光线路终端以及光网络单元的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种光线路终端以及光网络单元。该光线路终端包括:波分复用元件，用于复用和解复用上行光信号和下行光信号;粗波分解复用器，用于过滤并解复用上行光信号;光耦合器，用于将经过滤和经解复用的上行光信号分为第一路上行光信号与第二路上行光信号;上行多路接收器，用于接收第一路上行光信号;下行多路发射器，其经由阵列波导光栅和波分复用元件发送下行光信号;以及波长偏移监控单元，用于检测第二路上行光信号的波长是否越界边界阈值，当检测到第二路上行光信号的波长越界边界阈值时，确定需要调节上行波长的光网络单元，并将指示信息包括到下行多路发射器的下行光信号中。
【专利说明】光线路终端以及光网络单元
【技术领域】
[0001]本发明涉及时分波分复用无源光网络，尤其涉及用于时分波分复用无源光网络的光线路终端以及光网络单元，并且进一步涉及一种波长越界检测的方法，以及一种粗调节上行光信号的波长的方法。
【背景技术】
[0002]时分波分复用无源光网络(Timeand Wavelength Divis1n Multiplexed-PassiveOptical Network, TWDM-PON)被业界考虑为用于NG-P0N2的主要方案。其不仅适用于40GbMs的容量，并且也被考虑为适于未来的光网络的发展需求，例如适用于容量为100Gbit/S以上的容量的光网络。
[0003]最近,波长计划和波长间隔是FSAN (FulI Service Access Network,全业务接入网络)的两个热点议题。可调激光器和激光器阵列是光网络单元侧的光源发射机的两种选择。具有高稳定性的可调激光器是优选的，因为其占据较少的波段，由此其可以在限制的波段的情形下支持更多的波长。然而，可调激光器的成本较高，并且其相关的温度控制系统限制其在TWDM-PON中的应用。传统的用户不能够承担可调激光器的成本。为了克服该问题，需要针对可调激光器或激光器阵列研发一种低成本的上行波长稳定技术。
[0004]为了实现上行波长稳定，目前有两种波长校准的方案:在光网络单元侧进行上行波长校准和在光线路终端侧进行上行波长校准。在光网络单元侧进行上行波长校准，不需要将波长信息传递到光线路终端。它可以采用传统的基于半导体热电制冷器(Thermoelectric Cooler, TEC)的冷热双向调谐装置作为激光器波长稳定元件,加上光网络单元本地反馈电路控制，可以将激光器的波长漂移限制在±5GHz的范围内，由此在规定的波段内可以支持更多的波长。然而，这类可调激光器的成本较高，因此，具有低成本的可调激光器成为了优选方案，例如采用热可调谐的DFB激光器。然而它虽然可以用较低的成本满足它在TWDM-PON的上行波段中改变波长。但是波长信息的取得却需要光网络单元本地的温度传感，而温度传感所反映的波长有时也会有一定的误差。这些问题的产生是由于在光网络单元本地进行波长校准会增加较多成本，而低成本的波长稳定性控制技术在TffDM-PON中相对缺失。因此，在光线路终端侧进行上行波长校准提供了一种发展低成本波长稳定性控制技术的思路。它可以利用光线路终端侧的设备为每一个光网络单元进行上行波长校准，而光网络单元侧仅仅包含调谐波长的执行元件:单向波长调谐的加热器和双向波长调谐的TEC。光线路终端探测到光网络单元波长漂移信息后，通过相关消息通知光网络单元，由此进行上行波长调节。
[0005]现在的问题在于，对于激光器阵列，多个光栅安置在芯片上，因此对于输出的激光器将出现一些偏移标准波长的驻留波长(residential wavelength)。驻留波长的问题可以通过制造工艺的加强而缓解，然而这个问题仍然在近些年来影响了 TWDM-PON的上行通信。另一方面，对于可调激光器，可调激光器或其中的波长控制都是非常昂贵的，而不受控制的波长都将受到波长偏移的影响。受到制造误差和温度的偏移的影响，光网络单元中的激光器阵列或可调激光器都会有以下问题:1.相邻波长通道间的串扰。2.光线路终端处的上行光信号的接收处理。例如，光线路终端中的精确的细滤波器，例如阵列波导光栅(ArrayedWaveguide Grating, AWG)，使得接收具有偏移的波长的上行光信号非常困难。
[0006]总之，如何使用激光阵列或低成本的可调激光器作为光网络单元中的光源发射机仍是个问题，尤其需要在光网络单元中设置简单的调节控制机制。
