专利名称：将上行脉冲模式数据转换为连续模式数据的系统和方法
技术领域：
本发明涉及以太无源光网络(EPON)。更具体地说，本发明涉及配置成在EPON中使用的脉冲模式(burst mode)到连续模式(continuous mode)的转换器。
背景技术：
在传统以太无源光网络中，光线路终端(OLT)以连续模式向多个光网络单元 (ONUs)发送下行数据。这里提到的“连续模式”指的是数据的连续发送。以连续模式接收的数据在本文中被称作“连续模式数据”。然而，ONUs以脉冲模式向OLTs发送“上行”数据。 这里提到的“脉冲模式”指的是数据在短周期性或非周期性的脉冲点发送。以脉冲模式接收的数据在本文中被称作“脉冲模式数据”。在向OLT的发送中使用脉冲模式导致给OLT的交流(AC)耦合电容不断进行充电和放电。不断的充电和放电可以引起数据流的延时。进一步地，由于AC耦合电容不断的充电和放电，具有一个高速工作的，例如IOGHz EPON所需的 IOGHz工作速率的脉冲模式并串转换器/串并转换器(serializer/deserializer，SerDes) 是一个很大的挑战。现在可用的脉冲模式^rDes设计通常工作在1. 25GHz的速率。需要一些方法和系统来克服上述缺陷。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种在无源光网络中将上行脉冲模式数据转换为连续模式数据的系统，包括脉冲模式并串转换器/串并转换器，配置成根据脉冲模式数据发送的起始时间以及从光网络单元到光线路终端间的往返时间从所述光网络单元中恢复时钟和脉冲模式数据，所述脉冲模式数据是由所述光网络单元发送的；以及与所述脉冲模式并串转换器/串并转换器相连的连续模式并串转换器/串并转换器，配置成从所述脉冲模式并串转换器/串并转换器接收所述恢复的时钟和恢复的脉冲模式数据，通过根据所述恢复的时钟缓存且填充所述脉冲模式数据从而将所述脉冲模式数据转换为连续模式数据，并发送所述连续模式数据给所述光线路终端。优选地，所述系统进一步包括与所述连续模式并串转换器/串并转换器、所述光线路终端和所述脉冲模式并串转换器/串并转换器相连的解密器，配置成从所述连续模式并串转换器/串并转换器接收加密的消息、从所述光线路终端接收密钥、利用所述密钥解密所述加密的消息以确定脉冲模式数据发送的起始时间并将所述起始时间发送给所述脉冲模式并串转换器/串并转换器，所述脉冲模式数据是由所述光网络单元发送的。优选地，所述解密器在所述系统靠近所述光线路终端时配置成通过串行通信信道从所述光线路终端接收所述密钥，而在所述系统靠近所述光网络单元时配置成通过边带信道从所述光线路终端接收所述密钥。优选地，所述系统进一步包括
与所述连续模式并串转换器/串并转换器、所述光线路终端以及所述脉冲模式并串转换器/串并转换器相连的往返时间计算器，配置成通过计算所述光线路终端接收 register_receipt消息的时间与所述register_receipt消息中的所述光网络单元的本地时间之间的差值来确定所述光网络单元和所述光线路终端间的往返时间，并将所述往返时间提供给所述脉冲模式并串转换器/串并转换器。优选地，所述往返时间计算器配置成在所述系统靠近所述光线路终端时通过串行通信信道从所述光线路终端接收所述光线路终端接收register—receipt消息的接收时间以及所述光网络单元的本地时间，而在所述系统靠近所述光网络单元时通过边带信道从所述光线路终端接收所述光线路终端接收register—receipt消息的接收时间以及所述光网络单元的本地时间。优选地，所述脉冲模式并串转换器/串并转换器包括锁相环(PLL)，配置成调节所述恢复的时钟的相位并生成调相的时钟，所述恢复的时钟配置成恢复所述脉冲模式数据；与所述锁相环相连的时钟及数据恢复(OTR)单元，配置成根据来自所述锁相环的所述调相的时钟恢复所述脉冲模式数据。