УСТРОЙСТВО ОПТИЧЕСКОГО ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИКА И СИСТЕМА ПАССИВНЫХ ОПТИЧЕСКИХ СЕТЕЙ С МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕМ С РАЗДЕЛЕНИЕМ ПО ДЛИНЕ ВОЛНЫ
OPTIC RECEIVER-TRANSMITTER DEVICE, AND SYSTEM OF PASSIVE OPTIC NETWORKS WITH MULTIPLEXING WITH SEPARATION AS TO WAVE LENGTH

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к области технологий связи и, в частности, к устройству оптического приемопередатчика и системе пассивных оптических сетей с мультиплексированием с разделением по длине волны (пассивная оптическая сеть с мультиплексированием с разделением по длине волны, WDM-PON), основанной на этом устройстве оптического приемопередатчика.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
По мере того, как волоконно-оптические технологии с высокой пропускной способностью становятся все более развитыми, и стоимость применения уменьшается год от года, волоконно-оптические сети доступа постепенно становятся все более конкурентоспособными для широкополосных сетей доступа следующего поколения. Среди волоконно-оптических сетей доступа, пассивные оптические сети (PON) являются особенно конкурентоспособными. В общем, конкретная структура системы пассивных оптических сетей может быть отнесена к Фиг.1, эта система пассивных оптических сетей включает в себя OLT (терминал оптической линии), расположенный в центральном узле (в городской АТС), ODN (оптическую распределительную сеть) для ветвления/связывания или мультиплексирования/демультиплексирования и множественные ONU (блоки оптической сети), расположенные на стороне пользователей. Эти PON могут быть классифицированы в различные типы согласно различным реализациям, причем WDM-PON системы, использующие WDM технологию, привлекают большое внимание благодаря таким преимуществам, как большая пропускная способность и информационная безопасность квазипрямой связи. Однако WDM-PON имеет высокую стоимость по сравнению с волоконно-оптическими сетями доступа, которые используют TDM технологии (технологии мультиплексирования с разделением по времени), такие как EPON и GPON, причем избыточная стоимость источника света является важным фактором, вызывающим избыточную стоимость всей WDM-PON системы.
WDM-PON использует AWG (дифракционную решетку на массиве волноводов) или WGR (оптический маршрутизатор на основе волноводной решетки) на стороне пользователя, длины волн на AWG портах или WGR портах, подключенных к ONU сторон пользователей, являются различными, и, следовательно, различные ONU нуждаются в использовании модуля оптического приемопередатчика с различными длинами волн, которые называются окрашенными оптическими модулями в области оптической связи. Использование окрашенных оптических модулей в ONU может привести к неудаче в их общем использовании; и в то же время привносит сложности в распределение служб оператора, а также к проблемам хранения. Для решения проблемы окрашенных ONU, в индустрии был предложен WDM-PON бесцветный источник света, а именно модуль ONU приемопередатчика является независимым от длины волны, длина волны излучения может быть автоматически приспособлена к длине волны подключенного AWG или WGR порта, так что модуль ONU приемопередатчика может реализовать технологию «включай и работай» на любом AWG или WGR порте.
Для реализации модуля приемопередатчика бесцветного ONU WDM-PON, в индустрии предлагается множество решений, включающих в себя самовозбуждающийся волоконный лазер. На Фиг.2 показана схематичная диаграмма WDM-PON системы, использующей самовозбуждающийся лазер. В этой WDM-PON системе, после того, как оптический сигнал со многими продольными режимами, излученный синхронизирующим лазером с самоинжекцией ONU стороны пользователя, фильтруется посредством AWG в удаленном узле (RN), только оптический сигнал соответствующей длины волны может проникнуть сквозь RN-AWG и войти в зеркало с частичным отражением (PRM), расположенное в магистральном волоконно-оптическом кабеле. Из-за этого зеркала с частичным отражением, часть света отражается обратно и повторно вводится в синхронизирующий лазер с самоинжекцией. Резонатор усиления синхронизирующего лазера с самоинжекцией усиливает свет, опять отраженный обратно, и затем передает этот усиленный свет, и такие колебания двойного прохождения сигнала в прямом и обратном направлении выполняются много раз. Соответственно, синхронизирующий лазер с самоинжекцией и зеркало с частичным отражением совместно образуют самовозбуждающийся лазер с внешним резонатором, и резонатор резонансных колебаний лазера образуется между ними и выдает стабильный оптический сигнал. После модуляции этого оптического сигнала данными восходящей линии связи ONT, данные восходящей линии связи ONU могут пройти далее через магистральный волоконно-оптический кабель и могут быть демультиплексированы посредством AWG в центральном узле (СО), а затем выданы к соответствующему приемнику (Rx) OLT. Аналогично, оптический сигнал нисходящей линии связи, излученный посредством OLT, демультиплексируется посредством RN-AWG и затем выдается в приемник соответствующего ONU.
Хотя вышеизложенное решение может привести к реализации бесцветного оптического приемопередатчика, AWG должна выполнять функции внутрирезонаторного фильтра для передачи и демультиплексирования для принимающей стороны в одно и то же время. Что касается передающей стороны, то каждый канал AWG используется как внутрирезонаторный фильтр самовозбуждающегося лазера, что требует, чтобы кривая фильтрации AWG канала имела узкую ширину полосы и имела максимальный удельный коэффициент прохождения в центральной длине волны этого канала. Что касается принимающей стороны, то AWG функционирует как демультиплексирующая, что требует, чтобы AWG канал имел широкую ширину полосы и чтобы кривая передачи была плоской в этом канале. Из-за этих двух противоречивых требований оптический приемопередатчик и WDM-PON система, которые основаны на самовозбуждающемся лазере, имеют ограниченные пропускные способности и терпят неудачу в удовлетворении запросов практического применения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты осуществления данного изобретения обеспечивают устройство оптического приемопередатчика и WDM-PON систему, основанную на этом устройстве оптического приемопередатчика, чтобы решить проблему низкой пропускной способности в существующих способах.
