在OLT中对上行信号进行功率均衡的功率均衡器以及这种OLT

摘要

本发明提供了一种用于在OLT中对上行信号进行光功率均衡的功率均衡器以及包含这种功率均衡器的OLT。该功率均衡器包括：光耦合器，其被配置为接收来自ONU的上行信号，并将其分路为第一部分和第二部分；监测和控制单元，与该光耦合器耦接，其被配置为接收并监测该上行信号的第一部分的功率，并产生用于控制SOA的入射偏置电流的控制信号；以及该SOA，与该光耦合器和该监测和控制单元耦接，其被配置为从该光耦合器接收该上行信号的第二部分，从该监测和控制单元接收该控制信号，根据该控制信号调节其入射偏置电流，从而将该上行信号的第二部分的功率调整到恒定功率水平。

说明书

技术领域

本发明概括而言涉及无源光网络(PON)，更具体而言，涉及一 种用于在光线路终端(OLT)中对上行信号进行功率均衡的功率均 衡器以及包含这种功率均衡器的OLT。

背景技术

在时分复用(TDM)／时分波分混合复用(TWDM)-PON系统 中，由于每个光网络单元(ONU)到OLT的传输距离不同，所以上 行信号到达OLT的光功率也各不相同。此外，在吉比特无源光网络 (GPON)系统中，上行信号的自动增益控制和时钟数据恢复过程应 当以恒定功率水平在44ns的时间内完成，在40Gb／s对称TWDM-PON 系统中对这一过程有更加严格的时间要求。为了克服这一问题，一 种有效的方法是使OLT端的接收机(Rx)接收到每个上行信号之前 将各上行信号的光功率调整到相同的水平。为了在TDM／TWDM -PON中实现这种上行信号的光功率均衡，已经建议了一些方案，包 括：在每个ONU中使用可变的光衰减器，或者动态调整ONU突发 模式发射机的偏置电流。

然而，在这些方法中，OLT接收机必须测量每个ONU光功率并 且在注册阶段向ONU发送相应的控制信号。此外，在每个ONU中 需要一些额外的组件或控制模块。尤其是，随着10吉比特无源光网 络(XGPON)开始被运营商广泛部署，以及TWDM-PON被全业务 接入网(FSAN)考虑作为下一代无源光网络(NGPON)的主要解决 方案，上行信号未来将达到10Gb／s数据率，如果在每个ONU端实 现上行功率均衡的话，将会产生更高的实现成本。

因此，希望能够在OLT中实现上行光功率均衡以降低ONU端复 杂度和成本。

图1示出了一种在现有技术中在OLT中进行光功率均衡的方案 的示意图(参见Ting-Tsan Huang，et.al，Optical power equalization for  upstream traffic with injection-locked Fabry Perot lasers in TDM-PON， optical communications，283(2010))。如图1中所示，使用一个法布 里-珀罗半导体激光器(FP-LD)作为光功率均衡器对来自各个ONU 的上行信号进行功率均衡。由于FP-LD的有效阈值电流能够通过外 部光注入而降低，所以在阈值电流之下工作的FP-LD能够通过使用 光注入而发射激光。同时，由于FP-LD的增益竞争和重排特性，在 阈值电流之下工作的FP-LD能够吸收或放大各种功率电平下的入射 光，从而最终将上行功率保持在一个恒定水平。

然而，上述方案具有如下一些明显的缺点：

1、上行信号功率均衡的数据率限制为小于等于2.5Gb／s；而在 XGPON和未来的40Gb／s对称TWDM-PON中，希望实现10Gb／s上 行信号的功率均衡。

2、在该方案中，由于外部注入信号的波长容易发生漂移，导致 功率均衡后的上行信号将会严重失真。

3、上行信号需要放大，以便为外部光注入信号提供足够的光功 率，因此在实际部署中需要额外的光放大器。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种用于在OLT中对上行信号进 行功率均衡的功率均衡器以及包含这种功率均衡器的OLT。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于在OLT中对上行信号 进行功率均衡的功率均衡器，包括：光耦合器，其被配置为接收来 自ONU的上行信号，并将其分路为第一部分和第二部分；监测和控 制单元，与该光耦合器耦接，其被配置为接收并监测该上行信号的 第一部分的功率，并产生用于控制半导体光放大器(SOA)的入射 偏置电流的控制信号；以及该SOA，与该光耦合器和该监测和控制 单元耦接，其被配置为从该光耦合器接收该上行信号的第二部分， 并且从所述监测和控制单元接收该控制信号，根据该控制信号调节 其入射偏置电流，从而将该上行信号的第二部分的功率调整到恒定 功率水平。

