CN101729146B - 无源光网络中自激励多波长动态调度的光网络单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光通信技术领域的无源光网络中自激励多波长动态调度的光网络单元，包括：上行数据发射机、下行数据接收机和第一光环形器，其中：第一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，第一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：FP多纵模激光器、可调带通滤波器、光分路/耦合器和光纤反射环。本发明基于FP多纵模激光器自激励的工作方式，产生多波长动态可调的上行光载波，大大增加了上行传输带宽，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；同时结构简单，成本低廉，符合光网络单元无色传输的要求，满足了用户上行接入能力急剧增加的发展需求。
Description
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自激励多波长动态调度的光网络单元。
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(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。
目前已提出的有多个Fabry-Perot laser diodes(FP-LD)激光器自激励波长复用技术、基于Fabry-Perot激光器的多波长温控注入锁模技术、基于反射式光放大器(RSOA)多波长注入带通滤波技术等三种传输技术。
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 10Gbps upstream 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)。但是，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“Increasing upstream capacity in TDM-PON with multiple-wavelength transmissionusing Fabry-Perot laser 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)”，提出在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。但是该机制需要从局端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 Networking2007上发表“Scalability of RSOA-based multi-wavelength Ethernet PON architecturewith dual feeder 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)”，提出一种低成本、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，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。但是该方案需要从局端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自激励多波长动态调度的光网络单元。本发明通过使用光纤反射环，增加了上行传输能力，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一光环形器，其中：第一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，第一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，下行数据接收机用于恢复下行数据，上行数据发射机用于产生上行数据光信号，第一光环形器的输入/输出端传输上行数据光信号和下行数据光信号。
所述的上行数据发射机包括：FP多纵模激光器、可调带通滤波器、1×2光分路/耦合器、第二光环行器和控制模块，第二光环行器的输入端和输出端直接连接形成光纤反射环，其中：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上行数据光信号，控制模块的数据输出端口与FP多纵模激光器的射频端口相连传输上行数据电信号，控制模块的控制端口与可调带通滤波器相连传输控制信号，可调带通滤波器的输出端与1×2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，1×2光分路/耦合器的一个分路端口与光纤反射环的输入/输出端相连传输单纵模上行数据光信号，1×2光分路/耦合器的另一个分路端口与第一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。
