波分复用光接入网络实现广播业务的传输和保护功能的大规模光接入网系统和方法

摘要

本发明涉及一种波分复用光接入网络实现广播业务的传输和保护功能的大规模光接入网系统和传输方法。本系统是：1个中心局CO通过M+1根光纤连接1个远端结点RN形成树形网络，在远端结点RN通过分布光纤与光网络单元ONU相连接。CO端与RN端的设计，实现了广播信号的高效传输；RN端光开关和ONU端光开关的结构设计实现了对馈线光纤的共享保护使系统在成本和性能之间达到了均衡。本发明通过部分可选光器件的选择，可以实现对传输距离和规模的灵活选择，使系统可以适应不同的网络需要。

说明书

技术领域

本发明涉及光通信领域，具体是涉及一种波分复用光接入网络（OAN）实现广播业务传输和保护功能的大规模光接入网系统和方法。

背景技术

波分复用技术（WDM）技术可以在不改变物理基础设备的情况下升级带宽，大幅度提升网络的传输容量，实现虚拟的点对点传输，各个用户之间不会共享信息，具有天然的安全性。也正因为于WDM技术的引入，在光接入网中，网络整体的传输容量相较传统的时分复用技术（TDM）大大提高，因此人们对于网络的可靠性要求也越来越高，而可以提供网络故障自愈和保护成了当前的一大研究热点。同时，由于WDM技术虚拟点对点传输的特性，使其并不能直接实现有效的广播业务传送。而在目前接入网中三网融合的大趋势下，对于广播业务的高效承载在接入网中显得尤为重要。再者为了促使城域网与接入网的融合成为可能，对于长距离、大容量接入网的研究日益受到人们的重视。本发明对系统的体系架构进行了合理的布局，系统不仅可以高效承载广播业务、实现对馈线光纤进行共享保护，同时可以满足长距离、大规模的接入要求，而且系统在成本和性能间也能达到理想状态。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供了一种波分复用光接入网（WDM-OAN）实现广播业务传输和保护功能的大规模光接入网系统和方法，能有效的在WDM-OAN中实现广播业务的高效承载和对馈线光纤的共享保护，同时本系统还支持长距离、大规模的传输。

为达到上述目的，本发明的核心思想是：在中心局CO中放置多个光线路终端OLT进行多波长的下行调制与上行接收，同时安置一特定波长发射机用于发送广播业务。在远端结点RN处采用一种新的结构配置方式，通过这种新的远端节点RN的结构方式，实现广播信号在上行光源上的调制和中心局CO与远端结点RN间馈线光纤的共享保护。当载有广播信号的上行光源传输至各组光网络单元ONU时，被分为两部分分别进行广播信号的接收与上行信号的调制。

根据上述发明构思，本发明采用下列方案：

一种波分复用光接入网络实现广播业务的传输和保护功能的大规模光接入网系统，由中心局CO通过M+1根单模光纤连接1个远端结点RN，远端结点RN通过分布光纤连接至M个光网络单元组，每个光网络单元组包含N个光网络单元ONU；其特征在于：

1)        所述的中心局CO是由M个光线路终端OLT、一个特定波长的广播信号发射机、一个M+1                                                M+1的光开关与一个第一掺铒光纤放大器组成。在OLT中，N个发射机连接到一个第一1 N阵列波导光栅AWG，第一1 N阵列波导光栅AWG的输出连接至一个第一光环路器，第一光环路器的输出连接至光分路器，第一光分路器的一个输出连接至光信号监测仪，另一端连接至M+1M+1的光开关，同时，广播信号发射机的输出也连接至M+1M+1的光开关，M+1M+1的光开关的M+1个输出通过M根馈线光纤和一根共享光纤连接至远端结点RN；

