专利名称：用于无源光网络的电子点到多点中继器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于无源光网络(PON)的电子点到多点(PTMP)
中继器。
背景技术：
关于有效的光纤入户的架构的早期工作在20世纪90年代由全 业务接入网络(FSAN)工作组完成，该工作组主要由电信服务提供 商和系统销售商组成。国际电信联盟(ITU)做了进一步的工作，并 且自那时起对两代无源光网络进行了标准化。PON是一种点到多点、 光纤入户网络架构，其中无供电的无源光分路器用于使得单个光纤 能够服务多个住户，通常为32到128个。PON包括服务提供商的中 央局处的光线路终端(OLT)以及端用户附近的多个光网络单元 (ONU)或光网络终端(ONT) 。 PON配置相比于点到点(PTP) 架构降低了所需的光纤和中央局设备的数量。
向共享单个馈送光纤的每个住户广播PON中的下行信号。基于 时分多址(TDMA )使用多址接入控制(MAC )协议合并上行信号。 OLT配置服务的ONT，从而为上行通信提供时隙分配。
已经规定了各种PON架构。APON(ATM无源光网络)是第一 个无源光网络标准，APON主要用于商业应用并且基于ATM。 BPON (宽带PON)是基于APON的标准。BPON增加了对于经由WDM 在独立的光信道上提供的附加的RF视频服务、动态和更高的上行带 宽分配以及生存性(survivability)的支持。其还在OLT和ONU/ONT 之间创建了称作OMCI的标准管理接口 ，该接口支持多销售商网络。 GPON (吉比特PON)是BPON标准的演进，支持更高的速率、增 强的安全性以及对层2协议(ATM、 TDM和经由GEM的以太网)
4的选择。此外，IEEE在2004年发布了以太网PON(EPON或GEPON ) 标准，作为以太网第一里项目的一部分。EPON使用具有对称的上行 和下行速率的每秒1千兆比特的标准以太网帧。
ITU-T G.984 GPON标准通过使用大的、可变长度分组而在总带 宽和带宽效率两方面中都表现出改进。该标准允许多种比特率选择， 但是工业上聚集于下行带宽每秒2，488兆比特(Mbit/s),以及上行 带宽每秒1，244 Mbit/s。为了在使用64路光学分路器时在超过20 km 的距离上允许该带宽，需要28 dB的苛刻的光学预算。
GPON利用波分复用(WDM)，在单个标准单模光纤(ITU-T G.652 )上，针对下行业务使用一个波长并且针对上行业务使用另一 个波长。规范要求在1490 ( ±10)纳米(nm)波长上传输下行业务 并且在1310 ( ±50) nm上传输上行业务。1550 nm波带分配给可选 的覆盖业务，该业务通常是RF视频(在1550-1560 nm范围中)。 而且，GPON是共享网络，其中OLT发送由所有ONT接收的单个下 行业务流。每个ONT仅读取寻址于它的那些分组的内容。使用加密 来防止下行业务上的窃听。
OLT并且尤其是多址接入控制器负责向ONT分配上行带宽。因 为共享了光分配网络(ODN ),如果ONT上行传输以随机时间传输， 则ONT上行传输可能冲突。ONT可以位于离OLT的不同距离处， 这意味着来自每个ONT的传输延迟是任意的。OLT测量该延迟并且 经由PLOAM (物理层操作和维护)消息在每个ONT中设置注册器 来相对于PON上的所有其他ONT均衡其延迟。 一旦已经设置了所 有ONT的延迟，则OLT向各个ONT传输所谓的许可。许可是使用 针对上行传输的定义的时间间隔的准许。该许可映射(map)每隔几 毫秒就动态地重新计算。该映射为所有ONT分配带宽，从而每个 ONT及时地接收针对其业务需求的带宽。
某些业务-例如POTS (普通老式电话服务)需要基本上不变的 上行带宽，并且OLT可以向每个已经提供的此类业务提供固定的带 宽分配。但是大部分数据业务(例如因特网接入)是突发性的并且
