单纤双向混合无源光网络节省编解码器系统和传输方法.pdf

本发明涉及一种单纤双向混合无源光网络节省编解码器系统和传输方法。本系统由光线路终端OLT通过馈送光纤连接远端节点RN，远端节点RN通过分布光纤与各光网络单元ONU连接构成，系统共有N个波长，每波长支持n个光网络单元ONU。光线路终端OLT主要实现下行信号产生、调制和统一编码，以及对上行信号的统一解码和接收。远端节点RN主要实现下行信号的解码、分路，以及上行信号的编码、合路。光网络单元ONU主要实现下行信号接收和上行信号的产生。实现单纤双向传输的方法是采用上述系统，分别在远端节点RN和光线路终端OLT中设置编码器和解码器对上行信号进行编/解码，从而实现系统上下行信号的单纤双向传输。节省编解码器的方法是采用上述系统，将系统各波长中使用同一个扩频码的光网络单元ONU划分为一组，利用一个编/解码器进行统一编/解码，使整个系统所需的编/解码器数目降至常规系统的1/N。

1.  一种单纤双向混合无源光网络节省编解码器系统，由光线路终端OLT(1)通过馈送光纤(13)连接远端节点RN(2)，并由远端节点RN(2)通过分布光纤与各光网络单元ONU(3)连接构成，系统共有N个波长，每波长支持n个光网络单元ONU(3)，光网络单元ONU(3)总数为nN，其特征在于：所述光线路终端OLT(1)由N个锁模激光器(4)、3个n端口第一、第二和第三星型耦合器(6，12，23)、3n+1个N端口阵列波导光栅AWG(5，7，9，20)、nN个调制器(8)、nN个第一接收机(19)、2n个第一光环行器(10，21)、1个第二光环行器(24)、n个超结构光纤光栅SSFBG编码器(11)和n个超结构光纤光栅SSFBG解码器(22)构成；所述阵列波导光栅AWG(5)解复用端与所述锁模激光器(4)相连，其复用端与所述第一星型耦合器(6)复用端连接，而第一星型耦合器(6)解复用端与阵列波导光栅AWG(7)复用端相连，所述调制器(8)两端分别与阵列波导光栅AWG(7)和阵列波导光栅AWG(8)的解复用端连接，阵列波导光栅AWG(8)的复用端则与所述第一光环行器(10)的1端口连接，第一光环行器(10)的2，3端口分别与所述超结构光纤光栅SSFBG编码器(11)和第二星型耦合器(12)解复用端连接，第二星型耦合器(12)的复用端连接至所述第二光环行器(24)的1端口，第二光环行器(24)的2，3端口则分别与馈送光纤(13)和第三星型耦合器(23)复用端连接，第三星型耦合器(23)的解复用端连接至第一光环行器(21)的1端口，第一光环行器的2，3端口分别与所述超结构光纤光栅SSFBG解码器(22)和阵列波导光栅AWG(20)的复用端连接，阵列波导光栅AWG(20)的解复用端则与所述第一接收机(19)连接。

2.  根据权利要求1所述的单纤双向混合无源光网络节省编解码器系统，其特征在于：所述远端节点RN(2)由1个n端口第四星型耦合器(25)，n个6端口的第三环形器(26)、n个阵列波导光栅AWG(15)、n个超结构光纤光栅SSFBG编码器(27)和n个超结构光纤光栅SSFBG解码器(14)构成；所述第三环形器(26)的1端口与6端口相连，2至5端口则分别与所述第四星型耦合器(25)解复用端、所述超结构光纤光栅SSFBG解码器(14)、所述阵列波导光栅AWG(15)复用端和所述超结构光纤光栅SSFBG编码器(27)相连，第四星型耦合器(25)的复用端与所述馈送光纤(13)连接，阵列波导光栅AWG(15)的解复用端则通过分布光纤与各所述光网络单元ONU(3)连接；所述光网络单元ONU(3)由一个第二接收机(17)和一个反射式半导体光放大器RSOA(18)经一个耦合器(16)连接至远端节点RN(2)构成。