Устройство оптического приемопередатчика включает в себя активную среду, фотоэлектрический преобразователь, по меньшей мере одну дифракционную решетку на массиве волноводов, AWG, и зеркало с частичным отражением, причем по меньшей мере одна AWG включает в себя два общих (стандартных) порта и множество портов ветвления. Один из общих портов функционирует как порт отправки сигнала, а другой из общих портов функционирует как порт приема сигнала. Ширина полосы порта отправки сигнала является меньшей, чем ширина полосы порта приема сигнала. Активная среда и фотоэлектрический преобразователь подключены к одному из портов ветвления AWG. AWG и зеркало с частичным отражением выполнены с возможностью совместного выполнения синхронизации самоинжекции длины волны на оптическом сигнале, обеспеченном активной средой, и выдачи этого оптического сигнала через порт отправки сигнала. Кроме того, AWG дополнительно выполнена с возможностью демультиплексирования оптического сигнала, принятого портом приема сигнала, для соответствующего порта ветвления.
Система пассивных оптических сетей с мультиплексированием с разделением по длине волны включает в себя устройство оптического приемопередатчика в центральном узле и устройство оптического приемопередатчика на стороне пользователя, причем каждый из устройства оптического приемопередатчика в центральном узле и устройства оптического приемопередатчика на стороне пользователя включает в себя вышеупомянутое устройство оптического приемопередатчика.
Система пассивных оптических сетей с мультиплексированием с разделением по длине волны включает в себя терминал оптической линии, расположенный в центральном узле, и множество блоков оптической сети, расположенных на стороне пользователя, причем терминал оптической линии подключен к блокам оптической сети через оптические волокна. Терминал оптической линии включает в себя множество устройств оптических приемопередатчиков в центральном узле, причем эти устройства оптических приемопередатчиков в центральном узле совместно используют общую дифракционную решетку на массиве волноводов AWG в центральном узле. Эта AWG в центральном узле включает в себя два общих порта и множество портов ветвления. Каждое устройство оптического приемопередатчика в центральном узле, соответственно, подключено к одному из портов ветвления этой AWG в центральном узле, соответственно. Один из общих портов этой AWG в центральном узле функционирует как порт отправки сигнала в центральном узле, а другой из общих портов этой AWG в центральном узле функционирует как порт приема сигнала в центральном узле. Ширина полосы порта отправки сигнала в центральном узле является меньшей, чем ширина полосы порта приема сигнала в центральном узле.
Из вышеизложенных технических решений может быть известно, что AWG устройства оптического приемопередатчика, предусмотренная в вариантах осуществления изобретения, имеет два общих порта, а именно порт отправки сигнала и порт приема сигнала, и ширина полосы порта отправки сигнала является меньшей, чем ширина полосы порта приема сигнала, так что AWG может использовать различные общие порты, соответственно, при отправке и приеме оптического сигнала. Поскольку ширина полосы порта отправки сигнала является узкой, максимум передачи порта отправки сигнала идентичен центральной длине волны AWG канала, тем самым эффективно улучшается производительность передачи сигнала. Ширина полосы канала, соответствующая порту приема сигнала, является широкой, что может гарантировать, что качество сигнала, принятого после демультиплексирования, является хорошим. Следовательно, по сравнению с известным уровнем техники, пропускная способность устройства оптического приемопередатчика и WDM-PON системы, обеспеченная в вариантах осуществления данного изобретения, улучшается.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для более ясной иллюстрации технических решений согласно вариантам осуществления изобретения или в известном уровне техники, в нижеследующем кратко вводятся сопутствующие чертежи для описания вариантов осуществления или известного уровня техники. Ясно, что сопутствующие чертежи в следующем описании являются некоторыми вариантами осуществления данного изобретения, и специалисты в данной области техники могут вывести другие чертежи из представленных чертежей без творческих усилий.
Фиг.1 является схематичной структурной диаграммой системы пассивных оптических сетей;
Фиг.2 является схематичной структурной диаграммой WDM-PON системы;
Фиг.3 является схематичной структурной диаграммой устройства оптического приемопередатчика согласно одному варианту осуществления данного изобретения;
Фиг.4 является схематичной структурной диаграммой WDM-PON системы согласно одному варианту осуществления данного изобретения;
Фиг.5 является схематичной структурной диаграммой WDM-PON системы согласно другому варианту осуществления данного изобретения;
Фиг.6 является схематичной структурной диаграммой WDM-PON системы согласно еще одному варианту осуществления данного изобретения;
Фиг.7 является схематичной структурной диаграммой WDM-PON системы согласно еще одному варианту осуществления данного изобретения;
Фиг.8 является схематичной структурной диаграммой WDM-PON системы согласно еще одному варианту осуществления данного изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Техническое решение данного изобретения ясно и полностью описывается в нижеследующем со ссылкой на сопутствующие чертежи. Ясно, что варианты осуществления, подлежащие описанию, являются частью, а не всеми вариантами осуществления данного изобретения. Все другие варианты осуществления, полученные специалистами в данной области техники на основе вариантов осуществления данного изобретения без творческих усилий, будут попадать в пределы объема охраны данного изобретения.
Как описано выше, в WDM-PON системе, показанной на Фиг.2, AWG выполняет функции формирования внутрирезонаторного фильтра для передающей стороны и демультиплексора для принимающей стороны. Поскольку эти две функции имеют противоречивые требования на ширину полосы для применимости к отправке и приему оптического сигнала в одно и то же время, в данной области следует принять компромиссное решение при выборе ширины полосы общего порта AWG, которая вызывает низкую пропускную способность устройства оптического приемопередатчика и WDM-PON системы, основанной в настоящее время на самовозбуждающемся лазере.
Для решения проблемы низкой пропускной способности WDM-PON системы в известном уровне техники, один вариант осуществления данного изобретения обеспечивает устройство оптического приемопередатчика, причем устройство оптического приемопередатчика может быть модулем оптического приемопередатчика с самоинжекцией и включать в себя передатчик и приемник.
Со ссылкой на Фиг.3, передатчик устройства оптического приемопередатчика включает в себя активную среду 11, AWG 2 и зеркало 12 с частичным отражением. AWG 2 включает в себя порт 22 ветвления, подключенный к активной среде 11, и порт 13 отправки сигнала, подключенный к зеркалу 12 с частичным отражением, причем канал длины волны порта 22 ветвления соответствует рабочей длине волны этого передатчика, а порт 13 отправки сигнала выполнен с возможностью отправки оптического сигнала, обеспеченного активной средой 11 для магистрального волоконно-оптического кабеля 4. Приемник устройства оптического приемопередатчика включает в себя фотоэлектрический преобразователь 21 и AWG 2. AWG 2 подключена к фотоэлектрическому преобразователю 21 через порт 22 ветвления; и AWG 2 может быть дополнительно предоставлена с портом 23 приема сигнала, выполненным с возможностью приема оптического сигнала от магистрального волоконно-оптического кабеля 4.
В этом варианте осуществления, передатчик и приемник могут совместно использовать AWG 2, например, AWG 2 может функционировать как фильтр передатчика в одном аспекте, выполненный с возможностью ограничения длины волны оптического сигнала, переданного передатчиком, до рабочей длины волны устройства оптического приемопередатчика, и может функционировать как демультиплексор приемника в другом аспекте, выполненный с возможностью демультиплексирования оптического сигнала, принятого от магистрального волоконно-оптического кабеля 4, для соответствующего порта 22 ветвления, так что этот оптический сигнал принимается фотоэлектрическим преобразователем 21.
В некотором конкретном варианте осуществления, устройство оптического приемопередатчика может дополнительно включать в себя циркулятор 1. Порт 13 отправки сигнала и порт 23 приема сигнала AWG 2 могут быть подключены к магистральному волоконно-оптическому кабелю 4 через циркулятор 1. Кроме того, зеркало 12 с частичным отражением может быть расположено между портом 13 отправки сигнала и циркулятором 1. Циркулятор 1 может обеспечить оптический сигнал от порта 13 отправки сигнала для магистрального волоконно-оптического кабеля 4 и обеспечить оптический сигнал от магистрального волоконно-оптического кабеля 4 к порту 23 приема сигнала. В других альтернативных вариантах осуществления, циркулятор может быть заменен мультиплексором с разделением по длине волны.
Кроме того, ширина полосы порта 13 отправки сигнала является меньшей, чем ширина полосы порта 23 приема сигнала, например, ширина полосы 3 дБ порта 13 отправки сигнала может быть относительно узкой, чтобы улучшить функцию фильтрации для передатчика устройства оптического приемопередатчика, а ширина полосы 3 дБ порта 23 приема сигнала может быть относительно широкой, чтобы улучшить функцию демультиплексирования для приемника устройства оптического приемопередатчика.
Конкретно, если принять устройство оптического приемопередатчика OLT, расположенного в центральном узле WDM-PON системы в качестве примера, устройство оптического приемопередатчика может отправить оптический сигнал нисходящей линии связи к ONU стороны пользователя через магистральный волоконно-оптический кабель 4, подключенный к устройству оптического приемопередатчика, и принять оптический сигнал восходящей линии связи от ONU стороны пользователя. В одном варианте осуществления изобретения, два типа общих портов расположены в AWG 2 устройства оптического приемопередатчика, а именно порт 13 отправки сигнала и порт 23 приема сигнала. Порт 13 отправки сигнала выполнен с возможностью отправки оптического сигнала нисходящей линии связи, а порт 23 приема сигнала выполнен с возможностью приема оптического сигнала восходящей линии связи. Поскольку порт 13 отправки сигнала и соответствующий порт ветвления AWG 2 совместно образуют внутрирезонаторный фильтр лазера с самоинжекцией, для гарантирования относительно узкого спектра оптического сигнала нисходящей линии связи, переданного устройством оптического приемопередатчика в центральном узле для улучшения качества сигнала, в этом варианте осуществления данного изобретения, порт 13 отправки сигнала может быть сконструирован таким образом, что ширина полосы 3 дБ порта 13 отправки сигнала является относительно узкой, и порт 13 отправки сигнала имеет максимальный удельный коэффициент прохождения на центральной длине волны канала. Конкретно, порт 13 отправки сигнала может быть портом гауссовского типа, имеющим узкую ширину полосы 3 дБ.
Для порта 23 приема сигнала, выполненного с возможностью приема оптического сигнала восходящей линии связи, в этом варианте осуществления изобретения, порт 23 приема сигнала может быть сконструирован таким образом, что ширина полосы 3 дБ порта 23 приема сигнала является относительно широкой, а именно длина волны полосы пропускания порта 23 приема сигнала имеет малую вариацию удельного коэффициента прохождения в широком диапазоне, так что устройство оптического приемопередатчика имеет хорошую пропускную способность приема при приеме оптического сигнала восходящей линии связи. Конкретно, порт 23 приема сигнала может быть портом плоского типа, имеющим широкую ширину полосы 3 дБ. Следует понимать, что «широкая ширина полосы 3 дБ» и «узкая ширина полосы 3 дБ» являются относительными терминами и что конкретная ширина полосы может быть сконфигурирована согласно числу каналов длин волн AWG 2. Для гарантирования пропускной способности устройства оптического приемопередатчика, в этом варианте осуществления данного изобретения, ширина полосы 3 дБ порта 13 отправки сигнала является по меньшей мере меньшей, чем ширина полосы 3 дБ порта 23 приема сигнала.
Для лучшего понимания этого варианта осуществления данного изобретения, работа устройства оптического приемопередатчика кратко изложена ниже.
Конкретно, в одном варианте осуществления данного изобретения, передатчик может включать в себя активную среду 11, AWG 2 и зеркало 12 с частичным отражением. Порт 22 ветвления, подключенный к активной среде 11, и порт 13 отправки сигнала, подключенный к зеркалу 12 с частичным отражением, расположены в AWG 2. Порт 13 отправки сигнала дополнительно подключен к циркулятору 1 или к мультиплексору с разделением по длине волны, и циркулятор 1 или мультиплексор с разделением по длине волны дополнительно подключен к магистральному волоконно-оптическому кабелю 4. Таким образом, когда устройство оптического приемопередатчика отправляет оптический сигнал нисходящей линии связи, активная среда 11 стимулируется и начинает излучать оптический ASE сигнал (оптический сигнал усиленного спонтанного излучения). После того как оптический ASE сигнал проходит через канал длин волн AWG 2, оптические сигналы вне соответствующего канала длин волн отфильтровываются или теряются, и, следовательно, только оптический сигнал с длиной волны в пределах диапазона полосы пропускания, определенного портом 22 ветвления и портом 13 отправки сигнала AWG 2, может пройти через AWG 2. Затем этот оптический сигнал передается к зеркалу 12 с частичным отражением через порт 13 отправки сигнала, причем часть оптического сигнала отражается обратно зеркалом 12 с частичным отражением, вводится в активную среду 11 и снова усиливается. Такое двойное прохождение сигнала в прямом и обратном направлении выполняется много раз. Таким образом, многократные двойные прохождения оптического сигнала в прямом и обратном направлении между активной средой 11 и зеркалом 12 с частичным отражением приводят к резонансному усилению колебаний и, наконец, дают возможность оптическому сигналу, генерируемому передатчиком, работать при длине волны максимума передачи, определенной портом 13 отправки сигнала и портом 22 ветвления, тем самым образуется оптический сигнал нисходящей линии связи, который может быть послан через порт 13 отправки сигнала. После прохождения через порт 13 отправки сигнала оптический сигнал нисходящей линии связи дополнительно отправляется к магистральному волоконно-оптическому кабелю 4 через циркулятор 1 или мультиплексор с разделением по длине волны и передается посредством магистрального волоконно-оптического кабеля 4 к соответствующему ONU на стороне пользователя.
В этом варианте осуществления изобретения порт 13 отправки сигнала функционирует для образования внутрирезонаторного фильтра в передатчике, следовательно, формирование ширины полосы и оптимизация порта 13 отправки сигнала могут быть выполнены раздельно для обеспечения относительно узкой желательной ширины полосы, и максимум передачи по существу идентичен центральной длине волны соответствующего AWG канала, посредством чего эффективно улучшается пропускная способность передачи сигнала.
Затем, в одном варианте осуществления изобретения, приемник может включать в себя фотоэлектрический преобразователь 21 и AWG 2. Порт 22 ветвления, подключенный к фотоэлектрическому преобразователю 21, и порт 23 приема сигнала дополнительно расположены в AWG 2. Порт 23 приема сигнала подключен к циркулятору 1 или мультиплексору с разделением по длине волны, и циркулятор 1 или мультиплексор с разделением по длине волны дополнительно подключен к магистральному волоконно-оптическому кабелю 4. Таким образом, оптический сигнал восходящей линии связи передается от магистрального волоконно-оптического кабеля 4 к циркулятору 1 или мультиплексору с разделением по длине волны и затем дополнительно проводится к порту 23 приема сигнала посредством циркулятора 1 или мультиплексора с разделением по длине волны. AWG 2 демультиплексирует оптический сигнал восходящей линии связи для порта 22 ветвления, соответствующего приемнику, и оптический сигнал передается к фотоэлектрическому преобразователю 21 в приемнике через порт 22 ветвления AWG 2. Конкретно, в этом варианте осуществления данного изобретения, фотоэлектрическим преобразователем 21 может быть фотоэлектрический диод.
Например, когда устройство оптического приемопередатчика принимает оптический сигнал восходящей линии связи, оптический сигнал восходящей линии связи, переданный посредством магистрального волоконно-оптического кабеля 4, может пройти через циркулятор 1, войти в порт 23 приема сигнала плоского типа с шириной полосы 3 дБ, которая является относительно широкой, может быть демультиплексирован посредством AWG 2 для соответствующего порта 22 ветвления, а затем подан посредством мультиплексора с разделением по длине волны на фотоэлектрический преобразователь 21. Поскольку в этом варианте осуществления данного изобретения порт 23 приема сигнала сконфигурирован отдельно и независимо от порта 12 отправки сигнала, ширина полосы канала, соответствующая порту 23 приема сигнала, может быть сформирована относительно широкой, и кривая передачи порта 23 приема сигнала является плоской, так что качество сигнала, принятого после демультиплексирования, является хорошим.
В этом варианте осуществления изобретения два типа общих портов сконфигурировано в AWG в устройстве оптического приемопередатчика, а именно порт отправки сигнала с шириной полосы 3 дБ, которая является относительно узкой, и порт приема сигнала с шириной полосы 3 дБ, которая является относительно широкой, так что AWG может использовать различные общие порты для передачи и приема оптических сигналов, соответственно. Кроме того, ширина полосы 3 дБ порта отправки сигнала сконструирована относительно узкой, а ширина полосы 3 дБ порта приема сигнала сконструирована относительно широкой, качество приема и передачи оптических сигналов устройства оптического приемопередатчика гарантировано. Соответственно, в этом варианте осуществления изобретения, оптимизация ширины полосы может быть отдельно выполнена на порте приема сигнала и на порте отправки сигнала устройства оптического приемопередатчика, что значительно улучшает пропускную способность устройства оптического приемопередатчика.
Предпочтительно, в одном варианте осуществления данного изобретения, активная среда в передатчике может конкретно включать в себя IL FP-LD (синхронизированный инжекцией лазерный диод Фабри-Перо) или RSOA (отражающий полупроводниковый оптический усилитель).
В одном варианте осуществления изобретения, зеркало с частичным отражением может дополнительно быть фарадеевским зеркалом-вращателем. Конкретно, 45° односторонняя фарадеевская чашка может быть добавлена перед зеркалом с частичным отражением для образования фарадеевского зеркала-вращателя (FRM). Таким образом, после того, как оптический ASE сигнал, переданный передатчиком, отражается фарадеевским зеркалом-вращателем, направление поляризации оптического сигнала поворачивается на 90°. Таким образом, ТЕ мода оптического сигнала, излученного из приемопередатчика лазера, становится ТМ модой после отражения обратно посредством FRM, а излученная ТМ мода оптического сигнала становится ТЕ модой после отражения обратно посредством фарадеевского зеркала-вращателя. Следовательно, корреляция усиления поляризации в приемопередатчике лазера с самоинжекцией уменьшается, что улучшает способность устройства оптического приемопередатчика противодействовать случайной интерференции поляризации в этом варианте осуществления изобретения.
