專利名稱：上行鏈路和下行鏈路信號傳輸?shù)耐M波長的使用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用光正交頻分多路復用(OOFDM)收發(fā)器的信號傳輸領域以及在波長多路復用-無源光網(wǎng)(WDM-PON)中上行鏈路和下行鏈路信號傳輸?shù)耐M波長的使用。
背景技術：
WDM-PON已經(jīng)被認為是向最終顧客提供寬帶服務的有前途解決方案，因為如例如 Grobe 和 Elbers (K. Grobe 和 J.-P. Elbers，在 IEEE Commun. Mag.vol. 46，no. 1，pp. 26-34，2008 中)或 Shumate (P. W. Shumate 在 J. Lightwave Technol.，vol26, no. 9，pp. 1093-1103，2008中)所描述，它們提供了諸如，例如，保證寬帶寬的高質量數(shù)據(jù)服務、大分配比，延長的傳輸距離、聚合的業(yè)務回程(traffic backhauling)、簡化的網(wǎng)絡架
構和提高的最終用戶(end user)隱私那樣的幾種杰出功能。如例如Jolley 等 A (N. E. Jolleyj H. Keej R. Richard, J. Tangj K. Cordinaj 在National Fibre Optical Fibre Engineers Conf.，Annaheim，CA，2005 年 3 月 11 日發(fā)表的Paper 0FP3)所公開，使用光正交頻分多路復用(00FDM)技術可以減輕多模光纖(MMF)傳輸鏈路中的光模色散效應是眾所周知的。它也可以有利地用于諸如例如Loweir等 A (A. J. Lowery, L. Duj J. Armstrong,在 National Fibre Optical Fibre EngineersConf· , Annaheimj CA，2006 年 3 月 5 日發(fā)表的 paper PDP39)或 Djordjevic 和 Vasic (I.B. Djordjevic 和 B. Vasicj 在 Opt. express, 14，H29 37673775，2006 中)所述那樣的基于單模光纖(SMF)長途傳輸系統(tǒng)中的色散補償。除此之外，它還提供了包括，例如，有效使用信道頻譜特性、由于充分利用成熟數(shù)字信號處理(DSP)所致的成本劃算性、在頻域和時域兩者中動態(tài)提供混合帶寬分配、和使光網(wǎng)復雜性顯著降低的優(yōu)點。已經(jīng)針對包括諸如例如Masuda 等人(H. Masudaj E. Yamazakij A. Sanoj T.YoshimatsujT. KobayashijE. Yoshidaj Y. Miyamoto,S.Matsuokaj Y.Takatorij Μ.Mizoguchi, K. Okada, K. Hagimoto，T. Yamada，和 S. Kamei，，，13. 5-Tb/s (135xlll-Gb/s/ch)no-guard-interval coherent OFDM transmission over 6248km using SNR maximizedsecond-order DRA in the extended L-band，，，Optical Fibre Communication/NationalFibre Optic Engineers Conference (0FC/NF0EC)，(0SA，2009)，Paper PDPB5)或 Schmidt等人(B. J. C Schmidt，z. zan，LB. Du，和 A. J. LOwery, ” 100 Gbit/s transmission usingsingle-band direct-detection optical OFDM, Optical Fibre Communication/National Fibre Optic Engineers Conference (0FC/NF0EC), (0SA,2009),Paper PDPC3)所述那樣的長程系統(tǒng)，諸如例如 Duong 等人(T. Duong,N. Genay,P. Chanclou,B. Charbonnier,A. Pizzinat，和 R. Brenot，，，Experimental demonstration of 10 Gbit/s for upstreamtransmission by remote modulation of I GHz RSOA using AdaptiVely ModulatedOptical OFDM for WDM-PON single fiber architecture，，，European Conference onOptical Communication (ECOC)，(比利時，布魯塞爾，2008)，PD