3.  一种单纤双向混合无源光网络节省编解码器系统传输方法：采用根据权利要求2所述的单纤双向混合无源光网络节省编解码器系统实现单纤双向传输，其特征在于：下行时，工作于不同波长的锁模激光器(4)发出的超短脉冲信号经阵列波导光栅AWG(5)合波后，由第一星型耦合器(6)将信号分成n组，每组信号均含有所有波长的超短脉冲信号，接着由阵列波导光栅AWG(7)将每组信号进行分波，从而形成不同波长的子信号并利用调制器(8)对子信号分别进行调制，然后由阵列波导光栅AWG(9)对子信号进行合波，并通过第一光环形器(10)将合波后形成的各组信号注入超结构光纤光栅SSFBG编码器(11)进行扩频编码，随后在第二星型耦合器(12)处将各组信号合路，合路后的信号经第二光环行器(24)和馈送光纤(13)传送至远端节点RN，在远端节点RN内，由第四星型耦合器(25)将信号重新分成n组，并分别由第三光环形器(26)送至各超结构光纤光栅SSFBG解码器(14)处解码并发送至光网络单元ONU的第二接收机(17)接收；上行时，各信号由光网络单元ONU(3)中的反射式半导体光放大器RSOA(18)发出后，经由耦合器(16)发送至远端节点RN(2)中的阵列波导光栅AWG(15)处合波形成n组信号，然后由第三环形器(26)传送至超结构光纤光栅SSFBG编码器(27)处编码并由第四星型耦合器(25)将各组信号合路，合路后的信号由馈送光纤(13)传输到光线路终端OLT(1)中，通过第二光环行器(24)发送至第三星型耦合器(23)处分路成n组，随后由超结构光纤光栅SSFBG解码器(22)对各组信号分别进行解码，并通过阵列波导光栅AWG(20)分波，最后发送至第一接收机(19)接收。

单纤双向混合无源光网络节省编解码器系统和传输方法
技术领域
本发明涉及光通信领域，具体是涉及一种节省编解码器的基于波分复用和光码分复用的单纤双向混合无源光网络WDM/OCDMA-PON(W-O-PON)系统和方法。
背景技术
基于波分复用和光码分复用的混合无源光网络W-O-PON同时结合了波分复用和光码分复用的优点，不但比其他无源光网络安全性更高、支持更多的用户，还支持用户异步接入，使系统适合运营各类突发性业务，且各用户无需专门的同步设备即可实现自同步，降低了网络复杂度及对相关设备的要求，被认为是下一代无源光网络的重要发展方向，因此本发明在无源光网络系统中有着非常重要的作用。
在常规的波长数为N，每波长支持n个光网络单元ONU的基于波分复用和光码分复用的混合无源光网络W-O-PON中，需要为每一个光网络单元ONU的上下行信号都设置一个编码器和解码器，即整个系统需要2nN个编码器和2nN个解码器，显然，在系统中配置这么多的编解码器显然将导致系统成本大幅提升，并将使系统结构较为复杂，器件维护困难。此外，常规基于波分复用和光码分复用的单纤混合无源光网络W-O-PON往往是单向传输的，未能结合波分复用和码分复用技术实现上行信号的传输。上述两个问题的存在，极大的限制了基于波分复用和光码分复用的混合无源光网络W-O-PON在实际当中的运用，目前已有的各方案均未能解决上述两个问题。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种单纤双向混合无源光网络节省编解码器系统和传输方法，实现单纤双向传输，节省编解码器数目，网络成本较低，易于实现。为了达到上述目的，本发明的构思是：将某一波长上使用的扩频码组同时运用在其余的各个波长上，即：各波长可采取同样的扩频码组。然后，将系统各波长中使用同一个扩频码的光网络单元ONU划分为一组，利用一个编/解码器进行统一编/解码，故整个系统只需要2n个编码器和2n个解码器，相比于需要2nN个编解码器的常规系统，本系统所需的编解码器数目仅为前者的1/N，从而使网络成本大大降低。系统上行信号的扩频编码通过6端口的光环行器连接的编码器实现，解码则通过在光线路终端光线路终端OLT处设置相应的解码器实现。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种单纤双向混合无源光网络节省编解码器系统，由光线路终端OLT，远端节点RN和光网络单元ONU构成，其中，光线路终端OLT通过馈送光纤与远端节点RN连接，光网络单元ONU则通过分布光纤与远端节点RN连接。系统共有N个波长，每波长支持n个光网络单元ONU，光网络单元ONU总数为nN，其特征在于：所述光线路终端OLT由N个锁模激光器、3个n端口第一、第二和第三星型耦合器、3n+1个N端口阵列波导光栅AWG、nN个调制器、nN个第一接收机、2n个第一光环行器、1个第二光环行器、n个超结构光纤光栅SSFBG编码器和n个超结构光纤光栅SSFBG解码器构成；所述阵列波导光栅AWG解复用端与所述锁模激光器相连，其复用端与所述第一星型耦合器复用端连接，而第一星型耦合器解复用端与阵列波导光栅AWG复用端相连，所述调制器两端分别与阵列波导光栅AWG阵列波导光栅AWG的解复用端连接，阵列波导光栅AWG的复用端则与所述第一光环行器的1端口连接，第一光环行器的2，3端口分别与所述超结构光纤光栅SSFBG编码器和第二星型耦合器解复用端连接，第二星型耦合器(的复用端连接至所述第二光环行器的1端口，第二光环行器的2，3端口则分别与馈送光纤和第三星型耦合器复用端连接，第三星型耦合器的解复用端连接至第一光环行器的1端口，第一光环行器的2，3端口分别与所述超结构光纤光栅SSFBG解码器和阵列波导光栅AWG的复用端连接，阵列波导光栅AWG的解复用端则与所述第一接收机连接。
上述远端节点RN由1个n端口第四星型耦合器，n个6端口的第三环形器、n个阵列波导光栅AWG、n个超结构光纤光栅SSFBG编码器和n个超结构光纤光栅SSFBG解码器构成。所述第三环形器的1端口与6端口相连，2至5端口则分别与所述第四星型耦合器解复用端、所述超结构光纤光栅SSFBG解码器、所述阵列波导光栅AWG复用端和所述超结构光纤光栅SSFBG编码器相连，第四星型耦合器的复用端与所述馈送光纤连接，阵列波导光栅AWG的解复用端则通过分布光纤与各所述光网络单元ONU连接；所述光网络单元ONU由一个第二接收机和一个反射式半导体光放大器RSOA经一个耦合器连接至远端节点RN构成。
上述光网络单元ONU由1个耦合器、1个接收机和1个反射式半导体光放大器RSOA构成。耦合器的作用在于将接受到的下行信号分为两部分：一部分传给接收机接收，另一部分则传给反射式半导体光放大器RSOA，反射式半导体光放大器RSOA在对信号进行放大的同时，还对信号进行再调制以载入上行信息，使之成为上行信号并放送至光线路终端OLT接收。
本单纤双向混合无源光网络系统节省编/解码的方法：采用用上述系统(波长数为N，每个波长支持的光网络单元ONU数目为n，光网络单元ONU数目为nN)进行单纤双向传输，从每个波长所支持的光网络单元ONU中均提取一个组成一个光网络单元ONU组，从而将所有光网络单元ONU划分为了n组，每组光网络单元ONU数目为N个；系统中各光网络单元ONU上下行信号的编/解码都是以组为单位统一进行的，因此只需为每组信号配备一个编/解码器即可，故系统所需的编/解码器个数均为2n个(上、下行信号均需n个)。而常规系统需要为每个光网络单元ONU的上下行信号均分配一个编/解码器，因此其所需的编/解码均为2nN个(上、下行信号均需nN个)，可见，本系统的编/解码器数目仅为常规系统的1/N。
