CN101459473A - 分光器、合光器和点到多点网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分光器、合光器和点到多点光网络系统，该分光器具有至少两个输入端，第一分光元件，具有2个输入和N1个输出，所述第一分光元件的一个输入耦接到所述分光器的第一输入端和所述第一分光元件的输出耦接到所述分光器的N1个输出端，将来自所述第一分光元件的每一个输入的输入光分成N1路输出光，其中，N1为大于或等于2的整数；第二分光元件，具有至少1个输入和N2个输出，所述第二分光元件的输入耦接到所述分光器的第二输入端，将来自所述第一分光元件的每一个输入的输入光分成N2路输出光，其中，N2为大于或等于2的整数；所述第二分光元件的至少一个输出耦接到所述第一分光元件的另一个输入。采用本发明提供的分光器使得系统配置和应用更灵活，便于扩展。

Description

分光器、合光器和点到多点网络系统

技术领域

本发明涉及点到多点光网络技术领域，特别涉及一种分光器、合光器和点到多点光网络系统。

背景技术

无源光网络(Passive Optical Network，PON)的系统结构可以如图1所示，包括光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)，光分布网(Optical DistributionNetwork，ODN)，光网络单元(Optical Network Unit，ONU)/光网络终端(OpticalNetwork Termination，ONT)。OLT安装于中心机房的，可以接入公共交换电话网(Public Switched Telephone Network，PSTN)、互联网(Internet)、共用天线电视(Community Antenna TV CATV)系统等。ONU安装于用户设备端或与其融合为一体，用于提供用户接入。光分布网ODN主要由光分路器(Splitter)等无源器件组成，光分路器(Splitter)通过主干光纤与光线路终端OLT连接，并通过分支光纤与多个光网络单元(Optical Network Unit，ONU)/光网络终端(Optical Network Termination，ONT)连接，实现点对多点通信，即PON局端(OLT)的一根光纤连接到分光器后分成数十甚至更多路分支光纤到用户端的ONU。PON系统一般下行采用时分复用(Time DivisionMultiplex，TDM)，上行采用时分复用多址(Time Division Multiplex Access，TDMA)技术在OLT和ONU/ONT之间传递数据，即多个ONU/ONT共享一条PON网络的上、下行带宽。

目前具有代表性的PON技术是吉比特PON(Gigabit Passive OpticalNetwork，GPON)和以太网EPON(Ethernet Passive Optical Network，EPON)。EPON、GPON部署时一般采用分光比为1:N或2:N的分光器(N为16，32或64)。EPON的上、下行带宽分别为1Gbps，GPON的上、下行带宽分别为1Gbps和2Gbps。

图1示出了分光比为1×N的分光器的结构图，其中N可以为4、8、16、32或64，图中为8。如图1所示，分光器11的一端只有一个输入端口，在PON网络中可以用于通过主干光纤连接OLT1。分光器11的另一端有8个端口，每个端口可以通过一条分支光纤连接一个ONU/ONT。

由于共享一条PON网络上下行带宽，用户数确定的话，用户平均带宽确定，如果用户数增多，用户的平均带宽降低。如果需要增加用户的平均带宽，需要减少共享该条PON网络的用户数。

如图2所示为增加一个分光器情况下的分光结果示意图。图2中，原来的1×8的分光器11的输出端只接入4个ONU/ONT，另外4个输出端空闲；引入另一个1×4的分光器12，另外4个ONU/ONT接入到分光器12的输出端。

如图3所示为用两个1×4的分光器13、14替换图1中1×8的分光器11，8个ONU/ONT分别接入分光器13、14的输出端。

发明人在实施本发明的过程中发现，现有的分光器通常为一个输入端，分光器的分支数固定，即分光比固定，在系统扩展时需要增加或替换器件，在其它应用场合使用时局限性较大、不灵活；另外，分光器通常为无源器件，使用寿命比较长，通常能达到十几二十年，频繁更换会造成成本的极大浪费。