paper Th. 3. F. I)或 Chow等人(C. -ff. Chow, C. -H. Yeh, C. -H. wang, F. _Y. Shih, C. _L. Pan 和 S. Chi, ”WDM extendedreach passiVe optical networks using OFDM-QAM,，，Optics Expfess,16,12096-12101,2008年7月)所述那樣的城域網(wǎng)，或諸如例如Qian等人(D. Qian, N. Cvijetic, J.Hu, and T. wang,，，108 Gb/s 0FDMA-P0N with polafization multiplexing anddirect-detection,，，Optical Fibre Communication/National Fibre Optic EngineersConference(0FC/NF0EC)，(0SA,2009)，Paper PDPD5)或 Yang 等人(H. Yang, S.C.J. Lee，E. Tangdiongga, F. Breyer, S. Randel, 和 A. M. J. KOOnen,，，40-Gb/s transmissionover lOOmgraded—index plastic optical fibre based on discrete multitonemodulation, " Optical Fibre Communication/National Fibre Optic EngineersConference (0FC/NF0EC) (0SA, 2009), Paper PDPD8)所述那樣的局域網(wǎng)的所有光網(wǎng)情形研究和報告了 00FDM的傳輸性能。 所有現(xiàn)有技術的現(xiàn)有系統(tǒng)都基于使用離線信號處理生成的波形發(fā)送源自任意波形發(fā)生器(AWG)的00FDM信號。在接收器上，通過數(shù)字存儲示波器(DSO)捕獲發(fā)送的00FDM碼元，并離線處理捕獲的00FDM信號，以便恢復接收的數(shù)據(jù)。這樣的離線信號處理途徑未考慮保證實時發(fā)送所需的實際DSP硬件的精確和速度施加的限制。它通過引入提供像如下那樣的優(yōu)點的稱為自適應調制光OFDM (AM00FDM)的信號調制技術得到改進-提高的靈活性、性能魯棒性、傳輸性能和系統(tǒng)兼容性；-高效利用傳輸鏈路的頻譜特性以及自適應非完美系統(tǒng)以及網(wǎng)絡組件；可以在頻域中按照需要修改各個子載波功率和OFDM碼元內(nèi)的位；-使用現(xiàn)有網(wǎng)絡基礎設施；以及-低的安裝和維護成本。例如，Tang等人(J. Tang, PM Lane 和 K. A. Shore 在 IEEE Photon. Technol.Lett, 18，nal, 205-207, 2006 和在 J. Lightw. Technol.，24，n21 , 429-441, 2006 中)或 Tang
ShoreC J. Tang和 K. A. Shore,在 J. Lightw. Technol.，24，2318-2327，2006 中)都對這些作了描述和討論。Tang 和 ShoreCJ. Tang 和 K. A. Shore,在 J. Lightw. Technol. , 25, Π~3,787-798，2007中)還描述了諸如如下那樣的其它方面-與模數(shù)轉換(ADC)有關的信號量化和限幅效果的影響和最佳ADC參數(shù)的確定；-傳輸性能的最大化。一些文獻還公開了可以將相同波長用于下行鏈路和上行鏈路傳輸?shù)南到y(tǒng)。例如，US-A-2006/0093360公開了將兩條分開光纖用于下行鏈路和上行鏈路傳輸?shù)南到y(tǒng)，但未涉及 OFDM 信號傳輸。諸如 Huang 等人(Yin-Hsun Huang ；Gong-Cheng Lin ;Hai_LinWang ；Yi-Hung Lin ；Sun-Chien Ko ；Jy-ffang Liaw ；Gong-Ru Lin, 〃Weak-resonant_cavityFPLD based down-stream amplitude squeezer for injection-locking RSOAtransmitter in DWDM-PON, "Lasers and Electro-Optics, 2009and 2009 Conference onQuantum electronics and Laser Science Conference. CLE0/QELS 2009. Conferenceon, vol., no. ,pp. 1-2，2-42009年6月)那樣的其它發(fā)表論文公開了使用具有特定設計的反射式半導體光放大器(RSOA)來降低下行鏈路信號與上行鏈路信號之間的串擾。