2）  所述的远端结点RN中，所述M根馈线光纤分别连接至M个REPEATER中继器，在各个REPEATER中继器中馈线光纤连接至一个第五光分路器，第一光分路器的一个输出连接至光信号监测仪，另一端连接至12的光开关，12的光开关的一个输出连接至一个第一粗波分复用器，该第一粗波分复用器的一个输出连接一个第二掺铒光纤光放大器EDFA后与一个第三粗波分复用器相连，第一粗波分复用器的另一个输出连接一个第三掺铒光纤光放大器EDFA和一个第二光环路器后与一个第二粗波分复用器相连，第二粗波分复用器的输出与一个第四1 N阵列波导光栅AWG相接，第四1 N阵列波导光栅AWG的N个输出分别通过N根分布光纤与光网络单元OUN相连；共享光纤与掺铒光纤光放大器EDFA相连，而其输出通过一个第三粗波分复用器后分为两路，一路输出与一个1：M的第三光分路器连接，其M路输出分别连接至M个REPEATER中继器中的12的光开关，而第三粗波分复用器的另一路输出连接至广播信号接收机RX，其输出与N个分布式反馈激光器DFB经过一个第三1 N阵列波导光栅AWG的输出一起被送入电吸收调制器EAM，电吸收调制器EAM的输出与一个第五掺铒光纤光放大器EDFA相连接后其输出通过一个1：M的第三光分路器后,M路输出分别连接至M个REPEATER中继器中的第二光环路器；

3）  所述的M个光网络单元OUN组分别由远端结点RN中M个REPEATER中继器各自通过N根分布光纤连接的N个光网络单元OUN组成；各个光网络单元OUN中，包括一个与分布光纤相连的一个第四粗波分复用器，一个下行信号接收机、一个广播信号接收机、一个1:2的第四光分路器和一个反射式半导体光放大器RSOA组成；第四粗波分复用器的一路输出直接连接至下行信号接收机，其另一路输出通过一个1:2的第四光分路器分为两路分别连接至一个广播信号接收机和一个反射式半导体光放大器RSOA。                 

一种波分复用光接入网络实现广播业务的传输和保护功能的大规模光接入网的传输方法，采用上述的波分复用无源光网络实现广播业务的传输和保护功能的大规模光接入网的系统进行操作，其传输方法分别如下：

1)        对于广播业务的传输，首先在位于中心局CO中的发射机采用一个特定专有的波长用于广播信号的发送，经过一个第一掺铒光纤光放大器EDFA进行光信号放大后，通过一个M+1M+1的光开关后送入共享光纤，并被传输至远端结点RN。在远端结点RN中，共享光纤中的广播信号首先经过一个第四掺铒光纤光放大器EDFA进行信号放大后通过一个第三粗波分复用器将波长在上的广播光信号送入接收机，通过接收机将波长在上的广播光信号转变为电信号。同时位于远端结点RN中的N个分布式反馈激光器DFB产生N个未经调制的上行光源,通过一1* N阵列波导光栅AWG进行波长复用后送至电吸收调制器EAM（32）。在电吸收调制器EAM中，通过接收机产生的载有广播业务的电信号对上行光源进行光信号调制，使得上行光源中每个波长都载有广播信号。载有广播信号的上行光源通过一个第五掺铒光纤光放大器EDFA进行光信号放大后，通过一个1：M的第三光分路器分成M路后分别送至M个REPEATER中继器中的第二光环路器，第二光环路器的输出通过一个第二粗波分复用器后送至一个第四1* N阵列波导光栅AWG解复用，载有广播信号的上行光源随后通过N根分布光纤传送至N个光网络单元ONU。在光网络单元ONU中（）通过一个第四粗波分复用器和一个1:2的第四光分路器被分为两部分，其中一部分送入接收机用于广播业务的接收，另一部分送入反射式半导体光放大器RSOA用于上行信号的调制。

