CN103002358B - 无源光网络的光网络单元与其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种无源光网络的光网络单元与其控制方法。上述光网络单元自一无源光网络接收一下传信号，此下传信号包括数据信号，或还包括连续光波。上述光网络单元包括耦合器、反射式半导体光放大器、接收器、以及控制器。耦合器将连续光波或数据信号分为第一部分和第二部分。反射式半导体光放大器对第一部分进行放大和重新调制，然后上传第一部分至无源光网络。接收器测量第二部分对接收器的射入功率。控制器根据上述的射入功率控制反射式半导体光放大器的上传速率。

Description

无源光网络的光网络单元与其控制方法

技术领域

本发明涉及一种无源光网络(PON：passiveopticalnetwork)的光网络单元(ONU：opticalnetworkunit)与其控制方法。

背景技术

在传统的波分多工无源光网络(wavelength-divisionmultiplexingpassiveopticalnetwork，简称WDMPON)之中，光纤头端(OLT：opticallineterminal)可通过波分多工器(wavelength-divisionmultiplexer)将下传信号分送至用户端的多个光网络单元(ONU：opticalnetworkingunit)，也可以通过波分多工器接收多个光网络单元的上传信号。在波分多工无源光网络的***中，每个光网络单元的信号各以不同波长传输。如果某个用户的光网络单元损坏，必须以相同波长的设备来替换。

因此，有人提出使用无色光源的波分多工无源光网络(colorlessWDM-PON)，其光网络单元可接受操作范围内的各种不同波长，以解决上述的光网络单元与特定波长绑定的问题。

图1是一种传统的无色波分多工无源光网络100的示意图。无源光网络100采用反射式半导体光放大器(reflectivesemiconductoropticalamplifier，简称RSOA)，因为RSOA可放大宽带信号，而且不受光偏振(polarization)影响，适用于未来的波分多工无源光网络或无色波分多工无源光网络。其中，光纤头端140的每个激光二极管(LD：laserdiode)111～113各自对应用户端的光网络单元160、170和180其中之一，每个接收器121～123也各自对应用户端的光网络单元160、170和180其中之一。每个光网络单元对应一个用户。每个激光二极管都是其所对应的光网络单元所接收的下传信号的光源。各用户的下传信号被波分多工器131汇合成单一信号，经由光循环器(opticalcirculator)133发送至远端节点(remotenode)150的波分多工器151。

图1的每一个波分多工器都是滤波器(filter)。例如波分多工器151可利用不同光网络单元所接收的不同波长，将上述的单一信号分解为不同波长的多个下传信号，将每一个下传信号发送至对应的光网络单元。每个光网络单元都有相同构造，例如光网络单元160包括耦合器(coupler)161、RSOA162、以及接收器163。光耦合器161将下传信号分为功率相等的两部分，接收器163接收其中一部分以处理下传信号中的数据。RSOA162对另一部分的下传信号进行放大和重新调制(remodulation)以加载光网络单元160欲上传的数据，然后将经过放大和重新调制的信号上传至远端节点150的波分多工器151。

波分多工器151将来自每一个光网络单元的上传信号合成单一信号，经由光循环器133传送至波分多工器132。波分多工器132将单一信号分解为每一个光网络单元的上传信号，将每一个上传信号发送至对应的接收器121～123。

目前的无源光网络有标准距离(standard-reach)无源光网络和长距离(long-reach)无源光网络两种。图2绘示一种传统的标准距离无源光网络。其中，都会网络(metronetwork)220的都会节点221经由波分多工器222连接服务网络(accessnetwork)240的多个光纤头端，例如光纤头端241。每个光纤头端连接多个光网络单元，例如光纤头端241连接多个光网络单元242。在标准距离的无源光网络中，光纤头端和光网络单元之间的距离一般不超过25公里。

图3绘示一种传统的长距离无源光网络320。为了节约能源，将光纤头端322移入都会节点321。光纤头端322经由波分多工器323将下传信号从都会节点321送到下游的众多光网络单元，例如光网络单元324。在长距离的无源光网络中，光纤头端和光网络单元之间的距离可达到100公里。

发明内容

本发明提供一种光网络单元与其控制方法，可根据RSOA的射入功率(injectionpower)动态调整RSOA的上传速率(upstreamdatarate)，进而将光网络单元的上传信号的误比特率(BER：biterrorrate)控制在容许范围内。

