CN101895795B - 无源光网络中互激励多波长动态调度的光网络单元装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光通信技术领域的无源光网络中互激励多波长动态调度的光网络单元装置，包括：上行数据发射机、下行数据接收机和光环形器，其中：光环形器的输出端与下行数据接收机相连传输下行数据光信号，光环形器的输入端与上行数据发射机相连传输上行数据光信号，所述的上行数据发射机包括：两个模式间隔相同的FP多纵模激光器、可调带通滤波器、两个光环形器、光分路/耦合器和控制模块。本发明基于两个FP多纵模激光器的互激励工作方式，动态产生多波长可调的上行光载波，灵活有效的共享所有上行波长资源，提高了上行波长资源利用率；同时结构简单，成本低廉，满足了用户上行接入能力急剧增加的发展需求。

Description

无源光网络中互激励多波长动态调度的光网络单元装置

技术领域

本发明涉及的是一种光通信技术领域的装置，具体是一种无源光网络中互激励多波长动态调度的光网络单元装置。

背景技术

近年来，无源光网络(passive optical network，PON)技术发展逐渐成熟，在美国、韩国、日本等国广泛铺设，被公认为是解决光纤到户FTTH(Fiber To The Home)网络体系结构的最佳宽带接入方案，国内外众多研究机构和通信企业都投入了力量进行研发。随着带宽密集型业务，如视频会议(videoconference)、高清电视(HDTV)、视频点播(VoD)等，或分布式计算应用在光接入网中的广泛应用，用户端光网络单元装置(Optical Network Unit，ONU)要求上行平均接入带宽至少达到吉比特每秒，而目前ONU用户通常可获得的平均上行带宽只有几十兆每秒(EPON：60Mbps，BPON：20Mbps，GPON：40Mbps)，无法满足那些新型业务的要求。因此，提供一种新型的低成本、高带宽、无色的ONU结构，是在光接入网内实现下一代带宽密集型业务应用的必要条件。

经对现有文献检索发现，C.H.Yeh和C.W.Chow等人在Optics Express 2008上发表了题为“Using four wavelength-multiplexed self-seeding Fabry-Perot lasers for 10Gbpsupstream traffic in TDM-PON(基于四波长复用的自激励FP-LD激光器实现时分复用无源光网络中10Gps的上行业务)”的文章，提出一种简单的10Gpbs TDM-PON体系结构。在ONU处使用四个相同的低成本的Fabry-Perot激光器(FP-LD)，采用自激励方式同时产生四种不同的上行波长(λ1～λ4)，在每个自激励载波上承载2.5Gbps的上行数据，经波分复用后产生10Gpbs上行数据流发送给光线路终端OLT(Optical Line Terminal)。在验证实验中，ONU端单波长通道的发射模块由一个光纤反射镜(fiber reflected mirror，FRM)，一个1×2光耦合器(coupler，CP)，一个偏振控制器(polarization controller，PC)，一个波分复用器(wavelength demux/mux，WDM)和一个Fabry-Perot激光器(FP-LD)组成。FP激光器的输出端与偏振控制器PC的一端相连，偏振控制器PC的另一端与波分复用器WDM的一端相连，波分复用器WDM的另一端与1×2光耦合器CP的合路端口相连，1×2光耦合器CP其中一个分路端口与光纤反射镜FRM相连，1×2光耦合器CP另一个分路端口作为该发射模块的输出端口与一个光环形器(optical circulator，OC)相连，2.5Gbps的上行数据通过偏置电路直接调制在FP激光器上，光环形器OC的另一个端口与ONU下行接收模块Rx相连。但是，该技术中由于ONU仍按照时分复用方式同时发送多载波上行数据，不论上行业务负载大小，ONU在某一时隙独占所有的波长资源，这种机制并没有结合考虑各个ONU实际的上行负载，没有灵活有效地分配时间和波长两种资源，从而导致突发模式收发器利用率不高。

经检索又发现，M.Attyballe和Y.J.Wen等人在Optics Express 2007上发表“Increasingupstream capacity in TDM-PON with multiple-wavelength transmission using Fabry-Perotlaser diodes(基于FP-LD激光器的多波长传输机制增加时分复用无源光网络的上行容量)”。该技术中：光线路终端OLT发射下行数据波长和多个未调制的种子波长到ONU，在ONU中使用单个Fabry-Perot激光器作为上行波长通道的选择器和突发模式调制器，通过温度调节，让FP-LD激光模式锁定在某一个种子激励波长上，调制发送2.5Gbps的上行数据流，从而实现ONU多波长动态接入机制。ONU端的发射模块仅仅由受温度调节控制的FP-LD激光器构成，上行数据直接调制在FP激光器上。但是该技术需要从局端OLT发送种子激励波长，经过远端节点RN(Remote Node)处的功率分割发送至各个ONU，种子激励光源的功率预算较为紧张；而且为了实现FP LD的动态锁模，ONU端点需要复杂的温度控制电路，结构复杂，成本较高。

