利用中心局产生的多波长光的环回的无源光纤网

摘要

一种包括中心局和通过光纤链路连接中心局的用户装置的无源光纤网。中心局具有带第一至第四复用端口的路由部分，将从第四复用端口输入的多波长光分解到多个信道；放大并复用每个分解的信道，通过第一复用端口输出。分解并上行输出通过第三复用端口输入的光信号，复用下行光信号的信道，通过第二端口输出复用的信道。分光部分带有第一至第三分光端口并布置在使第一和第四复用端口连接的环形光波导上，使一部分输入到第一分光端口的多波长光经第二分光端口输出，和使其余多波长光通过连接第四复用端口的第三分光端口输出。环行器使经第二分光端口输入的多波长光发送到用户，和使从用户接收的上行光信号输出到第三复用端口。

说明书

技术领域

本发明涉及一种光通信系统，更具体地讲，涉及一种波分复用无源光纤网。

背景技术

波分复用(WDM)无源光纤网将光信号从中心局下行分配到每个用户。网络在中心局与用户之间的一个远端节点，利用一个诸如放大器和发射机之类的无源元件代替有源元件。同样地，通过无源元件将上行光信号与用户数据一起发送到中心局。在这种WDM无源光纤网中，中心局和远端节点都需要一个多路复用和/或多路分解上行和下行光信号的装置，并且中心局和用户都需要发射机和接收机。

最近，一直在WDM无源光纤网中进行尝试，以有效地实现一种供阵列波导光栅(AWG)使用的多路复用器和多路分解器，和经济地实现一种传输光源。更具体地将，最近发表了许多有关以简单和便宜的方式实现用于上行光信号传输的光源的方法的研究报告，其中光源是供用户使用的。

图1示出了一种惯用的WDM无源光纤网的结构。该WDM无源光纤网包括一个中心局110，和分别通过光纤链路120，125与中心局110连接的用户方装置130，140。在这里，用户方装置包括一个远端节点130和多个与远端节点130连接的用户140。

中心局110包括多个光发射机111，多个光接收机114，一个多路复用器112，和一个多路分解器113。

每个光发射机111输出用对应的数据信号调制的并且具有不同波长的信道。例如，光发射机111利用一个适合于高容量数据传输的下行光信号的分布式反馈激光二极管(DFB LD)。

多路复用器112把从发射机111输入的信道多路复用到下行光信号中，然后，通过光纤链路120发送多路复用的下行光信号。例如，复用器112可以利用一种诸如1×N AWG之类的无源元件。

多路分解器113把通过光纤链路125接收的下行光信号多路分解到多个信道中，然后输出多路分解的信道。多路分解器113也可以利用一种诸如1×N AWG之类的无源元件。

光接收机114将从多路分解器113输入的每个信道转换成电信号。例如，光接收机114可以利用光电二极管。

用户方装置130，140包括多路分解器131，多路复用器132，多个光发射机142，和多个光接收机141。

多路分解器131将通过光纤链路120接收的下行光信号多路分解成多个信道，然后输出结果。

光接收机141把从多路分解器131输入的每个信道转换成电信号。

每个光发射机142输出多个用对应的数据信号调制的并且具有不同波长的信道。例如，光发射机142可以利用一个适合于相对较低容量数据发送的上行光信号的分频光源，或一个通过锁定多模激光二极管仅产生单一模式的光源。

多路复用器132把从发射机142输入的多个信道多路复用到上行光信号，然后通过光纤链路125发送多路复用的上行光信号。

但是，惯用的WDM无源光纤网存在着当利用分频光源或通过锁定多模激光二极管仅产生单一模式的光源作为发送上行光信号的光源时，上行光信号容量的突然增长造成的高容量光信号的发送使得网络操作不能进行，或造成发送差错率迅速增加的问题。另一个问题是，当使用诸如DFB LD之类的单模激光二极管作为发送上行光信号的光源时，构造用户方装置的成本增加。

发明内容

本发明致力于解决现有技术中发生的上述问题。本发明提供了一种不仅能够不管上行光信号的发送容量的增加而有效地容纳上行光信号，并且也能够节省构造用户方装置的成本的波分复用(WDM)无源光纤网络。

