CN101253733B - 通过使用具有高频谱效率的传输格式高速传输光信号的波分复用无源光网络 - Google Patents

通过使用具有高频谱效率的传输格式高速传输光信号的波分复用无源光网络 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用具有高频谱效率调制格式的能高带宽传输光信号的波分复用无源光网络。根据本发明所述的波分复用无源光网络利用频谱效率(每一单位带宽传输比特数)高的调制格式和利用光源的低噪声部分经济地(以低成本)提供了大容量和高带宽的传输。

Description

通过使用具有高频谱效率的传输格式高速传输光信号的波分复用无源光网络
技术领域
本发明涉及一种通过使用具有高频谱效率的传输格式高速传输光信号的波分复用无源光网络(WDM-PON：Wavelength Division Multiplexed-PassiveOptical Network)。更具体地，本发明涉及一种当使用光源中的低噪声部分时，通过使用频谱效率(单位带宽传送的比特数)高的传输格式，能够经济地提供更大容量、高速接入者网的波分复用无源光网络。 
背景技术
现有接入者网大部分通过应用电话线的ADSL和VDSL，或者通过应用同轴电缆或类似装置的电缆调制解调器接入因特网。虽然向接入者提供的带宽根据传送距离而有所区别，但是上述电话线或者同轴电缆都采用了铜线，所以其最大值为10Mb/s。但是随着因特网的迅速扩张，目前以语音、文本为主的业务转化为以视频为主的业务，因此需要提高对接入者网的速度。作为一种满足带宽需求的方法，需要通信运营商和CATV运营商进化各自的接入者网，以提供视频，数据，及语音的综合服务。为了承载对带宽要求较高的高清晰度电视(HDTV/IP-TV)、视频点播(VOD：Video On Demand)、教育点播(EOD：Education On Demand)等下一代业务，需要向接入者提供带宽大于100 Mb/s的、并且对业务品质(QoS：Quality of Service)有保障的波分复用无源光网络。进而可以预见，未来的光接入者网带宽也会不断增加。 
一般来讲，在WDM-PON中被广泛用作波分复用滤波器的阵列波导光栅(AWG：Arrayed Waveguide Grating)。但是，若外部温度产生变化，则分 配给各接入者光源的波长和AWG的温度也产生变化，因此，为了便于根据温度变化控制及管理波长，需要将具备波长无依赖性，即免颜色操作性(wavelength-independent operation，i.e.，color-free operation)的低价光源。2000年8月，Hyun-Deok Kim等在IEEE Photon，Technol.Lett.，vol.12，no.8，pp.1067-1069中公开的名为“A low-cost WDM source withan ASE injected Fabry-Perot semiconductor laser”的文章中作为一种上述具有波长无依赖性光源的例子提出了一种波长锁定法布里-珀罗激光二极管(Wavelength-Locked Fabry-Perot laser diode，F-P LD)。Hyun-Deok Kim提出的波长锁定法布里-珀罗激光二极管(F-P LD)是一种方法，该方法将宽带光源(BLS：Broadband Light Source)注入到用在多模式下振荡的F-P LD中，以便将宽带光源的波长固定到F-P LD的振荡波长。这时，作为输入到波长锁定F-P LD的宽带光源(BLS)，可以是高功率发光二极管(LED：LightEmitting Diode)，放大自发辐射(ASE：Amplified Spontaneous Emission)的掺饵光纤放大器(EDFA：Erbium-Doped Fiber Amplifier)，超发光二极管(SLD：Super Luminescent Diode等。 
同时，为了保持好的传输品质，用于光通信的光源需要具备较低的相对强度噪声(RIN：Relative Intensity Noise)。例如，在多模式下振荡的F-P LD由于在较高的相对强度噪声(RIN)中难于传输光信号，因此不适合用作WDM***光源或者WDM-PON光源。更进一步的，在F-P LD中的多模式中仅选择一个模式的情况下，会产生高模式分割噪声，使得在多模式下振荡的F-PLD不能被作为WDM光通信的光源。作为减少RIN的一种方法，从外部输入BLS，并使F-P LD以伪单模式振荡，从而大幅减少模式分割噪声的方法，和利用该方式的WDM-PON◎被提出。但是，即使是使用波长锁定F-P LD的WDM-PON提高数据传送速度、或者通过减少波长间隔在一个PON内承载数个信道时，也会存在如下问题。 