利用本发明的功率均衡器和OLT，能够有效地在OLT中实现功 率均衡。

附图说明

通过以下参考下列附图所给出的本发明的具体实施方式的描述 之后，将更好地理解本发明，并且本发明的其他目的、细节、特点 和优点将变得更加显而易见。在附图中：

图1示出了一种在现有技术中在OLT中进行光功率均衡的方案 的示意图；

图2示出了根据本发明实施方式的用于PON系统中的上行信号 光功率均衡的系统架构的示意图；

图3示出了根据本发明实施方式的用于在OLT中对上行信号进 行功率均衡的功率均衡器的具体结构的示意图；以及

图4示出了常规SOA的增益与入射偏置电流之间的对应关系的 示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附 图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形 式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这 些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的 范围完整的传达给本领域的技术人员。

图2示出了根据本发明实施方式的用于PON系统中的上行信号 光功率均衡的系统架构200的示意图。

如图2中所示，系统200包括OLT10，一个或多个ONU20(如 ONU1、ONU2、……、ONUn)，以及远程节点(RN)30。其中， ONU20和远程节点30的结构与传统PON系统中使用的相同，因此 不再赘述。OLT10使用包含根据本发明所设计的新颖的光功率均衡 器210的结构，如下面参考图3所详述的。

如图所示，OLT10包括波分复用器(WDM)110、功率均衡器 120和接收机130，以及一些其他组件(这些组件与本发明的实施关 系不大，因此在本文中不进行详细描述)。

WDM110被配置为接收来自多个ONU20的上行信号。由于每 个ONU20到OLT10的传输距离不同，所以经过光纤传输之后， WDM110接收到的上行信号的功率水平也各不相同。为了对接收到 的具有不同功率水平的上行信号进行光功率均衡，本发明设计了一 种新颖的功率均衡器120，用于对接收到的上行信号进行光功率均 衡。

如图所示，功率均衡器120耦接在WDM110和接收机130之间， 用于将来自WDM110的上行信号调整到恒定功率水平。功率均衡器 120的具体结构将在下面参照图3进行详细描述。

接收机130，用于接收来自功率均衡器120的具有恒定功率水平 的上行信号。

利用这种OLT结构，所接收到的具有不同光功率的上行信号首 先被入射到功率均衡器120中，以放大并且将其功率调整到相同水 平。

这里，以TDM-PON系统为例对OLT10的结构进行了描述。在 TDM-PON系统中，与一个OLT相关的所有ONU以相同的上行波长 发射上行信号，因此在OLT中仅需要对接收到的单个波长的上行信 号进行处理。

然而，本领域技术人员可以理解，本发明所提出的功率均衡方 案可以容易地应用于TWDM-PON系统或者其他具有多个不同上行 波长的PON系统中。在这种系统，如TWDM-PON系统中，与一个 OLT相关的多个ONU可能以不同的上行波长(例如4个不同的上行 波长)发射上行信号，因此需要在OLT中为每个上行波长配置一条 接收支路。在每条接收支路中，配置一个功率均衡器120，用于将来 自WDM110的具有相同上行波长的上行信号调整到相应的恒定功 率水平。在每条接收支路中，还配置一个相应的接收机130，其耦接 到相应的功率均衡器120，用于接收来自功率均衡器120的具有相应 的恒定功率水平的同一波长的上行信号。

利用上述OLT方案，接收机130的动态范围可以大大降低并且 同时有效提高了上行信号的功率预算。

图3示出了根据本发明实施方式的用于在OLT(如OLT10)中 对上行信号进行功率均衡的功率均衡器120的具体结构的示意图。

如图3中所示，功率均衡器120包括光耦合器122、监测和控制 单元124和半导体光放大器(SOA)126。

光耦合器122被配置为接收来自ONU(如图2中的ONU20)的 上行信号，并将其分路为第一部分和第二部分。

优选地，光耦合器122所划分的上行信号的第一部分远远小于 第二部分。例如，光耦合器122可以是一个5％：95％光耦合器，其将 所接收的上行信号的功率分路成5％的第一部分和95％的第二部分。 然而，本领域技术任意可以理解，本发明并不局限于此，而是可以 使用任意划分比例的光耦合器。

监测和控制单元124与光耦合器122耦接，其被配置为接收并 监测光耦合器所划分的上行信号的第一部分的功率，并产生用于控 制SOA126的入射偏置电流的控制信号。

SOA126与光耦合器122以及监测和控制单元124耦接，其被配 置为从光耦合器122接收所划分的上行信号的第二部分，并且从监 测和控制单元124接收该控制信号，根据该控制信号调节其入射偏 置电流，从而将上行信号的第二部分的功率调整到希望的恒定功率 水平。

图4示出了常规SOA的增益与入射偏置电流之间的对应关系的 示意图。如图所示，SOA的增益随着偏置电流的升高而逐渐升高， 并且SOA的增益系数可以通过改变其入射偏置电流而容易地调整。

因此，在本发明中，监测和控制单元124对来自光耦合器122 的上行信号的第一部分的功率进行监测以推算光耦合器122接收到 的上行信号的功率，根据该上行信号的功率与要实现的恒定功率水 平来确定SOA126的增益系数，并根据SOA126的增益系数与入射 偏置电流之间的关系(如图4中所示)确定SOA126的入射偏置电 流的大小以产生该控制信号。

举例说明，假设进入的上行信号的光功率为A，则通过光耦合器 122(例如5％：95％光耦合器)划分后的第一部分和第二部分的功率 分别为5％A和95％A。进一步假设OLT10中要实现的恒定功率水平 为B，则监测和控制单元124可以将SOA126的增益系数G确定为 并根据如图4中所示的增益系数与入射偏置电流之间的关 系确定与该增益系数G相对应的入射偏置电流作为用于SOA126的 入射偏置电流。监测和控制单元124产生相应的控制信号以调节SOA 126的入射偏置电流。

可以看出，当监测和控制单元124所监测的上行信号的第一部 分的光功率较高时，SOA126的入射偏置电流被调整到一个较低值， 以获得较低增益；相反，当所监测的上行信号的第一部分的光功率 较低时，SOA126的入射偏置电流被调整到一个较高值以获得较高 增益。通过这种方式，监测和控制单元124能够自动地将SOA126 的入射偏置电流调整到适当值，使得每个进入的上行信号经过 SOA126后，获得恒定的功率，从而能够在OLT10中彻底消除来自 不同ONU的严重的光功率差，实现上行信号的光功率均衡。

此外，SOA126可以放大超过40Gb／s数据率的信号，因此其完 全能够用于10Gb／s信号的功率均衡。

当前，已经存在成熟的具有高饱和功率的商用SOA产品能够支 持这种实现。

此外，在一种实现中，功率均衡器120还可以包括滤波器128， 其耦接到SOA126，用于抑制SOA126输出的具有恒定功率水平的 上行信号中的自发辐射(ASE)噪声。经过滤波器128处理的信号被 发送给上行接收机(如Rx130)以进行处理。

此外，在一种实现中，功率均衡器120还可以包括光延迟线129， 其耦接在光耦合器122和SOA126之间，用于补偿监测和控制单元 124的处理时间。光延迟线129可以通过光纤延迟或者任意其他形式 的延迟器件来实现。通过这种方式，第二部分上行信号与监测和控 制单元124产生的控制信号保持同步。

本发明的独特优点在于：

1、使用低成本组件在OLT中实现光功率均衡，并且可以被所有 ONU共享，因此实现成本非常低。

2、在光功率均衡之后，上行信号仍然保持良好性能，而现有方 案将由于波长漂移而造成严重的信号失真。

3、ONU和RN结构与传统PON系统相同，因此极大降低了部 署成本。

4、由于采用SOA组件，本发明能够支持10Gb／s或更高数据率 的上行信号光功率均衡，而当前方案仅能够支持最高2.5Gb／s的数据 率。

5、除了光功率均衡之外，本发明还能够提高上行信号的功率预 算。

本领域普通技术人员应当理解，结合本申请的实施例描述的各 种示例性的逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现成电子硬件、 计算机软件或二者的组合。为了清楚地表示硬件和软件之间的这种 可互换性，上文对各种示例性的部件、块、模块、电路和步骤均围 绕其功能进行了一般性描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现 成软件，取决于特定的应用和施加在整个系统上的设计约束条件。 本领域技术人员可以针对每种特定应用，以变通的方式实现所描述 的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本发明的保护范围。

本发明的以上描述用于使本领域的任何普通技术人员能够实现 或使用本发明。对于本领域普通技术人员来说，本发明的各种修改 都是显而易见的，并且本文定义的一般性原理也可以在不脱离本发 明的精神和保护范围的情况下应用于其它变形。因此，本发明并不 限于本文所述的实例和设计，而是与本发明的原理和新颖性特性的 最广范围相一致。