更具体地讲，本发明提供了一种包括中心局和通过光纤链路与中心局连接的用户方装置的无源光纤网，其中用户方装置根据波分复用光信号执行与中心局的通信，中心局包括：一个带有第一至第四多路复用端口的路由部分，用于将通过第四多路复用端口输入的多波长光多路分解成多个信道，放大和多路复用这些多路分解的信道中的每一个，通过第一多路复用端口输出该结果、多路分解通过第三多路复用端口输入的上行光信号并输出、多路复用下行光信号的信道、和通过第二多路复用端口输出多路复用的信道；一个带有第一至第三分光端口并且布置在一个使第一和第四多路复用端口相互连接的环形光波导上的分光部分，用于使输入到第一分光端口的多波长光的部分通过第二分光端口输出、和使多波长光的剩余部分通过与第四多路复用端口连接的第三分光端口输出；一个环行器，用于使从第二分光端口输入的多波长光发送到用户方装置、和使从用户方装置接收的上行光信号输出到第三多路复用端口。

附图说明

通过以下结合附图的详细说明，可以对本发明的上述特征和优点有更清楚的理解，在附图中：

图1示出了一种惯用的WDM无源光纤网的构造；

图2示出了根据本发明的波分复用(WDM)无源光纤网的构造；

图3示出图2中所示的WDM无源光纤网中使用的波长带；

图4示出了根据本发明第一实施例的用户方装置的构造；

图5示出了根据本发明第二实施例的用户方装置的构造；

图6示出了根据本发明第三实施例的用户方装置的构造；和

图7示出了根据本发明第四实施例的用户方装置的构造。

具体实施方式

以下参考附图详细说明本发明的优选实施例。

图2示出了根据本发明的一种波分复用(WDM)无源光纤网的构造。无源光纤网包括中心局200和用户方装置310，其中用户方装置310通过光纤链路300与中心局200连接，并且根据波分复用光信号执行与中心局200的通信。

中心局200向用户方装置310发送用多波长光和数据信号调制的下行光信号，并且从用户方装置310接收上行光信号。用户方装置310从中心局200接收多波长光和下行光信号，将多波长光多路分解到多个信道，将每个信道调制到数据信号中，将调制的信道多路复用到上行光信号，并且将多路复用上行光信号发送到中心局200。

中心局200包括路由部分210，分光部分250，环行器260，组合部分270，光发送部分280，光接收部分290，隔离器230，和光带通滤波器(OBPF)240。

路由部分210包括第一和第二波长路由器211和212，和多个光放大器213。

第二波长路由器212包括第三和第四多路复用端口L_N和R₁，以及第三和第四多路分解多端口L₁至L_N-1和R₂至R_N。第二波长路由器212将从第四多路服用端口R₁输入的多波长光多路分解到多个信道，然后通过第三多路分解多端口L₁至L_N-1输出多路分解的信道。此外，第二波长路由器212将从第三多路复用端口L_N输入的上行光信号多路分解到多个信道，然后通过第四多路分解多端口R₂至R_N输出多路分解的信道。例如，第二波长路由器212可以利用一个像N×N阵列波导光栅这样的具有周期性的、并且执行双向多路复用和多路分解的元件。

光放大器213与对应的第三多路分解多端口L₁至L_N-1连接，并且使从这些端口输入的信道放大和输出。此外，光放大器213起到多波长光光源的功能。从每个光放大器213产生的放大自发发射(ASE)在连续地受到滤波、放大等之后转变成多波长光，然后作为多波长光发送到用户方装置310。每个光放大器231包括一个掺铒光纤(EDF)，和一个利用EDF提供泵激光的泵激光源。

第一波长路由器211包括第一和第二多路复用端口L₁和R_N，以及第一和第二多路分解多端口L₂至L_N和R₁至R_N-1。第一波长路由器211将输入到第二多路分解多端口R₁至R_N-1的放大信道多路复用，然后将多路复用的信道通过第一多路复用端口L₁输出。此外，第一波长路由器211将输入到第一多路分解多端口L₂至L_N的信道多路复用，然后通过第二多路复用端口R_N输出多路复用的信道。例如，第一波长路由器211可以利用一个像N×N阵列波导光栅这样的具有周期性的、并且执行双向多路复用和多路分解的元件。

第一波长路由器211的第一多路复用端口L₁和第二波长路由器212的第四多路复用端口R₁通过一个光波导相互连接，从而形成一个环形光波导220。即，在开始从多个光放大器213产生的ASE通过第一多路复用端口L₁输出，经过滤波成为多波长光，然后作为多波长光输入到第四多路复用端口R₁。此后，通过第二波长路由器212将多波长光多路复用到多个信道，然后在再输入到多个光放大器213。多个光放大器213执行输入信道的放大和输出。通过第一多路复用端口L₁再次输出放大的信道。这一处理过程通过环形光波导220循环地反复进行。以这种方式，循环重复的ASE受到激发，从而可以把激发的ASE用作无源光纤网中的多波长光。这个产生的多波长光在用户方装置310调制，但是不是用数据信号调制。此外，将ASE的激发方向选择为发射或接收调制光信号的多路复用或多路分解方向的相反方向，从而能够阻碍可能通过第一和第二波长路由器211，212产生的串音。