但是，只對相對較低信號位速率有效。Takesue等人(Takesue, H. ；Sugie, T. , "Wavelengthchannel data rewrite using saturated SOA modulator for WDM networks withcentralized light sources，"Lightwave Technology, Journal of，vol.21, no. 11，pp. 2546-2556，2003年11月)公開了使用SOA來清潔下行鏈路信號和調制上行鏈路信號，但它不是為 OFDM信號傳輸設計的。Huang等人(Ming-Fang Huang; Jianjun Yu;Hung-ChangChien;Chowdhury, A. ;Chen,J. ;Sien Chi;Gee-Kung Chang, 〃A Simple WDM-PONArchitecture to Simultaneously Provide Triple-play Services by Using OneSingle Modulator, "Optical Fiber communication/National Fiber Optic EngineersConference, 2008. 0FC/NF0EC 2008.Conference on,vol. , no. , pp. 1-3,24-282008年2月)公開了將兩條分開光纖用于下行鏈路和上行鏈路傳輸?shù)南到y(tǒng)并解決了低信號速度傳輸?shù)南到y(tǒng)。Cho 等人(Cho, Seung-Hyun; Lee, Wooram; Park, Mahn Yong; Lee,Jiehyun;Kim,Chulyoung;Jeong, Geon; Kim, Byoungwhi, "Demonstration of BurstAmplified Uplink for RSOA-based WDM/TDM Hybrid PON Systems Using SOA as aMulti-Channel Preamplifier, "Optical Communications, 2006. ECOC 2006.EuropeanConference on, vol. , no. , pp. 1-2, 24-282006年9月)公開了只用于上行鏈路傳輸?shù)南到y(tǒng)。此外，其還在 WDM/TDM PON 架構中使用。Bock 等人(Bock, C. ; Prat, J. ; Walker, S.D. , " Hybrid WDM/TDM PON using the AffG F SR and featuring centralized lightgeneration and dynamic bandwidth allocation, "Lightwave Technology, Journal of,vol. 23，no. 12，pp. 3981-3988，2005年12月)公開了信號單向傳輸，但未使用RSOA而是陣列波導光柵(AWG)。這些文獻都沒有解決下行鏈路信號與上行鏈路信號之間的串擾和反向瑞利(Raleigh)散射效應的兩個重要問題。這兩個因素決定最大可獲得信號傳輸性能。例如，在沒有補償這兩種效應的情況下，可獲得的最大上行鏈路信號位速率在25km上小于7Gb/s。仍然需要顯著改進的技術來進一步提高將同組波長和/或光纖用于上行鏈路和下行鏈路信號傳輸?shù)南到y(tǒng)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是在不修改光網(wǎng)架構的情況下保證改進的輸入/輸出可重新配置性和動態(tài)帶寬分配。本發(fā)明還有一個目的是在WDM-PON中將同組波長用于上行鏈路和下行鏈路信號傳輸。本發(fā)明的進一步目的是在WDM-PON中將相同光纖用于上行鏈路和下行鏈路信號傳輸。本發(fā)明的另一個目的是至少在C頻帶中，在寬波長窗口內(nèi)提供無色光收發(fā)器。本發(fā)明的又一個目的是無需附加硬件地提供傳輸鏈路頻譜失真的預補償。本發(fā)明還有一個目的是降低下行鏈路和上行鏈路傳輸之間的串擾。本發(fā)明還有一個目的是降低反向瑞利散射效應。本發(fā)明的再一個目的是通過優(yōu)化反射式半導體光放大器(RSOA)的工作條件簡化光網(wǎng)單元中收發(fā)器的架構。本發(fā)明還有一個目的是優(yōu)化RSOA的設計。
依照本發(fā)明，像定義在獨立權利要求中那樣實現(xiàn)上述目的。在從屬權利要求中定義了優(yōu)選實施例。


圖I代表本發(fā)明的無源光網(wǎng)的圖。圖2是反射式半導體光放大器(RSOA)的示意圖。圖3代表半導體光放大器(SOA)和具有O. 3和O. 9的后面反射率的反射式半導體光放大器(RSOA)分別有光纖色散和沒有光纖色散使用時作為以km形式表達的傳輸距離的函數(shù)的以Gb/s形式表達的信號線速率。圖4代表對于IOOmA的偏置電流，SOA和分別具有O. 3,0. 6和O. 9的后面反射率
的RSOA作為以dBm形式表達的光輸入功率的函數(shù)的以dB形式表達的光增益。圖5代表對于-IOdBm的注入光功率，SOA和分別具有O. 3，O. 6和O. 9的后面反射率的RSOA作為以mA形式表達的偏置電流的函數(shù)的以dB形式表達的光增益。圖6代表對于+IOdBm的注入光功率，SOA和分別具有O. 3，O. 6和O. 9的后面反射率的RSOA作為以mA形式表達的偏置電流的函數(shù)的以dB形式表達的光增益。圖7代表將RSOA用作強度調制器的無色實時光正交頻分多路復用(OOFDM)傳輸?shù)膶嶒炏到y(tǒng)裝置。圖8a代表5種不同情形作為以MHz形式表達的頻率的函數(shù)的以dB形式表達的歸一化功率1)只有RSOA ;2)只存在DAC頻率響應的電模擬背靠背配置；3)RS0A和DAC的綜合貢獻；4)從發(fā)送器中的快速傅立葉逆變換(IFFT)到接收器中的快速傅立葉變換(FFT)的光背靠背配置；以及5)整個25km傳輸系統(tǒng)。圖8b代表光背靠背配置和25km SSMF配置在1550nm的波長上作為以MHz形式表達的頻率的函數(shù)的以dB形式表達的歸一化發(fā)送和接收子載波功率。它還代表作為頻率的函數(shù)的以％的形式表達的誤差分布。圖9代表光背靠背配置以及波長1535，1540，1550和1560nm在25kmSSMF上的傳輸?shù)奈诲e誤率(BER)性能。
具體實施例方式本發(fā)明公開了將同組波長用于上行鏈路和下行鏈路信號傳輸?shù)幕贠FDM無源光網(wǎng)(PON)架構，包括a)功率分配器；b )每個最終用戶的光耦合器；c)與從b)的光耦合器輸出的信號的用戶部分(fraction)鏈接的光檢測器(photodetector)；d)具有三個端口的光循環(huán)器(circulator)，端口 I用于輸入信號，端口 2用于向RSOA設備發(fā)送信號和接收最終用戶上行鏈路信號以及端口 3用于發(fā)送上行鏈路信號；e)由兩個串聯(lián)SOA或與RSOA或一個反射式半導體光放大器(RSOA)串聯(lián)的一個SOA組成的信號清潔和信號接收設備；以及g)將雙SOA系統(tǒng)的第二個SOA或RSOA與光循環(huán)器的端口 3連接的傳輸線。
在圖I中示出本發(fā)明的PON架構的圖。功率分配器在N個最終用戶之間分配接收的下行鏈路光信號，其中N是2P，P在5與10之間的范圍。通常以及優(yōu)選地，P是6。光耦合器將所分配光信號劃分成發(fā)送給最終用戶的部分和用于上行鏈路傳輸?shù)牟糠?。發(fā)送給最終用戶的部分包含光信號的30到50%，優(yōu)選的是大約40%。其余部分，從50到70%，優(yōu)選的是大約60%的信號被發(fā)送給信號清潔設備。發(fā)送給光循環(huán)器的下行鏈路信號的部分可選地可以通過放置在所述循環(huán)器前面的SOA設備清潔。RSOA設備用于清潔下行鏈路信號并還發(fā)送源自最終用戶的信號。光耦合器商業(yè)上具有多種可能的分配率(split ratio)可用。光檢測器與從光耦合器b)中輸出的信號的最終用戶部分鏈接并將信號發(fā)送給最終用戶。光循環(huán)器具有三個端口，端口 I用于接收輸入、可選地預清潔的信號，端口 2用于向RSOA設備發(fā)送信號和接收來自最終用戶的信號以及端口 3用于發(fā)送上行鏈路信號。進入RSOA設備的下行鏈路電信號優(yōu)選的是在進入設備之前反向，以便降低下行鏈路信號與上行鏈路信號之間的串擾。在按照本發(fā)明的第一實施例中，信號清潔和最終用戶發(fā)送設備由兩個串聯(lián)SOA組成。光放大器是不將光信號首先轉換成電信號地放大光信號的設備。輸入光通過放大器增益介質中的受激發(fā)射放大。在反射式半導體光放大器(RSOA)中，增益介質通過半導體提供。它們具有類似于法布里-珀羅(Fabry-Perot)激光二極管的結構，但它們另外還包括端面上的防反射設計元件。通過包括防反射涂層和/或傾斜波導和/或窗口區(qū)，可以將端面反射降低到小于O. 001%。在這樣的結構中，來自空腔的功率的損失大于增益，從而防止放大器起激光器作用。它們通常從諸如，例如，GaAs/AlGaAs、InP/lnGaAs、InP/lnGaAsP和InP/lnAIGaAs那樣的，包括周期表的第13到15族金屬的化合物中制備的。它們通常工作在O. 85 μ m與I. 6 μ m之間的信號波長上，并且產(chǎn)生到達30dB的增益。需要優(yōu)化SOA的工作條件，以便降低OOFDM傳輸性能的波長依賴性。SOA工作條件的優(yōu)化使得可以生產(chǎn)出不再依賴于波長并因此“無色”的OOFDM發(fā)送器。這是通過調整偏置電流、驅動電流和注入光功率實現(xiàn)的。最佳SOA工作條件是波長相關的。當CW波長增加時，最佳SOA偏置電流減小，而最佳光輸入功率和驅動電流的峰值到峰值功率幾乎保持不變。要求最佳光輸入功率是波長無關的。取得這個結果所需的最佳偏置電流隨波長減小而增大。在SOA強度調制器的輸出端上，可以將時間t的調制光信號的功率和相位寫成Pout (t) =Pin (t) exp [h (t)]，(j50Ut(t)=cl5in(t)-l/2ah(t)，其中，PMt和Φ_( )分別是輸出光信號的功率和相位，而Pin和Φ η( )分別是輸入光信號的功率和相位。h是綜合SOA光增益并且α是線寬增強因子。輸入信號與輸出信號之間的線性關系表明可以不影響SOA強度調制器的傳輸性能地將額外廣播信號和/或承擔鏈路頻譜失真的預補償?shù)男盘栒{制到輸入光信號上。
第一 SOA用于通過工作在增益與輸入功率曲線的非線性部分中清潔信號。信號中的大幅度峰被切斷(cut off)，而小峰被放大，從而得出基本平坦響應曲線。將從第一 SOA輸出的信號發(fā)送給第二 S0A，第二 SOA還接收最終用戶發(fā)送的信號用于上行鏈路傳輸，所述最終用戶信號被疊加在第一 SOA產(chǎn)生的相當平坦響應曲線上。在按照本發(fā)明的第二和優(yōu)選實施例中，用RSOA取代兩個串聯(lián)S0A。由于它們的低成本、小體積、低功耗、整個光纖傳輸窗口的完全覆蓋和大型單片集成能力，反射式半導體光放大器(RSOA)是客戶光網(wǎng)單元(ONU)所非常希望的。它們已經(jīng)用于實現(xiàn)諸如，例如，如下那樣的幾種關鍵WDM-PON功能-如Cho 等人(K. Y. Cho, Y. Takushima,和 YC Chung,在 IEEE Photon. Technol. Lett. vol. 20, no. 18, pp. 1533-1535, 2008 中)或 Omella 等 A ( (M. Omella, V.Po Ιο, J.Lazaro,B. Schrenk 和 J.Prat,在 European Conference on OpticalCommunication (ECOC),比利時,布魯塞爾，2008，發(fā)表的PD Paper Tu. 3. E. 4)所述的信號調制；-如Yeh 等人(C. H. Yeh, C. ff. Chow，C. H. Wang, F. Y. Shih, H. C. Chien,和 S. Chi,在Opt. Express.，vol. 16，no. 16，pp. 12296-12301，2008 中)所述的無色網(wǎng)絡運行；以及-如Lee 等人(W. Lee, Μ. H. Park, S. H. Chao, J. Lee, C. Kim, G. Jeong,和 B. ff. Kim,在 IEEE Photon. Technol. Lett. vol. 17, no. 11, pp. 2460-2462, 2005 中)或 Omella 等A(M. Omella, I. Papagiannakis, B. Schrenk, D. Klonidis, J. A. Lazaro, A. N. Birbas, J.Kikidis, J. Prat,和 I. Tomkos,在 Opt. Express. , vol. 17, no. 7, pp. 5008-5013，2009 中)所述的雙向傳輸網(wǎng)絡架構。在圖2中表示R0SA。Duong 等人(T. Duong, N. Genay, P. Chanclou, B. Charbonnier, A. Pizzinat,和R. Brenot,在European Conference on Optical Communication (ECOC)發(fā)表的，(I匕利時，布魯塞爾，2008)，PD paper Th. 3. F. I)已經(jīng)報告了強度調制和定向檢測(MDD)單模光纖(SMF)上的RSOA強度調制AM00FDM信號的傳輸性能的實驗研究。需要解決諸如影響RSOA性能的物理機制的識別那樣的許多重要問題，以便優(yōu)化RSOA工作條件和設計，從而使傳輸性能以及系統(tǒng)靈活性和魯棒性達到最大。除了正常偏置和驅動電流之外，還可以通過與下行鏈路電OFDM信號成反比的電流偏置RS0A，以便降低上行鏈路信號與下行鏈路信號之間的串擾效應。使用RSOA強度調制誘發(fā)頻率線性調頻脈沖(chirp)來補償標準單模光纖(SMF)的色散也是有利的。如例如Guo 等人(L. Q. Guo,和 M. J. Connelly,在 Optics Communications, voI. 281, no. 17pp. 4470-4473, 2008 中)或 Arellano 和 Prat (C. Arellano,和 J. Prat,在International Conference on Transparent Optical Network (ICTON)，2005 年發(fā)表的.Paper We. Al. 4)所述，由于其低部件成本、高光增益、小噪聲指數(shù)、和大光信號消光比(extinction ratio), RSOA是SOA的極有吸引力替代品。但是，由于它們的較高輸入飽和功率，SOA呈現(xiàn)更好的光線性。如例如Wei等 A (J- L. Wei, A. Hamie, R. P. Giddings,和 J. M. Tang, "Semiconductor opticalamplifier-enabled intensity modulation of adaptively modulated optical OFDMsignals in SMF-based IMDD systems, 〃J. Lightwave Technol. , vol. 27, no. 16, pp. 3679-3689, 2009)或 Wei 等人(J. L. Wei, X. L. Yang, R. P. Giddings 和 J. M. Tang, in Opt. Express ，vol. 17，no. 11，pp. 9012-9027, 2009)所討論，對于WDM-PON，可以將SOA強度調制器用在AM00FDM調制解調器中。這些作者展示了 60km的距離上SOA強度調制AM00FDM信號的無色30Gb/sSMF在1510nm到1590nm的波長上傳輸是可行的。在這個第二實施例中，將RSOA與光循環(huán)器的端口 2鏈接。驅動電流通常范圍在80到120mA之間，優(yōu)選的是大約100mA。如果消光比太大，則發(fā)生造成信號失真的信號削波(clipping)。但是，必須注意到，應用工作在低光輸入功率上的RSOA的好處是可以產(chǎn)生具有與標準SMF的色散參數(shù)引起的符號相反的符號的相當數(shù)量可控負頻率線性調頻脈沖。因此，可以使用這樣的性質來提高固定鏈路功率預算的傳輸能力，或固定傳輸能力的鏈路功率預算。這可以從，例如，對SOA和具有RSOA的后面反射率r的各種數(shù)值的RSOA有和沒有色散的情況作傳輸性能比較的圖3中可以看出。可以看出，在長達IOOkm或更遠的距離上，存在 光纖色散的傳輸能力與沒有光纖色散的情況相比提高了。RSOA負頻率線性調頻脈沖是工作條件的函數(shù)，從而使色散補償可動態(tài)控制。SMF的正頻率線性調頻脈沖與長度成正比。例如，對于80km的典型傳輸距離，存在大約2dB的負功率虧損，這意味著存在2dB的光功率增益。在所有情況下，RSOA工作條件和RSOA設計的優(yōu)化都是非常重要的。在按照本發(fā)明的第三實施例中，清潔和用戶數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)由與RSOA串聯(lián)的第一SOA組成。第二 SOA或RSOA也起將最終用戶生成的信號轉換到光域用于上行鏈路傳輸?shù)淖饔谩Ｈ缓蠼?jīng)由傳輸線發(fā)送到光循環(huán)器的端口 2。對于上行鏈路傳輸，最終用戶生成的00FDM信號用于驅動S0A/RS0A，以便調制注入S0A/RS0A中的下行鏈路光信號。重新調制光信號進入光循環(huán)器的端口 2中，然后被耦合到與用于下行鏈路傳輸相同的光纖鏈路。最終用戶為上行鏈路傳輸生成的信號是單帶信號，以便降低反向瑞利散射效應。然后通過與下行鏈路信號同組的波長經(jīng)由光循環(huán)器的端口 3發(fā)送最終用戶信號。本發(fā)明還公開了包含如下步驟的將同組波長用于上行鏈路和下行鏈路傳輸兩者的方法a)配備在N個用戶之間分開下行鏈路信號的功率分配器；b)配備每個最終用戶一個的N個光耦合器；c)在每個光耦合器中，將信號分成2個部分；d)將光信號的第一部分發(fā)送給光檢測器以便獲取電信號，然后發(fā)送給所選最終用戶；e)使下行鏈路電信號反相；f)將光信號的第二部分發(fā)送給具有至少3個端口的光循環(huán)器的端口 I ;g)將從光循環(huán)器的端口 2輸出的信號發(fā)送給由兩個串聯(lián)SOA組成的系統(tǒng)的第一SOA然后發(fā)送給第二 S0A，或將信號發(fā)送給由與RSOA串聯(lián)的SOA組成的系統(tǒng)的SOA然后發(fā)送給RSOA ；h)將步驟e)的反相下行鏈路電信號發(fā)送給RSOA或第二 SOA ；
i)將源自所選最終用戶的單帶信號疊加在第二 SOA或RSOA的干凈信號上；j)經(jīng)由傳輸線將所述所選最終用戶信號發(fā)送給光循環(huán)器的端口 2 ;以及k)使用與用于下行鏈路信號相同的路線，經(jīng)由所述光循環(huán)器的端口 3發(fā)送進入光循環(huán)器的端口 2的上行鏈路信號。優(yōu)化SOA和RSOA并選擇SOA或RSOA的工作條件以便工作在增益相對于輸入光功率恒定的區(qū)域中。另外，調制功率輸入以便在接收端達到最佳振幅。眾所周知，低頻載波具有極小損失，而高頻載波遭受極大損失。在接收端上，由于其低振幅范圍，信號在低頻上被截止，只在高頻上可檢測。為了補償那個問題，調制輸入功率以便在低頻上提供低振幅。