经检索还发现，T.Jayasinghe和C.J.Chae等人在Journal of Optical Networking 2007上发表“Scalability of RSOA-based multi-wavelength Ethernet PON architecture with dualfeeder fiber(具有双馈入线光纤基于反射式半导体放大器的多波长以太网光网络体系结构的可扩展性研究)”，提出一种容量平滑升级的多波长EPON结构，在该结构中，OLT发送一组种子激励光波FLS，经远端节点RN的功率分割，发送给各个ONU，在ONU中使用利用滤波器滤出所需的种子激励光波，并基于反射式光放大器RSOA调制发送上行数据。ONU端的发射模块由光滤波器filter和反射式光放大器RSOA构成，反射式光放大器RSOA的输出端与光滤波器filter的一个端口相连，光滤波器filter的另一个端口作为该发射模块的输出端口与组波分复用CWDM的一个分路端口相连，上行数据直接调制在反射式光放大器RSOA上。但是该技术需要从局端OLT发送种子激励波长，经过远端节点处的功率分割，发送至各个ONU，相比于ONU自激励传输技术，结构复杂、成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种无源光网络中互激励多波长动态调度的光网络单元装置。本发明通过使用两个模式间隔相同的FP多纵模激光器，相互激励地产生上行光载波，并使用可调滤波器，动态选择上行光载波的激励波长，增加了上行传输的灵活性，提高了上行波长资源利用率，结构简单，成本低，有助于带宽密集型业务或分布式计算应用在无源光网络中的实现。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：上行数据发射机、下行数据接收机和第三光环形器，其中：第三光环形器的输出端与下行数据接收机相连传输下行数据光信号，第三光环形器的输入端与上行数据发射机相连传输上行数据光信号。

所述的上行数据发射机产生上行数据光信号，包括：两个FP多纵模激光器、可调带通滤波器、两个光环形器、光分路/耦合器和控制模块，其中：第一FP多纵模激光器的输出端与可调带通滤波器的输入端相连传输多纵模光载波，控制模块的控制输出端口与可调带通滤波器相连传输控制通带中心波长的控制信号，可调带通滤波器的输出端与第一光环形器的输入/输出端相连传输单纵模光载波，第一光环形器的输出端与第二光环形器的输入端相连传输单纵模光载波，第二光环形器的输入/输出端与第二FP多纵模激光器的输出端相连传输单纵模上行数据光信号，控制模块的数据输出端口与第二FP多纵模激光器的射频端口相连传输上行数据电信号，第二光环形器的输出端与光分路/耦合器的合路端口相连传输单纵模上行数据光信号，光分路/耦合器的一个分路端口与第一光环形器的输入端相连传输单纵模上行数据光信号，光分路/耦合器的另一个分路端口与第三光环形器的输入端相连传输自激励的单纵模上行数据光信号。

所述的两个FP多纵模激光器的模式间隔相同。

所述的光分路/耦合器是分光比为90∶10的1×2光分路/耦合器。

所述的下行数据接收机恢复下行数据。

所述的第三光环行器传输上行数据光信号和下行数据光信号。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：具有相同上行多波长接入能力，大大增加了ONU的上行传输带宽，灵活有效的共享所有上行波长资源，提高了上行波长资源利用率，满足了用户上行接入能力急剧增加的发展需求，这种低成本、高效率、无色ONU的容量升级方案，为下一代光接入网的发展提供一种技术储备，有助于带宽密集型业务或分布式计算应用在无源光网络中的实现。

附图说明

图1为实施例的结构组成示意图；

其中：1-第一FP多纵模激光器、2-可调带通滤波器、3-第一光环行器、4-第二光环行器、5-第二FP多纵模激光器、6-光分路/耦合器、7-控制模块、8-上行数据发射机、9-第三光环行器和10-下行数据接收机。

图2为实施例结果图；

其中：(a)是两个FP多纵模激光器在无自激励自由输出的光谱图；(b)是两个FP多纵模激光器在互激励时输出的功率光谱图；(c)是两个FP多纵模激光器在互激励时产生的光载波输出功率和边模抑制比。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，本实施例包括：上行数据发射机8、下行数据接收机10和第三光环行器9，其中：第三光环行器9的输出端与下行数据接收机10相连传输下行数据光信号，第三光环行器9的输入端与上行数据发射机8相连传输上行数据光信号。

所述的上行数据发射机8产生上行数据光信号，包括：第一FP多纵模激光器1和第二FP多纵模激光器5、可调带通滤波器2、第一光环形器3、第二光环形器4、分光比为90∶10的1×2光分路/耦合器6和控制模块7，其中：第一FP多纵模激光器1的输出端与可调带通滤波器2的输入端相连传输多纵模光载波，控制模块7的控制端口与可调带通滤波器2相连传输控制通带中心波长的信号，可调带通滤波器2的输出端与第一光环形器3的输入/输出端相连传输单纵模光载波，第一光环形器3的输出端与第二光环形器4的输入端相连传输单纵模光载波，第二光环形器4的输入/输出端与第二FP多纵模激光器5的输出端相连传输单纵模上行数据光信号，控制模块7的数据输出端口与第二FP多纵模激光器5的射频端口相连传输上行数据电信号，第二光环形器4的输出端与分光比为90∶10的1×2光分路/耦合器6的合路端口相连传输单纵模上行数据光信号，分光比为90∶10的1×2光分路/耦合器6的10％分路端口与第一光环形器3的输入端相连传输单纵模上行数据光信号，分光比为90∶10的1×2光分路/耦合器6的90％分路端口与第三光环行器9的输入端相连传输自激励的单纵模上行数据光信号。