2)        对于网络中的上下行业务，在正常模式下，位于中心局CO(1)中的M个光线路终端OLT分别负责用于对一个光网络单元组中的N个光网络单元进行下行信息的发送与上行信号的接收。在路终端OLT中，N个发射机产生N路各自载有下行信息的光信号，之后N路光信号通过一个第一1* N阵列波导光栅AWG波长复用后通过第一光环路器、M+1M+1的光开关后通过馈线光纤送至远端结点RN。在远端结点RN中，M根馈线光纤各自将载有下行信息的光信号分别接入M个REPEATER中继器中。在REPEATER中继器中，载有下行信息的光信号通过一个12的光开关、一个第二粗波分复用器后经过一个第二掺铒光纤光放大器EDFA进行光信号放大，随后在第二粗波分复用器中与载有广播信号的上行光源波长复用，之后通过一个第四1* N阵列波导光栅AWG解复用，其N路输出通过N根分布光纤将载有下行信息的光信号和载有广播信号的上行光源（）一起传输至N个光网络单元ONU。在光网络单元ONU中，通过第四粗波分复用器解复用，载有下行信息的光信号通过接收机进行下行信号的接收，而载有广播信号的上行光源通过一个1:2的第四光分路器被分为两部分，其中一部分送入反射式半导体光放大器RSOA用于上行信号的调制，另一部分送入接收机用于广播业务的接收。在反射式半导体光放大器RSOA进行上行信号调制后的通过1:2的第四光分路器、第四粗波分复用器和分布光纤重新送回至远端结点RN中的REPEATER中继器。在REPEATER中继器中，首先通过一个第四1* N阵列波导光栅AWG波长复用，随后上行信号通过第二粗波分复用器、第二光环路器后通过一第三掺铒光纤光放大器EDFA放大，随后经第二粗波分复用器和12的光开关通过馈线光纤和M+1M+1的光开关送回至中心局CO内的光线路终端OLT。在光线路终端OLT中，上行信号经第一光环路器在一第二1* N阵列波导光栅AWG解复用后，N路上行信号分别被N个接收机接收。

上述波分复用光接入网络实现广播业务的传输和保护功能的大规模光接入网的方法，其特征在于：当M根馈线光纤中任意一根出现故障，可以通过共享光纤进行1:M的共享保护。当故障发生时位于中心局CO内光线路终端OLT中的光信号监视仪检测到上行光信号变化，控制M+1M+1的光开关使网络进入保护模式。原本在故障馈线光纤中的上下行信号通过M+1M+1的光开关的切换加载至共享光纤上与广播信号一起传送。同时远端结点RN中故障馈线光纤所连接的REPEATER中继器内的光信号监视仪检测到下行光信号变化，控制12的光开关使其进入保护模式。如此一来，在下行方向共享光纤传输载有下行信息的光信号和载有广播光信号的至远端结点RN。在远端结点RN中，下行信息的光信号和载有广播光信号的首先通过一第四掺铒光纤光放大器EDFA放大，随后在第三粗波分复用器进行解复用，载有广播光信号的与正常模式相同送入接收机，而下行信息的光信号通过一1:M第二光分路器分别送至M个REPEATER中继器的12的光开关。故障馈线光纤所连接的REPEATER中继器中的12的光开关将下行信息的光信号送至第二粗波分复用器随后与正常模式相同进行下行信号接收，同时将上行信号通过1:M第二光分路器和第三粗波分复用器送入共享光纤，而其余REPEATER中继器则不受影响正常工作。上行方向，共享光纤中上行信号通过M+1M+1的光开关送至与故障馈线光纤所对应的光线路终端OLT中实现上行信号的接收。

上述波分复用光接入网络实现广播业务的传输和保护功能的大规模光接入网的方法，其另一特征在于：可以根据实际情况灵活选择网络规模。整个网络中共有N个上行波长、N个下行波长、一个广播波长、一根共享光纤和M根馈线光纤，所以整个网络一共可以提供NM对上下行波长信道进行传输。当需要为大量用户提供大规模的宽带接入服务时，可以通过增加M的数值来实现。远端结点RN中的第四、第五掺铒光纤光放大器EDFA作为可选放大器，用来保证在M较大时，为数据业务传输提供足够的功率。当需要网络提供长距离的宽带接入时，可以在中心局CO中加入可选第一掺铒光纤光放大器EDFA，以此来增加网络的传输距离。

