CN105516831B - 基于微波光子滤波的光接入网的拉曼抑制*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于微波光子滤波的光接入网的拉曼抑制***。本发明包括光线路终端、馈线式光纤、光远端节点、多个分布式光纤以及多个光网络单元；光线路终端通过馈线式光纤连接至光远端节点，光远端节点通过分布式光纤连接光网络单元。本发明利用级联的半导体光放大器一方面放大下行信号的功率，另一方面利用其在深度饱和区域的高通属性，即微波光子滤波，实现对信号低频成分的预处理，降低下一代光接入网***对现有光传输***的拉曼散射噪声影响。该***无需外加高速电处理模块，实现单一器件的多种用途，一定程度上减低***成本。
Description
技术领域
本发明涉及光接入网络的通信技术领，具体地涉及一种基于微波光子滤波的光接入网的拉曼抑制***。
背景技术
随着社会信息化程度的不断提高，IPTV、高清视频、移动多媒体、无线数据的回传与前传等新兴业务的不断涌现，终端用户对接入带宽的需求越来越高。而作为“最后一公里”的用户接入网(有线/无线)则发展较缓慢，直接影响了通信网络所能提供的业务容量、质量、速度以及网络资源的开发和利用，成为制约全网发展的瓶颈。与此同时，无线接入网(RAN,Radio access network)作为移动运营商赖以生存的重要资产，随着移动互联网、物联网的兴起，正面临着前所未有的挑战：1)通过增强空中接口能力来提升RAN接入能力的方式，带来高的能耗；2)高的RAN资本性支出(CAPEX,Capital Expenditure)和运营成本(OPEX,Operating Expense)；3)用户业务的潮汐效应，导致低的基站利用率；4)用户的接入流量和运营商的收入增幅严重不成比例。
波长堆叠PON技术采用混合复用技术(WDM与TDM或WDM与Orthogonal OFDM)，可满足用户对带宽升级及网络运营商实现成本收益最大化的目标，被国际标准化组织美国电气和电子工程师协会(IEEE)以及国际电信联盟电信标准化部门/全业务接入网论坛(ITU-T/FSAN)选为下一代PON主要技术方向。波长堆叠PON***与现有PON***一样，不同PON子***内部的吞吐量随着用户的特性变化而极大地改变，并随着用户群的特性呈现出“潮汐现象”，这一定程度上降低网络资源利用率。同时，据NTT统计，从整个网络发展趋势来看，PON***用户已趋近饱和，未来发展需要更多新业务和基于波长堆叠方式统一***。因此，在波长堆叠PON***的构架上，实现家庭、企业、无线等全业务接入是其发展的主流方向之一。
然而，在实际***中，基于波长堆叠PON的无线前传与光融合接入网的下行传输，与传统的PON业务如CATV共存时，***下行信号带来拉曼散射将会对CATV信号产生影响。同时，为了不影响传统无源光网络的传输性能，保持与以前铺设无源光网络的兼容特性，下一代PON不能重复使用以前无源光网络中的波长O波段(O-band)、S-波段(S-band)、C波段(C-band)和L波段(L-band)中的大部分波长资源都已经分配出去。对于下一代光与无线混合接入网中的信号而言，其上下行波长被安排在C波段和L波段中还未被使用的波长。当入纤光功率较大时，光纤的非线性效应将会导致光与无线混合传输网络中的波长之间的相互影响，特别是光纤中的受激拉曼散射效应(SRS,Stimulated Raman Scattering)，它会对相应波长上的功率和信号造成恶劣的影响。
经前期文献调研可知，华为股份有限公司的研究人员国际光纤信会议(OpticalFiber Communication Conference，OFC)上发表了“TWDM-PON***中的延时调制技术”(Delay Modulation for TWDM PONs)，通过电域编码来减低堆叠TDM-PON***中存在的拉曼效应对RF-Video信号波长的影响。该方案虽能有效的解决拉曼效应，但需要高速的电器件来进行编解码，一定程度上增加***的成本；且该延迟调制改变了数据流中比特“1”的翻转位置，从而在接收端对其进行解调过程中需要对解调电路进行修改以适应延迟调制的信号特性。
又经文献调研可知，美国NEC实验的研究人员在OFC上发表了“面向下一代PON与CATV共存的10Gb/s***的基于PSD控制的超过5dB拉曼散射噪声抑制”("Beyond 5dBNonlinear Raman Crosstalk Reduction via PSD Control of 10Gb/s OOK in RF-VideoCoexistence Scenarios for Next-Generation PON)，该论文主要是利用简单的电域滤波方法来解决TWDM-PON和RF-video之间由于受激拉曼所带来的影响，该方案虽然能够在一定程度上能够抑制拉曼散射效应，但是该方案以牺牲***的接收灵敏度为代价。