本发明提出一种光网络单元，此光网络单元自一无源光网络接收一下传信号，此下传信号包括一连续光波(continuouswave)。上述光网络单元包括耦合器、RSOA、接收器、以及控制器。耦合器接收连续光波，将连续光波分为第一部分和第二部分。RSOA耦接耦合器，对第一部分进行放大和重新调制，然后上传第一部分至无源光网络。接收器耦接耦合器，接收第二部分，并测量第二部分对接收器的射入功率。控制器耦接RSOA和接收器，根据上述射入功率控制RSOA的上传速率。

本发明另提出一种光网络单元，此光网络单元自一无源光网络接收一下传信号，此下传信号包括一数据信号。上述光网络单元包括耦合器、RSOA、接收器、以及控制器。耦合器接收数据信号，将数据信号分为第一部分和第二部分。RSOA耦接耦合器，对第一部分进行放大和重新调制，然后上传第一部分至无源光网络。接收器耦接耦合器，接收第二部分，并测量第二部分对接收器的射入功率，并处理第二部分的数据信号。控制器耦接RSOA和接收器，根据上述的射入功率控制RSOA的上传速率。

本发明另提出一种控制方法，用于控制一光网络单元，此光网络单元包括RSOA，上述控制方法包括下列步骤：自一无源光网络接收一下传信号，此下传信号包括一连续光波；将连续光波分为第一部分和第二部分；使用RSOA对第一部分进行放大和重新调制，然后上传第一部分至无源光网络；测量第二部分的射入功率；以及根据上述射入功率控制RSOA的上传速率。

本发明另提出一种控制方法，用于控制一光网络单元，此光网络单元包括RSOA，上述控制方法包括下列步骤：自一无源光网络接收一下传信号，此下传信号包括一数据信号；将数据信号分为第一部分和第二部分；使用RSOA对第一部分进行放大和重新调制，然后上传第一部分至无源光网络；测量第二部分的射入功率，并处理第二部分的数据信号；以及根据上述射入功率控制RSOA的上传速率。

基于上述，本发明可根据RSOA的射入功率动态调整RSOA的上传速率。如果射入功率降低，可随之降低RSOA的上传速率，以保障上传信号的误比特率。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1、图2和图3是已知的无源光网络的示意图。

图4是依照本发明一实施例的一种光网络单元以及无源光网络的示意图。

图5是依照本发明另一实施例的一种光网络单元以及无源光网络的示意图。

图6绘示依照本发明一实施例的实验数据。

图7是依照本发明一实施例的一种光网络单元的控制方法的流程图。

图8是依照本发明另一实施例的一种光网络单元的控制方法的流程图。

【主要元件符号说明】

100、320、400、500：无源光网络

111～113：激光二极管

121～123、163、423、464、466、522、563：接收器

131、132、151、222、323、422、424、442、521、523、542：波分多工器

133、441、541：光循环器

150、440、540：远端节点

160、170、180、242、324、460、470、480、560、570、580：光网络单元

161、462、561：耦合器

162、463、562：反射式半导体光放大器

220：都会网络

221、321：都会节点

240：服务网络

241、322、420、520：光纤头端

421、461：波段滤波器

465、564：控制器

710～770、810～850：流程步骤

CW：连续光波

DS：数据信号

具体实施方式

图4是依照本发明一实施例的一种光网络单元460以及无源光网络400的示意图。虽然无源光网络400的光纤头端420仅绘示一个波段滤波器(red/bluefilter)421和一个接收器423，其实光纤头端420可包括多个波段滤波器和多个接收器，每一个用户各对应其中的一个波段滤波器和一个接收器。以波段滤波器421为例，每个用户的下传信号包括一个连续光波CW和一个数据信号DS，连续光波CW和数据信号DS各使用不同波段传输，例如连续光波CW使用红光波段(redband)传输，数据信号DS使用蓝光波段(blueband)传输。波段滤波器421将连续光波CW和数据信号DS合成单一的下传信号，然后波分多工器422将每个用户的下传信号进一步合成单一信号传送到远端节点440，经由其中的光循环器441传送到波分多工器442。

