光线路终端和容量增加的光纤接入系统技术方案

本公开涉及基于无源光网络(PON)的光纤接入系统。特别地，本公开涉及具有增加的容量的PON系统以及用于增加PON系统中的容量的方法。一个实施例涉及一种用于无源光网络的光线路终端，包括至少一个发送器，用于生成时分多路复用(TDM)下行光数据信号；第一时间透镜光信号处理器，被配置为将下行TDM信号转换为下行WDM信号，以分配给多个用户；以及至少一个接收器，用于接收和处理来自所述用户的上行信号。

Optical line terminal and optical fiber access system with increased capacity

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光线路终端和容量增加的光纤接入系统本公开涉及一种可以在基于无源光网络的光纤接入系统中使用的光线路终端。本公开还涉及具有增加的容量的PON系统以及用于增加PON系统中的容量的方法。
技术介绍
固定和移动宽带用户的数据消耗不断增加，推动了行业不断创新以应对这一挑战。当前，许多网络运营商正在大众市场规模上部署基于无源光网络(PON)的光纤接入系统。PON系统通常被称为互联网服务提供商和单个用户之间的“最后一英里”，即PON系统通常用于为终端客户提供光纤，通常使用点对多点架构，其中无动力纤维光学分束器可用于使单个光纤能够服务于多个端点。端点通常是个人用户，而不是商业分销商。无源光网络通常不使用电动组件来分离信号，所以是“无源”的。代替地，使用分束器分配信号。取决于制造商，每个分路器通常将信号从单根光纤分为16根、32根或多达256根光纤，几个分路器可以集合在一个机柜中。分束器不能提供任何切换或缓冲功能，也不使用任何电源。与有源网络相比，无源光网络既有优点也有缺点。可以避免使电子设备在户外运行所涉及的复杂性。PON系统还允许进行模拟广播，从而可以简化模拟电视的传送。但是，由于必须将每个信号发送到分离器所服务的每个人，因此对中心局中的单个下行发送器的要求很高。因此，当今PON系统背后的驱动器是高可靠性、低成本和无源功能。PON可以基于实现点对多点架构的时分多路复用(TDM)，其中单个下行发送器(在此称为光线路终端(OpticalLineTerminal，OLT))将数据帧传输到共享光纤网络上的所有连接的光网络单元(OpticalNetworkUnits，ONU)。ONU仅通过信号中嵌入的地址标签看到自己的数据。在上行方向，OLT调度ONU传输，以避免ONU之间的冲突。无源分光器/组合器可以使光纤分开以到达多个客户位置，从而使光纤分配网络保持无源，请参见图1和图2示出的现有技术的PON系统。因此，无源光网络正在成为光纤接入系统和光纤到户的主导技术。即使光纤具有大带宽，但是由于以下原因，当前的PON技术也将在4至5年内耗尽容量：-用户的数量不断增长-每个用户的连接装置的数量不断增加-每个装置或应用程序对带宽的需求不断增加由于较低的色散容限和较低的信噪比(SNR)，很难将PON的串行比特率提高到10Gb/s以上。即使使用色散容限增强的双二进制调制[2]，这也将未补偿色散的25Gb/sPON的C波段的最大范围限制为24km，将40Gb/sPON的C波段的最大范围限制为10km[2]。最近，ITU-T为超过40Gb/s的PON定义了第二个下一代PON(NG-PON2)标准，在该标准中，时分波分多路复用(TWDM)PON被视为主要解决方案。已经证明了在60kmSMF上具有40Gb/s聚合容量的基线TWDM-PON[3]。TWDM-PON的主要挑战在于以低成本实现其光网络单元(ONU)，预计其成本将是标准GPON(Gigabit-PON)ONU的20倍以上[1]。NG-PON2的另一个竞争性候选者是基于波长分离器光分布网络的点对点(P2P)WDM-PON，其具有独特的功能，包括远距离、高带宽、安全性、高服务水平保证、易于网络管理和简单升级[4]。P2PWDM-PON的主要缺点是端口数量大，中心局(CO)的发送器和终端需要更多的CO空间和运营成本。
技术实现思路
因此，本公开提出了可以大大增加光接入系统的传输容量的新颖的OLT结构和新颖的无源光网络架构。该新颖的架构基于时间透镜原理，即时间透镜光信号处理(OSP)。时间透镜可以扩展和压缩光脉冲，同时基本上保持脉冲的时域形廓。时间透镜基于光的时空对偶性：时域波形的二次相位调制(PM)类似于薄透镜对空间光束的作用，因此表述为“时间透镜”。通过将时间透镜与合适的色散介质相结合，可以实现光学傅里叶变换(OFT)，如本文所例示。基于时间透镜的OFT还被证明是用于超快光信号处理的非常通用且功能强大的工具。基于时间透镜的OFT可以应用于将光信号的时域形廓传输到频域中，反之亦然。当前公开的原理通常基于使用基于时间透镜的光信号处理器在时分多路复用(TDM)和波分多路复用(WDM)之间进行光信号转换的想法，反之亦然。通过使用基于时间透镜的光信号处理器在M-波长TWDM和N-波长WDM信号之间进行光信号转换，可以进一步提高容量，其中M通常小于N。因此，本公开的第一方面涉及一种采用当前公开的OLT结构的用于无源光网络的光线路终端。即包括至少一个发送器，用于生成时分多路复用(TDM)下行光数据信号，以及第一时间透镜光信号处理器，其被配置为将下行TDM信号转换为下行WDM信号，以分配给多个用户。通常，至少一个用于接收和处理来自所述用户的上行信号的接收器也是OLT的一部分。即在第一实施例中，基于时间透镜的光学处理器将在OLT中生成的TDM信号转换为通常具有低波特率的多个WDM信道。这些可以直接被解复用，例如，通过常规的无源AWG，并以低的固定损耗(通常小于4dB损耗)发送到用户侧上的单个光网络单元(ONU)。在单个ONU侧处，单独的WDM信道可以由基本速率接收器接收，从而获得更好的接收器灵敏度，对于32个用户而言，通常约为10dB。这可以以比迄今为止已知的功耗更低的功耗来实现。通过引入WDM概念，可以进一步增加时间透镜PON的容量。当前公开的时间透镜原理的应用可以使得光接入通信网络上的数据速率提高大约10倍，比现有技术解决方案更具成本效益和能源效率。通过将光学时间透镜原理应用于PON系统，可以实现点对多点、少数点对多点和多点对多点方案。特别地，当前公开的OLT结构允许从单个TDM信号源生成大量的WDM信道，实际上，可以对本文提出的PON的时间透镜OFT方法进行调节，使得TDM信号中的所有单个信号都可以被转换为WDM信号中的特定的波长，并且这可以在较宽的波长间隔内提供，例如整个C波段(1530至1565nm)、L波段(1565-1620nm)或C+L波段或其部分。所有生成的WDM信道的频率可以相互频率锁定，并且可以通过OFT调节频率网格以及波长分配，而无需像传统WDMPON那样单独控制所有激光频率，即与传统的WDMPON相比更简单。使用当前公开的方法，长距离PON也获得更高的色散容限和更大的功率预算。凭借这些优势，在150km40-split(分裂)的未放大的SMF设备上展示了40Gbit/sPON下行传输，该设备具有单载波OOK发送器和低成本的基于10GHzAPD的接收器，实现了针对BER＝3x10-6的51.5dB(35.5dB/ch)的功率预算，请参见示例1。同时，同一系统使用光学TDM技术在100-km64-split的未放大光纤设备上实现了128Gb/sPON，在波长控制和系统吞吐量方面显示了该提出方案的高度灵活性和可扩展性。当前的OLT结构和PON架构在波长分配方面具有高度的灵活性，因为它可以通过在时域中编码(重新映射)TDM信号来以亚纳秒调节信号波长，而无需调节光源的实际波长。TDM信号中的每个单独信号都可以映射到WDM信号中的特定波长。因此，本专利技术不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无源光网络的光线路终端，包括：/n-至少一个发送器，用于生成时分多路复用下行光数据信号；/n-第一时间透镜光信号处理器，被配置为将下行时分多路复用信号转换为下行波分多路复用信号，以分配给多个用户；以及/n-至少一个接收器，用于接收和处理来自用户的上行信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170905 EP 17189434.81.一种用于无源光网络的光线路终端，包括：
-至少一个发送器，用于生成时分多路复用下行光数据信号；
-第一时间透镜光信号处理器，被配置为将下行时分多路复用信号转换为下行波分多路复用信号，以分配给多个用户；以及
-至少一个接收器，用于接收和处理来自用户的上行信号。