5高度变化的。给定的ONT仅当被分配了时隙并且其需要传输时，才 传输光分组。尽管根据许可分配算法在OLT处针对单个突发的接收 时间是已知的，但是从一个突发到另 一个突发比特相位仍旧是可变 的和未知的。除了突发模式分组中的随机比特相位的特征以外，还 存在关于接收的突发的光功率的问题。由于OLT和ONT之间的链 路损耗(由于距离和分路比)是不相同的并且由于ONT传输功率通 常可在5dB容差范围内变化，因此OLT接收的光突发具有不同的功 率。为了解决短时内的相变和功率变化，分别需要使用特定突发模 式时钟和数据恢复电路(BM-CDR)和突发模式放大器(例如，突 发模式TIA)。而且，BM传输模式需要发射器工作在突发模式，并 且此类突发模式发射器需要能够在短时内开启和关闭。
上述这些要求，特别是 .高分路比和变化的分路损耗 .OLT和ONT之间长且可变的距离
.在OLT接收器处具有变化的比特相位和光功率的突发业务 导致针对GPON设备所使用的收发器具有相对高的成本，这可能对 基于GPON技术的高带宽接入的商业成功造成负面影响。随着新一 代PON针对上行传输也可以支持高达10Gbit/s的比特率，这些问题 将变得甚至更有挑战性。
当前，正在讨i仑(例如，在FSAN OAN研究组中)在光干线(OTL ) 和光分配网络(ODN)之间添加中跨延长器，该延长器使用分别通 往主干侧(IFT)和通往分配侧(IFD)的各个接口；参见图1。延长 器盒用于增加PON的光功率预算以支持例如延长PON中主干长度 并且允许更长的距离。延长器盒将位于PON的馈线部分，其具有朝 向OLT的单个光端口 (IFT)以及朝向ONT的单个光端口 ( IFD )。 它们将应用光学放大器(例如，半导体光学放大器(SOA): —个 用于下行， 一个用于上行，以及可选的光学带通滤波器(OBP); 参见图2a)或利用光电二极管和激光二极管以及居间的信号电再生 的光电光(oeo)转换器(一个oeo转换器在下行中， 一个oeo转换器在上行中；参见图2b)。该解决方案的缺点在于延长器盒的ONT 侧仍旧需要处理通常的PON问题高分路损耗(即，很低的光功率 预算)以及上行中的突发操作，因此针对源于不同ONT的突发经历 光功率的大动态范围。因而，延长器盒必须包括复杂的光学器件以 及电子器件，它们可以在适应突发模式操作的同时解决(bridge)大 的损耗预算。
PCT申请WO01/50644公开了 一种用于将信号分配到多个用户 装置的网络，其包括具有多个端口的分配单元，以及连接至所述 端口并且适于使所述分配单元的所述多个端口与所述多个用户装置 通信的多个光纤线缆，其中所述多个光纤线缆中的至少一个是电终 止的光缆，其包括具有单模光纤的光缆以及机械式并且永久地连接 至所述光缆的端部的光电端部分，并且所述光电端部分包括具有光 端口的光电转换设备，该光端口与所述单模光纤的 一端光学对准并 且机械地连接至所述单模光纤的此端。
日本专利申请JP2004/247867公开了一种光组播器，其接收光信 号、将光信号转换为电信号、分发该电信号并且将多个电信号转换 为光信号。
本发明解决了现有技术的以上问题并且提供了解决方案，从而 通过在OLT和ONT之间包括多端口延长器盒扩大了传统GPON或 EPON的功率预算。
发明内容
根据本发明的一个方面，PON延长器设备置于PON光学分路器 的位置处，并且在ONT侧配备有多个光收发器针对每个传出光纤 配备一个光收发器。经由其他设备直接或间接连接至OLT的延长器 设备的端口称作馈线侧端口。朝向ONT的网络侧上的延长器盒的端 口称作分配侧端口。在电域而不是在光域中实现分路。PON的每个 下路(或分配)光纤连接至延长器设备的专用光端口。
根据本发明，提供多端口无源光网络延长器。多端口PON延长器包括光输入/输出(IO)端口 ，用于经由光纤连接至PON的馈线侧， 例如，光线路终端(OLT);多个光IO端口，用于经由光纤连接至 PON的分配侧，例如各个光网络终端(ONT);以及用于在电域中 将OLT侧的10端口连接至多个ONT侧的IO端口的电子放大分配网络。
优选地，PON延长器设备内部不具有PON相关智能(即，没有 切换或其他层2功能)；在延长器中仅执行层1功能。下行以及上 行方向上的传入的光信号相对于PON MAC协议透明地分别转发至 各个相对的IO端口。多端口延长器在IO端口中包括光收发器，用 于接收/发射光信号并且将该光信号转换为电信号/从电信号转换为 光信号。延长器设备优选地包括具有分路器/合并器的电子2R中继 器。其允许放大电信号并且再生其脉沖形状。多址接入控制经由通 常的PON传输汇聚TC层/MAC来执行。延长器盒向PON的各自的 相对端传输所有传入光信号(在下行和上行两个方向上)。多个延 长器设备也可以级联以配置更复杂的网络。