Устройство оптического приемопередатчика, обеспеченное в этом варианте осуществления изобретения, может быть дополнительно применено в ONU сторон пользователей в WDM-PON системе, и конкретная структура устройства оптического приемопередатчика является аналогичной структуре устройства оптического приемопередатчика в центральном узле. Единственная разница заключается в том, что для устройства оптического приемопередатчика в ONU стороны пользователя приемник выполнен с возможностью приема оптического сигнала нисходящей линии связи, а передатчик выполнен с возможностью отправки оптического сигнала восходящей линии связи. Кроме того, активная среда устройства оптического приемопередатчика в центральном узле имеет функцию усиления выигрыша для ширины полосы нисходящей линии связи, а активная среда устройства оптического приемопередатчика на стороне пользователя имеет функцию усиления выигрыша для ширины полосы восходящей линии связи. AWG устройства оптического приемопередатчика на стороне пользователя имеет функции мультиплексирования ширины полосы восходящей линии связи и демультиплексирования ширины полосы нисходящей линии связи. Кроме того, на практике, когда устройство оптического приемопередатчика применяется в ONU на стороне пользователя, AWG и зеркало с частичным отражением могут быть помещены в удаленном узле (RN) таким образом, что множество устройств оптических приемопередатчиков могут совместно использовать одну и ту же AWG и одно и то же зеркало с частичным отражением.
В варианте осуществления, показанном на Фиг.3, для гарантирования того, что ширина полосы 3 дБ порта 13 отправки сигнала меньше, чем ширина полосы 3 дБ порта 23 приема сигнала, конкретно, волновод на стороне отправки сигнала AWG 2 сконструирован таким образом, чтобы иметь обращенную коническую структуру, а именно волновод, близкий к циклу Роланда AWG 2, является узким, а волновод на стороне вывода является широким, так что ширина полосы 3 дБ порта отправки сигнала является узкой. Кроме того, в варианте осуществления, показанном на Фиг.3, ширина полосы порта 13 отправки сигнала, меньшая, чем ширина полосы порта 23 приема сигнала, может быть реализована посредством некоторых других способов, например, ширина полосы 3 дБ порта приема сигнала может быть увеличена посредством расположения структуры конического волновода, структуры интерферометра Маха-Цендера или многомодового соединителя в порте 23 приема сигнала или посредством каскадирования множества AWG.
Кроме того, в этом варианте осуществления изобретения порт отправки сигнала и порт приема сигнала, имеющие различные ширины полосы, могут быть также реализованы посредством использования двух AWG с различной шириной полосы 3 дБ. А именно эти две AWG с различной шириной полосы 3 дБ, соответственно, функционируют как AWG приема сигнала и AWG отправки сигнала. Конкретно, общий порт AWG с шириной полосы 3 дБ, которая является относительно узкой, функционирует как порт приема сигнала, и эта AWG называется AWG приема сигнала. Общий порт AWG с шириной полосы 3 дБ, которая является относительно широкой, функционирует как порт отправки сигнала, и эта AWG называется AWG отправки сигнала.
Кроме того, в одном варианте осуществления данного изобретения, порт отправки сигнала и порт приема сигнала, имеющие различные ширины полосы, могут быть также реализованы с использованием двух AWG с одной и той же шириной полосы 3 дБ и одного периодического фильтра с узкой шириной полосы. Конкретно, в двух AWG с одной и той же шириной полосы 3 дБ, общий порт AWG отправки сигнала может быть подключен к периодическому фильтру с узкой шириной полосы 3 дБ, например к эталону Фабри-Перо, так что оптический сигнал, посланный AWG отправки сигнала, имеет ширину полосы 3 дБ, которая является относительно узкой. Другая AWG может функционировать как AWG приема сигнала, и ширина полосы 3 дБ AWG приема сигнала является большей, чем ширина полосы 3 дБ AWG отправки сигнала.
На основе устройства оптического приемопередатчика, один вариант осуществления изобретения дополнительно обеспечивает WDM-PON систему. WDM-PON система может включать в себя множество устройств оптических приемопередатчиков в центральном узле и множество устройств оптических приемопередатчиков на стороне пользователей. Устройство оптического приемопередатчика, обеспеченное в вышеуказанных вариантах осуществления, может использоваться как устройства оптических приемопередатчиков в центральном узле и как устройства оптических приемопередатчиков на стороне пользователей. Устройства оптических приемопередатчиков в центральном узле могут быть расположены в OLT и могут функционировать как устройства оптических приемопередатчиков OLT. Устройства оптических приемопередатчиков на стороне пользователей могут быть отдельно расположены на стороне пользователей и функционируют как устройства оптических приемопередатчиков ONU. Каждое из устройств оптических приемопередатчиков OLT соответствует устройству оптического приемопередатчика соответствующего ONU, и рабочая длина волны устройства оптического приемопередатчика OLT является той же самой, что и рабочая длина волны соответствующего устройства оптического приемопередатчика ONU.
Конкретно, со ссылкой на Фиг.4, устройство оптического приемопередатчика в центральном узле может включать в себя AWG 102 и зеркало 112 с частичным отражением. AWG 102 включает в себя множество портов 122 ветвления и два общих порта, причем два общих порта соответственно сконфигурированы как порт 123 приема сигнала и порт 113 отправки сигнала. Каждый из портов 122 ветвления соединен с активной средой 111 и фотоэлектрическим преобразователем 121 через мультиплексор с разделением по длине волны. Порт 113 отправки сигнала имеет кривую фильтрации гауссовского типа или полугауссовского типа и имеет ширину полосы 3 дБ, которая является относительно узкой. Порт 123 приема сигнала имеет кривую фильтрации плоского типа и имеет ширину полосы 3 дБ, которая является относительно широкой.