发明内容

本发明实施例的目的是提供分光器、合光器和点到多点光网络系统，以克服现有技术中分光器分光比固定，扩展性差的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供分光器、合光器和点到多点光网络系统是这样实现的：

一种分光器，具有至少两个输入端，

第一分光元件，具有2个输入和N1个输出，所述第一分光元件的一个输入耦接到所述分光器的第一输入端和所述第一分光元件的输出耦接到所述分光器的N1个输出端，将来自所述第一分光元件的每一个输入的输入光分成N1路输出光，其中，N1为大于或等于2的整数；

第二分光元件，具有至少1个输入和N2个输出，所述第二分光元件的输入耦接到所述分光器的第二输入端，将来自所述第一分光元件的每一个输入的输入光分成N2路输出光，其中，N2为大于或等于2的整数；

所述第二分光元件的至少一个输出耦接到所述第一分光元件的另一个输入。

本发明提供的一种合光器，具有至少两个输出端，

第一合光元件，具有2个输出和N1个输入，所述第一分光元件的一个输出耦接到所述合光器的第一输出端和所述第一分光元件的N1个输入分别耦接到所述合光器的N1个输入端，将来自所述第一分光元件的N1个输入的输入光合成1路输出光，其中，N1为大于或等于2的整数；

第二合光元件，具有至少1个输出和N2个输入，所述第二合光元件的输出耦接到所述合光器的第二输出端，将来自所述第一合光元件的N2个输入的输入光合成1路输入光，其中，N2为大于或等于2的整数；

所述第二合光元件的至少一个输入耦接到所述第一合光元件的另一个输出。

本发明实施例提供的一种点到多点光网络系统，包括：光线路终端OLT、分光器和多个光网络终端ONU/ONT；

所述光线路终端OLT，通过主干光纤耦接到所述分光器的一个输入端；

所述每一个光网络终端ONU/ONT，通过分支光纤耦接到所述分光器的一个输出端；

所述分光器具有至少两个输入端，所述分光器还包括：

第一分光元件，具有2个输入和N1个输出，所述第一分光元件的一个输入耦接到第一输入端和所述第一分光元件的输出耦接到分光器的N1个输出端，将来自所述第一分光元件的每一个输入的输入光分成N1路输出光，其中，N1为大于或等于2的整数；

第二分光元件，具有至少1个输入和N2个输出，所述第二分光元件的输入耦接到第二输入端，将来自第二出入端的输入光分成N2路输出光，所述第二分光元件的至少一路输出耦接到所述第一分光元件的另一个输入，其中，N2为大于或等于2的整数。

本发明实施例提供的多输入多输出的分光器，能够提供至少两种输入端，光从每一种输入端输入，其输出端的的数目不同，这种分光器使得系统配置和应用更灵活，便于扩展。

附图说明

图1为现有技术中具有1×N的分光器的PON系统结构图；

图2为现有技术中增加一个分光器情况下的PON系统示意图；

图3为现有技术中用两个分光比小的分光器代替原分光器的PON系统示意图；

图4为本发明3×N分光器的PON系统第一实施例的示意图；

图5为本发明3×N分光器的PON系统第二实施例的示意图；

图6为本发明4×N分光器的PON系统第一实施例的示意图；

图7为本发明4×N分光器的PON系统第二实施例的示意图；

图8为本发明自动切换PON系统实施例示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

本发明实施例提供了一种分光器，该分光器具有至少两个输入端和多个输出端，该分光器还包括：

第一分光元件，具有2个输入和N1个输出，所述第一分光元件的一个输入耦接到第一输入端和所述第一分光元件的输出耦接到分光器的N1个输出端，将来自所述第一分光元件的每一个输入的输入光分成N1路输出光，其中，N1为大于或等于2的整数；

第二分光元件，具有至少1个输入和N2个输出，所述第二分光元件的输入耦接到第二输入端，将来自第二出入端的输入光分成N2路输出光，所述第二分光元件的至少一路输出耦接到所述第一分光元件的另一个输入，其中，N2为大于或等于2的整数。

本发明实施例提供的分光器可以提供多个输入端，对于无源光网络的运营商在组网时可以根据需要，如带宽需要或共享同一主干光纤的用户数的需要或用户光功率的需要选择相应的输入端。

其中，分光器可以为熔融拉锥形式(即采用熔融拉锥制造形成)，也可以为平面波导形式(采用平面波导技术或半导体技术制成)。这里，为了降低设计和加工工艺的复杂度，从而降低成本，我们采用一个2×2光分支元件(X型光分支元件)级联多个1×2光分支元件(Y型光分支元件)形成2×N1的第一分光元件，即具有2个输入N1个输出的第一分光元件；其中，所述N1为2ⁿ，n为自然数，如N1为4、8、16、32等。如图4所示，N1为4则需要1个2×2光分支元件级联2个1×2光分支元件并联。如果N1为8则在图4的输出42out1和42out2对应的每个输出再级联一个1×2光分支。

其中，所述分光器可以包括偶数个所述第一分光元件，一个所述第二分光元件；其中，所述N2的个数大于或等于所述第一分光元件的个数，以便每一个第一分光器的一个输入都可以耦接到第二分光元件的一个输出。其中，第一分光元件的个数取偶数个可以使得分光器的结构对称，输入输出对称，减少分支间的串扰。

值得注意的是，分光器也用作合光器，即上述的分光器在工作的时候，分光器的输入端和输出端，第一分光元件、第二分光元件的输入和输出可以对调，即从分光器的多路输出端输入的输入光，经过第一分光元件或/和第二分光元件后合成一路光从分光器相应的输入端输出。合光器的原理与分光器一样，即本发明实施例提供的一种合光器基本构成为，合光器具有至少两个输出端，

第一合光元件，具有2个输出和N1个输入，所述第一分光元件的一个输出耦接到所述合光器的第一输出端和所述第一分光元件的N1个输入分别耦接到所述合光器的N1个输入端，将来自所述第一分光元件的N1个输入的输入光合成1路输出光，其中，N1为大于或等于2的整数；

第二合光元件，具有至少1个输出和N2个输入，所述第二合光元件的输出耦接到所述合光器的第二输出端，将来自所述第一合光元件的N2个输入的输入光合成1路输入光，其中，N2为大于或等于2的整数；

所述第二合光元件的至少一个输入耦接到所述第一合光元件的另一个输出。

本发明实施例还提供了一种点到多点光网络系统，该系统包括：光线路终端OLT、分光器和多个(至少一个)光网络终端ONU/ONT；

所述光线路终端OLT，通过主干光纤耦接到所述分光器的一个输入端；

所述每一个光网络终端ONU/ONT，通过分支光纤耦接到所述分光器的一个输出端；

其中，所述分光器具有至少两个输入端，所述分光器还包括：

第一分光元件，具有2个输入和N1个输出，所述第一分光元件的一个输入耦接到第一输入端和所述第一分光元件的输出耦接到分光器的N1个输出端，将来自所述第一分光元件的每一个输入的输入光分成N1路输出光，其中，N1为大于或等于2的整数；

第二分光元件，具有至少1个输入和N2个输出，所述第二分光元件的输入耦接到第二输入端，将来自第二出入端的输入光分成N2路输出光，所述第二分光元件的至少一路输出耦接到所述第一分光元件的另一个输入，其中，N2为大于或等于2的整数。

其中，所述点到多点光网络系统，进一步包括：第一切换单元或/和第二切换单元；其中，所述第一切换单元和所述第二切换单元可设置于一体；

第一切换单元，将所述OLT从分光器的一个输入端切换到另一个输入端。其中，第一切换单元可以接收一切换指示，根据切换指示进行切换，该切换指示可以是带宽选择指示，切换单元接收到该指示，将连接OLT从分光器的一个输入端口切换到另一个输入端，如OLT通过主干光纤连接到第二输入端，需要升级带宽时，切换开关将主干光纤切换到第一输入端。其中，对于一个OLT选择切换多个分光器的输入端的情况，优选将第一切换单元设置在主干光纤和分光器之间，可以节省光纤，可用于带宽选择。

