用於無源光網絡的電子點到多點中繼器的製作方法
2023-07-24 04:19:26 2
專利名稱：用於無源光網絡的電子點到多點中繼器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於無源光網絡(PON)的電子點到多點(PTMP)
中繼器。
背景技術：
關於有效的光纖入戶的架構的早期工作在20世紀90年代由全 業務接入網絡(FSAN)工作組完成，該工作組主要由電信服務提供 商和系統銷售商組成。國際電信聯盟(ITU)做了進一步的工作，並 且自那時起對兩代無源光網絡進行了標準化。PON是一種點到多點、 光纖入戶網絡架構，其中無供電的無源光分路器用於使得單個光纖 能夠服務多個住戶，通常為32到128個。PON包括服務提供商的中 央局處的光線路終端(OLT)以及端用戶附近的多個光網絡單元 (ONU)或光網絡終端(ONT) 。 PON配置相比於點到點(PTP) 架構降低了所需的光纖和中央局設備的數量。
向共享單個饋送光纖的每個住戶廣播PON中的下行信號。基於 時分多址(TDMA )使用多址接入控制(MAC )協議合併上行信號。 OLT配置服務的ONT，從而為上行通信提供時隙分配。
已經規定了各種PON架構。APON(ATM無源光網絡)是第一 個無源光網絡標準，APON主要用於商業應用並且基於ATM。 BPON (寬帶PON)是基於APON的標準。BPON增加了對於經由WDM 在獨立的光信道上提供的附加的RF視頻服務、動態和更高的上行帶 寬分配以及生存性(survivability)的支持。其還在OLT和ONU/ONT 之間創建了稱作OMCI的標準管理接口 ，該接口支持多銷售商網絡。 GPON (吉比特PON)是BPON標準的演進，支持更高的速率、增 強的安全性以及對層2協議(ATM、 TDM和經由GEM的乙太網)
4的選擇。此外，IEEE在2004年發布了乙太網PON(EPON或GEPON ) 標準，作為乙太網第一裡項目的一部分。EPON使用具有對稱的上行 和下行速率的每秒1千兆比特的標準乙太網幀。
ITU-T G.984 GPON標準通過使用大的、可變長度分組而在總帶 寬和帶寬效率兩方面中都表現出改進。該標準允許多種比特率選擇， 但是工業上聚集於下行帶寬每秒2，488兆比特(Mbit/s),以及上行 帶寬每秒1，244 Mbit/s。為了在使用64路光學分路器時在超過20 km 的距離上允許該帶寬，需要28 dB的苛刻的光學預算。
GPON利用波分復用(WDM)，在單個標準單模光纖(ITU-T G.652 )上，針對下行業務使用一個波長並且針對上行業務使用另一 個波長。規範要求在1490 ( ±10)納米(nm)波長上傳輸下行業務 並且在1310 ( ±50) nm上傳輸上行業務。1550 nm波帶分配給可選 的覆蓋業務，該業務通常是RF視頻(在1550-1560 nm範圍中)。 而且，GPON是共享網絡，其中OLT發送由所有ONT接收的單個下 行業務流。每個ONT僅讀取尋址於它的那些分組的內容。使用加密 來防止下行業務上的竊聽。
OLT並且尤其是多址接入控制器負責向ONT分配上行帶寬。因 為共享了光分配網絡(ODN ),如果ONT上行傳輸以隨機時間傳輸， 則ONT上行傳輸可能衝突。ONT可以位於離OLT的不同距離處， 這意味著來自每個ONT的傳輸延遲是任意的。OLT測量該延遲並且 經由PLOAM (物理層操作和維護)消息在每個ONT中設置註冊器 來相對於PON上的所有其他ONT均衡其延遲。 一旦已經設置了所 有ONT的延遲，則OLT向各個ONT傳輸所謂的許可。許可是使用 針對上行傳輸的定義的時間間隔的準許。該許可映射(map)每隔幾 毫秒就動態地重新計算。該映射為所有ONT分配帶寬，從而每個 ONT及時地接收針對其業務需求的帶寬。
