光收發模塊保護型波分復用無源光網絡光線路終端的製作方法

2023-12-04 12:55:26

專利名稱：光收發模塊保護型波分復用無源光網絡光線路終端的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及無源光網絡，尤其涉及具有保護功能的波分復用無源光網絡的光 線路終端。
背景技術：
光纖接入技術是實現下一代寬帶接入網絡的主要技術之一，具有高帶寬，大容量， 高可靠，服務質量好等特點，便於實現語音、數據、視頻等的多網合一。在接入網應用這樣一 個特殊的場合，要求網絡具有高的帶寬和可靠性。在無源光網絡(以下簡稱Ρ0Ν)技術中，目前主要存在波分復用無源光網絡(以下 簡稱WDM-P0N)和時分復用無源光網絡(以下簡稱TDM-P0N)兩種技術，TDM-PON技術相對成 熟，帶寬利用率高，器件成本相對較低，已有比較廣泛的應用；而WDM-PON可為每個接入終 端提供更高的帶寬，擴展性好，可為未來的網絡應用升級擴展提供保證，可以說是未來光接 入網的發展趨勢，但其元件成本相對較高，且對光帶寬資源的使用率相對較低，儘管如此各 種低成本多波長光源方案的提出使得WDM-PON的實用化已成為可能。此外，無論是TDM-PON 技術還是WDM-PON技術，能夠接入的最大用戶數目均受到功率和帶寬的限制，這對於某些 高密度接入的場合應用仍存在限制，如在人口密度大的城市小區、高層建築內、公司、院校 等場合要單純利用TDM-PON或者WDM-PON技術實現真正的光纖到戶或者光纖到桌面目前仍 存在困難。相比之下，TDM-PON與WDM-PON技術的混合使用可在保證帶寬的前提下實現多 達幾百甚至幾千的用戶接入數目，具有更高的帶寬資源利用率以及較高的性價比，並可為 TDM-PON到WDM-PON的升級過程提供平滑的過渡。隨著接入網所承載的業務種類和帶寬的增加，尤其是可能的語音業務的併入，使 得對其可靠性的要求越來越高，具體的表現在對網絡生存性要求的提高，即要求網絡在出 現故障時具有冗餘保護和快速恢復能力，即使在出現災難性事故的情況下也應能最大限度 地保持通信。從網絡成本的角度考慮，還要以小的代價實現這樣的保護。光接入網主要由光線路終端(以下簡稱0LT)、光纖分配網(以下簡稱0ND)及相應 的鏈路節點(通常包括一個遠端節點(以下簡稱RN))和光網絡單元(以下簡稱ONU)/光網 絡終端(以下簡稱0ΝΤ)幾部分組成，對光接入網的冗餘保護亦可針對這幾部分分別進行， 由於OLT和光纖分配網絡中光主幹/饋線光纖部分的故障會影響到網絡中所有用戶的接 入，因此在考慮網絡保護的時候通常是首先要考慮的部位。又由於對光纖部分的保護除了 採用雙倍的光纖甚至相互獨立的路由之外，通常有OLT或ONU端提供監控倒換功能來配合 實現對光纖鏈路的保護和恢復，因此具有保護功能的OLT是實現網絡保護和恢復的關鍵。目前對TDM-PON中OLT的保護可以採用雙倍的光收發模塊或雙倍的OLT來實現， 因為OLT中只有一對光收發模塊所以即便採用雙倍冗餘其成本的增加相對於整個網絡還 不算顯著，但對WDM-PON中OLT的保護若也採用雙倍冗餘則其所需增加的成本將成為該方 案實現的主要限制，同時其保護效率也太低。
實用新型內容發明目的為了克服現有技術中對PON保護的局限性，本實用新型提供一種適用 於WDM-PON的光收發模塊保護型0LT，其能夠以較小的冗餘代價為網絡提供靈活的和更為 全面的保護，不僅能實現對網絡中光纖故障的恢復，而且能為OLT中所有波長的光收發單 元提供冗餘保護。技術方案為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案為一種光收發模塊保護型波分復用無源光網絡光線路終端，其外部設有兩個埠， 分別稱為主用埠和備用埠，主用埠的上/下行工作波長數目為m個，備用埠的上 /下行工作波長數目為η個，內部包括主光收發模塊、備用光收發模塊，以及控制模塊，內部 通過以下連接方式實現兩個埠可彼此單獨工作、相互備份、亦可同時工作的功能。