在BLS中，被使用的AWG的带宽决定要输入的BLS的带宽，其中的BLS 被注入到F-P LD中，以构成波长锁定F-P LD。由于当并且基于ASE的BLS被注入时需经过预过滤过程，因此BLS会具有高噪声水平。一般来讲，为每个接入者提供的数据的传输速率越高，所使用的光源应当具有更优的噪声特性。但是存在这样的问题，AWG的带宽或者信道间隔越窄，被注入的BLS的RIN越差。因此，该问题会造成一种因素，阻碍WDM-PON实现其大容量化和高速化。 
图6为本发明实施例用锁定-波长的F-P LD的AWG在过滤前后测试的噪声恶化特性的示意图。如图6所示，在根据F-P LD振荡模式发射波长为准的非干涉性光源的注入位置(失谐(detuning))，通过注入基于ASE的BLS测试波长锁定F-P LD的RIN，其中，基于ASE的BLS用于使用信道间隔为50GHz的AWG过滤的RIN，并标识为四角形。在这里，波长锁定F-P LD的全部模式的RIN，以白色四角形标识；而用于复用和解复用的、经过AWG后到达接收端的光源的RIN，以黑色四角形标识。如图6所示，被注入的非干涉性光源的中心波长与F-P LD(0nm失谐)的发射波长一致时，相比于频谱片(spectrumsliced)ASE和黑色四角形之间的RIN值的比较，与根据非干涉性光源(BLS)的注入效果而被注入的非干涉性光源噪声相比，更有效地抑制了F-P LD的模式分割噪声。但是，当注入的非干涉性光源的中心波长处在F-P LD(+/-0.3nm失谐)的两个振荡模式之间时，不能获得F-P LD的模式分割噪声的抑制效果，反而相比注入的BLS的RIN(-104dB/Hz)，波长锁定F-P LD的噪声增加得更多。另外，随着波长锁定F-P LD的温度变化的RIN，当经过用于复用和解复用的AWGs时，会加剧噪声恶化特性。如图6所示，通过基于ASE的BLS注入而使用波长锁定F-P LD时，在经过用于复用解复用的AWGs之后，在接收端检测到的光源的RIN，不一定满足低于-107dB/Hz的RIN值，即不满足把1.25Gb/s的数据以10-12(Q＝7)的误比特率(BER)传输和以开关键(OOK)调制方式的传输格式传输的必要条件。这种问题对高速率、更大容量的WDM-PON起妨碍作用，并且在使用波长锁定F-P LD用作WDM-PON光源的情况中，和在具有波长注入方法的使用反射式半导体光放大器(RSOA：Reflective Semiconductor Optical Amplifier)的情况中普遍出现。 
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供了一种波分复用无源光网络(WDM-PON)，通过使用在光源噪声特性优秀(即噪声低)的光源、频谱效率(单位带宽的传输比特数)高的传输格式，该WDM-PON可以经济地提供更大容量、高速度的光接入者网。更具体的，本发明为了解决现有技术中的所述问题，通过使用具有高频谱效率的传输格式提供了波分复用无源光网络，并通过注入基于ASE的BLS，实现了具有比波长锁定F-P LD更低的噪声特性的光源。 
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种能够高速传输光信号的波分复用无源光网络(WDM-PON)，包括：第一阵列波导光栅(AWG)，位于光线路电话局(OLT)侧且具有n个输出端口；n个光收发器(TRx)(OLT1至OLTn)，分别与所述第一AWG连接；第二AWG，位于远程节点(Remote Node)且具有n个输出端口；n个光收发器(TRx)(ONT1至ONTn)，位于接入者(ONT)侧，并分别与所述第二AWG连接；单模光纤(SMF)，用于传输通过所述第一AWG和所述第二AWG传输的信号；以及n个单模光纤(SMF)，连接于所述第二AWG和所述n个光收发器(TRx)(ONT1至ONTn)之间，用于单独传输，其中，位于所述OLT侧的n个光收发器(TRx)(OLT1至OLTn)中的每个，和位于所述接入者(ONT)侧的光收发器(TRx)(ONT1至ONTn)中的每个均包括：WDM滤波器，用于输入通过所述第一AWG和所述第二AWG分离的光信号；光发射器(Tx)，与所述WDM滤波器连接，用于传输具有不同波长波段的光信号的；以及一光接收器(Rx)，与所述WDM滤波器连接，用于接收具有不同波长波段的光信号，其中所述光发射器(Tx)包括：低噪声光源，在特定频率区域里具有低噪声，所述在特定频率区域里噪声低的低噪声光源为通过调整注入电流以补偿波长振荡变化的F-P