第二切换单元，将分光器的一个输入端口从一个OLT切换到一个OLT。该第二切换单元可以接收一切换指示，根据接收到的切换指示进行切换。对于一个分光器的输入端口选择切换多个OLT的情况，该第二切换单元可以设置在主干光纤和分光器之间，也可以设置在OLT和主干光纤之间，其中，如果多个OLT的物理位置邻近，优选将第二切换单元设置在主干光纤和OLT之间；进一步的，如果多个OLT是逻辑独立但物理上一体的，该第二切换单元还可以设置在OLT上。

其中，所述第一切换单元和所述第二切换单元还可以设置在分光器中，如采用微光机电(Micro-opto-electromechanical systems，MOEMS)技术的光开关阵列和平面波导的集成设备。

其中，切换指示可以是网管或是策略决策服务设备通过OLT下达的切换指示，也可以是OLT直接决策下达的指示。例如，需要将一组光网络终端ONU/ONT升级带宽，网管通过OLT下达切换指示，切换该组光网络终端ONU/ONT对应的分光器的输入端。

其中，所述点到多点光网络系统，进一步包括：第三切换单元将所述光网络终端ONU/ONT从所述分光器的一个输出端口切换到另一个输出端。

参见图4为本发明3×N分光器的PON系统第一实施例的示意图。分光器包括2个第一分光元件与1个第二分光元件，其中：第一分光元件由2×2的分光元件42(或43)和两个1×2分光元件级联构成；第二分光元件由1×2的分光元件41构成，信号传输可参见图4所示，在此不赘述。

当需要通过减少分光比提升PON网络中每个用户的带宽时，为了能够最大程度的利用已经布放好的ODN，如图5所示，图5为本发明3×N分光器的PON系统第二实施例的示意图。

根据图4和图5的PON系统。在图4中，假定主干光纤1所连接的OLT带宽为800M，则每一分支光纤所连接的ONU能平均分配到的带宽为100M。应该注意的是，这时的2个2×2的分光器42和43由于各自只有1个第一侧端口输入，即只有42_in1和43_in1输入，事实上这2个2×2的分光元件都只起到了1×2分光元件的作用。

在图5中，采用2个主干光纤2和主干光纤3分别连接所述2个2×2的分光元件52和53的第一侧端口(如图中分别记为52_in2和53_in2)，这样，对于主干光纤2和主干光纤3所连接的OLT的带宽都是800M的情况，每一输出的分支光纤所连接的ONU能平均分配到的带宽为200M，比图4中的带宽增加了一倍。

将本发明实施例提供的分光器可应用于系统带宽升级，升级前的组网如图4所示，升级后的组网如图5所示。实现这一升级不需要替换或增加分光器，只需直接将主干光纤插到相应第一侧端口即可，且需要的操作时间少，同时可以实现快速切换，这样，对业务的影响也可以降低。该升级过程中，升级前的主干光纤1可以为升级后的主干光纤2或主干光纤3。

具体的，升级后的OLT2可以服务前面4个ONU，OLT3可以服务后面4个ONU。假定OLT2和OLT3的上、下行带宽能力为800M，则前面4个ONU以及后面4个ONU的每个ONU能平均分配到200M上、下行带宽，相比升级前，每个ONU分配到的上、下行带宽可以提高1倍。值得注意的是，这里的OLT2和OLT3可以是物理上独立的光线路终端设备，也可以是设置在同一物理实体但逻辑上独立的光线路终端设备。