所述的第一FP多纵模激光器1与第二FP多纵模激光器5的模式间隔相同，都为1.34nm，并同时偏置在28mA和25℃的室温环境下。

所述的控制模块7发送上行数据和发送控制指令。

所述的可调带通滤波器2的3dB带宽为0.4nm，***损耗为3.5dB。

所述的下行数据接收机10是光电检测器，其恢复下行数据。

所述的第三光环行器9的输入/输出端传输上行数据光信号和下行数据光信号。

本实施例的工作过程是：在上行数据发射机8中，第一FP多纵模激光器1的输出端与可调带通滤波器2的输入端相连传输多纵模光载波，控制模块7的控制端口与可调带通滤波器2相连传输控制信号，根据该控制信号，动态调节可调带通滤波器2以滤出指定的单纵模光载波(其中心波长为1550.0nm)，可调带通滤波器2的输出端与第一光环形器3的输入/输出端相连传输单纵模光载波，第一光环形器3的输出端与第二光环形器4的输入端相连传输单纵模光载波，第二光环形器4的输入/输出端与第二FP多纵模激光器5的输出端相连，控制模块7的数据输出端口与第二FP多纵模激光器5的射频端口相连传输1.25Gbit/s上行数据电信号，直接将上行数据电信号调制在该受激的单纵模光载波上，从而产生1.25Gbit/s上行数据光信号。第二光环形器4的输出端与分光比为90∶10的1×2光分路/耦合器6的合路端口相连传输单纵模上行数据光信号，1×2光分路/耦合器6的10％分路端口与第一光环形器3的输入端相连传输单纵模上行数据光信号，这样，第一光环形器3、第二光环形器4和1×2光分路/耦合器6构成一个光纤环，该单纵模上行数据光信号经过这个光纤环，原路返回到第一光环器3、可调带通滤波器2和第一FP多纵模激光器1，由此在第一FP多纵模激光器1和第二FP多纵模激光器5之间形成互激励，1×2光分路/耦合器6的90％分路端口与第三光环行器9的输入端相连传输自激励的单纵模上行数据光信号。

本实施例中两个FP多纵模激光器在偏置电流为28mA、温度为25℃室温环境下，无自激励(without self-seeding)自由输出的光谱图如图2(a)所示，由图2(a)中可见多纵模的模式间隔为1.34nm；两个FP多纵模激光器在互激励情况下，在可调范围为1544.7nm到1563.4nm之间，输出的功率光谱图如图2(b)所示；在可调波长范围内互激励产生的光载波输出功率Power和边模抑制比(side-mode suppression ratio，SMSR)如图2(c)所示。本实施例分别在波长为1556.67nm和1546.0nm上得到最大的输出功率为-3.42dBm和最小的输出功率为9.0dBm，边模抑制比SMSR也在波长为1556.67nm上得到最大值，该最大值为71.43dB。

Claims (3)

1.一种无源光网络中互激励多波长动态调度的光网络单元装置，包括：上行数据发射机、下行数据接收机和第三光环形器，其特征在于，第三光环形器的输出端与下行数据接收机相连传输下行数据光信号，第三光环形器的输入端与上行数据发射机相连传输上行数据光信号；

所述的上行数据发射机产生上行数据光信号，包括：两个法布里-帕罗FP多纵模激光器、可调带通滤波器、两个光环形器、光分路/耦合器和控制模块，其中：第一法布里-帕罗FP多纵模激光器的输出端与可调带通滤波器的输入端相连传输多纵模光载波，控制模块的控制输出端口与可调带通滤波器相连传输控制通带中心波长的控制信号，可调带通滤波器的输出端与第一光环形器的输入/输出端相连传输单纵模光载波，第一光环形器的输出端与第二光环形器的输入端相连传输单纵模光载波，第二光环形器的输入/输出端与第二法布里-帕罗FP多纵模激光器的输出端相连传输单纵模上行数据光信号，控制模块的数据输出端口与第二法布里-帕罗FP多纵模激光器的射频端口相连传输上行数据电信号，第二光环形器的输出端与光分路/耦合器的合路端口相连传输单纵模上行数据光信号，光分路/耦合器的一个分路端口与第一光环形器的输入端相连传输单纵模上行数据光信号，光分路/耦合器的另一个分路端口与第三光环形器的输入端相连传输自激励的单纵模上行数据光信号；

所述的两个法布里-帕罗FP多纵模激光器的模式间隔相同。

2.根据权利要求1所述的无源光网络中互激励多波长动态调度的光网络单元装置，其特征是，所述的光分路/耦合器是分光比为90∶10的1×2光分路/耦合器。

3.根据权利要求1所述的无源光网络中互激励多波长动态调度的光网络单元装置，其特征是，所述的下行数据接收机是光电检测器。

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