LD；驱动电路，用于在特定频率区域调制所述低噪声光源驱动电路；以及一编码器，与所述驱动电路连接，用于将被传输的数据变换成具有高频谱效率的调制格式驱动电路，其中所述光接收器(Rx)包括：光电二极管(PD)，用于将被传输的光信号变换成电信号； 第一带通滤波器(BPF)，用于仅使对应于被传输的光信号成份的频谱区域通过；以及一解码器，用于将通过所述第一BPF的所述调制格式变换成原始数据。 
在本发明的所述第一方面中，可以使用一种通过改变F-P LD的驱动电流使其具有低RIN值的方法，在WDM-PON中使用在特定频率区域具有低噪声特性的低噪声光源。进一步的，在特定频率区域，作为低噪声光源，可以使用容易控制波长的具有多连接(multiple-contact)的F-P LD代替F-P LD。 
 根据本发明所述的第二方面，本发明提供了一种能够高速传输光信号的波分复用无源光网络(WDM-PON)，包括低噪声宽带非干涉性光源(low noise BLS)，以多个振荡模式振荡；第一循环器和一第二循环器，分别与所述低噪声BLS连接；具有n个输出端口的第一阵列波导光栅(AWG)，位于电话局(OLT)，并用于将所述低噪声BLS的多个振荡模式过滤成n个组；n个光收发器(TRx)(OLT1至OLTn)，分别与所述第一AWG连接；具有n个输出端口的第二阵列波导光栅(AWG)，位于一远程节点(RN)，并用于将所述低噪声BLS的多个振荡模式过滤成n个组；单模光纤(SMF)，用于传输经过所述第一AWG和所述第二AWG被传输的信号；第一WDM滤波器，分别连接在所述第一循环器、所述第二循环器和所述第一AWG；第二WDM滤波器，分别连接在所述第一循环器、第二循环器和所述SMF；n个光收发器(TRx)(ONT1至ONTn)，位于接入者(ONT)侧，分别连接在所述第二AWG上；n个SMF，连接在所述第二AWG和所述n个光收发器(TRx)(ONT1至ONTn)之间，用于单独传输，其中位于所述OLT侧的所述n个光收发器(TRx)(OLT1至OLTn)中的每个和位于所述接入者(ONT)侧的光收发器(TRx)(ONT1至ONTn)中的每个均包括：WDM滤波器，用于输入通过所述第一AWG和所述第二AWG分离的光信号；光发射器(Tx)，与所述WDM滤波器连接，用于传输具有不同波长波段的光信号；以及光接收器(Rx)，与所述WDM滤波器连接，用于接收具有不同波长波段的光信号，其中所述光发射器(Tx)包括：输入低噪声BLS的波长锁定的、并通过调整注入电流以补偿波长振荡变化的F-P LD；驱动电路，用于调制所述波长锁定F-P LD；以及编码器，与所述驱
动电路连接，用于将被传输的数据变换成具有高频谱效率的调制格式，其中所述光接收器(Rx)包括：光电二极管(PD)，用于将被传输的光信号变换成电信号；第一带通滤波器(BPF)，用于仅使对应于被传输的光信号成份的频谱区域通过；以及解码器，用于将通过所述第一BPF的所述调制格式变换成原始数据。 
本发明的所述第二方面中，通过注入低噪声BLS的波长锁定反射式半导体光放大器或者通过注入低噪声BLS的具有多连接(multiple contact)的波长锁定F-P LD，可以被用于代替作为所述光发射器(Tx)光源的通过注入低噪声BLS的波长锁定F-P LD。 
在本发明所述的波分复用无源光网络中，用于电话局OLT侧：OpticalLine Termination)或者接入者(ONT：Optical Network Termination)的光发射器由在特定频谱区域中的低噪声光源构成，所传输的数据被变换成具有高频谱效率的传输格式之后被传输。 
另外，根据本发明所述的光发射器(Tx)可以使用带通滤波器(BPF：BandPass Filter)，以使用除低噪声区域以外的区域。 
进一步的，根据本发明所述的光接收器(Rx)接收来自于光发射器(Tx)传输的数据，并且只让存在被传输的信号成份的频谱区域通过，使得在光发射器(Tx)中的偏离信号传送带宽范围的光源噪声的影响最小化，并通过信号处理再生被传输的原始信号。 
再进一步的，本发明的波分复用无源光网络可以应用于一般的光通信***。 