所述輸入功率朝著高頻逐漸增大。在圖8b中示出這種行為。 后向瑞利散射和上行鏈路信號與下行鏈路信號之間的串擾這兩個主要問題已經(jīng)分別通過使用上行鏈路單帶信號和使下行鏈路電信號反相得到顯著降低。例子例 I在圖2中示出長度L的空腔的RSOA強度調制器的示意圖。將高反射性涂層施加在后面上，而使前面的涂層類似于SOA的涂層。后面的反射率用符號r表示。已經(jīng)研究了就光增益特性對RSOA和SOA性能作了比較，其中時間t的光增益Gksqa和Gsm分別定義如下Gesoa (t) =Pout (t)/Pin O 以及Gsoa (t) =P+Z=L (t) /Pin (t),其中，Pout, Pil^P P+分別是輸出光信號，輸入光信號和向前傳播光信號的功率。在圖4中表示SOA和具有各種后面反射率值的RSOA的作為連續(xù)波(CW)光輸入功率的函數(shù)的計算光增益。在圖4中針對-IOdBm的注入光功率以及在圖6中針對+IOdBm的注入光功率用曲線表示SOA和具有各種后面反射率值的RSOA的作為偏置電流的函數(shù)的計算光增益。施加了具有40mA的固定峰到峰(PTP)數(shù)值的IOGHz正弦電驅動電流。從圖4，5和6中可以看出，RSOA和SOA具有相似的光增益演化趨勢，但存在出現(xiàn)在特定工作條件下的光增益差異。如圖4所示，對于小于-IOdBm的光輸入功率，RSOA具有高于SOA的光增益,所述增益隨后面反射率增大而增大。該行為在與大于IOdBm的輸入功率相對應的強飽和區(qū)中顛倒。Ml在按照本發(fā)明的另一個例子中，已經(jīng)在25km標準單模光纖(SSMF)上以7. 5Gb/s的無色實時端到端光正交頻分多路復用(OFDM)傳輸中評估了 I GHz RSOA強度調制器的性能。在圖7中示出實驗裝置。除了用RSOA替代強度調制器之外，如Giddings等人(R. P. Giddings, X. Q. Jin和J.M.Tang in Opt. Express, 17, 2009)所述，選擇了包括實時數(shù)字信號處理(DSP)、信道估計、碼元同步、位錯誤率(BER)測量和在線性能監(jiān)視的Altera Stratix II GX基于場可編程門陣列(FPGA)OOFDM收發(fā)器架構。每個子載波上的數(shù)字振幅是在線可調的。在正頻率倉(frequency bin)中15個傳送數(shù)據(jù)占用了 32個子載波。假設每個OOFDM碼元40個樣本，使用8-樣本循環(huán)前綴。將內(nèi)部系統(tǒng)時鐘設置成100MHz，以及并行信號處理途徑導致IOOMHz碼元速率。以4GS/s進行8-位數(shù)模轉換/模數(shù)轉換(DAC/ADC)，產(chǎn)生2GHz信號帶寬。在所有承載15個信息的子載波采用16-QAM。OOFDM收發(fā)器產(chǎn)生7. 5Gb/s的原始信號位速率，其中6Gb/s用于傳送用戶數(shù)據(jù)。連續(xù)波(CW)光波由可調諧激光源供應，然后通過具有可調光輸出功率的摻鉺光纖放大器(EDFA)、多路復用器和具有I. 4dB插入損失的光循環(huán)器。然后，以5dBm的光功率注入具有I. 125GHz的電調制帶寬的RSOA中。使2GHz 2. IV峰到峰電模擬實時OFDM信號和84mA DC偏置電流饋入6GHz帶寬偏置器中，以便調制RSOA中的CW光波。然后通過具有5dB損失的25kmSSMF發(fā)送調制實時OOFDM信號。在接收器上，在通過多路分解器、可變光衰減器和3dB耦合器之后，應用具有-17dBm的接收靈敏度的12GHz PIN+TIA光檢測器將發(fā)送的OOFDM信號轉換到電域以便數(shù)據(jù)恢復。RSOA驅動和偏置電流以及5dBm CW光功率是在數(shù)據(jù)傳輸期間通過參數(shù)優(yōu)化獲得
的最佳值。這些參數(shù)值對于C頻帶內(nèi)的光波長保持基本不變。在圖8a中針對不同情形顯示了歸一化到第I子載波的測量頻率響應；I)只有 RSOA ;2)只存在DAC頻率響應的電模擬背靠背配置；3) RSOA和DAC的綜合貢獻；4)從發(fā)送器中的IFFT到接收器中的FFT的光背靠背配置；以及5)整個25km傳輸系統(tǒng)。從該圖中可以看出，25km系統(tǒng)頻率響應在彳目號譜區(qū)內(nèi)裳減了 26dB。那種快速滾降主要歸因于三個因素DAC，由于其輸入濾波；RS0A，由于其窄調制帶寬；以及信號頻譜失真，由于動態(tài)RSOA頻率線性調頻脈沖效應,如Wei等人(J. L. Wei, X. Y. Yang, R. P. Giddings和J. M. Tang in Opt. Express, 17，9012-9027, 2009)所討論，所述失真對工作條件非常敏感?？梢杂^察到，在相等功率負載下，在FFT的輸出端上低頻子載波的復值溢出8-位帶符號值的范圍，高頻子載波的星座(constellation)點開始合并在一起，導致總測量信道BER 差于 I. 0X10'對于光背靠背和25km SSMF傳輸情況，在圖Sb中示出了可變功率負載技術的實現(xiàn)方式和有效性。