某些業務-例如POTS (普通老式電話服務)需要基本上不變的 上行帶寬，並且OLT可以向每個已經提供的此類業務提供固定的帶 寬分配。但是大部分數據業務(例如網際網路接入)是突發性的並且
5高度變化的。給定的ONT僅當被分配了時隙並且其需要傳輸時，才 傳輸光分組。儘管根據許可分配算法在OLT處針對單個突發的接收 時間是已知的，但是從一個突發到另 一個突發比特相位仍舊是可變 的和未知的。除了突發模式分組中的隨機比特相位的特徵以外，還 存在關於接收的突發的光功率的問題。由於OLT和ONT之間的鏈 路損耗(由於距離和分路比)是不相同的並且由於ONT傳輸功率通 常可在5dB容差範圍內變化，因此OLT接收的光突發具有不同的功 率。為了解決短時內的相變和功率變化，分別需要使用特定突發模 式時鐘和數據恢復電路(BM-CDR)和突發模式放大器(例如，突 發模式TIA)。而且，BM傳輸模式需要發射器工作在突發模式，並 且此類突發模式發射器需要能夠在短時內開啟和關閉。
上述這些要求，特別是 .高分路比和變化的分路損耗 .OLT和ONT之間長且可變的距離
.在OLT接收器處具有變化的比特相位和光功率的突發業務 導致針對GPON設備所使用的收發器具有相對高的成本，這可能對 基於GPON技術的高帶寬接入的商業成功造成負面影響。隨著新一 代PON針對上行傳輸也可以支持高達10Gbit/s的比特率，這些問題 將變得甚至更有挑戰性。
當前，正在討i侖(例如，在FSAN OAN研究組中)在光幹線(OTL ) 和光分配網絡(ODN)之間添加中跨延長器，該延長器使用分別通 往主幹側(IFT)和通往分配側(IFD)的各個接口；參見圖1。延長 器盒用於增加PON的光功率預算以支持例如延長PON中主幹長度 並且允許更長的距離。延長器盒將位於PON的饋線部分，其具有朝 向OLT的單個光埠 (IFT)以及朝向ONT的單個光埠 ( IFD )。 它們將應用光學放大器(例如，半導體光學放大器(SOA): —個 用於下行， 一個用於上行，以及可選的光學帶通濾波器(OBP); 參見圖2a)或利用光電二極體和雷射二極體以及居間的信號電再生 的光電光(oeo)轉換器(一個oeo轉換器在下行中， 一個oeo轉換器在上行中；參見圖2b)。該解決方案的缺點在於延長器盒的ONT 側仍舊需要處理通常的PON問題高分路損耗(即，很低的光功率 預算)以及上行中的突發操作，因此針對源於不同ONT的突發經歷 光功率的大動態範圍。因而，延長器盒必須包括複雜的光學器件以 及電子器件，它們可以在適應突發模式操作的同時解決(bridge)大 的損耗預算。
PCT申請WO01/50644公開了 一種用於將信號分配到多個用戶 裝置的網絡，其包括具有多個埠的分配單元，以及連接至所述 埠並且適於使所述分配單元的所述多個埠與所述多個用戶裝置 通信的多個光纖線纜，其中所述多個光纖線纜中的至少一個是電終 止的光纜，其包括具有單模光纖的光纜以及機械式並且永久地連接 至所述光纜的端部的光電端部分，並且所述光電端部分包括具有光 埠的光電轉換設備，該光埠與所述單模光纖的 一端光學對準並 且機械地連接至所述單模光纖的此端。
日本專利申請JP2004/247867公開了一種光組播器，其接收光信 號、將光信號轉換為電信號、分發該電信號並且將多個電信號轉換 為光信號。