本发明的进一步特点，可以参照附图和以下说明得以明确。图中，同样的或相似的参考编号表示相同的部件。 
本发明的波分复用无源光网络(WDM-PON)，通过使用具有低噪声特性的光源和使用高频谱效率的传输格式，可以实现1Gb/s或以上的高速传输。 
另外，本发明所述的WDM-PON，通过阶段性地方式增加数据传送速度，可 以升级光接入者网，实现了经济的光接入者网。 
大量的变换过后的实施例，可以根据本说明书提示的装置和方法直接地推到出来，而并不超出本发明的范围，并且包含在实施例部分的内容和说明书附图中提示的内容仅用于说明本发明技术方案，并不是对本发明的限制。本发明的范围不受实施例的限制，而应该仅以权利要求书中确定的保护范围为准。 
附图说明
图1为本发明通过使用具有高频谱效率传输格式的波分复用无源光网络结构示意图。 
图2为本发明实施例被AWG过滤的具有多连接(multiple-contact)的F-P LD的RIN频谱示意图。 
图3为本发明具有通过注入低噪声BLS的使用锁定波长F-P LD的波分复用无源光网络结构示意图。 
图4为本发明实施例具有低噪声特性的宽带光源(BLS)的光频谱示意图。 
图5为本发明实施例分别通过低噪声特性BLS模块，基于EDFA的ASE和涂有AR的F-P LD中的一种模式测量相对强度噪声(RIN)的示意图。 
图6为本发明实施例用锁定波长F-P LD的AWG过滤前后测试噪声恶化特性的示意图。 
图7为本发明实施例从-124dB/Hz RIN计算出符合1.25Gb/s传送要求的SNR示意图。 
图8为本发明实施例从-124dB/Hz的RIN计算出符合40Mb/s传送要求的SNR示意图。 
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明进行说明。 
图1为本发明通过具有高频谱效率传输格式的波分复用无源光网络结构示意图。 
如图1所示，本发明包括：具有n个输出端口的第一阵列波导光栅(AWG)，该第一AWG位于电话局(OLT)；单模光纤(SMF：single mode fiber)，用于传输通过所述第一AWG的信号；具有n个输出端口的第二阵列波导光栅(AWG)，该第二AWG位于远程节点(Remote Node)；以及具有WDM滤波器的光收发器(TRx)，其中每个TRx均连接在所述第一AWG和所述第二AWG。位于第二AWG所在的远程节点和位于接入者(ONT：Optical NetworkTermination)侧的光收发器(ONT1至ONTn)之间，连接有用于单独传输的单模光纤(SMF)。如图1所示，电话局(OLT)包括第一AWG和多个连接在第一AWG上的光收发器(TRx)。电话局(OLT)侧光收发器(TRx)和接入者(ONT)侧光收发器(TRx)各自连接在WDM滤波器，所述WDM滤波器用于输入通过第一AWG和第二AWG被分离的光信号，光发射器(Tx)用于发送不同波长带宽的光信号，光接收器(Rx)用于接收不同波长带宽的光信号。另外，光发射器(Tx)的光源包括具有特定频率区域的低噪声的低噪声光源(lownoise optical source)，所传送的数据(非归零：Non-Return to Zero，简称为NRZ)可以通过编码器(Encoder)变换成具有高频谱效率传输格式(例如正交幅度调制：Quadra ture Amplitude modulation，简称为QAM)。之后，变换后的传输数据通过电流驱动电路(Driver)被调制并传送，所述电流驱动电路(Driver)用于由所述特定频率区域的低噪声调制低噪声光源。其中，光发射器(Tx)还可以包括带通滤波器(BPF：Band-Pass Filter)位于电流驱动电路和编码器之间，驱动电路以限制数据传输格式的频谱带宽。 
另一方面，光接收器(Rx)通过光电二极管(PD)接收光信号。被接收的信号中只有存在被传输的信号成份的频谱区域才可以通过带通滤波器(BPF)。接着，带通滤波器(BPF)将超过信号传送带宽的信号确认为噪声，并过滤掉，因此，在传输光信号的原始光发射器(Tx)发送的原光信号中最 小化光源的噪声影响。光接收器(Rx)的信号成份通过带通滤波器(BPF)之后，通过解码器(Decoder)和时钟及数据再生器(CDR：Clock and DataRecovery)进行信号处理，还原成原始传输的信号(NRZ)。根据图1本领域普通技术人员可以明白波分复用无源光网络的构成及原理同样可以应用到光通信***。 