Устройство оптического приемопередатчика на стороне пользователя включает в себя AWG 202 и зеркало 212 с частичным отражением. AWG 202 включает в себя множество портов 222 ветвления и два общих порта, и два общих порта соответственно сконфигурированы как порт 213 отправки сигнала и порт 233 приема сигнала. Каждый из портов 222 ветвления соединен с активной средой 211 и фотоэлектрическим преобразователем 221 через мультиплексор с разделением по длине волны. Порт 213 отправки сигнала имеет кривую фильтрации гауссовского типа или полугауссовского типа и имеет ширину полосы 3 дБ, которая является относительно узкой. Порт 223 приема сигнала имеет плоскую кривую фильтрации и имеет ширину полосы 3 дБ, которая является относительно широкой.
В устройстве оптического приемопередатчика в центральном узле, показанном на Фиг.4, каждый из портов 122 ветвления соединен с активной средой 111 и фотоэлектрическим преобразователем 121 через мультиплексор с разделением по длине волны, а именно порты ветвления AWG 102 соответственно соединены с активной средой 111 и фотоэлектрическими преобразователями 121 один за другим. Другими словами, первая активная среда и первый фотоэлектрический преобразователь подключены к первому порту ветвления, вторая активная среда и второй фотоэлектрический преобразователь подключены ко второму порту ветвления, и подключение других портов ветвления может быть выведено по аналогии. Местоположение порта 113 отправки сигнала устройства оптического приемопередатчика в центральном узле на цикле Роланда AWG 102 соответствует местоположению порта 223 приема сигнала устройства оптического приемопередатчика на стороне пользователя на цикле Роланда AWG 202. Местоположение порта 123 приема сигнала устройства оптического приемопередатчика в центральном узле на цикле Роланда AWG 102 соответствует местоположению порта 213 отправки сигнала устройства оптического приемопередатчика на стороне пользователя на цикле Роланда AWG 202.
Таким образом, оптический сигнал нисходящей линии связи, сгенерированный устройством оптического приемопередатчика в центральном узле, отправляется от порта 113 отправки сигнала к магистральному волоконно-оптическому кабелю через зеркало 112 с частичным отражением, входит в порт 223 приема сигнала устройства оптического приемопередатчика на стороне пользователя и демультиплексируется посредством AWG 202 для соответствующего порта 222 ветвления, а затем подается на и принимается фотоэлектрическим преобразователем 221 соответствующего устройства оптического приемопередатчика на стороне пользователя. Аналогично, на стороне пользователя, зеркало 212 с частичным отражением сконфигурировано в устройстве оптического приемопередатчика на стороне пользователя. Оптический сигнал восходящей линии связи, сгенерированный устройством оптического приемопередатчика на стороне пользователя, передается от порта 213 отправки сигнала к магистральному волоконно-оптическому кабелю через зеркало 212 с частичным отражением, входит в порт 123 приема сигнала устройства оптического приемопередатчика в центральном узле и демультиплексируется посредством AWG 102 для соответствующего порта 122 ветвления, а затем подается на и принимается фотоэлектрическим преобразователем 121 соответствующего устройства оптического приемопередатчика в центральном узле.
Фиг.5 является схематичной структурной диаграммой другого варианта осуществления WDM-PON системы, основанной на устройстве оптического приемопередатчика данного изобретения. В этом варианте осуществления, AWG, используемая в устройстве оптического приемопередатчика, является AWG без нулевого скачка длины волны. Предполагается, что как устройство оптического приемопередатчика в центральном узле, так и устройство оптического приемопередатчика на стороне пользователя включают в себя 32 приемника и передатчика, местоположение порта 313 отправки сигнала AWG 302 на цикле Роланда AWG 302 соответствует местоположению порта 413 отправки сигнала AWG 402 на цикле Роланда AWG 402, а местоположение порта 323 приема сигнала на цикле Роланда AWG 302 соответствует порту 423 отправки сигнала на цикле Роланда AWG 402. В одном варианте осуществления, порт 313 приема сигнала и порт 312 отправки сигнала AWG 302 разделены каналом длин волн AWG 302, и порт 413 приема сигнала и порт 412 отправки сигнала AWG 402 также разделены каналом AWG 402; местоположения 2-33-го портов ветвления AWG 302 на цикле Роланда AWG 302, соответственно, соответствуют 1-32-му портам ветвления AWG 402 на цикле Роланда AWG 402. Первый порт AWG 302 является предыдущим портом, смежным с вторым портом, а 34-й порт является следующим портом, смежным с 33-им портом. Таким образом, когда оптический сигнал нисходящей линии связи, посланный активной средой в устройстве оптического приемопередатчика в центральном узле, причем активная среда соединена с k-ым портом ветвления (k= 1, 2, …, 32) AWG 302, проходит через AWG 402 устройства оптического приемопередатчика на стороне пользователя, этот оптический сигнал нисходящей линии связи может не быть демультиплексирован для k-го порта ветвления (а именно k-го пользователя) AWG 402. Ввиду этого, в этом варианте осуществления, для осуществления возможности вхождения оптического сигнала нисходящей линии связи, переданного k-ой активной средой в устройстве оптического приемопередатчика в центральном узле, в k-й порт ветвления AWG 402 устройства оптического приемопередатчика на стороне пользователя, а именно для осуществления возможности приема оптического сигнала нисходящей линии связи k-ым фотоэлектрическим преобразователем в устройстве оптического приемопередатчика на стороне пользователя, волоконно-оптические подключения AWG 302 устройства оптического приемопередатчика в центральном узле могут быть модифицированы. Что касается конкретного способа волоконно-оптического подключения, может быть сделана ссылка на Фиг.5.
На практике, возможное значение канального интервала между портом приема сигнала и портом отправки сигнала AWG 302 может быть равно 1, 2, 3 и т.п. В реализации способа соединения между активной средой и портом ветвления AWG 302 в устройстве оптического приемопередатчика в центральном узле, предполагается, что канальный интервал между портом приема сигнала и портом отправки сигнала AWG 302 равен m. В этом случае, k-ая активная среда в устройстве оптического приемопередатчика в центральном узле должна только соединяться с (k+2m)-ым портом ветвления в AWG 302. Для гарантирования того, что оптический сигнал восходящей линии связи, посланный k-ым пользователем устройства оптического приемопередатчика на стороне пользователя, может войти в k-й приемник в центральном узле, необходимо, чтобы местоположение m-го порта AWG 302 устройства оптического приемопередатчика в центральном узле на цикле Роланда AWG 302 соответствовало местоположению первого порта AWG 402 в устройстве оптического приемопередатчика на стороне пользователя на цикле Роланда AWG 402.