[0007]目前，在光网络单元中应用了精确的温度控制机制。然而，在光网络单元中成本是关键因素。优选地，希望在光网络单元中应用不受控制的激光器。目前的粗波分解复用器不能够满足TWDM-PON中的波段要求。目前的粗波分解复用器使用没有温度控制的激光。由于为一个通道其分配了大约1nm的波段，在C-band中的20nm的波段仅能够支持TWDM-PON的上行的两个波长通道。因此，需要继续研发TWDM-PON中的粗温度控制方法，并提供了一种成本较低的解决方案。
【发明内容】
[0008]为了解决上述技术问题，根据本发明的第一方面，一种用于时分波分复用无源光网络的光线路终端，其中，在所述时分波分复用无源光网络中应用N个互不相同的上行波长和N个互不相同的下行波长，所述光线路终端经由分光器与至少一个光网络单元连接，所述光线路终端包括:波分复用元件，用于复用和解复用上行光信号和下行光信号；粗波分解复用器，其与所述波分复用元件耦合，用于过滤并解复用所述上行光信号；光耦合器，用于将经过滤和经解复用的上行光信号分为第一路上行光信号与第二路上行光信号，其中所述第一路上行光信号的功率大于所述第二路上行光信号的功率；上行多路接收器，用于接收所述第一路上行光信号；下行多路发射器，其经由阵列波导光栅和所述波分复用元件发送所述下行光信号；以及波长偏移监控单元，用于检测所述第二路上行光信号的波长是否越界边界阈值，当检测到所述第二路上行光信号的波长越界边界阈值时，确定需要调节所述上行波长的光网络单元，并将指示信息包括到所述下行多路发射器的下行光信号中，其中所述指示信息指示所确定的光网络单元需要粗调节其上行光信号的波长。
[0009]根据本发明的第二方面，提出了一种用于时分波分复用无源光网络的光网络单元，其中，在所述时分波分复用无源光网络中应用N个互不相同的上行波长和N个互不相同的下行波长，光线路终端经由分光器与所述光网络单元连接，所述光网络单元包括:波分复用元件，用于复用和解复用上行光信号和下行光信号；可调接收机，用于通过所述波分复用元件接收所述下行光信号，所述下行光信号包括指示信息，所述指示信息指示所述光网络单元需要粗调节其上行光信号的波长；发射机，用于通过所述波分复用元件发送所述上行光信号；以及温度调节器，其根据所述指示信息来调节温度等级以粗调节所述发射机发送的所述上行光信号的波长，其中所述温度等级对应于粗的调节步长。
[0010]通过本发明优选的实施例，通过在光网络单元中设置温度调节，并且在光线路终端中设置边界滤波器，实现了一种粗波长控制方案。通过该方案，不需要再在光网络单元中实施高成本的精确的控制或精确的波长调节，从而显著地降低了各个光网络单元的成本。并且本发明的应用范围较大(例如可以适用于光网络单元中发射机为可调激光器和激光阵列的情形)。此外，光线路终端中的波长跨界检测机制也使得上行通信更加稳定，并且其实现起来较为方便。附加地，依据本发明的方案也是实时进行的，从而进一步提高了精确性。
[0011]本发明的各个方面将通过下文中的具体实施例的说明而更加清晰。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显:
[0013]图1示出了依据本发明的一个实施例的TWDM-PON的光网络架构；
[0014]图2示出了依据本发明的一个实施例的图1中的波长偏移监控单元的详细实施方式；
[0015]图3示出了依据本发明的另一个实施例的图1中的波长偏移监控单元的详细实施方式；
[0016]图4示出了依据本发明的一个实施例的温度等级与波长的调节步长的对应关系；以及
[0017]图5示出了依据本发明的一个实施例的频谱图。
[0018]在图中，贯穿不同的示图,相同或类似的附图标记表示相同或相对应的部件或特征。
【具体实施方式】
[0019]图1示出了依据本发明的一个实施例的TWDM-PON的光网络架构。如图1所示，光线路终端经由分光器与多个光网络单元1...η连接，其中详细示出了光网络单元I的结构，其他的光网络单元的结构与光网络单元I的结构类似。
[0020]在这个TWDM-PON中应用4个互不相同的上行波长和4个互不相同的下行波长。在其他示例中，也可以应用其他数目的上行波长和下行波长。
[0021]依据本发明的光线路终端包括波分复用元件，其用于复用和解复用上行光信号和下行光信号。在该光线路终端中，粗波分解复用器与波分复用元件耦合，用于过滤并解复用上行光信号。如图所示，粗波分解复用器输出了 4路经过滤并解复用的上行光信号。在一个实施例中，粗波分解复用器可以是滤波片。