与现有技术相比，本发明的具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：（1）对馈线光纤部分可以提供1:M的共享保护，特别是在长距离传输的情况下可以大大降低因为提高网络可靠性而引起的网络成本上升；（2）可以有效的支持广播业务传输，而且由于仅采用了一个特定波长在馈线光纤上加载广播信号，可以支持一些特定网络的平滑升级。（3）通过对可选器件的选择，可以根据实际情况灵活选择网络规模和传输距离。

附图说明

图1为本发明一个实施例证波分复用光接入网络实现广播业务的传输和保护功能的大规模光接入网的系统示意图。

图2为波分复用光接入网络中心局CO内部结构的示意图。

图3为波分复用光接入网络远端结点RN内部结构的示意图。

图4为波分复用光接入网络保护模式下中心局CO内部结构的示意图。

图5为波分复用光接入网络保护模式下远端结点RN内部结构的示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

实施例一：

参见图1，本波分复用光接入网络实现广播业务的传输和保护功能的大规模光接入网系统，由中心局CO（1）通过M+1根单模光纤连接1个远端结点RN（2），远端结点RN（2）通过分布光纤连接至M个光网络单元组（3），每个光网络单元组包含N个光网络单元ONU（4）。

参见图2，所述的中心局CO（1）包括有一个广播信号发射机（8）、M个光线路终端OLT（7）、一个M+1M+1光开关（9）和一个可选的第一掺铒光纤放大器EDFA（10），其中每个光线路终端OLT（7）中包含有N个光信号发射机（11）、N个光信号接收机（12）、第一、第二2个1* N阵列波导光栅AWG（13、17）、一个光环路器（15）、一个光信号监视仪（14）、一个第一光分路器（16）。在OLT（7）中，N个发射机（11）连接到一个第一1 N阵列波导光栅AWG（13），第一1 N阵列波导光栅AWG（13）的输出连接至一个第一光环路器（15），第一光环路器（15）的输出连接至第一光分路器（16），第一光分路器（16）的一个输出连接至光信号监测仪（14），另一端连接至M+1M+1的光开关（9），同时，广播信号发射机（8）的输出也连接至M+1M+1的光开关（9），M+1M+1的光开关（9）的M+1个输出通过M根馈线光纤（5）和一根共享光纤（6）连接至远端结点RN（2）；

参见图3，所述远端结点RN（2）包括M个REPEATER中继器（18），一个第三粗波分复用器（29）、一个广播光信号接收机（31）、一个电吸收调制器EAM（32）、一个第三1*N阵列波导光栅AWG（33）、N个分布式反馈激光器DFB(34)、第二、第三两个光分路器（30、35）和第四、第五两个可选掺铒光纤放大器EDFA（28、36）组成，而M个REPEATER中继器(18)分别又由一个光信号监视仪（19）、一个光分路器（21）、一个12的光开关（20）、第一、第二两个粗波分复用器（22、26）、第二、第三两个掺铒光纤放大器EDFA（23、24）、一个第二光环路器（25）和一个第四1*N阵列波导光栅AWG（27）组成。远端结点RN（2）中，M根馈线光纤（5）分别连接至M个REPEATER中继器(18)，在各个REPEATER中继器(18)中馈线光纤（5）连接至光分路器（21），第一光分路器（16）的一个输出连接至光信号监测仪（19），另一端连接至12的光开关（20），12的光开关（20）的一个输出连接至第一粗波分复用器（22），该第一粗波分复用器（22）的一个输出连接一个第二掺铒光纤光放大器EDFA（24）后与第二粗波分复用器（26）相连，第一粗波分复用器（22）的另一个输出连接一个第三掺铒光纤光放大器EDFA（23）和第二光环路器（25）后与第二粗波分复用器（26）相连，第二粗波分复用器（26）的输出与一个第四1*N阵列波导光栅AWG（27）相接，第四1*N阵列波导光栅AWG（27）的N个输出分别通过N根分布光纤（42）与光网络单元OUN（4）相连；共享光纤（6）与第四掺铒光纤光放大器EDFA（28）相连，而其输出通过第三粗波分复用器（29）后分为两路，一路输出与一个1:M的第二光分路器（30）连接，其M路输出分别连接至M个REPEATER中继器（18）中的12的光开关（20），而第三粗波分复用器（29）的另一路输出连接至广播信号接收机RX（31），其输出与N个分布式反馈激光器DFB（34）经过一个第三1*N阵列波导光栅AWG（33）的输出一起被送入电吸收调制器EAM（32），电吸收调制器EAM（32）的输出与一个第五掺铒光纤光放大器EDFA（36）相连接后其输出通过一个1:M的第三光分路器（35）后,M路输出分别连接至M个REPEATER中继器（18）中的第二光环路器（25）。