本發明解決了現有技術的以上問題並且提供了解決方案，從而 通過在OLT和ONT之間包括多埠延長器盒擴大了傳統GPON或 EPON的功率預算。
發明內容
根據本發明的一個方面，PON延長器設備置於PON光學分路器 的位置處，並且在ONT側配備有多個光收發器針對每個傳出光纖 配備一個光收發器。經由其他設備直接或間接連接至OLT的延長器 設備的埠稱作饋線側埠。朝向ONT的網絡側上的延長器盒的端 口稱作分配側埠。在電域而不是在光域中實現分路。PON的每個 下路(或分配)光纖連接至延長器設備的專用光埠。
根據本發明，提供多埠無源光網絡延長器。多埠PON延長器包括光輸入/輸出(IO)埠 ，用於經由光纖連接至PON的饋線側， 例如，光線路終端(OLT);多個光IO埠，用於經由光纖連接至 PON的分配側，例如各個光網絡終端(ONT);以及用於在電域中 將OLT側的10埠連接至多個ONT側的IO埠的電子放大分配網絡。
優選地，PON延長器設備內部不具有PON相關智能(即，沒有 切換或其他層2功能)；在延長器中僅執行層1功能。下行以及上 行方向上的傳入的光信號相對於PON MAC協議透明地分別轉發至 各個相對的IO埠。多埠延長器在IO埠中包括光收發器，用 於接收/發射光信號並且將該光信號轉換為電信號/從電信號轉換為 光信號。延長器設備優選地包括具有分路器/合併器的電子2R中繼 器。其允許放大電信號並且再生其脈沖形狀。多址接入控制經由通 常的PON傳輸匯聚TC層/MAC來執行。延長器盒向PON的各自的 相對端傳輸所有傳入光信號(在下行和上行兩個方向上)。多個延 長器設備也可以級聯以配置更複雜的網絡。
延長器設備也可以包括全3R再生(即，除了 2R放大器中的放 大和脈沖形狀再生之外的時鐘再生)，儘管這需要更複雜的用於上 行信號再生的電子器件。
延長器設備不包括用於OLT和ONT數據的任何交換能力。而是， PON的多址接入控制在OLT和ONT之間使用可用的TC層/MAC過 程和電子器件、以與延長器設備當作是簡單的光功率分路器時完全 相同的方式來執行。
根據本發明，PON的無源光分路器可以全部或僅部分地由多端 口延長器設備代替。在後一情況中，延長器設備的每個光埠繼而 服務PON的較小部分(ONT的子群組)，其以根據GPON已知的 常規方式使用光功率分路，但是具有減小的分路損耗。
進一步提供一種用於延長無源光網絡的方法。該方法包括步驟 從光線路終端接收光輸入信號；將接收的光輸入信號轉換為電輸入 信號；將電輸入信號分路為相同的電輸出信號；向電/光轉換器提供該電輸出信號並且將各個電輸出信號轉換為對應的光輸出信號；以 及將各自光埠上的光輸出信號傳輸到光網絡終端。在下行方向上 傳輸到各個ONT的光輸出信號是相同的。因此，從OLT到ONT的 下行信號在沒有遭受任何(光學)分路損耗的情況下被電分路並且 夯配到ONT。
可以在該方法中執行以下步驟從而電再生信號放大經轉換的 電信號；以及在分路該信號之前再生電子信號的脈衝形狀。這通常 使用限幅電放大器執行。
根據本發明的另一方面，在電域中，通過以下方法步驟合併從 ONT接收的上行信號分別從ONT接收光埠上的光信號；將所述 光信號轉換為電信號；合併該電信號以生成經合併的電信號；將經 合併的電信號轉換為光信號；以及傳輸所述光信號到OLT。
該方法優選地通過將經轉換的電信號放大至通用信號電平；以 及在相加信號之前再生該電信號的脈衝形狀來擴展。
提出的用於在PON中分路的方法使得OLT和ONT光學器件和
物理層電子器件更加簡單，並且因此，比如今更便宜，同時支持在
更長的距離上傳輸並且具有比如今的方法更高的分路因子。然而，