发明内容
本发明专利的目的是针对现有接入网***中的拉曼散射噪声抑制方案的问题，提供一种全光的基于微波光子滤波的光接入网的拉曼抑制***。本发明下行发射光信号注入光纤前，先经过一个微波光子滤波器来实现光信号的预失真，从而实现降低堆叠PON***单元对已有***单元的拉曼散射效应。本发明结构实施简单，仅需在光线路终端(OLT)添加一个级联半导体光放大器(SOA)或者反射式半导体光放大器(RSOA)，即可实现下行信号的放大和预处理；且不需要在***结构的电域里做任何处理。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
基于微波光子滤波的光接入网的拉曼抑制***，包括光线路终端、馈线式光纤、光远端节点、多个分布式光纤以及多个光网络单元。其中，光线路终端通过馈线式光纤连接至光远端节点，光远端节点通过分布式光纤连接各光网络单元。
光线路终端包括若干多个下行的数据信号发射模块、若干多个上行数据信号数据接收模块、合波器、分波器和基于SOA/RSOA的级联半导体光放大器，其中：多个下行数据信号发射模块均与下行数据发射模块连接至合波器的输入端连接，合波器的输出端连接至第一光环行器的第1端口，第一光环行器的第2端口连接级联半导体光放大器以实现下行数据的预失真和放大；上行数据接收模块多个上行数据信号接收模块与分波器的输出端连接连接，分波器的输入端连接至第一光环行器的第3端口，第一光环行器的第2端口连接级联半导体光放大器实现上行数据的接收；
光网络单元包括光可调滤波器、第二光环行器、光电探测器和上行数据信号发射机，光可调滤波器的一端连第二接光环行器的第2端口，第二光环行器的第3端口输出后连接光电探测器，从而完成下行信号的解调；上行数据信号发射机通过光环行器的第1端口实现上行数据的发射。
优选地，下行数据信号发射模块按照调制格式分为外调制和直接调制两种形式：
1)外调制发射模块包括：下行连续光源CW、外调制器和下行数据信号。下行连续光源CW连接到外调制器作为下行光载波，下行数据信号用于驱动外调制器，通过偏置电压，使外调制器工作在其传输曲线的线性区，进而实现下行数据的发射。
其中，下行连续光源CW为分布布拉格反馈式DFB激光器或单波长的垂直腔面发射激光器等CW光源；外调制器为马赫增德尔调制或电致吸收调制器等高速率的外调制器；
2)直接调制发射模块包括：直接调制激光器、行数据信号和偏置电路，直接调制激光器分别与偏置电路和行数据信号连接，实现将下行信号调制在光载波上，其中：通过偏置电路，使直接调制激光器工作在其传输曲线的线性区，进而实现下行基于滤波器组的多载波调制数据的发射。
其中，直接调制激光器为啁啾管理的直接调制激光器(CML)，或者DFB激光器，或者VCSEL激光器，或者分布布拉格反射激光器(Distributed Bragg Reflector laser,DBR)等直接调制激光器等等；
优选地，光线路终端中的合波器和分波器，为阵列波导光栅或其他无源/有源的波分复用和解复用器件；
优选地，光线路终端中级联半导体光放大器，为SOA或者RSOA；
优选地，基于SOA/RSOA的级联半导体光放大器，由放大器和相应的偏置电路构成，偏置电路用于控制SOA/RSOA级联光放大器的工作状态，使其工作在深度饱和状态，从而同时实现下行信号的预失真和放大；
优选地，光可调滤波器用于下行信号的波带选择；
优选地，远端节点可以为1：N的光分路/合路器，或者光波复用器，其主要用于将下行信号通过分布式光纤分发给与之相连的各个光网络单元；同时，不同光网络单元的不同波长的上行数据通过分布式光纤由合路器耦合，耦合后的上行数据通过馈线式光纤上传到光线路终端进行处理。
优选地，上述的N取64、128、256或512。
优选地，下行数据信号发射模块为M个，M取4、8或10。
优选地，下行光电探测器，可以为PIN或者APD。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明将基于半导体光放大器级联器件设计在OLT端，并通过偏置电路来调节该级联器件使其工作在深度饱和状态，可以一方面利用光放大器的本身特性对下行信号进行放大从而提高下行信号的入纤光功率；另一方面，充分利用级联SOA/RSOA工作在深度饱和状态时具有高通特性，即实现微波光子滤波器的功能，从而实现其全光的处理下行数据信号，滤掉其部分低频成本，从而有效的实现下一代堆叠PON在实网***中带来的拉曼散射。该***结构简单，易于实现，采用级联SOA/RSOA同时实现放大和微波光子滤波作用即实现一种器件的多种用途进而降低***成本；同时，仅需光上处理而电域不需要做任何高速电处理就可实现堆叠PON***带来的拉曼散射噪声对已有或者未来接入网***的影响。
附图说明
图1为本发明专利中的基于微波光子滤波的光接入网的拉曼抑制***结构图；
图2为本发明专利中的下行发射模块的结构原理图，(a)外调制的发射模块，(b)直接调制模块；
图3基于级联SOA/RSOA工作在深度饱和状态下的原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明针对基于现有光接入网***中，实施下一代接入网***而带来的拉曼散射问题，设计基于级联SOA/RSOA的微波光子滤波器的拉曼散射噪声的抑制的***结构。
如图1所示，本实施例包括：光线路终端、馈线式光纤、光远端节点、多个分布式光纤以及多个光网络单元。其中，光线路终端通过馈线式光纤连接至光远端节点，光远端节点通过分布式光纤连接各光网络单元，具体的：光线路终端与馈线式光纤的一端相连，馈线式光纤的另一端连接光远端节点，光远端节点为1:N光分路/合路器(N取64、128、256或512)或为N端口的波分复用器件(N取64、128、256或512，其该波分复用器件可以为阵列波导光栅或周期性阵列波导光栅)，光分路/合路器(Splitter)或波分复用器通过分布式光纤连接光网络单元1、光网络单元2、……、光网络单元N。具体地，N值取决于光分路合路器的分光比，N可取64、128、256或512。
光线路终端包括M个下行的数据信号发射模块、M个上行数据信号数据接收模块、合波器、分波器和级联半导体光放大器，其中：M个下行数据信号发射模块均与下行数据发射模块连接至合波器的输入端连接，合波器的输出端连接至第一光环行器的第1端口，第一光环行器的第2端口连接级联半导体光放大器以实现下行数据的预失真和放大；上行数据接收模块多个上行数据信号接收模块与分波器的输出端连接连接，分波器的输入端连接至第一光环行器的第3端口，第一光环行器的第2端口连接级联半导体光放大器实现上行数据的接收；具体的M值取决于升级的PON***中的下行速率，M可取4、8或10等。
下行数据信号发射模块产生M路(M＝4或8或者10)调制在不同波长上的下行信号，经过合波器后，通过第一光环行器由级联半导体光放大器放大后输入到馈线式光纤进行传输。
进一步地，下行数据信号发射模块的结构如图2(a)和(b)所示，其中图2(a)，下行数据信号发射模块包括下行连续光源CW、外调制器和下行数据信号。下行连续光源CW连接到外调制器作为下行光载波，下行数据信号用于驱动外调制器，通过偏置电压，使外调制器工作在其传输曲线的线性区，进而实现下行数据的发射。图2(b)中，下行数据信号发射模块包括直接调制激光器、行数据信号和偏置电路，直接调制激光器分别与偏置电路和行数据信号连接，实现将下行信号调制在光载波上，其中：通过偏置电路，使直接调制激光器工作在其传输曲线的线性区，进而实现下行基于滤波器组的多载波调制数据的发射。
远端节点的光分路/合路器或者波分复用器用以将下行数据信号通过分布式光纤分发给与之相连的各个光网络单元；同时，不同光网络单元的不同波长的上行数据通过分布式光纤由合路器或波分复用器用耦合，耦合后的上行数据通过馈线式光纤上传到光线路终端进行处理。
再如图1所示，光网络单元包括光可调滤波器、第二光环行器、光电探测器和上行数据信号发射机，光可调滤波器的一端连第二接光环行器的第2端口，第二光环行器的第3端口输出后连接光电探测器，从而完成下行信号的解调；上行数据信号发射机的输出连接到光环行器第1端口，通过光环行器的第1端口实现上行数据的发射，通过光环行器的第2端口进入光可调滤波器进而实现上行数据的输出。
其中，在PON***中，可调滤波器对堆叠PON或者WDM-PON***是存在的，对TDM-PON是不存在的。
下行数据信号接收模块由PD和可调光滤波器构成；可调光滤波器用于下行波器组的多载波调制数据信号的选择。下行数据信号通过分布式光纤到达光网络单元之后，通过可调光滤波器而实现下行信号的选择，经由第二光环行器到达下行数据接收模块，进而实现下行信号的检测。
基于SOA/RSOA的级联半导体光放大器，主要是由放大器和相应的偏置电路构成，偏置电路主要用于控制SOA/RSOA级联光放大器的工作状态，使其工作在深度饱和状态，从而同时实现下行信号的预失真和放大；其级联SOA/RSOA光放大器的结构和工作状态示意如图3所示。
本实施例在下一代波长堆叠无源光网络的传输***中采用基于光子微波滤波技术，具有以下的优点：
