二梳状滤波单元均包括至少两级互联的梳状滤波器。
优选地，所述第一梳状滤波单元、第二梳状滤波单元均为一个梳状滤波器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.由于本发明在光线路终端以及远程节点均引入了梳状滤波单元，通过梳状滤波单元以波长交叉形式，将光信号中的奇数波长和偶数波长分开的方式，将宽谱光信号或多波长光信号分为多路光信号，每路光信号再有波分复用器进行分波处理为对应多个在光信道中传输的不同波长的光信号，因此，本发明充分利用了以往被过滤掉的部分光信号，本发明采用相同光谱密度的宽谱光信号或多波长光信号，能够大大提高给用户服务的光信道数量；
2.另外，由于构成梳状滤波单元的梳状滤波器对各个光信道传输的光信号的隔离度较好，虽然采用梳状滤波单元后，不同光信道传输的光信号的波长间隔变窄，但是，不同波长光信号之间的隔离度仍然比现有技术中单个波分复用器输出端的光信号之间的隔离度高，因此，本发明的不同光信道传输的光信号的串扰较小。
附图说明
图1是现有的一种波分复用光接入传输***的拓扑示意图。
图2是本发明波分复用光接入传输***的拓扑示意图。
图3是本发明所提及的梳状滤波器的工作原理示意图。
图4是本发明所提及的梳状滤波单元的拓扑示意图。
图5是为采用图4所示梳状滤波单元的波分复用光接入传输***示意图。
具体实施方式
请参考图2所示，为本发明的波分复用光接入传输***的拓扑示意图。本***为一个波分复用无源光网络(WDM-PON)***，该***包括：
光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)210，以及通过光纤连接所述光线路终端210及多个分布式光网络单元(Optical Network Unit，ONU)230的远程节点(Remote Node，RN)220。其中，
光线路终端210包括：
分别用作上行光源与下行光源的宽谱光源(BLS)211和宽谱光源(BLS)212，该两宽谱光源连接在环形器213上；
第一梳状滤波单元214，与所述环形器213相连；
多个第一波分复用器215，与所述第一梳状滤波单元214耦接，每一第一波分复用器215分出多路光信道；
多个第二波分复用器216，一侧连接在一第一波分复用器215的一个光信道上，另一侧与第一回路光源217与第一接收器218连接，该第一回路光源217与第一接收器218构成了该光线路终端210的一个光收发单元；
其中，第一梳状滤波单元214用于将一路光信号以波长交叉的形式分为多路光信号，将每路光信号分别传输给一个第一波分复用器215，或者用于多个第一波分复用器215输出的多路光信号，以波长交叉的形式合并为一路光信号传输给所述远程节点220。
而远程节点220包括：
第二梳状滤波单元221，通过光纤与所述环形器213连接；
多个第三波分复用器222，与所述第二梳状滤波单元221耦接，每一第三波分复用器222分出多路光信道；
多个第四波分复用器231，其一侧连接在一第三波分复用器222的一个光信道上，另一侧与第二回路光源232与第二接收器233连接；所述一个第四波分复用器231、第二回路光源232及第二接收器233构成一个网络单元230；
其中，第二梳状滤波单元221用于将一路光信号以波长交叉的形式分为多路光信号，并将每路光信号分别传输给一个第三波分复用器222，或者用于多个第三波分复用器222输出的多路光信号，以波长交叉的形式合并为一路光信号传输给所述光线路终端210。
其中，第一梳状滤波器214和第二梳状滤波器221具有相同的工作原理，请参见图3所示。
梳状滤波器是一个三端口器件，一个为输入端口，另外两个为输出端口(如图中实线所示)；或者，两个为输入端口，另外一个为输出端口(如图中虚线所示)。该梳状滤波器用于将从输入端口输入的一个多波长光信号，按照该光信号的波长，将光信号以波长交叉形式，将奇数波长和偶数波长的光信号分开成两路光信号，分别从两个输出端口输出；反之，该梳状滤波器用于将从两个输入端口输入的两路光信号，以奇数波长和偶数波长交叉的形式，合并成为一路光信号，并从输出端口输出。
在C波段，波分复用器以0.8nm为间隔，将光信号按照波长能够最多分为48个光信号的传输信道；在本发明中，由于使用了梳状滤波器将光信号分开成两路后，每路光信号都可以经过波分复用器将光信号分波为48个光信道传输的光信号，因此，本发明将光信道数量提高了一倍，即该WDM-PON***的用户数量可以提高一倍。