隔离器230布置在环形光波导220上。隔离器230允许通过输入的多波长光，但是不允许通过在输入的多波长光相反方向上传播的光。

OBPF 240布置在环形光波导220上，并且根据预定的波长带确定多波长光的一个波长带。例如，OBPF 240可以利用一个带有沉积的多个薄膜的多层薄膜滤波器。

分光部分250带有第一至第三端口，并且布置在环形光波导220上。分光部分250通过第二端口输出输入到第一端口的一部分多波长光，并且通过第三端口输出剩余部分，第三端口与第二波长路由器212的第四多路复用端口R₁连接。例如，分光部分250可以利用一个诸如Y-分路耦合器之类的1×2光耦合器。

环行器260带有第一至第三端口。环行器260允许从分光部分输入到第一端口的多波长光和下行光信号发送到用户方装置310，并且允许从用户方装置310接收到第二端口的上行光信号通过第三端口输出，第三端口与第二波长路由器212的第三多路复用端口L_N连接。

组合部分270带有第一至第三端口。组合部分270允许从用户方装置310接收到的上行光信号通过到第二端口，但是它把从环行器260输入到第一端口的多波长光与输入到与第一波长路由器211的第二多路复用端口R_N连接的第三端口中的下行光信号组合，然后把组合的结果发送到用户方装置310。例如，组合部分270可以利用一个WDM滤波器。

光发射部分280包括以一一对应的方式分别与第一波长路由器211的第一多路分解多端口L₂至L_N连接的多个光发射机285。从多个光发射机285输出的不同波长的信道输入到第一波长路由器211的第一多路分解多端口L₂至L_N中。例如，光发射机285可以利用一个适合于高容量数据传输的下行光信号的DFB激光二极管。

光接收部分290包括以一一对应的方式分别与第二波长路由器212的第四多路分解多端口R₂至R_N连接的多个光接收机295，并且将通过第四多路分解多端口R₂至R_N输入的多个信道转换成分离的电信号。例如，光接收机295可以利用一个光电二极管。

用户方装置310接收来自中心局200的多波长光和下行光信号，将多波长光多路分解到多个信道，将多个信道调制到对应的分离数据信号中，将调制的信道多路复用到上行光信号中，然后将多路复用的上行光信号发送到中心局200。由于多波长光是激光，因此多波长光适合于发送高容量的调制数据。

图3示出了图2中所示WDM无源光纤网中使用的波长带。第一和第二波长路由器211，212具有相同的自由频谱范围(FSR)，并且在FSR上设定了下行光信号的一个波长带410。此外，适当地设计路由器211，212，以便当把多波长光的波长带420设置为与下行光信号的波长带410不同时，两个波长带的光信号能够适合于同时发送。OBPF 240的通带430被设定为FSR的整数倍，它是该波长带的重复周期。多波长光具有与上行光信号相同的波长带。

图4示出了根据本发明第一实施例的用户方装置的构造。用户方装置500包括WDM滤波器510，波长路由器520，多个光接收机530，多个环行器540，和多个调制器550。

WDM滤波器510带有第一至第三端口。WDM滤波器510允许来自中心局200的多波长光和下行光信号通过第一端口接收，其中多波长光通过第二端口输出，而下行光信号通过第三端口输出。此外，WDM滤波器允许把通过第二端口输入的上行光信号通过第一端口发送到中心局200。

波长路由器520包括第一和第二多路复用端口L₁和R_N，以及第一和第二多路分解多端口L₂至L_N和R₁至R_N-1。波长路由器520将通过第一多路复用端口L₁输入的多波长光多路分解到多个信道，然后将多路分解的信道输出到第二多路分解多端口R₁至R_N-1。此外，波长路由器520将通过第二多路复用端口R_N输入的下行光信号多路分解到多个信道，然后将多路分解的信道输出到多路分解多端口L₂至L_N。例如，波长路由器520可以利用一个像N×N阵列波导光栅的具有周期性的，并且在两个方向执行多路复用和多路分解的元件。

多个光接收机530以一一对应的方式分别与第一多路分解多端口L₂至L_N连接，并且将通过第一多路分解多端口L₂至L_N输出的多个信道转换成分离的电信号。例如，光接收机530可以利用一个光电二极管。