本单纤双向混合无源光网络系统节省编/解码传输方法：采用上述系统机型双向传输，其特征在于：下行时，工作于不同波长的锁模激光器发出的超短脉冲信号经阵列波导光栅AWG合波后，由第一星型耦合器将信号分成n组，每组信号均含有所有波长的超短脉冲信号，接着由阵列波导光栅AWG将每组信号进行分波，从而形成不同波长的子信号并利用调制器对子信号分别进行调制，然后由阵列波导光栅AWG对子信号进行合波，并通过第一光环形器将合波后形成的各组信号注入超结构光纤光栅SSFBG编码器进行扩频编码，随后在第二星型耦合器处将各组信号合路，合路后的信号经第二光环行器和馈送光纤传送至远端节点RN，在远端节点RN内，由第四星型耦合器将信号重新分成n组，并分别由第三光环形器送至各超结构光纤光栅SSFBG解码器处解码并发送至光网络单元ONU的第二接收机接收；上行时，各信号由光网络单元ONU中的反射式半导体光放大器RSOA发出后，经由耦合器发送至远端节点RN中的阵列波导光栅AWG处合波形成n组信号，然后由第三环形器传送至超结构光纤光栅SSFBG编码器处编码并由第四星型耦合器将各组信号合路，合路后的信号由馈送光纤发送至光。
线路终端OLT中，通过第二光环行器传至第三星型耦合器分处路成n组，随后由超结构光纤光栅SSFBG解码器对各组信号分别进行解码，并通过阵列波导光栅AWG分波，最后发送至第一接收机接收。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：(1)实现了基于波分复用和光码分复用的混合无源光网络W-O-PON的单纤双向传输，减少了需要埋设的光纤数目，不但降低了系统的建网成本，还使系统的实用性得到提高；(2)所需编解码器的数目仅为常规系统的1/N，从而大大降低了系统的成本；(3)系统中所需的光网络单元ONU无需内置昂贵的编/解码器和锁模激光器，故其成本比较低廉，同时也进一步降低了网络成本；(4)网络对于器件的要求较低，易于实施。
附图说明
图1为本发明一个实施例证单纤双向混合无源光网络节省编解码器的系统结构框图。
具体实施方式
本发明的一个优选实施例结合附图说明如下：参见图1，本单纤双向混合无源光网络节省编解码器的系统由光线路终端OLT 1、远端节点RN 2和光网络单元ONU 3构成，其中，光线路终端OLT 1通过馈送光纤13与远端节点RN 2连接，光网络单元ONU 3则通过分布光纤与远端节点RN 2连接。系统共有N个波长，每波长支持n个光网络单元ONU 3，光网络单元ONU 3总数为nN。
参见图1，上述系统的光线路终端OLT 1由N个锁模激光器4、3个n端口第一、第二和第三星型耦合器6，12，23、3n+1个N端口阵列波导光栅AWG 5，7，9，20、nN个调制器8、nN个第一接收机19、2n个第一光环行器10，21、1个第二光环行器24、n个超结构光纤光栅SSFBG编码器11和n个超结构光纤光栅SSFBG解码器22构成。光线路终端OLT1主要实现下行信号产生、调制和统一编码，以及对上行信号的统一解码和接收。上行信号的处理，是由光线路终端OLT 1先通过阵列波导光栅AWG 5将锁模激光器4发出的下行信号载波进行合波，并利用第一星型耦合器6将下行信号载波分成n组(每组当中均含有所有的载波)，n组信号由阵列波导光栅AWG 7进行分波，再由调制器8分别调制载入下行信号并被阵列波导。
光栅AWG 9合波后，分别由第一光环行器10传送至超结构光纤光栅SSFBG编码器11处对每组信号进行统一编码，最后由星型耦合器12将n组信号合路并通过第二光环行器24传出光线路终端OLT 1；当上行信号传入光线路终端OLT 1时，先由第三星型耦合器23分成n路，通过第一光环行器21传送至超结构光纤光栅SSFBG解码器22分别进行解码，接着将解码后的信号利用阵列波导光栅AWG 20进行分波后，由第一接收机阵列19接收；编/解码时，信号从第一光环行器10，21的1端口进入，由2端口输出至超结构光纤光栅SSFBG编/解码器11，22处编码后，被反射回2端口，最终由第一光环行器10，21的3端口输出并通过馈送光纤13传送至远端节点RN 2处。