波分多工器442将接收到的信号分解为各用户的多个下传信号，将每个下传信号传送至对应的光网络单元，例如光网络单元460、470和480。图4的每一个光网络单元都有相同构造，以下说明以光网络单元460为例。光网络单元460包括耦接无源光网络400的波段滤波器461、耦接波段滤波器461的耦合器462和接收器466、耦接耦合器462的RSOA463和接收器464、以及耦接RSOA463和接收器464的控制器465。

波段滤波器461自无源光网络400接收下传信号，并且将下传信号中的连续光波CW和数据信号DS分别切分至原先使用的两个波段，例如将连续光波CW切分至红光波段，将数据信号DS切分至蓝光波段。

接收器461接收并处理蓝光波段的数据信号DS。耦合器462接收红光波段的连续光波CW，将连续光波CW分为两部分，这两部分的连续光波CW的射入功率可以呈一个预设比例。举例而言，如果上述预设比例为1∶1，则耦合器462将连续光波CW分为功率相同的两个连续光波。

RSOA463对连续光波CW的第一部分进行放大和重新调制，然后上传经过放大和重新调制的连续光波CW的第一部分至无源光网络400。接收器464接收连续光波CW的第二部分并测量此第二部分对接收器464的射入功率。控制器465根据上述射入功率控制RSOA463的上传速率(细节后述)。

接下来，远端节点440的波分多工器442将来自每一个光网络单元的上传信号合成单一信号，经由光循环器441传送至光纤头端420的波分多工器424。波分多工器424将接收到的单一信号分解为来自每一个光网络单元的多个上传信号，然后将每一个上传信号传送至对应的接收器，例如接收器423。

在前面的说明中，连续光波CW使用红光波段传输，数据信号DS使用蓝光波段传输，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，以上的红光和蓝光波段可以改用其他波段。

图5是依照本发明另一实施例的一种光网络单元560以及无源光网络500的示意图。图5的实施例类似图4，不过在此实施例中，每一个用户的下传信号仅包括数据信号DS。图5的每个光网络单元都有相同架构，以下说明以光网络单元560为例。光网络单元560包括耦接无源光网络500的耦合器561、耦接耦合器561的RSOA562和接收器563、以及耦接RSOA562和接收器563的控制器564。

耦合器561自无源光网络500接收下传信号，包括数据信号DS，然后将数据信号DS分为两部分，这两部分的功率同样有一个预设比例。RSOA562对数据信号DS的第一部分进行放大和重新调制，然后将经过放大和重新调制的数据信号DS的第一部分上传至无源光网络500。接收器563接收数据信号DS的第二部分，测量此第二部分对接收器563的射入功率，并处理此第二部分的数据信号DS。控制器564根据上述射入功率控制RSOA562的上传速率。

图5其他元件的功能和操作方式，都和图4的对应元件相同，故不予赘述。

图4的无源光网络400和图5的无源光网络500都可以使用无色光源来产生下传信号。图4的无源光网络400和图5的无源光网络500可以是标准距离无源光网络或长距离无源光网络。图4和图5绘示的无源光网络都是波分多工无源光网络，不过在本发明的其他实施例中，也可以改用波分多工时分复用无源光网络(wavelength-divisionmultiplexingtime-divisionmultiplexingpassiveopticalnetwork，简称WDM-TDMPON)。

图6绘示依照本发明一实施例的实验数据。本实施例使用如图4所示的光网络单元460测量RSOA463所接收的连续光波CW的射入功率和RSOA463的上传信号的误比特率在RSOA463的上传速率分别是6.22Mb/s、1.25Gb/s和2.5Gb/s时的对应关系。其中横轴是RSOA463所接收的射入功率，纵轴是RSOA463的上传信号的误比特率(使用对数坐标)。举例而言，当RSOA463的上传速率分别是6.22Mb/s、1.25Gb/s和2.5Gb/s时，如果要将上传信号的误比特率保持在10-9以下，则RSOA463的射入功率必须分别在-21dBm、-18dBm和-10dBm以上。这是因为RSOA的上传速率取决于重新调制速率，而RSOA的重新调制速率与其接收的射入功率成正比。如果射入功率小于以上的临界值，上传信号的误比特率就会超出10-9，严重影响通信质量。