如图1所示，上述的本发明波分复用无源光网络中，在所述特定区域中噪声低的低噪声光源作为ONT或者OLT的光源，是通过改变F-P LD驱动电流获取低RIN的。这时，为了使两个以上的F-P LD模式被过滤掉，用于WDM-PON的两个AWG的带宽必须要宽于F-P LD的一个模式间隔。另外，为了在WDM-PON中使用在特定频率区域中具有低噪声的低噪声光源，可以采用具有多连接(multiple-contact)的、更容易控制波长的F-P LD，代替F-P LD。如图2所示，在使用具有多连接的F-P LD的情况中，通过调整注入电流以补偿随温度变化产生的波长振荡的变化，可以使F-P LD在设定的波长振荡，使得具有多连接的F-P LD可以作为WDM-PON的光源。 
图2为本发明实施例所述被AWG过滤的具有多连接(multiple-contact)的F-P LD的RIN频谱示意图。在图2所示的RIN频谱中，通过前述的方法，当使用1.5GHz部分里的低噪声区域，可以实现使用具有高频谱效率传输格式的波分复用无源光网络。 
图3为本发明所述具有通过注入低噪声BLS而使用波长锁定的F-P LD波分复用无源光网络结构示意图，通过输入低噪声BLS波长锁定的F-P LD应用在波分复用无源光网络中，具体说明具有低噪声特性的光源作为ONT或者OLT光源的另一实施例。 
如图3所示，一种具体说明作为ONT或者OLT光源，具有低噪声特性的光源的方法，表示了通过注入低噪声BLS的波长锁定F-P LD。尽管下面将要说明的具有低噪声特性的，光源的实施例，本领域普通技术人员可以明白，这些说明可以同样应用于OLT的光源。如图3所示，通过使用具有在前面 (front-facet)涂有抗反射(Anti Reflection：AR)的两个F-P LD之间相互注入的原理，具体说明了低噪音BLS(low noise BLS)。这时，低噪声BLS是，具有如图4所示光频谱的、多模式形态的光源，且低噪声BLS的各模式的3dB带宽大约为0.2nm。另外，低噪声BLS各模式的相对强度噪声(RIN)中，去除低频率区域的1/f的噪声的话，则如图5所示，比被涂成非反射的F-P LD一个模式具有的模式分割噪声(Mode Partition Noise)明显降低噪声，可以达到-135dB/Hz。 
再如图3所示，利用F-P LD之间相互输入的原理实现了用于OLT的低噪声BLS，并用作用于传输上行和下行信号的波长锁定F-P LD的流放光源。传输下行信号和传输上行信号实质上相同，因此在说明书中仅给出有关传输上行信号的说明。OLT的低噪声BLS经过第二循环器(circulator)、第二WDM滤波器(WDM2)和单模光纤(SMF)之后，被位于远程节点(Remote Mode)的第二AWG过滤之后，被分离出来，所述第二AWG用于将非干涉性光源的数个振荡模式过滤成n个组。被第二AWG分离的信号，通过用于单独传送的单模光纤(SMF)，输入到各自的ONTs(ONT1至ONTn)。各自被输入的信号通过各自ONT内的WDM滤波器之后，注入到在光收发器(TRx)中位于光发射器(Tx)内的F-P LD中，并使得F-P LD被波长锁定。这时，由于作为注入光源的低噪声BLS的低噪声特性，被波长锁定的F-P LD也保持低噪声特性。 
另一方面，图3中表示了ONT和OLT的光收发器(TRx)的其他结构。图3中的光收发器(TRx)由光发射器(Tx)和光接收器(Rx)构成。从光发射器(Tx)输出的或者输入到光接收器(Rx)的，具有不同波长波段的用于发送接收的数据信号，被光收发器(TRx)的WDM滤波器分离之后，用光发射器(Tx)的光源(F-P LD)或者光接收器(Rx)的光电二极管(PD)进行传输。输入到光发射器(Tx)的光信号数据(NRZ)，通过编码器(Encoder)变换成具有高频谱效率的传输格式(例如，正交幅度调制：，简称为QAM)。之后，变换后的光信号数据通过电流驱动电路(Driver)调制之后进行传送，所述 电流驱动电路(Driver)用于在特定频率区域的低噪声调制低噪声光源。在这里，为了控制数据传输格式的频谱带宽，光发射器(Tx)还可以在电流驱动电路和编码器之间包括带通滤波器(BPF)。经过BPF的光信号数据，通过电流驱动电路(Driver)承载到F-P LD的具有低噪声特性的频谱区域并进行传输。另外，在图3中表示了用作本发明的光发射器(Tx)的光源的F-P LD，但是这仅仅是一个实施例，并不是对本发明范围的限制，例如：反射式半导体光放大器(RSOA)或者具有多连接(multiple-contact)的F-P LD也可以作为本发明所述的光发射器(Tx)的光源。