多个环行器540以一一对应的方式分别与第二多路分解多端口R₁至R_N-1连接，并且带有第一至第三端口。每个环行器540将通过第二端口输入的信道输出到第三端口，并且把通过第一端口输入的信道输出到第二端口。

多个调制器550以一一对应的方式分别与多个环行器540连接。每个调制器550使通过每个对应的环行器540第三端口输入的信道用对应的数据信号调制，并且输出到环行器540的第一端口。

图5示出了根据本发明的第二实施例的用户方装置的构造。用户方装置600包括一个WDM滤波器610，一个波长路由器620，多个光接收机630，和多个Fabry-Perot(法布里-珀罗)激光二极管640。图5实施例与图4实施例的不同之处在于，用Fabry-Perot激光二极管640来代替环行器540和调制器550的组合。因此，这里不再重复说明的类似部分。

多个Fabry-Perot激光二极管640以一一对应的方式与波长路由器620的第二多路分解多端口R₁至R_N-1连接。Fabry-Perot激光二极管640通过输入的对应信道自锁，使自锁波长的每个信道在输出之前用对应的数据信号调制。一种现有技术方法的频谱分割非相干ASE，然后将频谱分割的结果注入到一个Fabry-Perot激光二极管中，从而将Fabry-Perot激光二极管的多种模式锁定到一个单一模式。但是，由于这种技术要求高功率的ASE和拼接频谱的窄带宽，因而它需要专门的技术。相反，当使用从中心局200产生的多波长光时，可以把相对高的功率的光和相对窄的带宽输入到多个Fabry-Perot激光二极管640中。因此，可以获得高的锁定效率和锁定稳定性。

图6示出了根据本发明的第三实施例的用户方装置的构造。用户方装置700包括一个波分复用器710，多个WDM滤波器720，多个光接收机750，多个环行器730，和多个调制器740。    

波分复用器710包括一个单一的多路复用端口L₁，和多个多路分解多端口R₁至R_N-1。波分复用器710将输入的各个多波长光和下行光信号多路分解到多个信道，然后将多路分解的信道输出到多个多路分解端口R₁至R_N-1，或多路复用通过多个多路分解端口R₁至R_N-1输入的信道，然后将多路复用的信道发送到中心局200。

多个WDM滤波器720以一一对应的方式分别与多个多路分解端口R₁至R_N-1连接，并且带有第一至第三端口。在每个WDM滤波器720中，将通过第二端口输入的信道中那些构成多波长光的信道通过第二端口输出，并且将那些构成下行光信号的信道通过第三端口输出。此外，将通过第二端口输入的信道输出到第一端口。

多个环行器730以一一对应的方式分别与多个WDM滤波器720连接，并且带有第一至第三端口。每个环行器730将通过第二端口输入的信道输出到第三端口，并且将通过第一端口输入的信道输出到第二端口。

多个调制器740以一一对应的方式分别与多个环行器730连接。每个调制器740使通过每个对应环行器730的第三端口输入的信道用对应的数据信号调制，然后将调制的信道输出到环行器730的第一端口。

多个光接收机750以一一对应的方式分别与多个WDM滤波器720连接。每个光接收机750将通过每个对应WDM滤波器720的第三端口输入的信道转换成一个分离的电信号。例如，光接收机750可以利用一个光电二极管。

图7示出了根据本发明第四实施例的用户方装置的构造。用户方装置800包括一个波分复用器810，多个WDM滤波器820，多个光接收机840，和多个Fabry-Perot激光二极管830。图7实施例与图6实施例的不同之处仅在于，使用了Fabry-Perot激光二极管830来代替环行器730与调制器740的组合。因此，在这里不再重复说明中的对应部分。

多个Fabry-Perot激光二极管830以一一对应的方式分别与多个WDM滤波器820连接。当Fabry-Perot激光二极管830被通过每个对应WDM滤波器820的第二端口输入信道自锁时，激光二极管830使自锁波长的每个信道用对应的数据信号调制，然后输出调制的信道。

如上所述，根据本发明的利用从中心局产生的多波长光的回送的WDM无源光纤网的优点在于，在中心局产生要从用户发送的上行光信号的多波长光，然后提供给用户，从而使光纤网能够有效地操作，并且能够与用户数量增加成正比地获得成本效率。作为一个附加的优点，将激光用作多波长光给光纤网提供了足够大的容量来容纳高容量的用户数据。

尽管本发明是通过参考其特定优选实施例显示和说明的，但是熟悉本领域的人员应当知道，在形式和细节上可以有各种不同的改变，而不脱离附属权利要求定义的本发明的精神和范围。