所述的上行数据发射机包括：FP多纵模激光器、1×2光分路/耦合器、第二光环形器、可调带通滤波器和控制模块，第二光环形器的输出端与可调带通滤波器输入端相连且第二光环形器的输入端与可调带通滤波器输出端相连从而构成光纤反射环，其中：控制模块的数据输出端口与FP多纵模激光器的射频端口相连传输上行数据电信号，控制模块的控制端口与可调带通滤波器相连传输控制信息，FP多纵模激光器的输出端与1×2光分路/耦合器的合路端口相连传输多纵模上行数据光信号，1×2光分路/耦合器的一个分路端口与光纤反射环相连传输多纵模上行数据光信号，光纤反射环中的第二光环行器的输出端与可调带通滤波器的输入端相连传输多纵模上行数据光信号，可调带通滤波器的输出端与第二光环行器的输入端相连传输单纵模上行数据光信号，1×2光分路/耦合器的另一个分路端口与第一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。
所述的上行数据发射机包括：FP多纵模激光器、可调带通滤波器、2×2光分路/耦合器和控制模块，2×2光分路/耦合器同侧的两个端口直接相连形成光纤反射环，其中：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上行数据光信号，控制模块的数据输出端口与FP多纵模激光器的射频端口相连传输上行数据电信号，控制模块的控制端口与可调带通滤波器相连传输控制信号，可调带通滤波器的输出端与2×2光分路/耦合器一侧的一个端口相连传输单纵模上行数据光信号，2×2光分路/耦合器一侧的另一个端口与第一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，2×2光分路/耦合器的另一侧的两个端口直接相连传输单纵模上行数据光信号。
所述的上行数据发射机包括：FP多纵模激光器、2×2光分路/耦合器、可调带通滤波器和控制模块，2×2光分路/耦合器一侧的一个端口与可调带通滤波器输入端相连且2×2光分路/耦合器一侧的另一个端口与可调带通滤波器输出端相连从而构成光纤反射环，其中：控制模块的数据输出端口与FP多纵模激光器的射频端口相连传输上行数据电信号，控制模块的控制端口与可调带通滤波器相连传输控制信息，FP多纵模激光器的输出端与2×2光分路/耦合器一侧的一个端口相连传输多纵模上行数据光信号，2×2光分路/耦合器一侧的另一个端口与第一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，2×2光分路/耦合器另一侧的一个端口与可调带通滤波器输入端相连传输多纵模上行数据光信号，2×2光分路/耦合器另一侧的另一个端口与可调带通滤波器输出端相连传输单纵模上行数据光信号。
和现有技术相比，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1组成示意图；
图2为实施例2组成示意图；
图3为实施例3组成示意图；
图4为实施例4组成示意图。
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1
如图1所示，本实施例包括：上行数据发射机1、下行数据接收机2和第一光环形器3，其中：第一光环形器3的输出端与下行数据接收机2相连传输下行数据光信号，第一光环形器3的输入端与上行数据发射机1相连传输上行数据光信号，下行数据接收机2用于恢复下行数据，上行数据发射机1用于产生上行数据光信号，第一光环形器3的输入/输出端传输上行数据光信号和下行数据光信号。
所述的上行数据发射机1包括：FP多纵模激光器4、可调带通滤波器8、1×2光分路/耦合器5、第二光环行器6和控制模块9，第二光环行器6的输入端和输出端直接连接形成光纤反射环7，其中：FP多纵模激光器4的输出端与可调带通滤波器8的输入端相连传输多纵模上行数据光信号，控制模块9的数据输出端口与FP多纵模激光器4的射频端口相连传输上行数据电信号，控制模块9的控制端口与可调带通滤波器8相连传输控制信号，可调带通滤波器8的输出端与1×2光分路/耦合器5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5的一个分路端口与光纤反射环7的输入/输出端相连传输单纵模上行数据光信号，1×2光分路/耦合器5的另一个分路端口与第一光环形器3的输入端相连传输自激励的单纵模上行数据光信号。
所述的控制模块9发送上行数据和发送控制指令。
所述的下行数据接收机2是光电检测器。
本实施例在上行数据发射机1中，控制模块9的数据输出端口与FP多纵模激光器4的射频端口相连传输上行数据电信号，直接将上行数据电信号调制在多纵模光载波上，FP多纵模激光器4的输出端与可调带通滤波器8的输入端相连传输多纵模上行数据光信号，控制模块9的控制端口输出的控制信令，动态调节可调带通滤波器8，滤出指定的单纵模上行数据光信号，可调带通滤波器8的输出端与1×2光分路/耦合器5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5的一个分路端口与第二光环行器6的输入/输出端相连，也就是与光纤反射环7相连传输单纵模上行数据光信号，光纤反射环7将输入进来的单纵模上行数据光信号原路反射回FP多纵模激光器4，由此在FP多纵模激光器4和光纤反射环7之间形成自激励，1×2光分路/耦合器5的另一个分路端口输出自激励的单纵模上行数据光信号。
本实施例的优点：光网络单元基于FP多纵模激光器4自激励的工作方式，产生多波长动态可调的上行光载波，大大增加了上行传输带宽，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；同时结构简单，成本低廉，符合光网络单元无色传输的要求，满足了用户上行接入能力急剧增加的发展需求。
实施例2