被传输的数据经过用于单独传送的SMF、远程节点的AWG2和SMF之后，传送到OLT侧的第二WDM、第二循环器和第一WDM。经过第一WDM的数据，通过用于解复用成n个组的第一AWG之后，传输到OLT的接收端，即光收发器(TRx)的光接收器(Rx)。这时，第一AWG和第二AWG的单位信道的带宽要宽于被注入的BLS一个模式(one mode)的带宽。OLT内的光接收器(Rx)包括：将被传输的光信号变换成电信号的光电二极管(PD)、带通滤波器(BPF)和解码器(Decoder)。其中，所述带通滤波器(BPF)仅使对应于被传输的信号成份的频谱区域通过，以最小化波长锁定F-P LD的噪声的噪声影响，其中的噪声是偏离被传输的信号带宽范围的任何接收信号，所述F-P LD为ONT光发射器(Tx)的光源。所述的解码器用于将具有高频谱效率的调制模式转换为原始数据。如果是数字数据，OLT的光接收器(Rx)还可以包括：用于产生时钟同步信号和用于再生数字数据的CDR电路，并且通过解码器和CDR电路可以将数字数据再生成原始的被传输的信号(NRZ)。 
通过使用具有高频谱效率的传输格式，当以高速的(1.25Gb/s)数字数据，以10-12的误比特率(Bit Error Rate：BER)传送时，根据各自的传输格式需要满足的信号噪声比(SNR)如表1所示。 
表1根据数字数据格式需要的SNR 
  格式   Eb/No   R/W   SNR   W   W
    (dB)   (bps/Hz)   (dB)   (MHz)   (MHz)
  OOK   17   1   17   1250   40
  BPSK   14   1   14   1250   40
  QPSK   14   2   17   625   20
  16-QAM   18   4   24   313   10
  64-QAM   22.4   6   30.2   209   7
  256-QAM   27   8   36   157   5
所述表1中表示了，开关键调制(OOK)方式、二进制相移键控调制(BinaryPhase Shift Keying：BPSK)方式、正交相移键控调制(Quadrature Phase ShiftKeying：QPSK)方式、16-正交幅度调制(QAM)方式、64-正交幅度调制(QAM)方式以及256-正交幅度调制(QAM)的数据格式，同时也分别表示了不同调制方是的Eb/N0(单位比特信号/单位Hz噪声，与SNR*(W/R)相同)、单位带宽传输比特数(R/W，其中R为传送速度，W为带宽)、SNR和两种带宽W。 
从表1中可以知道，单位带宽传送比特数(R/W)越高，所要求的SNR增加越快；但是，由于需要满足获得相同传输速率要求的信号带宽减少，因此通过增加频谱效率可以实现高速传输。在通过输入低噪声BLS使用波长锁定F-P LD作为光源，光发射器(Tx)采用具有高频谱效率的传输格式时，为了分析和确认高速传输的可行性，测量了具有低噪声特性部分(1/f噪声以外的区域)的相对强度噪声(RIN)，即图6中的白色圆盒黑色圆。 
更进一步的，图6为本发明实施例所述用锁定波长F-P LD的AWG过滤前后测量的噪声恶化特性的示意图。 
如图6所示，被图2中的AWG 2过滤的低噪声BLS，注入到作为ONT内光发射器(Tx)光源的F-P LD之后，波长锁定F-P LD的全部模式的RIN(白色圆圈)的测量值；和经过第一AWG和第二AWG之后，到达OLT接收端，即OLT的光电二极管(PD)的信号RIN(黑色圆圈)的测量值。根据失谐(Detuning)值表示了被监测的RIN，所述失谐(Detuning)值定义为低噪声BLS的中心波 长和波长锁定F-P LD的振荡波长之间的差。从图6中可知，到达PD的信号的最大RIN(黑色圆圈)测量值为-124dB/Hz。因此，若使用通过低噪声BLS的输入而获得的具有低噪声特性的波长锁定F-P LD，则波长锁定F-P LD的RIN值，比符合1.25Gb/s数据传送要求的近似RIN值-107dB/Hz更低，因此可以实现高速传送。 
图7为本发明从-124dB/Hz RIN计算出符合1.25Gb/s传输要求的SNR示意图。图7中的直线分别表示符合16-QAM、64-QAM和256-QAM要求的最小SNR标准值，曲线分别表示依靠16-QAM、64-QAM和256-QAM中不同调制系数(modulation index)的SNR值。 