在傳統PON中，光學鏈路是點到多點的拓樸，根據本發明的光學鏈
路是簡單的點到點鏈路，該鏈路具有減小的損耗以及因此對於雷射 光功率和接收器靈敏度要求較不高的規範。即使對於上行中的突發
信號，要求遠不如例如GPON中複雜(仍舊需要，因為延長器不解 決竟爭)，因為每個光學埠都僅連接至單個ONT (或連接至一'J、 群ONT)。因此，突發與突發之間的光功率變化不存在或僅有很小 的改變。
而且，多埠延長器設備延長了 PON的跨距並且允許覆蓋更長 的距離。提出的方法集成了中跨延長器和ODN的無源光分路器，其 支持複雜的PON配置。根據本發明，PON中的光分路器可以由多端 口延長器設備替換並且使得整個物理層更加簡單但仍舊使其保持 "非智能"(即，盒內沒有交換智能)，從而不需要對PONTC層進行額外的修改，並且多埠延長器設備可以被替換入現有網絡並 且與其他現有技術設備混合。
本發明的目的和特徵將從優選實施方式的以下描述中變得明 顯。在下文中，通過參考附圖中示意性地示出的示例性實施方式描
述本發明，附圖中
圖1示出了用於FSAN中所述的PON的中跨延長器(G.984.re);
圖2a示意性地示出了光放大延長器盒架構；
圖2b示意性地示出了具有電子中繼器的延長器盒架構；
圖3示意性地示出了本發明的一種實施方式；
圖4示意性地示出了根據本發明一種實施方式的多埠延長器 設備；
圖5示意性地示出了使用級聯多埠延長器設備的網絡架構；
以及
圖6示意性地示出了混合網絡架構。
具體實施例方式
圖3示意性地示出了本發明的新概念使用多埠延長器代替 PON中的光學分路器。
多埠延長器設備1配置為在OLT 2和ONT 3之間的PON中的 遠程節點(為了簡單起見，在圖3中僅示出一個ONT)。多埠延 長器設備1經由饋線光纖4連接至OLT2並且經由下路光纖5連接 至ONT3。在示出的示例中，下行業務在1490nm上、連續才莫式， 並且上行業務在1310nm上，突發模式。多埠延長器設備l包括 電子分配矩陣6和在單個光纖上1310nm/1490 nm上雙方向^:作的點 到點光收發器7。儘管圖3中示出了 1到4電子分路器1，但是應該
針對突發上行業務的多址接入控制應用網絡層2上的端到端標準GPON協議。延長器設備l中的電信號分配和再生保持在網絡協 議的層1內並且是全透明的，從而PON端點意識不到延長器設備1 的存在。由於在多點延長器中沒有應用交換，因此將下行業務均勻 地分配給所有下路部分，因而所有下路部分承載相同的下行信號。 類似地，到達多埠延長器ONT側埠的所有上行業務被轉發至共 同的饋線光纖。MAC協議管理來自ONT的上行信號突發的定時， 從而避免了饋線光纖上的竟爭以及因此避免了 OLT接收器上的竟 爭。
圖4示意性地示出了延長器設備1的一種實施方式，並且尤其 更詳細地示出了電子分配網絡6。其他電子和/或光部件也可以包括 在延長器設備l中。本發明的電子分路概念允許使用PTP光學模塊 代替現有技術PON中需要的更複雜的PTMP部件。PTMP鏈路具有 關於傳輸功率、接收器靈敏度的苛刻要求，並且必須遵循突發模式 操作。本發明允許建立通常具有對於光學部件不太嚴格的要求的PTP 鏈路。使用PTP鏈路具有以下優勢光學模塊可以是例如小型可插 拔(SFP)類型或其他相對簡單以及便宜的光學標準部件。本發明還 允許集成到高密度封裝中(例如，四方小型加帶狀光纖)。電子分 路以及P TP鏈路顯著地降低了對光學系統部件的要求，從而可以在 OLT中並且更重要地是可以在ONT中應用光學衝莫塊，這些ONT在
PTP光網絡中應用的那些ONT非常類似的規範。僅上行中的突發傳 輸和接收仍舊是特殊的，但是現在相比於傳統GPON,由於光鏈路 的PTP拓樸大大降低了規範。