如图2所示，本实施例包括：上行数据发射机1、下行数据接收机2和第一光环形器3，其中：第一光环形器3的输出端与下行数据接收机2相连传输下行数据光信号，第一光环形器3的输入端与上行数据发射机1相连传输上行数据光信号，下行数据接收机2用于恢复下行数据，上行数据发射机1用于产生上行数据光信号，第一光环形器3的输入/输出端传输上行数据光信号和下行数据光信号。
所述的上行数据发射机1包括：FP多纵模激光器4、1×2光分路/耦合器5、第二光环形器6、可调带通滤波器8和控制模块9，第二光环形器6的输出端与可调带通滤波器8输入端相连且第二光环形器6的输入端与可调带通滤波器8输出端相连从而构成光纤反射环7，其中：控制模块9的数据输出端口与FP多纵模激光器4的射频端口相连传输上行数据电信号，控制模块9的控制端口与可调带通滤波器4相连传输控制信息，FP多纵模激光器4的输出端与1×2光分路/耦合器5的合路端口相连传输多纵模上行数据光信号，1×2光分路/耦合器5的一个分路端口与光纤反射环7相连传输多纵模上行数据光信号，光纤反射环7中的第二光环行器6的输出端与可调带通滤波器8的输入端相连传输多纵模上行数据光信号，可调带通滤波器8的输出端与第二光环行器6的输入端相连传输单纵模上行数据光信号，1×2光分路/耦合器5的另一个分路端口与第一光环形器3的输入端相连传输自激励的单纵模上行数据光信号。
所述的控制模块9发送上行数据和发送控制指令。
所述的下行数据接收机2是光电检测器。
本实施例在上行数据发射机1中，控制模块9的数据输出端口与FP多纵模激光器4的射频端口相连传输上行数据电信号，直接将上行数据电信号调制在多纵模光载波上，FP多纵模激光器4的输出端与1×2光分路/耦合器5的合路端口相连传输多纵模上行数据光信号，1×2光分路/耦合器5的一个分路端口与第二光环行器6的输入/输出端相连，也就是与光纤反射环7相连传输多纵模上行数据光信号，光纤反射环7中的第二光环行器6的输出端与可调带通滤波器8的输入端相连传输多纵模上行数据光信号，控制模块9的控制端口输出的控制信令，动态调节可调带通滤波器8，滤出指定的单纵模上行数据光信号，可调带通滤波器8的输出端与第二光环行器6的输入端相连传输单纵模上行数据光信号，该单纵模上行数据光信号被原路反射回FP多纵模激光器4，由此在FP多纵模激光器4和光纤反射环7之间形成自激励，1×2光分路/耦合器5的另一个分路端口输出自激励的单纵模上行数据光信号。
本实施例的优点：光网络单元基于FP多纵模激光器4自激励的工作方式，产生多波长动态可调的上行光载波，大大增加了上行传输带宽，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；同时结构简单，成本低廉，符合光网络单元无色传输的要求，满足了用户上行接入能力急剧增加的发展需求。
实施例3
如图3所示，本实施例包括：上行数据发射机1、下行数据接收机2和第一光环形器3，其中：第一光环形器3的输出端与下行数据接收机2相连传输下行数据光信号，第一光环形器3的输入端与上行数据发射机1相连传输上行数据光信号，下行数据接收机2用于恢复下行数据，上行数据发射机1用于产生上行数据光信号，第一光环形器3的输入/输出端传输上行数据光信号和下行数据光信号。
所述的上行数据发射机1包括：FP多纵模激光器4、可调带通滤波器8、2×2光分路/耦合器10和控制模块9，2×2光分路/耦合器10同侧的两个端口直接相连形成光纤反射环7，其中：FP多纵模激光器4的输出端与可调带通滤波器8的输入端相连传输多纵模上行数据光信号，控制模块9的数据输出端口与FP多纵模激光器4的射频端口相连传输上行数据电信号，控制模块9的控制端口与可调带通滤波器8相连传输控制信号，可调带通滤波器8的输出端与2×2光分路/耦合器10一侧的一个端口相连传输单纵模上行数据光信号，2×2光分路/耦合器10一侧的另一个端口与第一光环形器3的输入端相连传输自激励的单纵模上行数据光信号，2×2光分路/耦合器10的另一侧的两个端口直接相连传输单纵模上行数据光信号。
所述的控制模块9发送上行数据和发送控制指令。
所述的下行数据接收机2是光电检测器。
本实施例在上行数据发射机1中，控制模块9的数据输出端口与FP多纵模激光器4的射频端口相连传输上行数据电信号，直接将上行数据电信号调制在多纵模光载波上，FP多纵模激光器4的输出端与可调带通滤波器8的输入端相连传输多纵模上行数据光信号，控制模块9的控制端口输出的控制信令，动态调节可调带通滤波器8，滤出指定的单纵模上行数据光信号，可调带通滤波器8的输出端与2×2光分路/耦合器10的一侧的一个端口相连传输单纵模上行数据光信号，2×2光分路/耦合器10的另一侧的两个端口直接相连构成光纤反射环7，光纤反射环7将输入进来的单纵模上行数据光信号原路反射回FP多纵模激光器4，由此在FP多纵模激光器4和光纤反射环7之间形成自激励，2×2光分路/耦合器10的一侧的另一个端口输出自激励的单纵模上行数据光信号。
本实施例的优点：光网络单元基于FP多纵模激光器4自激励的工作方式，产生多波长动态可调的上行光载波，大大增加了上行传输带宽，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；同时结构简单，成本低廉，符合光网络单元无色传输的要求，满足了用户上行接入能力急剧增加的发展需求。
实施例4
如图4所示，本实施例包括：上行数据发射机1、下行数据接收机2和第一光环形器3，其中：第一光环形器3的输出端与下行数据接收机2相连传输下行数据光信号，第一光环形器3的输入端与上行数据发射机1相连传输上行数据光信号，下行数据接收机2用于恢复下行数据，上行数据发射机1用于产生上行数据光信号，第一光环形器3的输入/输出端传输上行数据光信号和下行数据光信号。