延长器设备也可以包括全3R再生(即，除了 2R放大器中的放 大和脉沖形状再生之外的时钟再生)，尽管这需要更复杂的用于上 行信号再生的电子器件。
延长器设备不包括用于OLT和ONT数据的任何交换能力。而是， PON的多址接入控制在OLT和ONT之间使用可用的TC层/MAC过 程和电子器件、以与延长器设备当作是简单的光功率分路器时完全 相同的方式来执行。
根据本发明，PON的无源光分路器可以全部或仅部分地由多端 口延长器设备代替。在后一情况中，延长器设备的每个光端口继而 服务PON的较小部分(ONT的子群组)，其以根据GPON已知的 常规方式使用光功率分路，但是具有减小的分路损耗。
进一步提供一种用于延长无源光网络的方法。该方法包括步骤 从光线路终端接收光输入信号；将接收的光输入信号转换为电输入 信号；将电输入信号分路为相同的电输出信号；向电/光转换器提供该电输出信号并且将各个电输出信号转换为对应的光输出信号；以 及将各自光端口上的光输出信号传输到光网络终端。在下行方向上 传输到各个ONT的光输出信号是相同的。因此，从OLT到ONT的 下行信号在没有遭受任何(光学)分路损耗的情况下被电分路并且 夯配到ONT。
可以在该方法中执行以下步骤从而电再生信号放大经转换的 电信号；以及在分路该信号之前再生电子信号的脉冲形状。这通常 使用限幅电放大器执行。
根据本发明的另一方面，在电域中，通过以下方法步骤合并从 ONT接收的上行信号分别从ONT接收光端口上的光信号；将所述 光信号转换为电信号；合并该电信号以生成经合并的电信号；将经 合并的电信号转换为光信号；以及传输所述光信号到OLT。
该方法优选地通过将经转换的电信号放大至通用信号电平；以 及在相加信号之前再生该电信号的脉冲形状来扩展。
提出的用于在PON中分路的方法使得OLT和ONT光学器件和
物理层电子器件更加简单，并且因此，比如今更便宜，同时支持在
更长的距离上传输并且具有比如今的方法更高的分路因子。然而，
在传统PON中，光学链路是点到多点的拓朴，根据本发明的光学链
路是简单的点到点链路，该链路具有减小的损耗以及因此对于激光 光功率和接收器灵敏度要求较不高的规范。即使对于上行中的突发
信号，要求远不如例如GPON中复杂(仍旧需要，因为延长器不解 决竟争)，因为每个光学端口都仅连接至单个ONT (或连接至一'J、 群ONT)。因此，突发与突发之间的光功率变化不存在或仅有很小 的改变。
而且，多端口延长器设备延长了 PON的跨距并且允许覆盖更长 的距离。提出的方法集成了中跨延长器和ODN的无源光分路器，其 支持复杂的PON配置。根据本发明，PON中的光分路器可以由多端 口延长器设备替换并且使得整个物理层更加简单但仍旧使其保持 "非智能"(即，盒内没有交换智能)，从而不需要对PONTC层进行额外的修改，并且多端口延长器设备可以被替换入现有网络并 且与其他现有技术设备混合。
本发明的目的和特征将从优选实施方式的以下描述中变得明 显。在下文中，通过参考附图中示意性地示出的示例性实施方式描
述本发明，附图中
图1示出了用于FSAN中所述的PON的中跨延长器(G.984.re);
图2a示意性地示出了光放大延长器盒架构；
图2b示意性地示出了具有电子中继器的延长器盒架构；
图3示意性地示出了本发明的一种实施方式；
图4示意性地示出了根据本发明一种实施方式的多端口延长器 设备；
图5示意性地示出了使用级联多端口延长器设备的网络架构；
以及
图6示意性地示出了混合网络架构。
具体实施例方式
图3示意性地示出了本发明的新概念使用多端口延长器代替 PON中的光学分路器。
多端口延长器设备1配置为在OLT 2和ONT 3之间的PON中的 远程节点(为了简单起见，在图3中仅示出一个ONT)。多端口延 长器设备1经由馈线光纤4连接至OLT2并且经由下路光纤5连接 至ONT3。在示出的示例中，下行业务在1490nm上、连续才莫式， 并且上行业务在1310nm上，突发模式。多端口延长器设备l包括 电子分配矩阵6和在单个光纤上1310nm/1490 nm上双方向^:作的点 到点光收发器7。尽管图3中示出了 1到4电子分路器1，但是应该