В этом варианте осуществления, с модификацией подключения между средством усиления и портом ветвления AWG 302 в устройстве оптического приемопередатчика в центральном узле, порты ветвления AWG 402 и активные среды в устройстве оптического приемопередатчика на стороне пользователя должны быть только соединены один за другим, соответственно, как показано на Фиг.5.
Конкретно, оптический сигнал от устройства оптического приемопередатчика в центральном узле входит в магистральный волоконно-оптический кабель через передающий порт 312 AWG 302, а затем входит в порт 423 приема сигнала AWG 402 в устройстве оптического приемопередатчика на стороне пользователя. В этом варианте осуществления данного изобретения, AWG, используемая в устройстве оптического приемопередатчика является AWG без нулевого скачка длины волны, а именно канал порта отправки сигнала AWG 302 отличается от канала порта приема сигнала AWG 402. Конкретно, например, в этом варианте осуществления, канальный интервал равен 1; в этом случае оптический сигнал нисходящей линии связи, посланный (k+2)-ым портом ветвления AWG 302, может быть демультиплексирован для k-го порта ветвления AWG 402 в устройстве оптического приемопередатчика на стороне пользователя. Следовательно, для гарантирования того, что устройство оптического приемопередатчика в этом варианте осуществления изобретения может работать нормально, k-ая активная среда в устройстве оптического приемопередатчика в центральном узле дополнительно соединена с (k+2)-ым портом ветвления AWG 302. Например, первая активная среда устройства оптического приемопередатчика в центральном узле соединена с третьим портом ветвления AWG 302, вторая активная среда соединена с четвертым портом ветвления AWG 302, и соединение остальных активных сред и портов ветвления AWG 302 может быть выведено по аналогии. При этой конфигурации устройство оптического приемопередатчика на стороне пользователя может использовать 32-канальную AWG для образования 32 приемников и передатчиков, однако в устройстве оптического приемопередатчика в центральном узле, так как 32-ая активная среда должна быть соединена с 34-ым портом ветвления AWG 302, AWG 302 устройства оптического приемопередатчика в центральном узле нуждается в расположении с по меньшей мере 34 портами ветвления. На практике может использоваться 40-канальная AWG.
Со ссылкой на Фиг.6, в другом варианте осуществления данного изобретения, AWG, используемая WDM-PON системой, может также быть AWG нулевого скачка длины волны.
Конкретно, вариант осуществления, показанный на Фиг.6, аналогичен варианту осуществления, соответствующему Фиг.5. Разница состоит в том, что AWG устройства оптического приемопередатчика в варианте осуществления, показанном на Фиг.6, является AWG нулевого скачка длины волны. Предполагая, что AWG нулевого скачка длины волны имеет всего N портов ветвления, так как порты AWG нулевого скачка длины волны имеют характеристику циркуляции, а именно k-ая длина волны и (k+N)-ая длина волны могут возникать на одном и том же порте, длина волны, следующая к длине волны N-го канала AWG, может повторно возникать в первом канале, а затем эта циркуляция продолжается.
Когда как устройство оптического приемопередатчика в центральном узле, так и устройство оптического приемопередатчика на стороне пользователя применяют одну и ту же AWG нулевого скачка длины волны, и два общих порта AWG являются двумя смежными каналами, для отправки оптического сигнала нисходящей линии связи, обеспеченного первой активной средой в устройстве оптического приемопередатчика в центральном узле, к фотоэлектрическому преобразователю, подключенному к первому порту ветвления в AWG 602, первая активная среда 511 в устройстве оптического приемопередатчика в центральном узле может быть соединена с вторым портом ветвления в AWG 502. Способы соединения других активных сред аналогичны способам соединения первой активной среды, за исключением последней активной среды устройства оптического приемопередатчика в центральном узле. Конкретно, вторую активную среду необходимо соединить с третьим портом ветвления в AWG 502, а остальное может быть выведено по аналогии. Последняя активная среда в устройстве оптического приемопередатчика в центральном узле должна быть соединена с первым портом ветвления в AWG 502. Таким образом, фотоэлектрические преобразователи 621 в устройстве оптического приемопередатчика на стороне пользователя, соответственно, соответствуют активным средам 511 приемопередатчиков 500 волоконно-оптического лазера с самоинжекцией в центральном узле.
Второй фотоэлектрический преобразователь в устройстве оптического приемопередатчика в центральном узле подключен к первому порту ветвления AWG 502 таким образом, чтобы принять оптический сигнал восходящей линии связи, посланный первой активной средой в устройстве оптического приемопередатчика на стороне пользователя. Способы подключения других фотоэлектрических преобразователей аналогичны способам подключения второго фотоэлектрического преобразователя, за исключением первого фотоэлектрического преобразователя устройства оптического приемопередатчика в центральном узле. Конкретно, третий фотоэлектрический преобразователь устройства оптического приемопередатчика в центральном узле необходимо подключить ко второму порту ветвления в AWG 502, а остальное может быть выведено по аналогии. Первый фотоэлектрический преобразователь в устройстве оптического приемопередатчика в центральном узле необходимо подключить к последнему порту ветвления в AWG 502.
В другом варианте осуществления изобретения могут быть скомбинированы два AWG с различной шириной полосы 3 дБ, причем общий порт AWG с шириной полосы 3 дБ, которая является относительно узкой, служит в качестве порта отправки сигнала, а общий порт с шириной полосы 3 дБ, которая является относительно широкой, служит в качестве порта приема сигнала. Таким образом, частичный отражатель подключен к порту отправки сигнала AWG с шириной полосы 3 дБ, которая является относительно узкой, а принятый сигнал подключен к порту приема сигнала AWG с шириной полосы 3 дБ, которая является относительно широкой.