都歸一化到第I子載波、發(fā)送器中的可變功率負載子載波功率和接收器中信道均衡之前的接收子載波功率被顯示成頻率的函數(shù)。在相同曲線圖上還顯示了誤差分布。調整發(fā)送器中的每個子載波的數(shù)字子載波振幅，以便保證在所有子載波上都小于10%的大致均勻BER分布。另外，還使總信道BER最小。在優(yōu)化了子載波振幅分布和RSOA工作條件之后，在圖9中針對不同波長示出了在00FMD信號的實時7. 5Gb/s 25km上SSMF端到端傳輸?shù)腂ER性能?？梢钥闯?，對于跨過C頻帶的所有長波，BER小于1.0X 10_3，并且實現(xiàn)了小于2dB的功率虧損，表明實時基于RSOA收發(fā)器能夠支持無色運行。在圖9中觀察到的功率虧損隨著光波長減小的陡然下降可以通過RSOA調制信號的消光比的短波長引起增大來解釋。
權利要求
1.一種將同組波長用于上行鏈路和下行鏈路信號傳輸?shù)牡臒o源光網(wǎng)(PON)架構，其包含 a)功率分配器； b)每個最終用戶的光耦合器； c)與從步驟b)的光耦合器輸出的信號的用戶部分鏈接的光檢測器； d)具有三個端口的光循環(huán)器，端口I用于輸入信號，端口 2用于向RSOA設備發(fā)送信號和接收最終用戶上行鏈路單帶信號以及端口 3用于發(fā)送上行鏈路信號； e)由兩個串聯(lián)S0A，或與RSOA或一個反射式半導體光放大器(RSOA)串聯(lián)的SOA組成的信號清潔和信號接收設備； f)將雙SOA系統(tǒng)的第二個SOA或RSOA與光循環(huán)器的端口3連接的傳輸線。
2.如權利要求I所述的PON架構，其中所述信號清潔和信號接收設備由兩個串聯(lián)S0A，或與RSOA串聯(lián)的SOA組成。
3.如權利要求I所述的PON架構，其中所述信號清潔和信號接收設備由一個RSOA組成。
4.一種通過同組波長將如權利要求I到3的任何一項所述的PON架構用于發(fā)送下行鏈路和上行鏈路信號的方法，其包含如下步驟 a)配備在N個用戶之間分開下行鏈路信號的功率分配器； b)配備每個最終用戶一個的N個光耦合器； c)在每個光耦合器中，將信號分成2個部分； d)將光信號的第一部分發(fā)送給光檢測器以便產(chǎn)生電信號，然后發(fā)送給所選最終用戶； e)使下行鏈路電信號反相； f)將光信號的第二部分發(fā)送給具有至少3個端口的光循環(huán)器的端口I ; g)將從光循環(huán)器的端口2輸出的光信號發(fā)送給也接收最終用戶發(fā)送的單帶信號的RSOA設備，并且將反相下行鏈路信號發(fā)送給RSOA設備； h)將源自所選最終用戶的單帶信號疊加在干凈信號上； i)經(jīng)由傳輸線將所述所選最終用戶信號發(fā)送給光循環(huán)器的端口2 ； j)使用與用于下行鏈路信號相同的路線，經(jīng)由所述光循環(huán)器的端口 3發(fā)送進入光循環(huán)器的端口 2的上行鏈路信號。
5.如權利要求2所述的方法，其中功率分配器將輸入信號劃分給N個用戶，其中N是2P，P的范圍在5到10之間。
6.如權利要求4或權利要求5所述的方法,其中光稱合器將所分配輸入信號劃分成去往最終用戶的30到50%部分和發(fā)送給光循環(huán)器的50到70%部分。
7.如權利要求6所述的方法，其中光耦合器將所分配輸入信號劃分成去往最終用戶的40%部分和發(fā)送給光循環(huán)器的60%部分。
8.如權利要求4到7的任何一項所述的方法，其中用兩個串聯(lián)SOA或與RSOA連接的SOA取代RS0A，所述兩個串聯(lián)SOA的第一 SOA用于清潔下行鏈路信號，而第二 SOA用于接收最終用戶發(fā)送的信號，并將它加入第一 SOA發(fā)送的干凈信號中。
9.如權利要求4到7的任何一項所述的方法，其中RSOA對于80到120mA，優(yōu)選大約是IOOmA的驅動電流具有峰到峰數(shù)值。
10.如前面權利要求的任何一項所述的方法，其中調制輸入功率以便使振幅隨載波的頻率增大而增大。
11.如權利要求I所述的PON的使用，以便在相同光纖中將同組波長用于下行鏈路和上行鏈路信號傳輸。
12.具有負頻率線性調頻脈沖的RSOA的使用，以便補償標準SMF的色散參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用光正交頻分多路復用收發(fā)器的信號傳輸領域以及下行鏈路和上行鏈路信號傳輸?shù)耐M波長的使用。
文檔編號H04B10/2587GK102823160SQ201080060230
公開日2012年12月12日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權日2009年10月30日
發(fā)明者唐建明, 魏金龍 申請人:班戈大學