其中，升级后的分光器，其与原主干光纤1相连的端口可以不用，或保留为其他作用，例如测试或保护等。

其中，上述分光器最终可以构成3：N的结构，N＝2ⁿ，n为自然数，N可以为4、8、16、32等。

参见图6和图7，图6为本发明4×N分光器的PON系统第一实施例的示意图，图7为本发明4×N分光器的PON系统第二实施例的示意图。图6和图7的基本原理与图4和图5相同，区别在于，图6中的第二分光元件61为2×2的分光元件，而图4中的第二分光元件41为1×2的分光元件，从第二分光元件61的每一个输入61_in1、61_in2输入的输入光都可以分成两路从分光元件61的输出61_out1、61_out2输出，然后耦合到第一分光元件62、63的输入。其中，图6中的OLT1和OLT2通常只有一个OLT正常工作，另一个作为备份。图7中的OLT2和OLT4分别服务前面4个ONU和后面4个ONU，情况和图5类似，在此不再赘述。

值得注意的是，图6中的OLT1和OLT2可以是物理上独立的光线路终端设备，也可以是设置在同一物理实体但逻辑上独立的光线路终端设备。图7中的OLT3和OLT4和图6中OLT1和OLT2类似。

当然，上述分光器实施例并不限于第二侧端口接8个分支光纤的情况，也可以是16、32等的情况，而其各分光元件与3:N的分光器的实施例类似，在此不再赘述。

其中，图6和图7中分光器最终可以构成4:N的结构，N＝2ⁿ，n为自然数，如N为4、8、16、32、64等。

参见图8为自动切换PON系统实施例示意图。在本实施例中在主干光纤和4×N分光器之间耦合一个光开关，通过光开关和分光器实现带宽升级。

图8中，光开光设置在OLT和分光器之间，光开光的右侧的4个端口连接分光器左侧的四个端口(103～106)(即输入端)，光开关的第一侧的2个端口(101，102)分别连接一个OLT(OLT3，OLT4)。图8中光开关的内部虚线表示升级前OLT3和OLT4与分光器的连接关系，实线表示升级后OLT3和OLT4与分光器的连接关系。升级前OLT3和OLT4中的一个OLT为耦接到分光器的所有ONU提供业务，另一OLT作为备份，通过光开关切换实现升级后两个OLT分别为其所连接的ONU提供业务。可以由OLT发送控制命令控制光开关的切换。

当升级前只有一个OLT时，加入只有OLT3，升级需要增加一个OLT4。其中，该OLT4可以是物理上的独立设备，也可以是一个扩展的光线路终端模块，如一个单板。

其中，图8中光开关可以通过维护人员操作，也可以通过局端设备控制，如在光线路终端OLT或网管设备上包括一个控制模块，该控制模块可以根据运营商升级的需求或用户切换OLT的请求或故障切换请求或根据一定的策略等，生成控制指令，并通知光开关切换。光开关根据控制指令进行切换。其中，光开关可以是单向开关，也可以是双向开关，实现主干光纤侧端口或/和分光器侧端口的切换。其中，控制模块还可以是独立的控制装置。

其中图8中的光开关可以和分光器集成在一起，如采用MOEMS技术的光开关和分光器的集成器件。光开关也可以设置在光线路终端设备和主干光纤之间，靠近光线路终端位置处。如果OLT3和OLT4是物理上一体的，光开关还可以设置在光线路终端上。

其中，还可以在分光器和光网络终端ONU/ONT之间设置光开关，实现ONU/ONT在分光器输出端之间的切换。该光开关也可接收控制模块的控制控制指令，根据接收到的控制指令进行切换。

值得注意的是，上述的分光器的第一分光元件不仅限于2×2光分支元件和1×2的光分支元件，可以是2×N(N>2)的光分支元件和1×N(N>2)的光分支元件级联而成的分光器。第二分光元件也可以和第一分光元件的结构相同。

本发明实施例提供的多输入多输出的分光器，能够提供至少两种输入端，光从每一种输入端输入，其输出端的的数目不同，这种分光器使得系统配置和应用更灵活，便于扩展。因此，在系统扩展时系统可以根据需要选择相应的输入端满足不同接入用户数的需要；在其它应用场合使用时也可以根据需要灵活选择输入端。例如，系统在组网时，采用本发明实施例提供的分光器，分光器可以满足不同的接入用户数需求或用户平均带宽需求，在系统带宽升级时也不需要更换分光器，降低成本。