为了维护通信质量，必须确保RSOA接收到足够的射入功率。但是无源光网络的每一元件，例如光纤、光循环器和波分多工器，都会造成光信号的功率衰减，降低RSOA接收到的射入功率。光纤头端的激光光源的老化也会降低RSOA接收到的射入功率。如果RSOA的射入功率已经低于临界值，还继续保持原有的上传速率，则上传信号的误比特率就会过高，严重时可能使上传信号的质量无法接受。此时应该动态降低RSOA的上传速率，才能保障上传信号的误比特率。

如前所述，耦合器462将连续光波CW切分为两部分，分别传输至RSOA463和接收器464，而且这两部分的功率呈一预设比例。控制器465可通过接收器464得知连续光波CW的第二部分对于接收器464的射入功率，然后可根据上述的预设比例推算连续光波CW的第一部分对于RSOA463的射入功率。因此，控制器465可根据RSOA463所接收的连续光波CW的第一部分的射入功率和如图6所示的实验数据，来动态调整RSOA463的上传速率，使RSOA463的上传信号的误比特率不超出预设值，例如上述的10-9，以维持通信质量。

为了达到上述的控制效果，控制器465必须存储如图6所示的实验所得的射入功率和误比特率之间的对应关系，并根据此对应关系控制RSOA463的上传速率。举例而言，控制器465可存储每一个上传速率所对应的射入功率临界值。当RSOA463的射入功率低于目前的第一个上传速率所对应的临界值，控制器465可将RSOA463切换到较低的第二个上传速率。当RSOA463的射入功率又降低到第二个上传速率所对应的临界值，控制器465可将RSOA463切换到更低的第三个上传速率。这样就能确保RSOA463的上传信号的误比特率始终不超出预设值。至于如何切换RSOA的上传速率，在本领域技术人员可以轻易达成，这并非本发明重点。

同理，图5的控制器564可根据接收器563所接收的数据信号DS的第二部分的射入功率，来推算RSOA562所接收的数据信号DS的第一部分的射入功率，据以动态调整RSOA562的上传速率，使RSOA562的上传信号的误比特率不超出预设值。

图7是依照本发明一实施例的一种光网络单元的控制方法的流程图，此控制方法对应图4的光网络单元460。首先，自无源光网络接收一下传信号，此下传信号包括连续光波和数据信号(步骤710)。将连续光波和数据信号分别切分至第一波段和第二波段(步骤720)。将第一波段的连续光波分为第一部分和第二部分(步骤730)。使用RSOA对连续光波的第一部分进行放大和重新调制，然后上传经过放大和重新调制的上述第一部分至无源光网络(步骤740)。测量连续光波的第二部分的射入功率(步骤750)。根据上述的第二部分的射入功率控制RSOA的上传速率(步骤760)。以及，接收并处理上述第二波段的数据信号(步骤770)。图7的控制方法的相关细节已经在图4的实施例有详细说明，不再赘述。

图8是依照本发明另一实施例的一种光网络单元的控制方法的流程图，此控制方法对应图5的光网络单元560。首先，自无源光网络接收一下传信号，此下传信号包括一数据信号(步骤810)。将数据信号分为第一部分和第二部分(步骤820)。使用RSOA对上述第一部分进行放大和重新调制，然后上传经过放大和重新调制的上述第一部分至无源光网络(步骤830)。测量数据信号的第二部分的射入功率，并处理第二部分的数据信号(步骤840)。以及，根据上述第二部分的射入功率控制RSOA的上传速率(步骤850)。

综上所述，本发明可测量下传信号中的连续光波或数据信号的射入功率，并依据此射入功率动态调整RSOA的上传速率，以维持光网络单元的上传信号的误比特率。即使下传信号的功率下降，本发明依然能维持上传信号的质量。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

Claims (17)