主光收 發模塊發送波長為A1 λ m的下行信號、接收波長為X1』 λ m』的上行信號，連接主用端 口 ；備用光收發模塊包括一個或多個光收發單元，發送波長為K An的下行信號、接收波 長為Λ/ Λη』的上行信號，連接備用埠，其光收發單元的(可調)波長範圍至少要覆 蓋主用埠所有需要保護的波長範圍，對於光源的(可調)波長範圍亦可處於所述主用端 口需要保護的發送波長範圍平移遠端節點的自由譜區間(以下簡稱FSR)的非零整數倍後 所處的波長範圍，全部或部分光收發單元的光源採用波長可調光源；控制模塊接收來自主 光收發模塊和備用光收發模塊的反饋信號並控制主光收發模塊和備用光收發模塊的收發， 分別與主光收發模塊和備用光收發模塊的控制端連接。該種連接方式的OLT稱為主-備 OLT。所述OLT還可以包括一個用於光路選擇及倒換的2 X 2 (g X h表示具有g個輸入端 口和h個輸出埠，或者具有h個輸入埠和g個輸出埠)光路倒換模塊，所述主光收發 模塊和備用光收發模塊通過2 X 2光路倒換模塊分別連接主用埠和備用埠，所述控制 模塊還控制2X2光路倒換模塊的倒換，連接2X2光路倒換模塊的控制端。該種連接方式 的OLT稱為主-備-倒換OLT。所述主光收發模塊可採用現有的各種WDM-PON的OLT中光收發模塊的結構，如採 用由法布裡-珀羅雷射器陣列(以下簡稱FP-LD陣列)、陣列波導光柵(以下簡稱AWG)和寬 帶光源組成的光收發陣列結構，也可採用相比可調光源成本較低的發送波長分別為X1 λ m的固定波長光源的結構，並使用復用器將所有發送的波長復用到一根光纖中，類似的使 用解復用器將波長為λ/ λω』的下行信號接收到各個光檢測器中。這裡上/下行信號 可在光收發單元內部組合，亦可在復用器/解復用器的輸出/輸入端用光環行器或寬帶合 波器進行組合。以上所述備用光收發模塊的光收發單元個數可以不大於主光收發模塊中需要保 護的光收發單元個數，光收發單元的收發信號通過耦合器或光環形器組合起來(根據上/ 下路波長Ai』和Ai, η > i > 1，之間的關係來選擇使用波長無關型的耦合器或波長相關 的耦合器，亦稱寬帶復用器/合波器)。η = 1時，OLT具有最高的保護效率，在網絡中OLT 與光纖鏈路的故障率很低的情況下推薦使用；η > 1時，還需使用合路器或者光開關和復用 器將多路信號合為一路與備用埠相連；在η個光源均為可調光源的情況下，需使用nXm 的光開關將這些光收發單元與復用器的m個輸入埠相連，在備份光收發模塊中使用η』個 固定波長光源的情況下，使用(n-n』)Xm的光開關將可調光收發單元與復用器的m個輸入埠相連。在η = 1時，或使用合路器在η > 1時將多路信號合為一路的情況下，需使用波 長可調光檢測器，其帶寬小於信道間隔。所述波長可調光源的波長調節範圍要覆蓋主用端 口所有需要保護的發送波長所佔據的波長範圍，或者覆蓋所述發送波長範圍平移遠端節點 FSR的非零整數倍後所處的波長範圍，波長可調光檢測器的波長調節範圍要覆蓋主用埠 所有需要保護的接收波長所佔據的波長範圍；所述波長可調光檢測器可由一個寬帶光檢測 器和一個可調濾波器組成。有益效果本實用新型提供的光收發模塊保護型0LT，不僅能實現對網絡中光纖 故障的恢復，而且能為OLT中所有波長的光收發單元提供冗餘保護，同時採用共享保護技 術能夠提高WDM-PON的保護效率，尤其是在備用光收發模塊中光收發單元的數目η = 1時， 可以以最小的冗餘度實現對OLT中所有工作波長光收發單元的保護；在網絡中採用雙纖備 份的情況下使用本發明提供的OLT時，還可對主幹/饋線光纖和分配光纖故障實現恢復，對 於一些分配光纖的局部故障可以在不影響其它正常工作ONU的情況下實現局部恢復，並且 可實現對網絡中多處並發故障的恢復；備用光收發模塊中採用統一的光收發單元設計能夠 減少OLT所需備用器件的類型和數量，同時降低OLT的內部裝配及其與外部器件連接的復 雜程度。

圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為主光收發模塊的結構示意圖；圖3為備用光收發模塊的結構示意圖；圖4為使用本實用新型提供的OLT的WDM-PON網絡在幾種網絡故障情況下實現恢 復的示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作更進一步的說明。圖形中的字母及符號說明 如圖1所示為兩種光收發模塊保護型的用於WDM-PON的0LT，外部設有主用埠 和備用埠。主用埠的需保護的上/下行工作波長數目為m個(這裡以全部波長需要保 護為例)，分別記為λ/ λω』和人工 λω，其中m> 1 ；備用埠的上/下行工作波長數 目為η個，分別記為Λ/ An』和Ai An，其中彡1，其通過圖1(a)或圖1(b)的 連接方式實現兩個埠可彼此單獨工作、相互備份、亦可同時工作的功能。如圖1(a)所示 為主-備0LT，包括主光收發模塊、備用光收發模塊及控制模塊，其中主光收發模塊發送波 長為入工 λ m的下行信號，接收波長為λ/ λ m』的上行信號，通過主用埠連接主用光 纖；備用光收發模塊包括一個或多個光收發單元，全部或部分光收發單元的光源採用波長 可調光源，其發送波長為A1 An的下行信號，接收波長為Λ/ Λη』的上行信號，通過 備用埠連接備用光纖；控制模塊連接主光收發模塊和備用光收發模塊的控制埠，控制 主光收發模塊和備用光收發模塊的收發。圖1(b)為主-備倒換0LT，相比圖1(a)中的結構 增加了作為一個2X2光路倒換模塊使用的2X2光開關，用於光路的選擇及倒換，同樣由控 制模塊進行控制。如圖2所示為圖1結構中的主光收發模塊的三種結構示意圖。圖2(a)採用發送 波長分別為X1 λ m且接收波長分別為λ / λω』的固定波長光收發器，並使用復用器 /解復用器將所有下行信號和上行信號進行復用和解復用。圖2(b)採用光源與光檢測器分
6開的結構，上/下路光信號在復用器/解復用器的輸出/入端通過光環行器進行組合，而圖 2 (c)則是上/下路光信號在復用器/解復用器的輸出/入端通過寬帶合波器進行組合。如圖3所示為圖1結構中的備用光收發模塊的三種結構示意圖。其中圖3(a)為 備用收發模塊的最簡單結構，由一個波長可調光源(可帶隔離器)和一個波長可調光檢測 器通過耦合器(或光環形器)將收發信號組合起來，所述波長可調光源由一個波長可調激 光器構成，所述波長可調光檢測器由一個可調濾波器和一個光檢測器構成，所述耦合器可 根據上/下路波長之間的關係來選擇；使用該結構的備用光收發模塊的OLT具有最高的保 護效率，在OLT與光纖鏈路的故障率很低的情況下推薦使用。所述波長可調光源的波長調 節範圍要覆蓋主用埠所有需要保護的發送波長所佔據的波長範圍，或者覆蓋所述發送波 長範圍平移遠端節點FSR的非零整數倍後所處的波長範圍，波長可調光檢測器的波長調節 範圍要覆蓋主用埠所有需要保護的接收波長所佔據的波長範圍。圖3(b)為備用光收發 模塊中具有η個波長的光收發單元時的一種結構，其使用ηXm的光開關將η個光收發單元 埠與復用器的m個輸入埠相連，並將多路信號合為一路與備用埠相連。圖3(c)為備 用光收發模塊中具有η個波長的光收發單元時的另一種結構，其使用一個合路器將多路信 號組合起來，該結構在η的值較小時可以採用。圖4為使用本實用新型提供的OLT的WDM-PON網絡在幾種網絡故障情況下實現恢 復的情形，其中實線為可正常通信的光纖，虛線為有斷點的光纖，不可正常通信。圖4(a)為 網絡局部故障時的恢復情形，OLT中主光收發模塊中出現個別光收發單元故障或/和所連 接的相應ONU的分配光纖出現故障時，可利用備用光收發模塊的光收發單元收發相應故障 波長的信號實現恢復；如圖4(a)所示，當OLT的主光收發模塊中TRx2或/和與其對應的 上、下行工作波長為λ2 』和X2WONU2所連接的分配光纖出現故障時，備用光收發模塊(這 裡採用了單個光收發單元的最簡結構)通過收發波長為λ2』和入2的信號實現網絡功能的 恢復；利用這種結構的OLT在對這種局部故障進行恢復時可以不影響其它波長(此例中的 下行信號λ^ λ 3... λω，上行信號λ/、λ3，... λω，)的正常工作。圖4(b)為饋線光纖 故障情況下的網絡恢復情形，以採用主-備-倒換OLT為例，經過2X2光路倒換模塊的切 換，主光收發模塊中的信號可以經備用光纖鏈路與各ONU相通。