CN102695101B - 一种波分复用上的无源光网络 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波分复用上的无源光网络(PON-Over-WDM网络)。该网络包括第一WDM耦合器、ONU终端、光循环器、第一波长转换器。其中，所述光循环器将所述ONU终端发送的突发光信号导向所述第一波长转换器，该第一波长转换器用于对该光信号进行波长转换，并将该转换波长后的光信号发送至所述第一WDM耦合器进行耦合，而后在单根光纤上进行传输。本发明成本低、可灵活扩展和接入大容量ONU设备或终端用户、可兼容不同的设备供应商和运营商，能够应用于光通信网络中。

Description

一种波分复用上的无源光网络

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及光通信网络。

背景技术

目前随着加快推进电信网、广播电视网和互联网的三网融合，以及电信运营商和广电运营商积极推进无源光网络(PassiveOpticalNetwork，PON)的规模商用，宽带网络迎来了新一轮的升级高潮。网络带宽之所以能够不断提速得益于支持光纤网络的光通信技术的发展，光通信网络采用了有着巨大带宽资源和优异传输性能的光纤介质。

作为一种更先进的固网接入方式，FTTx(光纤到户/楼/小区等)技术是“光进铜退”的必然解决方案，使得PON接入网网络架构一步到位，FTTx可提供20MHz以上的带宽，从而实现了一根光纤支撑包括宽带、IPTV、VoIP以及视频等各种业务。目前，根据光纤到用户的距离及用户端口的接入位置，可将FTTx分为光纤到大楼FTTB(FiberToTheBuilding)、光纤到户FTTH(FiberToTheHome)、光纤到小区FTTC(FiberToTheCurb)等几种服务形态。

PON网络中的FTTx技术利用了光纤媒介来实现，数据通信/语音/视频图像等信息从区域电信机房的局端设备OLT(OpticalLineTerminal，光线路终端)到用户终端设备ONU(OpticalNetworkUnit，光网络单元)的传输。

图1是现有技术中的一种PON网络构架示意图。图1中，OLT是连接在光纤干线上的终端设备，用于网络的集中管理和业务提供，包括传统的IP业务和TDM业务。ONU则属于接入网用户侧的终端设备，其接受OLT的管理和配置，并作为用户和网络之间的接口直接为用户提供数据通信/语音/视频图像等各种服务。因此，OLT和ONU是PON网络中的关键设备以及成本决定因素，如何保证其稳定运转和易于扩展维护是运营商在网络建设和维护中首要考虑的因素。

在全业务运营和三网融合的背景下，各类对带宽消耗较大的视频业务、游戏业务和会议业务不断涌现，以及对ONU端口数量的更多需求，使得通信网络面临着较大的升级压力。然而，基于目前PON网络的解决方案，每一个OLT最多只能接入64个ONU设备(理论上最多接入128个ONU端口)。目前临时解决方案是：在建设接入网时，采用将OLT不断下沉的方式，使OLT设备越来越接近于用户终端。然而此种方式导致了极其复杂的ODN网络(光配线网络)。因此，成为运营商的巨大烦恼以及光接入网进一步发展的瓶颈。

基于此种迫切需求和巨大的市场压力，10GPON和WDM-PON开始进入到PON设备供应商的开发和生产计划。

10GPON网络将光纤接入网络的上行和下行带宽，提高了10倍(带宽可达到10Gbps)，且能与现有GEPON/GPON方案的网络协议和拓扑结构相互兼容，因此对于设备运营商具有极大的吸引力。但是由于10GPON网络中的各种关键器件，如集成芯片、光器件和光模块等，在技术上还不成熟并且价格偏高。因此，目前10GPON仍然难以在商业上形成规模使用。

WDM-PON使用不同波长同时工作，其可以将用户接入的带宽增加数倍乃至数十倍，从而满足用户对终极的需求。WDM-PON最基本的方案是在OLT中采用多个不同波长的光源，每个ONU也使用特定波长的光源，预先对各个点对点的连接配置波长，从而利用每个波长信道来确保每个用户的带宽。

目前，WDM-PON***中所要求的光模块、宽带光源技术和集成芯片仍然不成熟。WDM-PON网络要求采用特殊制造的OLT或ONU设备，要求每个OLT或ONU要有单独属于自己的波长，或者是特殊设计制造的ONU设备，从而导致了极其高昂的网络建设和维护成本。另外，WDM-PON尚缺乏国际标准，进而进一步阻碍了WDM-PON技术的发展。