1.一种光网络单元，自一无源光网络接收一下传信号，该下传信号包括一连续光波，该光网络单元包括：

一耦合器，接收该连续光波，将该连续光波分为一第一部分和一第二部分；

一反射式半导体光放大器，耦接该耦合器，对该第一部分进行放大和重新调制，然后上传该第一部分至该无源光网络；

一第一接收器，耦接该耦合器，接收该第二部分并测量该第二部分对该第一接收器的射入功率；以及

一控制器，耦接该反射式半导体光放大器和该第一接收器，根据该射入功率控制该反射式半导体光放大器的上传速率。

2.如权利要求1所述的光网络单元，其中该无源光网络使用无色光源以产生该下传信号。

3.如权利要求1所述的光网络单元，其中该无源光网络为标准距离无源光网络或长距离无源光网络。

4.如权利要求1所述的光网络单元，其中该无源光网络为波分多工无源光网络或波分多工时分复用无源光网络。

5.如权利要求1所述的光网络单元，其中该第一部分和该第二部分的射入功率呈一预设比例。

6.如权利要求1所述的光网络单元，其中该控制器根据该射入功率控制该反射式半导体光放大器的上传速率，以使该反射式半导体光放大器上传的该第一部分的误比特率不超出一预设值。

7.如权利要求6所述的光网络单元，其中该控制器存储该射入功率和该误比特率之间的对应关系，并根据该对应关系控制该反射式半导体光放大器的上传速率，以使该误比特率不超出该预设值。

8.如权利要求1所述的光网络单元，其中该下传信号还包括一数据信号，而且该光网络单元还包括：

一波段滤波器，耦接于该无源光网络和该耦合器之间，接收该下传信号，将该连续光波和该数据信号分别切分至一第一波段和一第二波段，其中该耦合器接收该第一波段的该连续光波；以及

一第二接收器，耦接该波段滤波器，接收并处理该第二波段的该数据信号。

9.一种光网络单元，自一无源光网络接收一下传信号，该下传信号包括一数据信号，该光网络单元包括：

一耦合器，接收该数据信号，将该数据信号分为一第一部分和一第二部分；

一反射式半导体光放大器，耦接该耦合器，对该第一部分进行放大和重新调制，然后上传该第一部分至该无源光网络；

一接收器，耦接该耦合器，接收该第二部分，测量该第二部分对该接收器的射入功率，并处理该第二部分的该数据信号；以及

一控制器，耦接该反射式半导体光放大器和该接收器，根据该射入功率控制该反射式半导体光放大器的上传速率。

10.如权利要求9所述的光网络单元，其中该第一部分和该第二部分的射入功率呈一预设比例。

11.如权利要求9所述的光网络单元，其中该控制器根据该射入功率控制该反射式半导体光放大器的上传速率，以使该反射式半导体光放大器上传的该第一部分的误比特率不超出一预设值。

12.如权利要求11所述的光网络单元，其中该控制器存储该射入功率和该误比特率之间的对应关系，并根据该对应关系控制该反射式半导体光放大器的上传速率，以使该误比特率不超出该预设值。

13.一种控制方法，用于控制一光网络单元，该光网络单元包括一反射式半导体光放大器，该控制方法包括：

自一无源光网络接收一下传信号，其中该下传信号包括一连续光波；

将该连续光波分为一第一部分和一第二部分；

使用该反射式半导体光放大器对该第一部分进行放大和重新调制，然后上传该第一部分至该无源光网络；

测量该第二部分的射入功率；以及

根据该射入功率控制该反射式半导体光放大器的上传速率。

14.如权利要求13所述的控制方法，还包括：

根据该射入功率控制该反射式半导体光放大器的上传速率，以使该反射式半导体光放大器上传的该第一部分的误比特率不超出一预设值。

15.如权利要求13所述的控制方法，其中该下传信号还包括一数据信号，而且该控制方法还包括：

将该连续光波和该数据信号分别切分至一第一波段和一第二波段；

将该第一波段的该连续光波分为该第一部分和该第二部分；以及

接收并处理该第二波段的该数据信号。

16.一种控制方法，用于控制一光网络单元，该光网络单元包括一反射式半导体光放大器，该控制方法包括：

自一无源光网络接收一下传信号，该下传信号包括一数据信号；

将该数据信号分为一第一部分和一第二部分；

使用该反射式半导体光放大器对该第一部分进行放大和重新调制，然后上传该第一部分至该无源光网络；

测量该第二部分的射入功率，并处理该第二部分的该数据信号；以及

根据该射入功率控制该反射式半导体光放大器的上传速率。

17.如权利要求16所述的控制方法，还包括：

根据该射入功率控制该反射式半导体光放大器的上传速率，以使该反射式半导体光放大器上传的该第一部分的误比特率不超出一预设值。