[0022]如图1所示，光耦合器与粗波分解复用器耦合，其用于将经过滤和经解复用的上行光信号分为第一路上行光信号与第二路上行光信号，其中第一路上行光信号的功率大于第二路上行光信号的功率。
[0023]在本发明的一个实施例中，第一路上行光信号的功率占上行光信号的功率的95%,第二路上行光信号的功率占上行光信号的功率的5%。替代地，第一路上行光信号的功率占上行光信号的功率的90%，第二路上行光信号的功率占上行光信号的功率的10%。
[0024]光线路终端中的上行多路接收机从光耦合器接收第一路上行光信号。而波长偏移监控单元则从光耦合器接收第二路上行光信号。
[0025]在此，参见图2和图3，其分别示出了波长偏移监控单元的两种实施方式。
[0026]如图2所示，波长偏移监控单元包括光功率放大器、边界滤波器、光电探测器和电子处理模块。其中，光功率放大器用于放大来自光耦合器的第二路上行光信号的功率，即经解复用的每一路的上行光信号的功率。在图2的实施例中，边界滤波器的数量为上行波长的数量的2倍。在应用4个上行波长的情况下，图2的实施例具有8个边界滤波器(1L、1R、2L、2R、3L、3R、4L和4R)。每个边界滤波器具有边界阈值，并且分别位于4个上行波长所允许的波长通道的上侧和下侧，也即粗波分解复用器的所允许的通道的短波长和长波长处。这些边界滤波器用于过滤经放大的第二路上行光信号。在此，可以通过温度来调谐边界滤波器的边界阈值来确保边界阈值的准确性，并且也可用于增大或减少所允许的波长通道的带宽。
[0027]波长偏移监控单元中的光电探测器用于检测第二路上行光信号的波长是否越界边界阈值。例如，当边界滤波器中滤出第二路上行光信号时，此时光电探测器将检测到功率，从而判断出第二路上行光信号的波长越界边界阈值。相反，如果边界滤波器中未滤出第二路上行光信号，此时光电探测器将检测不到功率，从而判断出第二路上行光信号的波长没有越界边界阈值。
[0028]当检测到第二路上行光信号的波长越界边界阈值时，波长偏移监控单元中的电子处理模块将确定需要调节上行波长的光网络单元，并将指示信息包括到图1中的下行多路发射器的下行光信号中。在此，指示信息指示所确定的光网络单元需要粗调节其上行光信号的波长。优选地，指示信息还包括所确定的光网络单元需要粗调节其发送的上行光信号的波长的调节步长。
[0029]例如，当光电探测器在位于波长通道的上侧的边界滤波器中检测到第二路上行光信号时，电子处理模块将确定相应的需要进行波长调整的光网络单元，并将相应的指示信息包括到下行信号中。在此，该指示信息可以指示该光网络单元向下调整温度，以向下调节其上行波长，或者更具体地指示该光网络单元向下调整的温度等级，从而明确该光网络单元应当实施的调节步长。
[0030]反之，当光电探测器在位于波长通道的下侧的边界滤波器中检测到第二路上行光信号时，电子处理模块将确定相应的需要进行波长调整的光网络单元，并将相应的指示信息包括到下行信号中。在此，该指示信息可以指示该光网络单元向上调整温度，以向上调节其上行波长。类似地，该指示信息也可以包括向上调整的温度等级。
[0031]综上所述，图2的实施例可以协助光网络单元通过双向调节温度来双向调节其上行信号的波长。
[0032]现在参见图3，图3的波长偏移监控单元的实施方式与图2的波长偏移监控单元的实施方式类似，其区别在于在图3的实施例中的滤波器的数量为上行波长的数量。在应用4个上行波长的情况下，具有4个边界滤波器(1L、2L、3L、4L)。与图2中的边界滤波器类似，该些边界滤波器同样具有边界阈值，也用于过滤经放大的第二路上行光信号。与图2的实施例不同，每个边界滤波器分别位于4个上行波长所允许的波长通道的下侧，也即粗波分解复用器的所允许的通道的短波长处。此外，在图3的实施例中的光功率放大器、光电探测器和电子处理模块的运作方式与图2的实施方式相类似，在此不再详述。
[0033]在图3的实施方式中，与图2的实施方式类似，当光电探测器在位于波长通道的下侧的边界滤波器中检测到第二路上行光信号时，电子处理模块将确定相应的需要进行波长调整的光网络单元，并将相应的指示信息包括到下行信号中。在此，该指示信息可以指示该光网络单元向上调整温度，以调节向上其上行波长。类似地，该指示信息也可以包括向上调整的温度等级。
[0034]因此，图3的实施例可以协助光网络单元通过单向调节温度来单向调节其上行信号的波长。这可以节约成本，并且可以例如应用在在光网络单元启动时，将光网络单元设置在室温的情形中。
[0035]现在回到图1，下行多路发射器将从波长偏移监控单元接收到的指示信息包括到下行光信号中，并经由阵列波导光栅和波分复用元件发送该下行光信号。在此，阵列波导光栅用于复用多路的下行光信号。