中国发明专利CN101114885A公开了混合波分时分复用无源光网络***、终端及信号传输方法。该专利申请要求在每个OLT端口上使用一个全光波长转换器，并且每个上行波长都要使用特定波长窗口的特殊WDM复用器，导致了其昂贵的网络建设成本。中国发明专利CN101237293A公开了波分时分复用无源光网络***。该专利申请要求采用特殊设计的无色ONU设备，即对ONU设备有着特殊的要求，建设成本也很高。

发明内容

本发明提供了一种解决以上问题的波分复用上的无源光网络(PON-Over-WDM网络)。

在第一方面，本发明提供了一种波分复用(WDM)上的无源光网络(PON)，包括第一WDM耦合器、ONU终端、光循环器、第一波长转换器。其中，光循环器将ONU终端发送的突发光信号导向第一波长转换器，该第一波长转换器用于对该光信号进行波长转换，并将该转换波长后的光信号发送至第一WDM耦合器进行耦合，而后在单根光纤上进行传输。

本发明从根本上解决和突破了接入网发展的瓶颈，通过结合PON网络低成本、易组网、易维护的优点，以及WDM网络大带宽和动态配置的优点，采用了波分(WDM)上的PON网络架构(或称之为PON-Over-WDM网络)，实现了在确保每户带宽需求的基础上，灵活有效地管理了大量OLT设备。此外，本发明可扩展大量ONU端口，且易于重新构架，真正实现了低成本建设大接入容量的多用户光接入网络。

此外，本发明可采用标准的OLT设备、ONU设备、无源光器件，因此可兼容不同的设备供应商和运营商，实现了真正意义上的网络完全“透明”，满足了快速增长的三网合一和物联网的建设需求。

附图说明

下面将参照附图对本发明的具体实施方案进行更详细的说明，在附图中：

图1是现有技术中的一种PON网络架框示意；

图2是本发明一个实施例的WDM上的PON网络示意图；

图3是本发明另一个实施例的WDM上的PON网络示意图；

图4是本发明一个实施例的光电光双向波长转换器；

图5是本发明一个实施例的光电光单向波长转换器；

图6是本发明一个实施例的WDM上的GEPON网络示意图。

具体实施方式

图2是本发明一个实施例的WDM上的PON网络(PON-Over-WDM网络)示意图，该图示意的是采用单个OLT设备的WDM-Over-PON网络示意图。

图2中，下行方向，在中心局，单个OLT下行发送波长为λD(如1490nm)的CW光信号(连续光信号)，该CW光信号经过中心局处的第一个无源WDM耦合器后，将波长为λD的光信号导向多波长发生器，然后经该多波长发生器后产生了具有多个不同波长的光信号，且波长分别为λD1、λD2，……，λDn。该多波长光信号再经中心局处的第二无源WDM耦合器复合合波后，在单根传输光纤中进行传输。其中，该单根光纤长度可大于20公里。

较佳地，在上述第二个无源WDM耦合器处接入一远程光中继放大器，以便能够接入更多的ONU终端设备以及能够传输更长的距离。

下行方向，在用户端，该多波长CW光信号(波长分别为λD1、λD2......λDn)，在到达用户侧的无源WDM耦合器时，波长为λD1的CW光信号会被导向相应的ONU组群1，并通过分光器进行广播；波长为λD2的CW光信号会被导向相应的ONU组群2，并通过分光器进行广播；......；波长为λDn的CW的光信号被导向相应ONU组群n，并通过分光器进行广播。需要说明的是，在用户端也可以采用多个无源WDM耦合器，具体实现方式参加图3及其相应说明部分。图3是以多个无源WDM耦合器(在用户端)为例所作出的阐述。

上行方向，在用户端，来自ONU的上行光信号，例如具有标准1310nm波长的突发光信号，经过分光器(如PON分光器)基于TDM技术合光后，被无源光循环器导向波长转换器，该波长转换器将该突发光信号转换成波长为λUx(x＝1，2......n)的突发光信号。需要说明的是，该波长转换器可以对一个波长进行转换，也可以对对多个波长同时进行转换。具体地，在用户端的每一无源WDM耦合器与其相应的ONU组群之间有一无源光循环器。该无源光循环器的作用是：将下行方向的波长为λDx(其中，x＝1、2......n)的多波长光信号导向相应ONU组群中；并将上行的突发光信号(波长为λU，如波长为标准1310nm波长)导向一波长转换器，以便该波长转换器将该突发光信号转换成波长为λUx(其中，x＝1、2......n)的突发光信号。