如图7所示，注入将图6所示的低噪声BLS而获得的、具有低噪声特性的波长锁定F-P LD，采用具有高频谱效率的传输格式的256-QAM时，假设调制系数为1，在157MHz带宽中的SNR值为39dB，比157MHz带宽需要的最小SNR标准值--36dB还要高，因此满足1.25Gb/s的传输要求。由此可以看出，输入低噪声BLS而获得的波长锁定F-P LD，与温度变化无关，可以保持波长独立性，因此能够在157MHz的带宽内，以256-QAM传输格式，实现1.25Gb/s的高速数据传输。 
参照表1和图7，作为高频谱效率的其他传输格式，16-QAM或64-QAM在313MHz或209MHz的带宽内，实现1.25Gb/s的数据传输。若为64-QAM和16-QAM时，根据计算结果，可以分别用两个信道和四个信道传输(即，调制系数的和为1以下时可以实现多信道传输)。这时，通过注入低噪声BLS波长锁定F-P LD的RIN频谱中，具有低噪声部分(除1/f噪声外的区域)的频谱范围需要分别满足QAM信号传输所需的带宽(209MHz和310MHz)。反而，通过注入基于ASE的BLS的波长锁定F-P LD是，经过第一AWG和第二AWG之后测量到的图6中相对强度噪声(RIN：黑色四角形)的最大值为-99dB/Hz，即高于1.25Gb/s的高速数据传送中所需的最低RI N值(-107dB/Hz)，因此用对SNR要求最低的BPSK传输格式，不能实现1.25Gb/s的高速数据传送。 
图8为本发明实施例所述从-124dB/Hz的RIN计算出符合40Mb/s传输要求的SNR的示意图。 
参照图8和表1，假设使用RIN为-124dB/Hz的光源，以40Mb/s的速度传输16-QAM传输格式的数据，频率带宽为10MHz(参照表1)，所需要的最小SNR值为24dB(参照图8)。这时，为了升级(upgrade)向各接入者提供的数据传送速度，将传送信道以整数倍增加的话，在200MHz的频率带宽内提高传送速度(参照图8)，最多可以到20个信道(即可以到800Mb/s的传输速率)。另外，若为256-QAM时，在30MHz的频率带宽内提高传输速率，最多可以到6个信道(即可以达到240Mb/s的传输速率)。接着，利用高频谱效率的传输格式的波分复用无源光接入者网中，可以阶段性地升级传送速度。 
上述说明可以适用于从ONT侧到OLT侧传输数据的情况，即上行(up-stream)的情况。但是本领域普通技术人员可以知道上行情况和从OLT侧到ONT侧传送数据的下行(down-stream)情况相同。 

Claims (9)

1.一种高速传输光信号的波分复用无源光网络(WDM-PON)***，其特征在于包括：
第一阵列波导光栅(AWG)，位于电话局(OLT)侧并且具有n个输出端口；
n个光收发器(TRx)OLT1至OLTn，分别与所述第一AWG连接；
第二阵列波导光栅(AWG)位于远程节点并且具有n个输出端口；
n个光收发器(TRx)ONT1至ONTn，位于接入者(ONT)侧并且分别与所述第二AWG连接；
用于传输通过所述第一AWG和所述第二AWG传输的信号的单模光纤(SMF)；以及
连接于所述第二AWG和所述n个光收发器(TRx)ONT1至ONTn之间，用于单独传输信号的n个单模光纤(SMF)，
其中，每个位于所述电话局(OLT)侧的光收发器(TRx)OLT1至OLTn和每个位于所述接入者(ONT)侧的光收发器(TRx)ONT1至ONTn包括：
WDM滤波器，用于输入通过所述第一AWG和所述第二AWG分离的光；
光发射器(Tx)，与所述WDM滤波器连接、用于传输不同波长带宽光信号；以及
光接收器(Rx)，与所述WDM滤波器连接并用于接收不同波长带宽光信号，
其中，所述光发射器(Tx)包括：
在特定频率区域里噪声低的低噪声光源，所述在特定频率区域里噪声低的低噪声光源为通过调整注入电流以补偿波长振荡变化的F-P LD；
电流驱动电路，用于调制所述在特定频率区域里噪声低的低噪声光源；以及
编码器，与所述电流驱动电路连接并用于将需要传送的数据变成具有高频谱效率的传输格式的数据；
第二带通滤波器，位于所述驱动电路和所述编码器之间，用于控制所述传输格式的频谱带宽；
其中，所述光接收器(Rx)包括：
光电二极管(PD)，用于将传送的光信号变成电信号；
第一带通滤波器(BPF)，在传送的光信号成份中用于仅让对应的频谱区域光信号通过；以及