所述的上行数据发射机1包括：FP多纵模激光器4、2×2光分路/耦合器10、可调带通滤波器8和控制模块9，2×2光分路/耦合器10一侧的一个端口与可调带通滤波器8输入端相连且2×2光分路/耦合器10一侧的另一个端口与可调带通滤波器8输出端相连从而构成光纤反射环7，其中：控制模块9的数据输出端口与FP多纵模激光器4的射频端口相连传输上行数据电信号，控制模块9的控制端口与可调带通滤波器8相连传输控制信息，FP多纵模激光器4的输出端与2×2光分路/耦合器10一侧的一个端口相连传输多纵模上行数据光信号，2×2光分路/耦合器10一侧的另一个端口与第一光环形器3的输入端相连传输自激励的单纵模上行数据光信号，2×2光分路/耦合器10另一侧的一个端口与可调带通滤波器8输入端相连传输多纵模上行数据光信号，2×2光分路/耦合器10另一侧的另一个端口与可调带通滤波器8输出端相连传输单纵模上行数据光信号。
所述的控制模块9发送上行数据和发送控制指令。
所述的下行数据接收机2是光电检测器。
本实施例在上行数据发射机1中，控制模块9的数据输出端口与FP多纵模激光器4的射频端口相连传输上行数据电信号，直接将上行数据电信号调制在多纵模光载波上，FP多纵模激光器4的输出端与2×2光分路/耦合器10一侧的一个端口相连传输多纵模上行数据光信号，2×2光分路/耦合器10的另一侧的一个端口与可调带通滤波器8的输入端相连，可调带通滤波器8的输出端与2×2光分路/耦合器10的另一侧的另一个端口相连，从而构成了一个光纤反射环7，控制模块9的控制端口输出的控制信令，动态调节可调带通滤波器8，滤出指定的单纵模上行数据光信号，该单纵模上行数据光信号被光纤反射环7原路反射回FP多纵模激光器4，由此在FP多纵模激光器4和光纤反射环7之间形成自激励，2×2光分路/耦合器10的一侧的另一个端口输出自激励的单纵模上行数据光信号。
本实施例的优点：光网络单元基于FP多纵模激光器4自激励的工作方式，产生多波长动态可调的上行光载波，大大增加了上行传输带宽，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；同时结构简单，成本低廉，符合光网络单元无色传输的要求，满足了用户上行接入能力急剧增加的发展需求。
Claims (2)
1.一种无源光网络中自激励多波长动态调度的光网络单元，包括：上行数据发射机、下行数据接收机和第一光环形器，其中：第一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，第一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，下行数据接收机用于恢复下行数据，上行数据发射机用于产生上行数据光信号，第一光环形器的输入/输出端传输上行数据光信号和下行数据光信号，
所述的上行数据发射机包括：FP多纵模激光器、可调带通滤波器、光分路/耦合器、光纤反射环和控制模块；
其特征是，所述的光分路/耦合器为1×2光分路/耦合器、所述光纤反射环由第二光环行器的输入端和输出端直接连接形成，其中：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上行数据光信号，控制模块的数据输出端口与FP多纵模激光器的射频端口相连传输上行数据电信号，控制模块的控制端口与可调带通滤波器相连传输控制信号，可调带通滤波器的输出端与1×2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，1×2光分路/耦合器的一个分路端口与光纤反射环的输入/输出端相连传输单纵模上行数据光信号，1×2光分路/耦合器的另一个分路端口与第一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。
2.一种无源光网络中自激励多波长动态调度的光网络单元，包括：上行数据发射机、下行数据接收机和第一光环形器，其中：第一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，第一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，下行数据接收机用于恢复下行数据，上行数据发射机用于产生上行数据光信号，第一光环形器的输入/输出端传输上行数据光信号和下行数据光信号，
所述的上行数据发射机包括：FP多纵模激光器、可调带通滤波器、光分路/耦合器、光纤反射环和控制模块，其特征是，所述的光分路/耦合器为1×2光分路/耦合器、第二光环形器的输出端与可调带通滤波器输入端相连且第二光环形器的输入端与可调带通滤波器输出端相连，从而构成光纤反射环，其中：控制模块的数据输出端口与FP多纵模激光器的射频端口相连传输上行数据电信号，控制模块的控制端口与可调带通滤波器相连传输控制信息，FP多纵模激光器的输出端与1×2光分路/耦合器的合路端口相连传输多纵模上行数据光信号，1×2光分路/耦合器的一个分路端口与光纤反射环的输入/输出端相连传输多纵模上行数据光信号，光纤反射环中的第二光环行器的输出端与可调带通滤波器的输入端相连传输多纵模上行数据光信号，可调带通滤波器的输出端与第二光环行器的输入端相连传输单纵模上行数据光信号，1×2光分路/耦合器的另一个分路端口与第一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。
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