電子分路和點到點鏈路概念尤其改進了光學部件的功率預算。 PTP鏈路僅要求適中的光學雷射功率。例如，對於下路部分，-lOdBm 光學雷射功率可能就足夠。由於下路鏈路的長度通常較短，可以使 用低成本Fabry-Peror (FP)類型雷射器。OdBm的光學雷射功率對 於饋線部分可能就足夠。優選地，分布式反饋(DFB)類型的雷射 器應用於饋線部分。而且，接收器靈敏度即使對於長饋線也是適中的。-20 dBm的靈敏度在很多情況中將是足夠的，允許在OLT和ONT 處應用低成本PIN光電二極體。當以各種配置使用此網絡時，沒有 因為任意的分路因子而出現問題。PON網絡中經歷的下路部分中的 光學損耗可以在多埠延長器中進行補償，從而來自不同ONT的上 行信號在饋線部分具有相同的功率電平，這顯著簡化了 OLT中需要 的接收器特性。
根據一個實施方式，在電子分配網絡6中執行的電子放大和內 部信號分配包括2R類型的限幅電放大器8 (未示出，是潛在需要用 以驅動連接至電輸出埠的光學模塊的位於電子分配網絡的下路側 的附加電子驅動器放大器)。不執行子模塊的時鐘恢復和計時操作。 上行中不鎖定的突發模式可以要求最小長度的前導碼。因此，電子 部件的複雜性很低，這減少了多埠延長器的成本並且使功耗下降。 提出的電子分路最適於簡單二進位編碼信號，因為在該情況中，不 需要複雜的部件。然而，本發明不限於二進位信號並且也可以應用 於其他調製格式。
由於具有標準中跨延長器盒，如果遠程多埠延長器盒位於街 邊拒子或建築物中，則其電功率通常不是問題。如果設備位於檢修 孔中或杆上，低功耗是優選的，其可以通過小分路因子獲得，即在 盒中配置較少的模塊。
根據本發明的一個方面，具有不同帶寬的光學部件可以在多端 口延長器設備中使用。例如，這允許將在未來帶寬擴展領域中使用 的多埠延長器針對GPON從當前的1.25/2.5 GBps升級到計劃的10 GBps。優選地，已經將電子分配矩陣6和OLT側的光學部分初始配 置為針對10GBps工作，而ONT側埠初始^f吏用較l更宜的1.25/2.5 GBps光學部件。在用戶側需要時，各個埠可以通過替換各個SFP 模塊升級到較高速度。高速模塊以及內部電子電路必須能夠處理多 級信號，因為它們已經通過應用如本申請人的、日期為2007年4月 25日的歐洲專利申請EP 07300984.7中爿^開的比特堆棧的光學調製 而被指定在單個光學信道上同時傳輸2.5GBps和10GBps數據。該方式降低了設備的初始部署成本並且允許隨著增長的需求而逐步升 級，這確保了網絡運營商的投資。
根據本發明的另一實施方式，電子分配網絡6在電域中級聯。 例如，分配網絡6的電埠沒有連接至收發器7,而是連接至另一分 配矩陣6的OLT側埠。因此，可以根據較小的分配矩陣配置大的 電子分配網絡，從而配置例如具有大量埠的電子分路網絡。由於 電域中的分路對於信號質量不具有負面影響(分路損耗由再生放大 器補償)，具有高分路比例的分路器有可能用於PON,而不需要對 光學器件有太多要求。
在下文中討論額外的光網絡架構選項。圖5示意性地示出了根 據本發明的具有級聯多埠延長器設備的網絡架構。所述示例包括 兩個級聯的1到4多埠延長器以連接總共16個ONT。在該架構中， 可獲得根據本發明的電子分路的所有優勢，即，僅使用PTP鏈路。 當然，可以使用不同的級聯方案以及通過使用根據本發明的多點延 長器配置的更複雜的網絡。