解码器，用于将通过所述第一BPF的所述具有高频谱效率的传输格式的数据变成原来的数据；
所述F-P LD的模式间隔小于所述第一AWG或者所述第二AWG的带宽，使得所述第一AWG或者所述第二AWG过滤所述F-P LD的多模式中两个以上的模式。
2.根据权利要求1所述的高速传输光信号的波分复用无源光网络***，其特征在于：
当需要传送的数据为数字数据时，所述光接收器(Rx)与所述解码器连接，并且还包括时钟和数据恢复(CDR)电路，用于还原时钟同步信号和所述数字数据。
3.根据权利要求1所述的高速传输光信号的波分复用无源光网络***，其特征在于：
所述光发射器(Tx)和光接收器(Rx)分别以整数倍增加传送信道数，使得数据传送速度阶段性地升级。
4.根据权利要求1所述的高速传输光信号的波分复用无源光网络***，其特征在于所述具有高频谱效率的传输格式具体为二进制相移键控调制(BPSK)、正交相移键控调制(QPSK)、或正交幅度调制(QAM)中的任一种。
5.一种高速传输光信号的波分复用无源光网络(WDM-PON)***，其特征在于包括：
低噪声宽带光源(BLS)，具有低噪声特性，并且以多振荡模式振荡；
第一循环器和第二循环器分别与所述低噪声BLS连接；
具有n个输出端口的第一阵列波导光栅(AWG)，位于电话局(OLT)并用于将所述低噪声BLS的多振荡模式过滤成n个组；
n个光收发器(TRx)OLT1至OLTn，分别与所述第一AWG连接；
具有n个输出端口的第二阵列波导光栅(AWG)，位于远程接点并用于将所述低噪声BLS的多振荡模式过滤成n个组；
用于传输通过所述第一AWG和所述第二AWG传输的信号的单模光纤(SMF)；
第一WDM滤波器，分别与所述第一循环器、第二循环器和所述第一AWG连接；
第二WDM滤波器，分别与所述第一循环器、第二循环器和所述单模光纤(SMF)连接；
n个光收发器(TRx)ONT1至ONTn，位于接入者(ONT)侧并分别与所述第二AWG连接；以及
连接于所述第二AWG和所述n个光收发器(TRx)ONT1至ONTn，并用于单独传送信号的n个单模光纤(SMF)，
其中，每个位于所述电话局(OLT)侧的光收发器(TRx)OLT1至OLTn和每个位于所述接入者(ONT)侧的光收发器(TRx)ONT1至ONTn包括：
WDM滤波器，用于输入通过所述第一AWG和所述第二AWG分离的光；
光发射器(Tx)，与所述WDM滤波器连接并用于传输不同波长带宽光信号；以及
光接收器(Rx)，与所述WDM滤波器连接并用于接收不同波长带宽光信号，
其中，所述光发射器(Tx)包括：
输入低噪声BLS的波长锁定的、并通过调整注入电流以补偿波长振荡变化的F-P LD；
驱动电路，用于调制所述F-P LD；以及
编码器，与所述驱动电路连接并用于将需要传送的数据变成具有高频谱效率的传输格式的数据；
第二带通滤波器(BPF)、位于所述驱动电路和所述编码器之间、用于控制所述传输格式的频谱带宽；
其中，所述光接收器(Rx)包括：
光电二极管(PD)，用于将传送的光信号变成电信号；
第一带通滤波器(BPF)，用于在传送的光信号成份中仅让对应的频谱区域光信号通过；以及
解码器，用于将通过所述第一BPF的所述具有高频谱效率的传输格式的数据变成原来的数据；
所述F-P LD的模式间隔小于所述第一AWG或者所述第二AWG的带宽，使得所述第一AWG或者所述第二AWG过滤所述F-P LD的多模式中两个以上的模式。
6.根据权利要求5所述的高速传输光信号的波分复用无源光网络***，其特征在于：
当需要传送的数据为数字数据时，所述光接收器(Rx)与所述解码器连接，并且还包括时钟和数据恢复(CDR)电路，用于还原时钟同步信号和所述数字数据。
7.根据权利要求5所述的高速传输光信号的波分复用无源光网络***，其特征在于：
所述光发射器(Tx)和光接收器(Rx)分别以整数倍增加传送信道数，使得数据传送速度阶段性地升级。
8.根据权利要求5所述的高速传输光信号的波分复用无源光网络***，其特征在于：所述第一AWG和所述第二AWG分别具有大于所述低噪声BLS的带宽。
9.根据权利要求5所述的高速传输光信号的波分复用无源光网络***，其特征在于所述具有高频谱效率的传输格式具体为二进制相移键控调制(BPSK)、正交相移键控调制(QPSK)、或正交幅度调制(QAM)中的任一种。
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