针对突发上行业务的多址接入控制应用网络层2上的端到端标准GPON协议。延长器设备l中的电信号分配和再生保持在网络协 议的层1内并且是全透明的，从而PON端点意识不到延长器设备1 的存在。由于在多点延长器中没有应用交换，因此将下行业务均匀 地分配给所有下路部分，因而所有下路部分承载相同的下行信号。 类似地，到达多端口延长器ONT侧端口的所有上行业务被转发至共 同的馈线光纤。MAC协议管理来自ONT的上行信号突发的定时， 从而避免了馈线光纤上的竟争以及因此避免了 OLT接收器上的竟 争。
图4示意性地示出了延长器设备1的一种实施方式，并且尤其 更详细地示出了电子分配网络6。其他电子和/或光部件也可以包括 在延长器设备l中。本发明的电子分路概念允许使用PTP光学模块 代替现有技术PON中需要的更复杂的PTMP部件。PTMP链路具有 关于传输功率、接收器灵敏度的苛刻要求，并且必须遵循突发模式 操作。本发明允许建立通常具有对于光学部件不太严格的要求的PTP 链路。使用PTP链路具有以下优势光学模块可以是例如小型可插 拔(SFP)类型或其他相对简单以及便宜的光学标准部件。本发明还 允许集成到高密度封装中(例如，四方小型加带状光纤)。电子分 路以及P TP链路显著地降低了对光学系统部件的要求，从而可以在 OLT中并且更重要地是可以在ONT中应用光学冲莫块，这些ONT在
PTP光网络中应用的那些ONT非常类似的规范。仅上行中的突发传 输和接收仍旧是特殊的，但是现在相比于传统GPON,由于光链路 的PTP拓朴大大降低了规范。
电子分路和点到点链路概念尤其改进了光学部件的功率预算。 PTP链路仅要求适中的光学激光功率。例如，对于下路部分，-lOdBm 光学激光功率可能就足够。由于下路链路的长度通常较短，可以使 用低成本Fabry-Peror (FP)类型激光器。OdBm的光学激光功率对 于馈线部分可能就足够。优选地，分布式反馈(DFB)类型的激光 器应用于馈线部分。而且，接收器灵敏度即使对于长馈线也是适中的。-20 dBm的灵敏度在很多情况中将是足够的，允许在OLT和ONT 处应用低成本PIN光电二极管。当以各种配置使用此网络时，没有 因为任意的分路因子而出现问题。PON网络中经历的下路部分中的 光学损耗可以在多端口延长器中进行补偿，从而来自不同ONT的上 行信号在馈线部分具有相同的功率电平，这显著简化了 OLT中需要 的接收器特性。
根据一个实施方式，在电子分配网络6中执行的电子放大和内 部信号分配包括2R类型的限幅电放大器8 (未示出，是潜在需要用 以驱动连接至电输出端口的光学模块的位于电子分配网络的下路侧 的附加电子驱动器放大器)。不执行子模块的时钟恢复和计时操作。 上行中不锁定的突发模式可以要求最小长度的前导码。因此，电子 部件的复杂性很低，这减少了多端口延长器的成本并且使功耗下降。 提出的电子分路最适于简单二进制编码信号，因为在该情况中，不 需要复杂的部件。然而，本发明不限于二进制信号并且也可以应用 于其他调制格式。
由于具有标准中跨延长器盒，如果远程多端口延长器盒位于街 边拒子或建筑物中，则其电功率通常不是问题。如果设备位于检修 孔中或杆上，低功耗是优选的，其可以通过小分路因子获得，即在 盒中配置较少的模块。
根据本发明的一个方面，具有不同带宽的光学部件可以在多端 口延长器设备中使用。例如，这允许将在未来带宽扩展领域中使用 的多端口延长器针对GPON从当前的1.25/2.5 GBps升级到计划的10 GBps。优选地，已经将电子分配矩阵6和OLT侧的光学部分初始配 置为针对10GBps工作，而ONT侧端口初始^f吏用较l更宜的1.25/2.5 GBps光学部件。在用户侧需要时，各个端口可以通过替换各个SFP 模块升级到较高速度。高速模块以及内部电子电路必须能够处理多 级信号，因为它们已经通过应用如本申请人的、日期为2007年4月 25日的欧洲专利申请EP 07300984.7中爿^开的比特堆栈的光学调制 而被指定在单个光学信道上同时传输2.5GBps和10GBps数据。该方式降低了设备的初始部署成本并且允许随着增长的需求而逐步升 级，这确保了网络运营商的投资。
根据本发明的另一实施方式，电子分配网络6在电域中级联。 例如，分配网络6的电端口没有连接至收发器7,而是连接至另一分 配矩阵6的OLT侧端口。因此，可以根据较小的分配矩阵配置大的 电子分配网络，从而配置例如具有大量端口的电子分路网络。由于 电域中的分路对于信号质量不具有负面影响(分路损耗由再生放大 器补偿)，具有高分路比例的分路器有可能用于PON,而不需要对 光学器件有太多要求。