虽然通过实施例描绘了本发明实施例，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (10)

1、一种分光器，其特征在于，具有至少两个输入端，

第一分光元件，具有2个输入和N1个输出，所述第一分光元件的一个输入耦接到所述分光器的第一输入端和所述第一分光元件的输出耦接到所述分光器的N1个输出端，将来自所述第一分光元件的每一个输入的输入光分成N1路输出光，其中，N1为大于或等于2的整数；

第二分光元件，具有至少1个输入和N2个输出，所述第二分光元件的输入耦接到所述分光器的第二输入端，将来自所述第一分光元件的每一个输入的输入光分成N2路输出光，其中，N2为大于或等于2的整数；

所述第二分光元件的至少一个输出耦接到所述第一分光元件的另一个输入。

2、根据权利要求1所述的分光器，其特征在于，

所述第一分光元件为一个2×2光分支元件级联多个1×2光分支元件形成的分光元件；其中，所述N1为2ⁿ，n为自然数。

3、根据权利要求1或2所述的分光器，其特征在于，所述分光器包括偶数个所述第一分光元件，一个所述第二分光元件；其中，所述N2的个数大于或等于所述第一分光元件的个数。

4、一种合光器，其特征在于，具有至少两个输出端，

第一合光元件，具有2个输出和N1个输入，所述第一分光元件的一个输出耦接到所述合光器的第一输出端和所述第一分光元件的N1个输入分别耦接到所述合光器的N1个输入端，将来自所述第一分光元件的N1个输入的输入光合成1路输出光，其中，N1为大于或等于2的整数；

第二合光元件，具有至少1个输出和N2个输入，所述第二合光元件的输出耦接到所述合光器的第二输出端，将来自所述第一合光元件的N2个输入的输入光合成1路输入光，其中，N2为大于或等于2的整数；

所述第二合光元件的至少一个输入耦接到所述第一合光元件的另一个输出。

5、一种点到多点光网络系统，其特征在于，包括：光线路终端OLT、分光器和多个光网络终端ONU/ONT；

所述光线路终端OLT，通过主干光纤耦接到所述分光器的一个输入端；

所述每一个光网络终端ONU/ONT，通过分支光纤耦接到所述分光器的一个输出端；

所述分光器具有至少两个输入端，所述分光器还包括：

第一分光元件，具有2个输入和N1个输出，所述第一分光元件的一个输入耦接到第一输入端和所述第一分光元件的输出耦接到分光器的N1个输出端，将来自所述第一分光元件的每一个输入的输入光分成N1路输出光，其中，N1为大于或等于2的整数；

第二分光元件，具有至少1个输入和N2个输出，所述第二分光元件的输入耦接到第二输入端，将来自第二出入端的输入光分成N2路输出光，所述第二分光元件的至少一路输出耦接到所述第一分光元件的另一个输入，其中，N2为大于或等于2的整数。

6、根据权利要求5所述的点到多点光网络系统，其特征在于，进一步包括：第一切换单元，将所述光线路终端OLT从分光器的一个输入端切换到另一个输入端；和/或

第二切换单元，将所述分光器的一个输入端从一个光线路终端OLT切换到另一个光线路终端OLT。

7、根据权利要求6所述的点到多点光网络系统，其特征在于，

所述第一切换单元和/或所述第二切换单元接收切换指示，根据接收到的切换指示进行切换。

8、根据权利要求6或7所述的点到多点光网络系统，其特征在于，进一步包括：所述第一切换单元和所述第二切换单元设置于一体。

9、根据权利要求5所述的点到多点光网络系统，其特征在于，进一步包括：

第三切换单元将所述光网络终端ONU/ONT从所述分光器的一个输出端切换到另一个输出端。

10、根据权利要求6或7所述的点到多点光网络系统，其特征在于，

所述第一切换单元、所述第二切换单元、所述第三切换单元至少一个为光开关。

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