1)该基于光子微波滤波的接入网的拉曼抑制***结构，利用光放大器的本身特性对下行信号进行放大从而提高下行信号的入纤光功率，没有改变现有波长堆叠PON***提出的利用放大器提高下行信号的发射功率特性；
2)充分利用级联SOA/RSOA工作在深度饱和状态时具有高通特性，即实现微波光子滤波器的功能，从而实现其全光的处理下行数据信号，滤掉其部分低频成本，从而有效的实现下一代堆叠PON在实网***中带来的拉曼散射。
3)该***结构简单，易于实现，采用级联SOA/RSOA同时实现放大和微波光子滤波作用即实现一种器件的多种用途进而降低***成本；同时，仅需光上处理而电域不需要做任何高速电处理就可实现堆叠PON***带来的拉曼散射噪声对已有或者未来接入网***的影响。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (5)
1.基于微波光子滤波的光接入网的拉曼抑制***，其特征在于包括光线路终端、馈线式光纤、光远端节点、多个分布式光纤以及多个光网络单元；光线路终端通过馈线式光纤连接至光远端节点，光远端节点通过分布式光纤连接光网络单元；
光线路终端包括多个下行的数据信号发射模块、多个上行数据信号接收模块、合波器、分波器和级联半导体光放大器，其中：多个下行数据信号发射模块连接至合波器的输入端，合波器的输出端连接至第一光环行器的第1端口，第一光环行器的第2端口连接级联半导体光放大器以实现下行数据的预失真和放大；多个上行数据信号接收模块与分波器的输出端连接，分波器的输入端连接至第一光环行器的第3端口，第一光环行器的第2端口连接级联半导体光放大器实现上行数据的接收；
将级联半导体光放大器设计在OLT端，并通过偏置电路来调节该级联半导体光放大器使其工作在深度饱和状态，充分利用级联SOA/RSOA工作在深度饱和状态时具有高通特性，即实现微波光子滤波器的功能，从而有效的实现下一代堆叠PON在实网***中带来的拉曼散射；
光网络单元包括光可调滤波器、第二光环行器、光电探测器和上行数据信号发射机，光可调滤波器的一端连第二接光环行器的第2端口，第二光环行器的第3端口输出后连接光电探测器，从而完成下行信号的解调；上行数据信号发射机通过光环行器的第1端口实现上行数据的发射；
下行数据信号发射模块按照调制格式分为外调制和直接调制两种形式：
下行数据信号发射模块为外调制发射形式时，具体包括下行连续光源CW、外调制器和下行数据信号；下行连续光源CW连接到外调制器作为下行光载波，下行数据信号用于驱动外调制器，通过偏置电压，使外调制器工作在其传输曲线的线性区，进而实现下行数据的发射；其中，下行连续光源CW为分布布拉格反馈式DFB激光器或单波长的垂直腔面发射激光器；外调制器为马赫增德尔调制器或电致吸收调制器；
下行数据信号发射模块为直接调制发射形式时，具体包括直接调制激光器、行数据信号和偏置电路，直接调制激光器分别与偏置电路和行数据信号连接，实现将下行信号调制在光载波上，其中：通过偏置电路，使直接调制激光器工作在其传输曲线的线性区，进而实现下行基于滤波器组的多载波调制数据的发射；其中，直接调制激光器为啁啾管理的直接调制激光器、或者DFB激光器、或者VCSEL激光器、或者分布布拉格反射激光器。
2.根据权利要求1所述的基于微波光子滤波的光接入网的拉曼抑制***，其特征在于光线路终端中的合波器和分波器，为阵列波导光栅或其他无源/有源的波分复用和解复用器件。
3.根据权利要求2所述的基于微波光子滤波的光接入网的拉曼抑制***，其特征在光线路终端中级联半导体光放大器为SOA或者RSOA。
4.根据权利要求3所述的基于微波光子滤波的光接入网的拉曼抑制***，其特征在于光远端节点为1：N的光分路/合路器或者光波复用器，且N取64、128、256或512。
5.根据权利要求4所述的基于微波光子滤波的光接入网的拉曼抑制***，其特征在于下行数据信号发射模块为M个，M取4、8或10。
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| Mitigating Rayleigh backscattering noise in WDM-PON by using cascaded SOAs and microwave photonic filter;Hanlin Feng等;《Lasers and Electro-Optics (CLEO), 2014 Conference on》;20140613;正文第1-2节 * |
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