[0036]现在参见图1对光网络单元I侧的操作进行描述。如图1所示，光网络单元I包括波分复用元件，其用于复用和解复用上行光信号和下行光信号。在光网络单元I中还设置有可调接收机，其包括可调滤波器和接收机。可调接收机通过波分复用元件接收下行光信号。在此，该下行光信号可以包括指示信息，其指示该光网络单元需要粗调节其上行光信号的波长。附加地，该指示信息包括该光网络单元需要粗调节其发送的上行光信号的波长的调节步长。
[0037]光网络单元I中的温度调节器将根据指示信息来调节温度等级以粗调节发射机发送的上行光信号的波长，其中温度等级对应于粗的调节步长。
[0038]图4示出了依据本发明的一个实施例的温度等级与波长的调节步长的对应关系。如图4所示，具有五个温度等级O度、20度、40度、60度和80度。每向上调节一个温度等级，波长将相应地增大大约0.8nm，反之亦然。需要指出的是，上述对应关系仅是示例性的，而非限制性的。在其他的实施方案中，也可以采用其它的对应调节关系。因此，通过改变温度，可以实现波长的粗调节，这在实现正确传输的同时，也相比原先的精细调节大大地降低了成本。
[0039]具体地，当光线路终端的波长偏移监控单元包括2N个边界滤波器(N为上行波长的数量)时，温度调节器为热能转换器，其将根据指示信息向上或向下调节温度，以粗调节发射机发送的上行光信号的波长。参照图4，每向下或向上调节一个温度等级，波长都将改变0.8nm,因为波长的调节步长为0.8nm。因此，在应用热能转换器并且光线路终端的波长偏移监控单元包括2N个边界滤波器(在图1中具有8个边界滤波器)的情况下，可以实现上行波长的双向调节。
[0040]而当光线路终端的波长偏移监控单元包括N个边界滤波器时，温度调节器为加热器，其用于根据指示信息向上调节温度，以粗调节发射机发送的上行光信号的波长。也即在这个情况下，可以实现单向调节。例如，参照图4，每加热一个温度等级，波长都将以一个调节步长0.Snm向上变化。如前所述，这在光网络单元的初始温度被设定为室温的情况下是非常适用的。通过该实施方式能够进一步地节省成本。
[0041]现在回到图1，光网络单元I中的发射机将以温度调节器调节的上行波长发送上行信号。在此，该发射机既可以是可调激光器，也可以是激光器阵列。因此，本发明的应用范围相当广泛。
[0042]图5示出了依据本发明的一个实施例的频谱图。在图5中以光网络单元I中的发射机为激光器阵列为例进行了说明。如图5所示，在第一行中示出了光网络单元发出的上行光信号的频谱，其例如可以有正负Inm的误差。
[0043]在图5的第二行中示意性地示出了粗波分解复用器的频谱图。其用于过滤并解复用第一行中的上行光信号。
[0044]在图5的第三行中示意性地示出了边界滤波器(1L、1R、2L、2R、3L、3R)4I^P4R)的位置。该示意图对应于边界滤波器的数量为上行光信号的数量的2倍的这种情况。如图所示，边界滤波器位于粗波分解复用器的频谱的短波长和长波长处，也即其边界阈值位于所允许的波长通道的上侧和下侧。如图5所示，该实施方式支持了 4个波长通道，而每个波长通道所允许的范围为4.2nm。需要说明的是上述数值仅是示例性的，并且是可变化的(例如可以通过温度改变来改变边界阈值或直接更换边界滤波器)。因此，本发明也易于扩展至其他情形，例如上行波长数为8的情形。当这些边界滤波器中滤出上行光信号时，即表明波长越界，相应的光网络单元需要调节其上行信号的波长。
[0045]需要说明的是，上述实施例仅是示范性的，而非对本发明的限制。任何不背离本发明精神的技术方案均应落入本发明的保护范围之内，这包括使用在不同实施例中出现的不同技术特征，装置方法可以进行组合，以取得有益效果。
【权利要求】
1.一种用于时分波分复用无源光网络的光线路终端，其中，在所述时分波分复用无源光网络中应用N个互不相同的上行波长和N个互不相同的下行波长，所述光线路终端经由分光器与至少一个光网络单元连接，所述光线路终端包括: 波分复用元件，用于复用和解复用上行光信号和下行光信号； 粗波分解复用器，其与所述波分复用元件耦合，用于过滤并解复用所述上行光信号； 光耦合器，用于将经过滤和经解复用的上行光信号分为第一路上行光信号与第二路上行光信号，其中所述第一路上行光信号的功率大于所述第二路上行光信号的功率； 上行多路接收器，用于接收所述第一路上行光信号； 下行多路发射器，其经由阵列波导光栅和所述波分复用元件发送所述下行光信号；以及 波长偏移监控单元，用于检测所述第二路上行光信号的波长是否越界边界阈值，当检测到所述第二路上行光信号的波长越界边界阈值时，确定需要调节所述上行波长的光网络单元，并将指示信息包括到所述下行多路发射器的下行光信号中，其中所述指示信息指示所确定的光网络单元需要粗调节其上行光信号的波长。