参见图1，上述系统的远端节点RN 2由1个n端口第四星型耦合器25，n个6端口的第三环形器26、n个阵列波导光栅AWG 15、n个超结构光纤光栅SSFBG编码器27和n个超结构光纤光栅SSFBG解码器14构成。远端节点RN 2主要实现下行信号的解码、分路，以及上行信号的编码、合路。下行信号进入远端节点RN 2后，先由第四星型耦合器25分成n组输入第三光环形器26的2端口，接着由3端口输出至超结构光纤光栅SSFBG解码器14处进行统一解码，随后被反射回3端口并由4端口输出至阵列波导光栅AWG 15处分波，最后通过分布光纤传输给各光网络单元ONU 3接收；上行信号进入远端节点RN 2后，由阵列波导光栅AWG  15先对各组信号内的子信号合波并传送至第三光环形器26的4端口，接着由5端口输出至超结构光纤光栅SSFBG编码器27处统一编码并反射回5端口，然后信号由6端口输出并通过连线输入1端口，最终，信号从2端口输出至第四星型耦合器25合路并通过馈送光纤13传送至光线路终端OLT 1处。
参见图1，上述系统的光网络单元ONU 3由1个耦合器16、1个第二接收机17和1个反射式半导体光放大器RSOA 18构成。耦合器的作用在于将接受到的下行信号分为两部分：一部分传给接收机接收，另一部分则传给反射式半导体光放大器RSOA 18，反射式半导体光放大器RSOA 18在对信号进行放大的同时，还对信号进行再调制以载入上行信息，使之成为上行信号并放送至光线路终端OLT 1接收。
参见图1，本单纤双向混合无源光网络可节省编解码器系统节省编/解码传输方法为：利用上述系统(波长数为N，每个波长支持的光网络单元ONU数目为n，光网络单元ONU数目为nN)，从每个波长所支持的光网络单元ONU中均提取一个组成一个光网络单元ONU组，从而将所有光网络单元ONU划分为了n组，每组光网络单元ONU数目为N个；系统中各光网络单元ONU 3上下行信号的编/解码都是以组为单位统一进行的，因此只需为每组信号配备一个编/解码器11，14，22，27即可，故系统所需的编/解码器11，14，22，27个数均为2n个(上、下行信号均需n个)。而常规系统需要为每个光网络单元ONU的上下行信号均分配一个编/解码器，因此其所需的编/解码器均为2nN个(上、下行信号均需nN个)，可见，本系统的编/解码器数目仅为常规系统的1/N。
本单纤双向混合无源光网络可节省编解码器系统传输方法为：采用上述系统进行单纤双向传输：下行时，工作于不同波长的锁模激光器4发出的超短脉冲信号经阵列波导光栅AWG5合波后，由第一星型耦合器6将信号分成n组(每组信号均含有所有波长的超短脉冲信号)，接着由阵列波导光栅AWG 7将每组信号进行分波，从而形成不同波长的子信号并利用调制器8对子信号分别进行调制，然后由阵列波导光栅AWG 9对子信号进行合波，并通过光环形器10将合波后形成的各组信号注入超结构光纤光栅SSFBG编码器11进行扩频编码，随后在第二星型耦合器12处将各组信号合路，合路后的信号经第二光环行器24和馈送光纤13传送至远端节点RN，在远端节点RN内，由第四星型耦合器25将信号重新分成n组，并分别由第三光环形器26送至各超结构光纤光栅SSFBG解码器14处解码并发送至光网络单元ONU3的第二接收机17接收；上行时，各信号由光网络单元ONU 3中的反射式半导体光放大器RSOA 18发出后，经由耦合器16发送至远端节点RN 2中的阵列波导光栅AWG 15处合波形成n组信号，然后由第三环形器26传送至超结构光纤光栅SSFBG编码器27处编码并由第四星型耦合器25将各组信号合路，合路后的信号由馈送光纤13传输到光线路终端OLT中，通过第二光环行器24发送至第三星型耦合器23处分路成n组，随后由超结构光纤光栅SSFBG解码器22对各组信号分别进行解码，并通过阵列波导光栅AWG 20分波，最后发送至第一接收机19接收。