在下文中讨论额外的光网络架构选项。图5示意性地示出了根 据本发明的具有级联多端口延长器设备的网络架构。所述示例包括 两个级联的1到4多端口延长器以连接总共16个ONT。在该架构中， 可获得根据本发明的电子分路的所有优势，即，仅使用PTP链路。 当然，可以使用不同的级联方案以及通过使用根据本发明的多点延 长器配置的更复杂的网络。
图6示意性地示出了包括根据本发明的多端口延长器设备1的 混合架构。该示例的馈线部分包括OLT和多端口延长器l之间的点 到点光学器件。在下路(drop)部分中，应用附加的无源光分路器 IO来将光信号分配给ONT。在ONT和多端口延长器l之间使用点 到多点光学器件。由于无源光分路器IO处的低分路比例，对于光学 部件的光学要求仍旧是适中的。例如，在图6的级联网络中，仅需 要一个1到4光学分路服务于16个OLT,然而，相比于现有技术的 PON中，将需要一个1到16光学分路。因此，例如来自于不同ONT 的上行信号之间的功率变化量小的多，这使得降低了对于多端口延 长器设备1的ONT侧的接收器部件的要求，与之相比传统OLT接 收器则将具有另外的要求。在馈线部分，仅需要PTP级光学部件。
尽管已经通过参考GPON描述了本发明，但是这仅是示例应用， 并且也可以将该发明性概念应用于其他光网络。
权利要求
1. 一种多端口无源光网络PON延长器(1)，包括光输入/输出端口，用于经由光纤(4)连接至所述PON的馈线侧；多个光输入/输出端口，用于经由各条光纤(5)连接至所述PON的分配侧；以及电子分配网络(6)，用于在电域中将所述馈线侧的输入/输出端口连接至所述多个分配侧的输入/输出端口，其中，在所述多端口延长器(1)中仅执行层1网络功能；以及将下行和上行方向上的传入光信号相对于PON多址接入控制协议透明地转发至各个相对光输入/输出端口。
2. 根据权利要求1所述的多端口 PON延长器(1 ),包括所述 输入/输出端口中的光收发器(7)以及所述电子分配网络(6)中的 至少一个电子2R中继器(8)。
3. —种无源光网络，包括至少一个根据权利要求1所述的多端 口延长器(1 )。
4. 根据权利要求3所述的无源光网络，其中第一多端口延长器 (1)的分配侧的输入/输出端口连接至第二多端口延长器(1)的馈线侧的输入/输出端口。
5. —种用于延长无源光网络PON的方法，包括 从所述PON的馈线侧接收光输入信号；将接收的光输入信号转换为电输入信号； 将所述电输入信号分路为相同的电输出信号； 向电/光转换器提供所述电输出信号并且将各个电输出信号转换 为对应的光输出信号；以及将各自光端口上的所述光输出信号传输到所述PON的分配侧， 其中，传输到所述PON的分配侧的所述光输出信号是相同的； 将接收的光输入信号相对于PON多址接入控制协议透明地转发 至各个光输出端口；以及 仅执行层1网络功能。
6. 根据权利要求5所述的方法，包括 放大经转换的电信号；以及 在分路所述信号之前再生所述电信号的脉冲形状。
7. —种用于延长无源光网络PON的方法，包括 从所述PON的分配侧接收光端口上的光信号； 将所述光信号转换为电信号； 合并所述电信号；将所述经合并的电信号转换为光信号；以及 在所述PON的馈线侧上传输所述光信号， 其中，将接收的光信号相对于PON多址接入控制协议透明地转发至所 述PON的所述馈线侧；以及 仅执行层1网络功能。
8. 根据权利要求7所述的方法，包括 将所述经转换的电信号放大直至通用信号电平；以及 在将所述信号相加之前再生所述电信号的脉沖形状。
全文摘要
本发明涉及用于无源光网络(PON)的电子点到多点中继器。多端口无源光网络延长器(1)包括用于经由光纤(4)连接到PON的馈线侧的光输入/输出端口；用于经由各个光纤(5)连接到PON的分配侧的多个光输入/输出端口；以及用于在电域中将馈线侧的输入/输出端口连接到多个分配侧的输入/输出端口的电子分配网络(6)。
文档编号H04B10/27GK101425852SQ200810169790
公开日2009年5月6日 申请日期2008年10月28日 优先权日2007年10月29日
发明者T·普法伊费尔 申请人:阿尔卡特朗讯