2.根据权利要求1所述的光线路终端，还包括：第二时间透镜光信号处理器，被配置为将从所述用户接收的上行波分多路复用信号转换为上行时分多路复用信号；以及至少一个时分多路复用接收器，用于对所述上行时分多路复用信号进行解复用和处理。


3.根据前述权利要求中的任一项所述的光线路终端，其中，所述第一时间透镜光信号处理器包括色散为D＝β2L的色散介质，随后是具有调频斜率K＝1/D的相位调制元件，其优选地是二次相位调制元件，并且其中所述第二时间透镜光信号处理器包括具有调频斜率K＝1/D的相位调制元件，其优选地是二次相位调制元件，随后是色散为D＝β2L的色散介质。


4.根据权利要求3所述的光线路终端，其中，在所述下行时分多路复用信号的时域中提供预定的最小保护间隔量，所述预定的最小保护间隔量与信号带宽Δλ、色散D、以及相位调制窗口之间的间隙Tg相关，它们之间的关系遵循：



其中c是光速，λ是信号波长。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的光线路终端，其中，所述第一时间透镜光信号处理器和/或所述第二时间透镜光信号处理器包括由色散介质以K-D-K配置分开的两个相位调制级，优选地是二次相位调制级。


6.根据权利要求4所述的光线路终端，其中，在具有线性调频斜率K1的第一相位调制级中，在具有线性调频斜率K2的第二相位调制级中，其中，在色散介质中，D＝β2L，其中β2为二阶色散，L为长度，使得K1＝K2＝1/D，并且其中调频斜率K根据Δt＝2πΔf/K确定所述时域和频域之间的缩放因子。


7.根据前述权利要求中的任一项所述的光线路终端，其中，所述发送器包括多波长时分波分多路复用阵列，被配置为在M个不同波长处生成时分多路复用的下行光信号，并且其中，M小于下行波分多路复用信号中信号波长的数量N。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：关鹏宇，L·K·奥克森洛，
申请(专利权)人：丹麦科技大学，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK