[发明专利]一种基于子网扩展的TWDM-PON结构、设备及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及光通信和光网络技术，特别涉及时分与波分混合的无源光网络技术。

背景技术

时分复用-无源光网络(Time Division Multiplexing-Passive Optical Network，TDM-PON)和波分复用-无源光网络(Wavelength Division Multiplexing-Passive Optical Network，WDM-PON)是光接入领域两种重要的技术。在光接入网络速率从10Gbit/s到40Gbit/s演进的过程中，时分-波分复用-无源光网络(Time-Wavelength Division Multiplexing-Passive Optical Network，TWDM-PON)被认为是一种兼具性能和经济性的有效方案，它结合波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)波长维度的资源扩充方法和时分复用(time division multiplexing，TDM)技术带宽分配灵活的优点，形成了一种新型的无源光网络。TWDM-PON的典型结构如图1所述¹，它由局侧的光线路终端(optical line terminal，OLT)、用户侧的光网络单元(Optical Network Unit，ONU)或者光网络终端(Optical Network Terminal，ONT)以及光分配网络(optical distribution network，ODN)组成，现有技术一般从OLT到ONU或者ONT为上行方向，从ONU或者ONT到OLT为下行方向。其中，若ONU直接提供用户端口功能，如个人电脑用的以太网用户端口，则称为ONT。考虑到兼容现有ODN，在ODN中往往仅仅采用光分束器，用于将主干光纤链路分为多个分支光纤链路，达到节约光纤资源的目的，同时每个用户都能够接收到来自OLT的信号，并向OLT发送信号。

2012年，TWDM-PON技术被确定为下一代光接入网络的标准后，世界多个研究机构、知名公司等纷纷对其中的关键技术进行研究。目前，在TWDM-PON的核心光子器件、关键物理层技术和多维信道资源分配等方面，已经有大量的研究成果。由于TWDM-PON技术面向下一代光接入的应用，因此，必须考虑光接入网络总容量、用户数、覆盖面积和信道资源分配等方面要求的变化，同时要结合光子器件的发展水平，研究低成本光子器件、网络与器件低功耗的技术、物理层的光信号传输与处理技术，以及光网络层面的资源优化与配置技术。

在现有的TWDM-PON光接入网络结构中，ONU端可以发送不同波长的上行信号，同时可以接收来自OLT的不同波长的下行信号，因此，必须要采用不同于以往ONU的结构。图2是文献中公布的一种典型的TWDM-PON中ONU结构²，包含激光驱动器(laser driver)、光发射次模块(Transmitter Optical Subassembly，TOSA)、光接收次模块(Receiver Optical Subassembly，ROSA)、线性电放大器(Linear Amplifier，LA)和波分复用器。其中，TOSA包括可调谐DFB光源及控制模块，ROSA包括可调谐光滤波器(tunable filter，TF)、包含APD的光接收机。如果综合看待采用TWDM-PON的光接入网络结构和它的ONU结构，发现它们有如下缺点：

1，在引入大量波长可调谐发射和接收模块后，整个光接入网络的硬件成本增加，甚至有些光学器件由于成本的要求，还很难大量应用于TWDM-PON中，例如可调谐激光器。且用户侧的硬件成本和用户数成正比，随着用户数的增加，成本线性上升。

2，在TWDM-PON的标准中，要求用户数可以达到256，甚至更高，由分光器的分光比决定。而用户数的增加，将会导致上下行链路的光功率预算增加，这对光学器件的要求将会更加严苛。

3，在运营商具体部署TWDM-PON光接入网络的过程中，还必须考虑初期投资不宜过大，投资随着网络用户数的增加而逐步扩大(pay as you grow)等问题。如果采用现有的结构，分光器的分光比在布网时就已经决定，则很难采用其它方法增加网络用户。即使可以更换分光器，但是整个网络的光功率预算和器件选择是按照原有的分光器进行的，因此就存在更换整个网络中ONU的风险。