参见图3，所述的光网络单元组由N个ONU组成，每个ONU包括一个粗波分复用器（37）、一个光分路器（40）、一个反射式半导体光放大器RSOA（41）和两个光信号接收机（38、39）组成。粗波分复用器（37）的一路输出直接连接至下行信号接收机（38），其另一路输出通过一个1:2的第四光分路器（40）分为两路分别连接至一个广播信号接收机（39）和一个反射式半导体光放大器RSOA（41）。 

实施例二：

参见图1，图2，图3所示系统，实现系统波分复用光接入网络广播业务的传输和保护功能的大规模光接入网的具体方法是：对于广播业务的传输，首先在位于中心局CO（1）中的发射机（8）采用一个特定专有的波长用于广播信号的发送，经过一个第一掺铒光纤光放大器EDFA（10）进行光信号放大后，通过一个M+1M+1的光开关（9）后送入共享光纤（6），并被传输至远端结点RN（2）。在远端结点RN（2）中，共享光纤（6）中的广播信号首先经过一个第四掺铒光纤光放大器EDFA（28）进行信号放大后通过一个第三粗波分复用器（29）将波长在上的广播光信号送入接收机（31），通过接收机（31）将波长在上的广播光信号转变为电信号。同时位于远端结点RN（2）中的N个分布式反馈激光器DFB（34）产生N个未经调制的上行光源,通过一第三1* N阵列波导光栅AWG（33）进行波长复用后送至电吸收调制器EAM（32）。在电吸收调制器EAM（32）中，通过接收机（31）产生的载有广播业务的电信号对上行光源进行光信号调制，使得上行光源中每个波长都载有广播信号。载有广播信号的上行光源通过一个第五掺铒光纤光放大器EDFA（36）进行光信号放大后，通过一个1:M的第二光分路器（35）分成M路后分别送至M个REPEATER中继器（18）中的第二光环路器（25），第二光环路器（25）的输出通过一个第二粗波分复用器（26）后送至一个第四1* N阵列波导光栅AWG（27）解复用，载有广播信号的上行光源随后通过N根分布光纤（42）传送至N个光网络单元ONU（4）。在光网络单元ONU（4）中（）通过一个第四粗波分复用器（37）和一个1:2的第四光分路器（40）被分为两部分，其中一部分送入接收机（39）用于广播业务的接收，另一部分送入反射式半导体光放大器RSOA（41）用于上行信号的调制。对于网络中的上下行业务，在正常模式下，位于中心局CO(1)中的M个光线路终端OLT（7）分别负责用于对一个光网络单元组（3）中的N个光网络单元（4）进行下行信息的发送与上行信号的接收。在路终端OLT（7）中，N个发射机（1）产生N路各自载有下行信息的光信号，之后N路光信号通过一个1* N阵列波导光栅AWG（13）波长复用后通过第一光环路器（15）、M+1M+1的光开关（9）后通过馈线光纤（5）送至远端结点RN（2）。在远端结点RN（2）中，M根馈线光纤各自将载有下行信息的光信号分别接入M个REPEATER中继器（18）中。在REPEATER中继器（18）中，载有下行信息的光信号通过一个12的光开关（20）、一个第一粗波分复用器（22）后经过一个第二掺铒光纤光放大器EDFA（24）进行光信号放大，随后在第二粗波分复用器（26）中与载有广播信号的上行光源波长复用，之后通过一第四1* N阵列波导光栅AWG（27）解复用，其N路输出通过N根分布光纤（42）将载有下行信息的光信号和载有广播信号的上行光源（）一起传输至N个光网络单元ONU(4)。在光网络单元ONU(4)中，通过第四粗波分复用器（37）解复用，载有下行信息的光信号通过接收机（38）进行下行信号的接收，而载有广播信号的上行光源通过一个1:2的第四光分路器（40）被分为两部分，其中一部分送入反射式半导体光放大器RSOA（41）用于上行信号的调制，另一部分送入接收机（39）用于广播业务的接收。在反射式半导体光放大器RSOA（41）进行上行信号调制后的通过1:2的第四光分路器（40）、第四粗波分复用器（37）和分布光纤（42）重新送回至远端结点RN（2）中的REPEATER中继器（18）。在REPEATER中继器（18）中，首先通过一第四1* N阵列波导光栅AWG（27）波长复用，随后上行信号通过第二粗波分复用器（26）、第二光环路器（25）后通过一第三掺铒光纤光放大器EDFA（23）放大，随后经第一粗波分复用器（22）和12的光开关（20）通过馈线光纤（5）和M+1M+1的光开关（9）送回至中心局CO（1）内的光线路终端OLT(7)。在光线路终端OLT(7)中，上行信号经光环路器（15）在一第二1* N阵列波导光栅AWG（17）解复用后，N路上行信号分别被N个接收机（12）接收。

实施例三：

参见图4，图5，当M根馈线光纤（5）中任意一根出现故障，可以通过共享光纤（6）进行1:M的共享保护。当故障发生时位于中心局CO（1）内光线路终端OLT（7）中的光信号监视仪（14）检测到上行光信号变化，控制M+1M+1的光开关（9）使网络进入保护模式。原本在故障馈线光纤（5）中的上下行信号通过M+1M+1的光开关（9）的切换加载至共享光纤（6）上与广播信号一起传送。同时远端结点RN（2）中故障馈线光纤（5）所连接的REPEATER中继器（18）内的光信号监视仪（19）检测到下行光信号变化，控制12的光开关（20）使其进入保护模式。如此一来，在下行方向共享光纤传输载有下行信息的光信号和载有广播光信号的至远端结点RN(2)。在远端结点RN（2）中，下行信息的光信号和载有广播光信号的首先通过一第四掺铒光纤光放大器EDFA（28）放大，随后在第四粗波分复用器（29）进行解复用，载有广播光信号的与正常模式相同送入接收机（31），而下行信息的光信号通过一1:M第二光分路器（30）分别送至M个REPEATER中继器(18)的12的光开关（20）。故障馈线光纤（5）所连接的REPEATER中继器（18）中的12的光开关（20）将下行信息的光信号送至第一粗波分复用器（22）随后与正常模式相同进行下行信号接收，同时将上行信号通过1:M第二光分路器（30）和第三粗波分复用器（29）送入共享光纤（6），而其余REPEATER中继器(18)则不受影响正常工作。上行方向，共享光纤（6）中上行信号通过M+1M+1的光开关（9）送至与故障馈线光纤（5）所对应的光线路终端OLT（7）中实现上行信号的接收。