2.根据权利要求1所述的光线路终端，其特征在于，所述波长偏移监控单元包括: 光功率放大器，用于放大所述第二路上行光信号的功率； 2N个边界滤波器，每个边界滤波器具有边界阈值，其分别位于N个上行波长所允许的波长通道的上侧和下侧，用于过滤经放大的第二路上行光信号； 光电探测器，用于检测所述第二路上行光信号的波长是否越界边界阈值；以及电子处理模块，用于当检测到所述第二路上行光信号的波长越界边界阈值时，确定需要调节所述上行波长的光网络单元，并将指示信息包括到所述下行多路发射器的下行光信号中。
3.根据权利要求1所述的光线路终端，其特征在于，所述波长偏移监控单元包括: 光功率放大器，用于放大所述第二路上行光信号的功率； N个边界滤波器，每个边界滤波器具有边界阈值，其分别位于N个上行波长所允许的波长通道的下侧，用于过滤经放大的第二路上行光信号； 光电探测器，用于检测所述第二路上行光信号的波长是否越界边界阈值；以及电子处理模块，用于当检测到所述第二路上行光信号的波长越界边界阈值时，确定指示信息并将所述指示信息包括到所述下行多路发射器的下行光信号中。
4.根据权利要求1所述的光线路终端，其特征在于，所述粗波分解复用器为滤波片。
5.根据权利要求2或3所述的光线路终端，其特征在于，通过温度控制能够改变所述边界滤波器的边界阈值。
6.根据权利要求2或3所述的光线路终端，其特征在于，所述边界滤波器是可更换的。
7.根据权利要求1所述的光线路终端，其特征在于，N等于4。
8.根据权利要求1所述的光线路终端，其特征在于，所述指示信息包括所确定的光网络单元需要粗调节其发送的上行光信号的波长的调节步长。
9.根据权利要求1所述的光线路终端，其特征在于，所述第一路上行光信号的功率占所述上行光信号的功率的95%，所述第二路上行光信号的功率占所述上行光信号的功率的5%，或所述第一路上行光信号的功率占所述上行光信号的功率的90%，所述第二路上行光信号的功率占所述上行光信号的功率的10%。
10.一种用于时分波分复用无源光网络的光网络单元，其中，在所述时分波分复用无源光网络中应用N个互不相同的上行波长和N个互不相同的下行波长，光线路终端经由分光器与所述光网络单元连接，所述光网络单元包括: 波分复用元件，用于复用和解复用上行光信号和下行光信号； 可调接收机，用于通过所述波分复用元件接收所述下行光信号，所述下行光信号包括指示信息，所述指示信息指示所述光网络单元需要粗调节其上行光信号的波长； 发射机，用于通过所述波分复用元件发送所述上行光信号；以及 温度调节器，其根据所述指示信息来调节温度等级以粗调节所述发射机发送的所述上行光信号的波长，其中所述温度等级对应于粗的调节步长。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，当所述光线路终端的波长偏移监控单元包括2N个边界滤波器时，所述温度调节器为热能转换器，其用于根据所述指示信息向上或向下调节温度，以粗调节所述发射机发送的所述上行光信号的波长。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，当所述光线路终端的波长偏移监控单元包括N个边界滤波器时，所述温度调节器为加热器，其用于根据所述指示信息向上调节温度，以粗调节所述发射机发送的所述上行光信号的波长。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述发射机包括可调激光器和激光器阵列。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述指示信息包括所述光网络单元需要粗调节其发送的上行光信号的波长的调节步长。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述可调接收机包括可调滤波器和接收机。
【文档编号】H04Q11/00GK104426610SQ201310396493
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月3日 优先权日:2013年9月3日
【发明者】桂林 申请人:上海贝尔股份有限公司