另外，本发明中，第一梳状滤波器214和第二梳状滤波器221可以采用梳状滤波单元替代，所述梳状滤波单元是指由至少两个梳状滤波器级联构成，请参见图4所示，为一个由3个梳状滤波器级联构成的梳状滤波单元。其中，梳状滤波器1将宽谱光信号或多波长光信号分为两路交叉波长的光信号，然后，梳状滤波器2和3将该两路光信号又分别分为两路交叉波长的光信号。因此，该梳状滤波单元将光信号的频谱密度增大了4倍，相应的，采用该两级互联的梳状滤波单元的WDM-PON***，相对现有技术而言，可将用户数量提高4倍，即扩展至192个用户。
请参见图5所示，为采用图4所示两级互联的梳状滤波单元的WDM-PON***示意图。在此不再详叙。
相应地，本发明提供了一种波分复用光传输方法，该方法应用于前述的图2或图5的波分复用光接入传输***中，其包括下行光信号传输和上行光信号传输过程，现结合图2详细说明如下：
其下行光传输的工作过程如下：
下行宽谱光源(BLS)212发出的宽带光或多波长光的光信号经过环形器213定向传输至第一梳状滤波器214；
第一梳状滤波器214将输入的光信号以波长交叉的形式分为两路光信号，分别进入与其输出端连接的两个第一波分复用器215；
第一波分复用器215将输入端输入的光信号进行分波处理，分成多个光传输信道，每个信道传输不同波长的光信号；
每一个信道的光信号通过第二波分复用器216的分波(解复用)处理，将光信号注入至第一环回光源217；
第一环回光源217发射出与所注入的光信号等波长的光信号，并通过第一环回光源217开关的开启与闭合，将需传输的数据信号调制到第一环回光源217的输出光信号中；
第二波分复用器216将多个第一环回光源217的输出光信号进行合波(复用)处理；
第一波分复用器215将每个信道传输不同波长的光信号复用后，输出为一束光信号；
第一梳状滤波器214以交叉方式将两个第一波分复用器215分别输出的两束光信号进行合并，经过环形器213，进入远程节点220；
远程节点220中的第二梳状滤波器221将光信号以类似于第一梳状滤波器214的方式，以波长交叉的形式将光信号分为两路，分别进入两个第三波分复用器222；
第三波分复用器222以类似于第一波分复用器215的方式，将光信号解复用分成多个个波长的信号，每个波长的光信号分别在不同的光传输信道传输；
每个光传输信道传输的光信号通过光纤，进入第四波分复用器231，由第四波分复用器231对光信号解复用，将传输的数据信号从光信号中分离，发送给第二接收器233。
本***的上行光传输的工作过程与下行光传输的工作过程类似，大致如下：
上行宽谱光源(BLS)211发出的宽谱光信号或多波长光信号，经过环形器213、光纤传输后，至远程节点220；
远程节点220中的第二梳状滤波器221以波长交叉方式分为两路光信号，分别进入第三波分复用器222，由第三波分复用器222将每路光信号分成不同的波长在对应不同的光信道传输至光网络单元230；
光网络单元230先通过第四波分复用器231分波处理，将光信号注入至第二环回光源232，第二环回光源232采用与第一环回光源217类似方式，将传输数据信号调制到第二环回光源232的输出光信号中；然后，输出光信号原路返回，经过远程节点220、环形器213，进入第一梳状滤波器214；
第一梳状滤波器214将光信号以交叉方式分为两路后，分别进入两个第一波分复用器215，由第一波分复用器215对每路光信号进行解复用后，每个光信道传输的光信号通过第二波分复用器216的分波处理后，传输数据信号被第一接收器218接收。
综上所述，由于本发明在光线路终端以及远程节点均引入了梳状滤波单元，通过梳状滤波单元将宽谱光信号或多波长光信号以波长交叉形式分为多路光信号，每路光信号再有波分复用器进行分波处理为对应多上个光信道传输的不同波长的光信号，因此，本发明采用相同光谱密度的宽谱光信号或多波长光信号，能够大大提高给用户服务的光信道数量；另外，由于构成梳状滤波单元的梳状滤波器对各个光信道传输的光信号的隔离度较好，虽然采用梳状滤波单元后，不同光信道传输的光信号的波长间隔变窄，但是，不同波长光信号之间的隔离度仍然比现有技术中单个波分复用器输出端的光信号之间的隔离度高，因此，本发明的不同光信道传输的光信号的串扰较小。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (13)

1.一种波分复用光接入传输***，包括：光线路终端、多个分布式光网络单元，及通过光纤与所述光线路终端及光网络单元相连接的远程节点；其中，
所述光线路终端包括宽谱光源和至少一第一波分复用器，所述每一第一波分复用器的每一信道线路上分别连接所述光线路终端的一个光收发单元；
所述远程节点包括多个第三波分复用器，每一第三波分复用器的每个信道线路上分别连接一个光网络单元；
其特征在于：
所述远程节点还包括与所述第三波分复用器相耦合的第二梳状滤波单元，用于将一路光信号以波长交叉的形式分为多路光信号，并将每路光信号分别传输给一个第三波分复用器，或者用于汇聚多个第三波分复用器输出的多路光信号，以波长交叉的形式合并为一路光信号传输给所述光线路终端。
2.根据权利要求1所述的波分复用光接入传输***，其特征在于，所述光线路终端还包含耦合在第一波分复用器和第三波分复用器之间的第一梳状滤波单元，用于将一路光信号以波长交叉的形式分为多路光信号，将每路光信号分别传输给一个第一波分复用器，或者用于汇聚多个第一波分复用器输出的多路光信号，以波长交叉的形式合并为一路光信号传输给所述远程节点。
3.根据权利要求1或2所述的波分复用光接入传输***，其特征在于，所述第一梳状滤波单元、第二梳状滤波单元均包括至少两级互联的梳状滤波器。
4.根据权利要求1或2所述的波分复用光接入传输***，其特征在于，所述第一梳状滤波单元、第二梳状滤波单元均为一个梳状滤波器。
5.一种波分复用光接入传输方法，其特征在于，在其下行光信号传输的过程中，包括如下步骤：
(a)第一梳状滤波单元将光线路终端的宽谱光源所发出的光信号分为多路光信号；
(b)与每路光信号对应的第一波分复用器将所述每路光信号分波成多个不同波长的光信号，并分别由第一环回光源对其进行数据信号调制；
(c)所述第一波分复用器对所述已调制的光信号经进行复用，且第一梳状滤波单元将所述多个第一波分复用器输出的复用后的多路光信号合并为一路光信号，经过光纤传输进入远程节点；
(d)远程节点中的第二梳状滤波单元将所述来自光纤的光信号分为多路光信号，与每路光信号对应的第三波分复用器将所述每路光信号进行解复用处理并分别传送至对应的光网络单元。
6.根据权利要求5所述的波分复用光接入传输方法，其特征在于，所述步骤(b)中进一步包括：
(b1)将每个不同波长的光信号注入至一个对应的第一环回光源；
(b2)所述第一环回光源将需传输的数据信号调制到所述注入的光信号中，并输出已调制的光信号。
7.根据权利要求5所述的波分复用光接入传输方法，其特征在于，所述步骤(d)中进一步包括：
光网络单元中的接收器接收并解析所述解复用后的光信号。
8.根据权利要求5-7任一项所述的波分复用光接入传输方法，其特征在于，所述第一梳状滤波单元、第二梳状滤波单元均包括至少两级互联的梳状滤波器。
9.根据权利要求5-7任一项所述的波分复用光接入传输方法，其特征在于，所述第一梳状滤波单元、第二梳状滤波单元均为一个梳状滤波器。
10.一种波分复用光接入传输方法，其特征在于，在其上行光信号传输的过程中，包括如下步骤：
(a)第二梳状滤波单元将光线路终端的宽谱光源所发出的光信号分为多路光信号；
(b)与每路光信号对应的第三波分复用器将所述每路光信号分波成多个不同波长的光信号，并分别由第二环回光源进行数据信号调制；
(c)所述第三波分复用器对已调制的光信号进行复用，且第二梳状滤波单元将所述多个第三波分复用器输出的复用后的多路光信号合并为一路光信号，经过光纤传输进入光线路终端；
(d)光线路终端中的第一梳状滤波单元将所述来自光纤的光信号分为多路光信号，与每路光信号对应的第一波分复用器将所述每路光信号进行解复用处理并分别传送至一接收器。
11.根据权利要求10所述的波分复用光接入传输方法，其特征在于，所述步骤(b)中进一步包括：
(b1)将每个不同波长的光信号注入至一个对应的第二环回光源；
(b2)所述第二环回光源将需传输的数据信号调制到所述注入的光信号中，并输出已调制的光信号。
12.根据权利要求10或11所述的波分复用光接入传输方法，其特征在于，所述第一梳状滤波单元、第二梳状滤波单元均包括至少两级互联的梳状滤波器。
13.根据权利要求10或11所述的波分复用光接入传输方法，其特征在于，所述第一梳状滤波单元、第二梳状滤波单元均为一个梳状滤波器。
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