基于载波抑制调制技术的光源共享WDM-PON系统

摘要

本发明提供一种基于载波抑制调制技术的光源共享WDM-PON系统，包括：光线路终端、两根馈入线光纤、远端节点、2N根分布式光纤和2N个光网络单元，其中：光线路终端包括：共享光源发射机、两个下行数据发射机、两个上行接收机和两个光环行器；远端节点包括：两个阵列波导光栅、两个光环行器和一根互联光纤；光网络单元包括：光耦合器，下行接收机和反射式半导体光放大器。本发明利用N个激光器为一对WDM-PON同时提供下行和上行光源，节约了网络成本，同时，每个WDM-PON的上行和下行数据均在不同的馈入线光纤中传输，避免了瑞利后向散射对传输性能的影响。

说明书

技术领域

本发明涉及光通信技术领域的系统，尤其是是一种利用载波抑制调制技术在波分复 用无源光网络（WDM-PON）中实现光源共享的方法，具体涉及基于载波抑制调制技术 的光源共享WDM-PON系统。

背景技术

随着信息技术的迅猛发展，高清晰电视（High Definition TV，HDTV）、交互式游戏、 大文件共享、视频会议等新兴宽带业务的不断涌现和增长，对接入网的宽带和多业务统 一承载以及传输能力提出了更高的要求。基于光纤的无源光网络（Passive Optical  Network，PON）由于其大带宽，低成本的优势，已经被广泛地应用在接入网领域。

传统的时分复用无源光网络（Time Division Multiplexed Passive Optical Network， TDM-PON）中，多个用户利用不同的时隙来实现共享传输，因此每个用户的实际接入 带宽受到限制。波分复用无源光网络（Wavelength Division Multiplexed Passive Optical  Network,WDM-PON）为每个用户分配特定的波长，具有带宽大、对协议透明，保密性 高、服务质量好等优点，被认为是未来大容量接入网的主流解决方案。

目前，WDM-PON网络对光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）和光网络单元 （Optical Network Unit，ONU）两端的光源，调制器等要求较高，其中OLT和ONU的 光源，尤其是ONU一侧光源安装和维护成本高昂，不利于WDM-PON的大规模部署。 为降低实际应用中的成本，要求每个ONU完全相同，相互之间可以替换，即需要使用 无色ONU。

现有的无色ONU实现技术一般分为以下四种方案：

1、宽带光源频谱分割。使用窄带滤波器对宽带光谱进行分割后调制上行数据。该 方案的成本较低，但其缺点在于宽谱光源的功率较小，分割后损耗增大，导致系统功率 预算紧张，同时宽带光源固有的模式分配噪声、强度噪声和拍频噪声限制了调制速率。

2、可调激光器。在ONU端部署可调激光器作为光源，根据来自OLT端的波长控 制指令，选择指定的波长进行上行数据调制。该方案的缺点在于成本较高，且需要波长 控制装置，因此较少被采用。

3、下行种光源注入调制。OLT在向ONU发送载有下行数据光波的同时，发送没 有数据的种子光，该种子光可由宽带由光源分割得到或由分布式反馈（Distributed  Feedback，DFB）激光器产生。ONU端利用注入锁定的法布里-珀罗激光器（Fabry-Perot  Laser Diode，FPLD）或者反射式半导体光放大器（Reflective Semiconductor Optical  Amplifier，RSOA）完成上行信号的直接调制。该方案的优点是ONU端不需要独立光 源即可实现无色化，缺点是需要在OLT端部署额外的一组光源，降低了波长资源的使 用效率。同时下行种子光和上行信号在同一光纤中传输，传输性能受到瑞利后向散射效 应的影响。

4、下行信号重调制。该方案与方案3的最大区别是上下行信号加载在同一波长上。 下行光载波在ONU端分成两路，一部分用来解调下行数据，另一部分重调制上行数据。 为了避免在ONU端使用调制器带来的成本过高，一般利用RSOA的增益饱和效应对注 入的下行信号进行擦除，然后放大并调制加载上行数据。目前基于RSOA重调制的系 统传输速率一般可达1.5Gbps。该方案的优点是只用一组光源就能实现上下行传输和 ONU的无色化，缺点同方案3一样，同一根光纤中的上下行信号的传输均受到瑞利后 向散射效应的影响。