圖4(c)為分配光纖出現多 處故障的情況下的恢復情形，以採用主-備-倒換結構OLT為例，採用只有一個光收發單元 的備用光收發模塊，如圖所示，當連接ONU1和ONU2的主分配光纖及連接ONUm的備用分配光 纖均出現故障時，OLT可通過2X2光路倒換模塊的倒換將下路波長λ」., λ μ且上路波長 為λ/... λ μ 』的信號倒換到備用光纖上去傳輸，而利用備用收發模塊收發λω』、λω波長 信號經主分配光纖與ONUm通信，實現整個網絡的恢復；類似的當OLT中使用具有η個光收 發單元的備用光收發模塊時，至少可以實現對網絡中包括主光收發模塊的光收發單元故障 和分配光纖單纖故障在內的2η+1個局部故障的完全恢復。圖4(d)所示為本發明提供的OLT 用在具有環形拓撲結構的網絡中時出現環上光纖鏈路故障時的恢復情形，當環上將ONU11和 ONU12連接起來的光纖鏈路出現斷纖時，若這兩個ONU都使用上/下路波長λ/ /X1，在TDM/ WDM-PON中，則可利用OLT兩個埠同時收發λ /、λ工實現受影響的ONU12的業務恢復。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出對於本技術領域的普通技 術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾 也應視為本發明的保護範圍。
權利要求一種光收發模塊保護型波分復用無源光網絡光線路終端，其特徵在於所述光線路終端外部設有兩個埠，分別稱為主用埠和備用埠，內部包括可彼此單獨工作、相互備份、亦可同時工作的主光收發模塊和備用光收發模塊，以及接收來自主光收發模塊和備用光收發模塊的反饋信號並控制主光收發模塊和備用光收發模塊的收發的控制模塊，所述主光收發模塊連接主用埠，備用光收發模塊連接備用埠，控制模塊分別與主光收發模塊和備用光收發模塊的控制端連接；所述備用光收發模塊包括一個或多個光收發單元，全部或部分光收發單元的光源採用波長可調光源。
2.根據權利要求1所述的光收發模塊保護型波分復用無源光網絡光線路終端，其特徵 在於所述光線路終端還包括一個用於光路選擇及倒換的2X2光路倒換模塊，所述主光收 發模塊和備用光收發模塊通過2 X 2光路倒換模塊分別連接主用埠和備用埠，所述控 制模塊還與2X2光路倒換模塊的控制端連接。
3.根據權利要求1或2所述的光收發模塊保護型波分復用無源光網絡光線路終端，其 特徵在於所述備用光收發模塊的光收發單元個數不大於主光收發模塊需要保護的光收發 單元的個數。
4.根據權利要求1或2所述的光收發模塊保護型波分復用無源光網絡光線路終端，其 特徵在於使用光開關和復用器在所述備用光收發模塊的光收發單元個數多於一個時將多 路信號合為一路。
5.根據權利要求1或2所述的光收發模塊保護型波分復用無源光網絡光線路終端，其 特徵在於使用合路器在所述備用光收發模塊的光收發單元個數多於一個時將多路信號合 為一路。
6.根據權利要求5所述的光收發模塊保護型波分復用無源光網絡光線路終端，其特徵 在於對所述備用光收發模塊中採用波長可調光源的光收發單元，使用波長可調光檢測器。
7.根據權利要求1或2所述的光收發模塊保護型波分復用無源光網絡光線路終端，其 特徵在於所述備用光收發模塊的光收發單元發送和接收的信號通過耦合器或光環形器組合。
專利摘要本實用新型公開了一種光收發模塊保護型波分復用無源光網絡光線路終端，所述光線路終端外部設有兩個埠，分別稱為主用埠和備用埠，內部包括主光收發模塊、備用光收發模塊以及控制模塊，所述主光收發模塊連接主用埠，備用光收發模塊連接備用埠，控制模塊連接主光收發模塊和備用光收發模塊；備用光收發模塊至少部分光收發單元的光源採用波長可調光源。本實用新型提供的光線路終端能夠以小的冗餘器件代價，實現對波分復用無源光網絡光線路終端中全部波長光收發器的保護，並且用在具有雙纖備份的網絡中時能夠實現對饋線光纖的故障保護倒換及對分配光纖的局部故障的局部恢復，甚至能夠實現對網絡中多處並發故障的恢復。
文檔編號H04B10/00GK201667657SQ20102016048
公開日2010年12月8日 申請日期2010年4月14日 優先權日2010年4月14日
發明者孫小菡, 樊鶴紅 申請人:東南大學