上行方向，在用户端，该波长为λUx的突发光信号继续上行至无源WDM耦合器，并与来自其它ONU组群的突发光信号进行合光，然后在单根光纤上进行传输。其中，传输距离大于20公里。

较佳地，在该分光器与ONU终端之间采用光中继器或者采用远端光放大器，以便能够接入更多的ONU终端以及能够传输更长的距离。

上行方向，在中心局，将来自单根光纤上的突发光信号(波长分别为λU1、λU2......λUn)进行波长转换，以转换成OLT设备所需要波长的光信号，如转换成标准波长1310nm。需要说明的是，若OLT设备中的半导体探测器具有较宽波长窗口，如波长窗口大于300nm，则不需要该波长转换器，而是通过波长选择器直接将多波长的突发光信号导向OLT设备。

上述图2仅是以单个OLT设备为例加以阐述，实际上，OLT设备可以有多个。多个OLT设备与单个OLT设备原理基本相同，参加图3。

图3是本发明另一个实施例的WDM上的PON网络示意图，该图示意的是在中心局采用多个OLT设备，在用户端采用多个无源WDM耦合器的基于WDM的PON网络。

图3中，下行方向，在中心局，多个OLT设备发出的CW光信号(波长为λD)，经波长转换后波长分别为λD1、λD2......λDn(图3中未示意出波长转换器)，再经无源WDM耦合器合波后，在单根传输光纤中进行传输。

下行方向，在用户端，多波长光信号到达用户端的无源WDM耦合器时，首先波长为λD1的光信号会被导向相应的ONU组群1；其余的波长会继续下行到下一个无源WDM耦合器，波长为λD2的光信号会被导向相应的ONU组群2；依此类推，使得其余波长的光信号被导向相应的ONU组群。

上行方向，在用户端，ONU组群发送的突发光信号，如波长为1310nm的光信号，经分光器基于TDM技术合光后，由无源光循环器导向波长转换器(图3未示意出)，经波长转换后，再由无源WDM耦合器合波。然后上行到1:N多路无源WDM耦合器。该多路无源WDM耦合器基于不同的波长配置，将来自不同ONU组群的光信号导向相应的OLT设备。然后再在单根光纤上传输。

较佳地，在上述无源WDM耦合器处有一3R波长转换器，则突发光信号在下行到该无源WDM耦合器后，经该3R波长转换器可以进行光再生转换，并且通过该3R波长转换器，能够完全将来自ONU终端设备的微弱信号进行再生放大，从而可以允许接入更多的ONU终端设备。

上行方向，在中心局，多波长光信号经无源WDM耦合器后导向相应的OLT设备。

在本发明的基于WDM的PON网络中，波长转换器包括但并不局限于光电光(O-E-O)波长转换器、基于注入锁定Fabry-Perot激光器的波长转换器、基于反射式半导体光放大器(RSOA)的波长转换器、基于布拉格光栅激光半导体光放大器的波长转换器、基于非线性增益调制(XGM)或者相位调制的3R(再放大，时钟复原，信号复原)全光再生波长转换器、基于波长调谐激光器的可调谐波长转换器。

为了进一步降低成本，本发明提供了一种O-E-O(光电光)双向波长转换器及O-E-O(光电光)单向波长转换器。参见图4、图5。图4是光电光双向波长转换器示意图，图5是光电光单向波长转换器。

图4中，该双向光电光波长转换器采用两个光模块，这两个光模块可以采用但并不限于标准的PON光模块或者其它的光模块，例如SFP光模块，或者特殊定制的光模块等。图4中，波长为λ1的光信号输入至第一光模块，而后进行电自环或光自环，再由第二光模块发射输出，此时波长已转换成λ2；波长为λ3的光信号输入至第二光模块，而后进行电自环或光自环，再由第一光模块反射输出，此时波长已转换成λ4。

图5中，该单向光电光波长转换器采用一个光模块，该光模块可以采用但并不限于标准的PON光模块或者其它的光模块，例如SFP光模块或者特殊定制的光模块等。图5中，波长为λ1的光信号输入至该光模块，而后进行电自环或光自环，再由该光模块发射输出，此时波长已转换成λ2。