上述方案均能够实现无色ONU，其中方案1的调制速率较低，方案2成本过高， 而相比于方案3，方案4的资源利用效率更高，因此采用下行信号重调制，是实现低成 本WDM-PON的主要研究方向。针对该方案，目前的研究热点主要集中在降低单纤双 向传输中的瑞利后向散射效应以及降低ONU端的成本，对于节约OLT端的波长及光源 问题，则研究较少，相关的文献报道也比较少。

经过多现有文献检索发现，Zaid A.EI-Sahn等人在《OFC2011,Optical Fiber  Communication Conference（美国光通信会议）》上发表了题为“Bidirectional WDM PON  Enabled by Reflective ONUs and a Novel Overlapped-Subcarrier Multiplexing Technique”的 文章，提出在ONU端利用混频器将上行信号与射频信号同时加载在RSOA上，使上行 重调制信号加载在原波长的副载波上。该方案利用RSOA实现了无色化ONU，同时上、 下行中心波长的错开能降低瑞利后向散射对传输性能的影响。但是，RSOA的调制带宽 限制了副载波信号的偏移量，因此上下行信号有一定程度的重叠，仍然会受到瑞利后向 散射的影响。

又经检索发现，Shu-Chuan Li等人在2011年的《Journal of Lightwave Technology（光 波技术杂志）》上发表了题为“Cross-Seeding Schemes for WDM-Based Next-Generation  Optical Access Networks”的文章。该文章提出在把一个WDM PON中的ONU分成两 组，每组ONU的下行波长同时传输到另一组ONU中进行上行重调制。该方案实现了 ONU的无色化，同时也消除了瑞利后向散射的影响。但是，该方案中光源和波长的使 用都只局限在一个WDM-PON中，没有进一步提高OLT端光源的利用率，同时下行的 光信号要分路传输到两组ONU，降低了系统的功率预算。

发明内容

针对现有技术的缺陷和不足，本发明的目的在于为两个WDM-PON系统提供共享 的光源以提高资源利用率，同时消除基于下行信号重调制的无色ONU技术中面临的瑞 利后向散射问题,为达到以上目的，本发明采取的技术方案是:

根据本发明的一个方面，提供一种基于载波抑制调制技术的光源共享WDM-PON 系统，包括：光线路终端、第一馈入线光纤、第二馈入线光纤、远端节点、2N根分布 式光纤和2N个光网络单元，其中，光网络单元1-1、1-2、……1-N属于WDM-PON1， 光网络单元2-1、2-2、……2-N属于WDM-PON2；光线路终端与第一馈入线光纤和第 二馈入线光纤的一端连接，第一馈入线光纤和第二馈入线光纤的另一端与远端节点连接 传输下行数据；远端节点与分布式光纤的一端连接，将下行数据传输到每个光网络单元， 并采用交叉传输的方式，使同一WDM-PON的下行信号和上行重调制信号分别在不同 的馈入线光纤中传输；每个光网络单元解调下行数据，并对下行光信号进行重调制，经 过分布式光纤传输到远端节点进行上行传输。

优选地，所述的光线路终端包括：共享光源发射机、第一下行数据发射机、第二下 行数据发射机、第一上行接收机、第二上行接收机、第一光环行器、第二光环行器，其 中：共享光源发射机产生N对载波抑制光信号，上下边带信号分别进入第一下行数据 发射机、第二下行数据发射机传输下行数据，第一光环行器将上行信号传输到第二上行 接收机解调上行数据，第二光环行器将上行信号传输到第一上行接收机解调上行数据。

优选地，所述的远端节点包括：第三光环行器、第四光环行器、第六阵列波导光栅、 第七阵列波导光栅和互联光纤，其中：第三光环行器的1端口与第一馈入线光纤连接， 2端口与第六阵列波导光栅的一端连接传输下行波分复用信号，3端口与互联光纤连接， 第六阵列波导光栅的另一端与分布式光纤连接；第四光环行器的1端口与第二馈入线光 纤连接，2端口与第七阵列波导光栅的一端连接传输下行波分复用信号，3端口与互联 光纤连接，第七阵列波导光栅的另一端与分布式光纤连接；第一馈入线光纤传输的下行 信号被第六阵列波导光栅解复用后发送到对应的属于WDM-PON1各个光网络单元，第 二馈入线光纤传输的下行信号被第七阵列波导光栅解复用后发送到对应的属于 WDM-PON2各个光网络单元；从属于WDM-PON1的光网络单元返回的上行重调制信 号被第六阵列波导光栅波分复用后，从第三光环行器的3端口输出，通过互联光纤传输 到第二馈入线光纤；从属于WDM-PON2的光网络单元返回的上行重调制信号被第七阵 列波导光栅波分复用后，从第四光环行器的3端口输出，通过互联光纤传输到第一馈入 线光纤。