Конкретно, со ссылкой на Фиг.7, устройство оптического приемопередатчика в центральном узле может включать в себя AWG 31 и AWG 41, и эти две AWG имеют различные ширины полосы 3 дБ, соответственно. Устройство оптического приемопередатчика на стороне пользователя может использовать AWG 51, имеющую два общих порта с различной шириной полосы 3 дБ.
AWG 31 включает в себя порт 33 отправки сигнала с шириной полосы 3 дБ, которая является относительно узкой, и порт 33 отправки сигнала выполнен с возможностью отправки оптического сигнала нисходящей линии связи. AWG 41 включает в себя порт 43 приема сигнала с шириной полосы 3 дБ, которая является относительно широкой, и порт 43 приема сигнала выполнен с возможностью приема оптического сигнала восходящей линии связи. AWG 51 включает в себя порт 53 отправки сигнала с шириной полосы 3 дБ, которая является относительно узкой, и порт 56 приема сигнала с шириной полосы 3 дБ, которая является относительно широкой.
В этом варианте осуществления изобретения конкретная работа устройства оптического приемопередатчика в центральном узле и устройства оптического приемопередатчика на стороне пользователя осуществляется следующим образом. Первая активная среда 32 устройства оптического приемопередатчика в центральном узле отправляет, через первый порт 34 ветвления, оптический сигнал нисходящей линии связи вдоль порта 33 отправки сигнала к магистральному волоконно-оптическому кабелю. После того как порт 56 приема сигнала AWG 51 принимает этот оптический сигнал нисходящей линии связи, этот оптический сигнал нисходящей линии связи входит в первый порт 54 ветвления устройства оптического приемопередатчика на стороне пользователя, а затем входит в первый фотоэлектрический преобразователь 52.
Первая активная среда 52 устройства оптического приемопередатчика на стороне пользователя отправляет, через первый порт 54 ветвления, оптический сигнал восходящей линии связи вдоль порта 53 отправки сигнала к магистральному волоконно-оптическому кабелю. После того как порт 43 приема сигнала AWG 41 принимает оптический сигнал восходящей линии связи, этот оптический сигнал восходящей линии связи входит в первый порт 44 ветвления AWG 41, а затем входит в первый фотоэлектрический преобразователь 42.
Кроме того, в другом варианте осуществления изобретения, устройство оптического приемопередатчика в центральном узле и устройство оптического приемопередатчика на стороне пользователя могут быть установлены как образованные посредством двух AWG. Конкретно, со ссылкой на Фиг.8, устройство оптического приемопередатчика в центральном узле может включать в себя AWG 61 и AWG 71, и эти две AWG имеют различные ширины полосы 3 дБ, соответственно. Устройство оптического приемопередатчика на стороне пользователя может включать в себя AWG 81 и AWG 91, и эти две AWG имеют различные ширины полосы 3 дБ, соответственно.
AWG 61 включает в себя порт 63 отправки сигнала с шириной полосы 3 дБ, которая является относительно узкой, и порт 63 отправки сигнала выполнен с возможностью отправки оптического сигнала нисходящей линии связи. AWG 71 включает в себя порт 73 приема сигнала с шириной полосы 3 дБ, которая является относительно широкой, и порт 73 приема сигнала выполнен с возможностью приема оптического сигнала восходящей линии связи. AWG 81 включает в себя порт 83 отправки сигнала в шириной полосы 3 дБ, которая является относительно узкой, и порт 83 отправки сигнала выполнен с возможностью отправки оптического сигнала восходящей линии связи. AWG 71 включает в себя порт 93 приема сигнала с шириной полосы 3 дБ, которая является относительно широкой, и порт 93 приема сигнала выполнен с возможностью приема оптического сигнала нисходящей линии связи.
В варианте осуществления изобретения конкретная работа устройства оптического приемопередатчика в центральном узле и устройства оптического приемопередатчика на стороне пользователя осуществляется следующим образом. Первая активная среда 62 устройства оптического приемопередатчика в центральном узле отправляет, через первый порт 64 ветвления, оптический сигнал нисходящей линии связи вдоль порта 63 отправки сигнала к магистральному волоконно-оптическому кабелю. После того как порт 93 приема сигнала AWG 91 принимает оптический сигнал нисходящей линии связи, оптический сигнал нисходящей линии связи входит в первый порт 94 ветвления AWG 91, а затем входит в первый фотоэлектрический преобразователь 92.
Первая активная среда 82 устройства оптического приемопередатчика на стороне пользователя отправляет, через первый порт 84 ветвления AWG 81, оптический сигнал восходящей линии связи вдоль порта 83 отправки сигнала к магистральному волоконно-оптическому кабелю. После того как порт 73 приема сигнала AWG 71 принимает оптический сигнал восходящей линии связи, оптический сигнал восходящей линии связи входит в первый порт 74 ветвления AWG 71, а затем входит в первый фотоэлектрический преобразователь 72 устройства оптического приемопередатчика в центральном узле.
Во всех вариантах осуществления согласно данному изобретению диапазон длин волн восходящей линии связи и диапазон длин волн нисходящей линии связи могут быть FSR диапазоном длин волн (свободным спектральным диапазоном), смежным с AWG, или FSR диапазоном длин волн, не смежным с AWG.
Варианты осуществления в этой спецификации описаны постепенным образом. Каждый вариант осуществления выделяет разницу от других вариантов осуществления, и для одних и тех же или аналогичных частей вариантов осуществления может быть сделана ссылка друг на друга. Описание устройства, раскрытого в вариантах осуществления, является простым, так как это устройство соответствует способу, раскрытому в вариантах осуществления, может быть сделана ссылка на описание в части способа.
Описания раскрытых вариантов осуществления дают возможность специалистам в данной области техники реализовать или практиковать данное изобретение. Модификации этих вариантов осуществления будут очевидны для специалистов в данной области техники, и общие принципы, определенные здесь, могут быть реализованы в других вариантах осуществления без отклонения от сущности и объема данного изобретения. Следовательно, изобретение не ограничено вариантами осуществления, проиллюстрированными здесь, а соответствует самому широкому объему, совместимому с принципом и новыми характеристиками, раскрытыми здесь.