需要特别说明的是，本发明的每个OLT设备以及每一ONU终端设备，可以采用标准的PON技术，即采用标准的OLT设备和ONU设备，如10GEPON、10GxGPON等技术。

本发明可采用标准的ONU设备，以及采用低成本的TDM技术统一分配波长，由于这一方案完全不同于目前处于开发阶段的WDM-PON技术。现有WDM-PON技术要求采用特殊的OLT和ONU设备，且每个ONU都需要单独分配波长，导致了极其高昂的网络建设成本，限制了WDM-PON在实际中的应用。而本发明则能够兼容任何一家运营商及兼容任意一种PON设备，例如GEPON、GPON、10GEPON、10GxGPON等。因此，本发明是一个纯粹的透明网络，其能够确保任意一家运营商都能够随时接入，且每个用户都能够随时选择需要的运营商服务。

下面以GEPON为例，更一步阐述如何实现本发明的基于WDM的PON网络。图6是本发明一个实施例的WDM上的GEPON网络示意图。

图6中，来自OLT设备的具有1490nm波长的光信号经过多波长转换后，输出具有OLT信息的多波长光信号，其波长分别为λD1，…，λDn。该多波长光信号经中心局处的WDM耦合器进行耦合后，在单根光纤中进行传输。该多波长光信号到达用户侧的无源AWG分光藕合器时，不同波长的光信号会被导向相应的ONU组群。

较佳地，在中心局处的WDM耦合器中接入Raman光纤放大器，以保证能够接入更多的ONU终端设备。

在用户端的无源AWG分光耦合器与ONU组群之间有一无源光循环器，该无源光循环器将来自AWG分光耦合器的下行光信号导向相应ONU组群，而将来自ONU组群的上行光信号(波长为1310nm)导向该波长转换器，经波长转换后(如波长为λUx，x＝1，2，…，n)，再上行至该AWG分光藕合器，该AWG分光耦合器将该多波长光信号经单根光纤传输至中心局。

在中心局，上行的多波长光信号经SOA(半导体光放大器)、OBPF(窄带光带通滤波器)，转换成了波长为1310nm标准突发光信号。此外，若OLT设备中的收端具有极宽波长窗口时，如波长窗口大于300nm，则此时可以不对上行的突发光信号进行波长转换，可直接接入到OLT设备中。

较佳地，利用WSS(波长选择器)或ROADM(可配置光分插复用器)对波长智能再分配，到达指定的OLT设备。

综上，本发明采用多波长转换器对单个或多个OLT设备动态分配不同波长，以管理不同的ONU组群。实现下行时合波后同时在一根光纤上传输，到达用户侧时，采用无源波分光器件，例如AWG(阵列光波导)或ROADM(可重构的光分插复用器)，去广播同一OLT设备或者导向不同的OLT信息去不同的ONU组群。因此，本发明的基于WDM的PON网络结合了PON低成本以及WDM技术大带宽的优势，尤其是能够直接采用标准的OLT/ONU设备，从而真正实现了确保超过20MHz带宽的大容量PON网络。本发明的基于WDM的PON网络，可以兼容不同设备供应商和运营商的差异性，满足了三网合一的需求。

此外，本发明可使一根光纤承载容量达到32倍甚至更高的扩展，真正实现了一根光纤可接入成千个终端接口。以32个DWDM信道和EPON(挂接64个ONU)为例，采用本发明的基于波分复用的PON网络，单个OLT设备可支持32*64＝2048个ONU终端。

需要说明的是，以上是以无源光网络为例所进行的阐述，实际上本发明不限于无源光网络，也可以是有源光网络。此外，本发明可以是基于DWDM(密集型光波复用)的PON网络，也可以是基于CWDM(稀疏波分复用)的PON网络以及其他任意WDM形式的PON网络。也就是说，本发明包括但并不限于，基于WDM的xGPON网络、基于DWDM的PON网络，基于DWDM的xGPON网络、基于CWDM的PON网络、基于CWDM的xGPON网络等等。

显而易见，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下，在此描述的本发明可以有许多变化。因此，所有对于本领域技术人员来说显而易见的改变，都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本发明所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限定。

Claims (17)

1.一种波分复用（WDM）的无源光网络（PON），包括第一WDM耦合器、ONU终端；其特征在于，该网络还包括光循环器、第一波长转换器；

其中，所述光循环器将所述ONU终端发送的突发光信号导向所述第一波长转换器，该第一波长转换器用于对该光信号进行波长转换，并将该转换波长后的光信号发送至所述第一WDM耦合器进行耦合，而后在单根光纤上进行传输；