优选地，所述的共享光源发射机包括：N个激光器、马赫曾德调制器、射频信号发 生器，掺铒光纤放大器、梳妆滤波器、第一阵列波导光栅、第二阵列波导光栅和第三阵 列波导光栅，其中：N个激光器发出的光经过第一阵列波导光栅复用后进入马赫曾德调 制器产生载波抑制双边带信号，马赫曾德调制器偏置在传输零点，并由射频信号驱动； 马赫曾德调制器的输出口连接掺铒光纤放大器以放大载波抑制光信号；掺铒光纤放大器 的输出口与梳妆滤波器连接用于分离载波抑制信号的上边带和下边带；上边带信号经过 第二阵列波导光栅解复用后进入第一下行数据发射机传输发送到WDM-PON1的下行 数据，下边带信号经过第三阵列波导光栅解复用后进入第二下行数据发射机传输发送到 WDM-PON2的下行数据。

优选地，所述的第一下行数据发射机包括：N个强度调制器和第四阵列波导光栅， 其中：每个强度调制器的输入口与共享光源发射机的对应输出口连接，每个强度调制器 的输出口与第四阵列波导光栅的对应输入口连接传输下行光信号，第四阵列波导光栅的 输出口与第一馈入线光纤连接传输波分复用后的下行光信号；

所述的第二下行数据发射机包括：N个强度调制器和第五阵列波导光栅，其中：每 个强度调制器的输入口与共享光源发射机的对应输出口连接，每个强度调制器的输出口 与第五阵列波导光栅的对应输入口连接传输下行光信号，第五阵列波导光栅的输出口与 第二馈入线光纤连接传输波分复用后的下行光信号。

优选地，所述的光网络单元包括：光耦合器、下行接收机和反射式半导体光放大器， 其中：光耦合器的输入端口与分布式光纤连接以传输下行光信号，光耦合器的另外两个 端口分别与下行接收机和反射式半导体光放大器连接，其中，一部分下行光信号进入下 行接收机解调下行数据，另一部分光信号进入反射式半导体光放大器重调制上行数据； 光网络单元用于下行数据的接收和上行重调制数据的发射。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）利用载波抑制调制技术，一组激光器可为两个WDM-PON系统提供光源，提高 了资源利用率，从而降低了成本。

2）上、下行均可采用强度调制，实现简单；上行采用重调制技术，在实现ONU 无色化的同时避免了独立光源的使用。

3）远端节点使用交叉互联结构，使每根馈入线光纤传输的上行信号和下行信号分 别属于不同的WDM-PON并调制在不同的边带上，避免了瑞利后向散射对上、下行信 号传输的影响。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

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案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下 述的实施例。

实施例

如图1所示，在本实施例中，根据本发明提供的系统包括：光线路终端、第一馈入 线光纤、第二馈入线光纤、远端节点、2N根分布式光纤和2N个光网络单元，其中， 光网络单元1-1、1-2、……1-N属于WDM-PON1，光网络单元2-1、2-2、……2-N属 于WDM-PON2；光线路终端与第一馈入线光纤和第二馈入线光纤的一端连接，第一馈 入线光纤和第二馈入线光纤的另一端与远端节点连接传输下行数据；远端节点与分布式 光纤的一端连接，将下行数据传输到每个光网络单元，并采用交叉传输的方式，使同一 WDM-PON的下行信号和上行重调制信号分别在不同的馈入线光纤中传输；每个光网 络单元解调下行数据，并对下行光信号进行重调制，经过分布式光纤传输到远端节点进 行上行传输。

优选地，所述的光线路终端包括：共享光源发射机、第一下行数据发射机、第二下 行数据发射机、第一上行接收机、第二上行接收机、第一光环行器、第二光环行器，其 中：共享光源发射机产生N对载波抑制光信号，上下边带信号分别进入第一下行数据 发射机、第二下行数据发射机传输下行数据，第一光环行器将上行信号传输到第二上行 接收机解调上行数据，第二光环行器将上行信号传输到第一上行接收机解调上行数据。