圖6示意性地示出了包括根據本發明的多埠延長器設備1的 混合架構。該示例的饋線部分包括OLT和多埠延長器l之間的點 到點光學器件。在下路(drop)部分中，應用附加的無源光分路器 IO來將光信號分配給ONT。在ONT和多埠延長器l之間使用點 到多點光學器件。由於無源光分路器IO處的低分路比例，對於光學 部件的光學要求仍舊是適中的。例如，在圖6的級聯網絡中，僅需 要一個1到4光學分路服務於16個OLT,然而，相比於現有技術的 PON中，將需要一個1到16光學分路。因此，例如來自於不同ONT 的上行信號之間的功率變化量小的多，這使得降低了對於多埠延 長器設備1的ONT側的接收器部件的要求，與之相比傳統OLT接 收器則將具有另外的要求。在饋線部分，僅需要PTP級光學部件。
儘管已經通過參考GPON描述了本發明，但是這僅是示例應用， 並且也可以將該發明性概念應用於其他光網絡。
權利要求
1. 一種多埠無源光網絡PON延長器(1)，包括光輸入/輸出埠，用於經由光纖(4)連接至所述PON的饋線側；多個光輸入/輸出埠，用於經由各條光纖(5)連接至所述PON的分配側；以及電子分配網絡(6)，用於在電域中將所述饋線側的輸入/輸出埠連接至所述多個分配側的輸入/輸出埠，其中，在所述多埠延長器(1)中僅執行層1網絡功能；以及將下行和上行方向上的傳入光信號相對於PON多址接入控制協議透明地轉發至各個相對光輸入/輸出埠。
2. 根據權利要求1所述的多埠 PON延長器(1 ),包括所述 輸入/輸出埠中的光收發器(7)以及所述電子分配網絡(6)中的 至少一個電子2R中繼器(8)。
3. —種無源光網絡，包括至少一個根據權利要求1所述的多端 口延長器(1 )。
4. 根據權利要求3所述的無源光網絡，其中第一多埠延長器 (1)的分配側的輸入/輸出埠連接至第二多埠延長器(1)的饋線側的輸入/輸出埠。
5. —種用於延長無源光網絡PON的方法，包括 從所述PON的饋線側接收光輸入信號；將接收的光輸入信號轉換為電輸入信號； 將所述電輸入信號分路為相同的電輸出信號； 向電/光轉換器提供所述電輸出信號並且將各個電輸出信號轉換 為對應的光輸出信號；以及將各自光埠上的所述光輸出信號傳輸到所述PON的分配側， 其中，傳輸到所述PON的分配側的所述光輸出信號是相同的； 將接收的光輸入信號相對於PON多址接入控制協議透明地轉發 至各個光輸出埠；以及 僅執行層1網絡功能。
6. 根據權利要求5所述的方法，包括 放大經轉換的電信號；以及 在分路所述信號之前再生所述電信號的脈衝形狀。
7. —種用於延長無源光網絡PON的方法，包括 從所述PON的分配側接收光埠上的光信號； 將所述光信號轉換為電信號； 合併所述電信號；將所述經合併的電信號轉換為光信號；以及 在所述PON的饋線側上傳輸所述光信號， 其中，將接收的光信號相對於PON多址接入控制協議透明地轉發至所 述PON的所述饋線側；以及 僅執行層1網絡功能。
8. 根據權利要求7所述的方法，包括 將所述經轉換的電信號放大直至通用信號電平；以及 在將所述信號相加之前再生所述電信號的脈沖形狀。
全文摘要
本發明涉及用於無源光網絡(PON)的電子點到多點中繼器。多埠無源光網絡延長器(1)包括用於經由光纖(4)連接到PON的饋線側的光輸入/輸出埠；用於經由各個光纖(5)連接到PON的分配側的多個光輸入/輸出埠；以及用於在電域中將饋線側的輸入/輸出埠連接到多個分配側的輸入/輸出埠的電子分配網絡(6)。
文檔編號H04B10/27GK101425852SQ200810169790
公開日2009年5月6日 申請日期2008年10月28日 優先權日2007年10月29日
發明者T·普法伊費爾 申請人:阿爾卡特朗訊