所述无源光网络还包括分光器，且该分光器基于TDM技术将ONU终端发送的光信号进行合光，再将该合光后的光信号导向所述波长转换器；所述无源光网络基于同一根光纤承载上下行光信号；对于局端设备OLT下行具有固定波长光信号，采用多波长广播方法；对于上行具有固定波长光信号，利用特有的ONUTDM技术合光，并将来自ONU终端具有固定波长的光信号通过波长转换器后复用合光到标准局端OLT的同一根光纤上，其中，所述光循环器将所述ONU终端发送的突发光信号导向所述第一波长转换器，该第一波长转换器用于对该光信号进行波长转换，并将该转换波长后的光信号发送至所述第一WDM耦合器进行耦合，而后在单根光纤上进行传输。

2.如权利要求1所述的一种波分复用的无源光网络，其特征在于，所述光循环器还用于将来自所述第一WDM耦合器的光信号导向相应ONU组群。

3.如权利要求1所述的一种波分复用的无源光网络，其特征在于，所述第一WDM耦合器为无源WDM耦合器。

4.如权利要求1所述的一种波分复用的无源光网络，其特征在于，所述光循环器为无源光循环器。

5.如权利要求1所述的一种波分复用的无源光网络，其特征在于，所述第一波长转换器为双向光电光波长转换器、单向光电光波长转换器、基于FP激光器的波长转换器、基于反射式半导体光放大器的波长转换器、基于布拉格光栅激光半导体光放大器的波长转换器、基于非线性增益调制或相位调制的3R全光再生波长转换器、基于波长调谐激光器的可调谐波长转换器中的一个或多个。

6.如权利要求5所述的一种波分复用的无源光网络，其特征在于，所述双向光电光波长转换器包括两个光模块；其中，输入的光信号经过第一光模块后进行电自环或者光自环，并由第二光模块进行发射输出，以实现波长的转换。

7.如权利要求5所述的一种波分复用的无源光网络，其特征在于，所述单向光电光波长转换器包括一个光模块；其中，输入的光信号经过该光模块后进行电自环或者光自环再发射输出，以实现波长的转换。

8.如权利要求7所述的一种波分复用的无源光网络，其特征在于，在所述分光器与所述ONU终端之间采用光中继器或者远端光放大器，以便能够接入更多的ONU终端和传输更长的距离。

9.如权利要求1所述的一种波分复用的无源光网络，其特征在于，包括中心局，且该中心局包括OLT设备、多波长发生器、第二WDM耦合器；

其中，所述OLT设备将光信号下行发送至所述多波长发生器；该多波长发生器基于该光信号产生多波长的光信号；所述第二WDM耦合器将该多波长光信号进行复合合波后在光纤上传输。

10.如权利要求9所述的一种波分复用的无源光网络，其特征在于，还包括第二波长转换器；该第二波长转换器用于将来自所述第二WDM耦合器的上行多波长光信号进行波长转换，再将转换波长后的光信号发送至所述OLT设备。

11.如权利要求9所述的一种波分复用的无源光网络，其特征在于，还包括波长选择器；该波长选择器用于将来自所述第二WDM耦合器的上行多波长光信号发送至所述OLT设备。

12.如权利要求1所述的一种波分复用的无源光网络，其特征在于，包括中心局，且该中心局包括多个OLT设备、第三波长转换器、第三WDM耦合器；

其中，每一OLT设备将光信号发送至所述第三波长转换器，经过波长转换后，经由该第三WDM耦合器进行耦合，再到单根光纤上传输。

13.如权利要求9所述的一种波分复用的无源光网络，其特征在于，在所述第二WDM耦合器处接入光纤放大器，以便能够接入更多的ONU终端设备。

14.如权利要求9所述的一种波分复用的无源光网络，其特征在于，包括第四WDM耦合器，该第四WDM耦合器用于将来自所述OLT设备的下行光信号发送出去，以及将上行光信号发送至该OLT设备。

15.如权利要求1所述的一种波分复用的无源光网络，其特征在于，所述第一WDM耦合器为阵列光波导（AWG）。

16.如权利要求9所述的一种波分复用的无源光网络，其特征在于，所述OLT设备为标准OLT设备。

17.如权利要求9所述的一种波分复用的无源光网络，其特征在于，所述ONU组群中的ONU设备为标准ONU设备。