优选地，所述的远端节点包括：第三光环行器、第四光环行器、第六阵列波导光栅、 第七阵列波导光栅和互联光纤，其中：第三光环行器的1端口与第一馈入线光纤连接， 2端口与第六阵列波导光栅的一端连接传输下行波分复用信号，3端口与互联光纤连接， 第六阵列波导光栅的另一端与分布式光纤连接将下行波分解复用信号分别发送到光网 络单元1-1、1-2、……1-N；第四光环行器的1端口与第二馈入线光纤连接，2端口与 第七阵列波导光栅的一端连接传输下行波分复用信号，3端口与互联光纤连接，第七阵 列波导光栅的另一端与分布式光纤连接将下行波分解复用信号分别发送到光网络单元 2-1、2-2、……2-N；第一馈入线光纤传输的下行信号被第六阵列波导光栅解复用后发 送到对应的属于WDM-PON1各个光网络单元，第二馈入线光纤传输的下行信号被第七 阵列波导光栅解复用后发送到对应的属于WDM-PON2各个光网络单元；从属于 WDM-PON1的光网络单元1-1、1-2、……1-N返回的上行重调制信号被第六阵列波导 光栅波分复用后，从第三光环行器的3端口输出，通过互联光纤传输到第二馈入线光纤； 从属于WDM-PON2的光网络单元2-1、2-2、……2-N返回的上行重调制信号被第七阵 列波导光栅波分复用后，从第四光环行器的3端口输出，通过互联光纤传输到第一馈入 线光纤。

优选地，所述的共享光源发射机包括：N个激光器、马赫曾德调制器、射频信号发 生器，掺铒光纤放大器、梳妆滤波器、第一阵列波导光栅、第二阵列波导光栅和第三阵 列波导光栅，其中：N个激光器发出的光经过第一阵列波导光栅复用后进入马赫曾德调 制器产生载波抑制双边带信号，马赫曾德调制器偏置在传输零点，并由射频信号驱动； 马赫曾德调制器的输出口连接掺铒光纤放大器以放大载波抑制光信号；掺铒光纤放大器 的输出口与梳妆滤波器连接用于分离载波抑制信号的上边带和下边带；上边带信号经过 第二阵列波导光栅解复用后进入第一下行数据发射机传输发送到WDM-PON1的下行 数据，下边带信号经过第三阵列波导光栅解复用后进入第二下行数据发射机传输发送到 WDM-PON2的下行数据。

优选地，所述的第一下行数据发射机包括：N个强度调制器和第四阵列波导光栅， 其中：强度调制器1-1、1-2、……1-N的输入口与共享光源发射机的对应输出口连接， 每个强度调制器的输出口与第四阵列波导光栅的对应输入口连接传输下行光信号，第四 阵列波导光栅的输出口与第一馈入线光纤连接传输波分复用后的下行光信号；

所述的第二下行数据发射机包括：N个强度调制器和第五阵列波导光栅，其中：强 度调制器2-1、2-2、……2-N的输入口与共享光源发射机的对应输出口连接，每个强度 调制器的输出口与第五阵列波导光栅的对应输入口连接传输下行光信号，第五阵列波导 光栅的输出口与第二馈入线光纤连接传输波分复用后的下行光信号。

优选地，所述的光网络单元包括：光耦合器、下行接收机和反射式半导体光放大器， 其中：光耦合器的输入端口与分布式光纤连接以传输下行光信号，光耦合器的另外两个 端口分别与下行接收机和反射式半导体光放大器连接，其中，一部分下行光信号进入下 行接收机解调下行数据，另一部分光信号进入反射式半导体光放大器重调制上行数据； 光网络单元用于下行数据的接收和上行重调制数据的发射。

与现有技术相比，本实施例的优点在于：

1）利用载波抑制调制技术，一组激光器可为两个WDM-PON系统提供光源提高了 资源利用率，从而降低了成本。

2）上、下行均可采用强度调制，实现简单；上行采用重调制技术，在实现ONU 无色化的同时避免了独立光源的使用。

3）远端节点使用交叉互联结构，每根馈入线光纤传输的上行信号和下行信号分别 属于不同的WDM-PON并调制在不同的边带上，避免了瑞利后向散射对上、下行信号 传输的影响。