优选地，所述连续模式并串转换器/串并转换器包括配置成缓存所述恢复的脉冲模式数据的先入先出队列，其中所述先入先出队列中存储有位于恢复的脉冲模式数据的脉冲点间的预设的比特序列。优选地，所述系统进一步包括电源管理单元，其中所述电源管理单元在所述系统靠近所述光线路终端时配置成利用来自10吉比特小型可插拔连接器(XFP)的能量给所述系统供电。优选地，所述系统在其靠近所述光线路终端时利用标准10吉比特小型可插拔连接器与所述光线路终端连接，而在其靠近所述光网络单元时利用光纤连接器与所述光线路终端连接。根据一个方面，一种在无源光网络中将上行脉冲模式数据转换为连续模式数据的方法，包括确定由光网络单元发送的脉冲模式数据的发送起始时间；确定所述光网络单元到光线路终端间的往返时间；从所述光网络单元接收脉冲模式数据；根据脉冲模式数据的发送起始时间以及从所述光网络单元到所述光线路终端间的往返时间，利用脉冲模式并串转换器/串并转换器恢复时钟和所述脉冲模式数据，所述脉冲模式数据是由所述光网络单元发送的；利用连续模式并串转换器/串并转换器将所述恢复的脉冲模式数据转换为连续模式数据；以及发送所述连续模式数据给所述光线路终端。优选地，所述确定起始时间的步骤包括从所述连续模式并串转换器/串并转换器接收加密的消息；从所述光线路终端接收密钥；利用所述密钥解密所述加密的消息以确定脉冲模式数据的发送起始时间，所述脉冲模式数据是由所述光网络单元发送的；以及 将所述起始时间发送给所述脉冲模式并串转换器/串并转换器。
优选地，所述确定往返时间的步骤包括计算所述光线路终端接收register—receipt消息的时间与所述register receipt消息中的所述光网络单元的本地时间之间的差值；以及将所述往返时间提供给所述脉冲模式并串转换器/串并转换器。优选地，所述恢复的步骤包括调节所述恢复的时钟的相位，所述恢复的时钟配置成恢复所述脉冲模式数据；以及根据所述调相的时钟恢复所述脉冲模式数据。优选地，所述转换的步骤包括缓存所述恢复的脉冲模式数据，且其中存储有位于恢复的脉冲模式数据的脉冲点间的预设的比特序列。根据一个方面，一种在无源光网络中将脉冲模式数据转换为连续模式数据的双速率系统，包括第一脉冲模式并串转换器/串并转换器，配置成以第一数据速率从第一光网络单元接收第一脉冲模式数据，并配置成根据所述第一光网络单元的发送起始时间和所述第一光网络单元与光线路终端间的往返时间恢复第一时钟和所述第一脉冲模式数据；第二脉冲模式并串转换器/串并转换器，配置成以第二数据速率从第二光网络单元接收第二脉冲模式数据，并配置成根据所述第二光网络单元的发送起始时间和所述第二光网络单元与所述光线路终端间的往返时间恢复第二时钟和所述第二脉冲模式数据；与所述第一和第二脉冲模式并串转换器/串并转换器相连的连续模式并串转换器/串并转换器，配置成接收所述第一和第二恢复的时钟以及第一和第二恢复的脉冲模式数据，以及通过数据缓存和数据填充将所述第一脉冲模式数据和所述第二脉冲模式数据转换为连续模式数据，并以所述第二数据速率将所述连续模式数据发送给所述光线路终端， 其中所述第二数据速率大于所述第一数据速率。优选地，所述连续模式并串转换器/串并转换器配置成填充和缓存所述第一恢复的脉冲模式数据以便将所述第一恢复的脉冲模式数据的所述数据速率增加至所述第二速率。优选地，所述连续模式并串转换器/串并转换器配置成通过复制具有低数据速率的数据流的比特从而将数据速率从低数据速率转换为高数据速率。优选地，所述双速率系统在其靠近所述光线路终端时利用10吉比特小型可插拔连接器与所述光线路终端连接，而在其靠近所述光网络单元时利用光纤连接器与所述光线路终端连接。
用于提供对本发明的进一步了解以及构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并与具体实施例一起解释了本发明的精神。在附图中图1是EPON的示意图，其中中心局和一些用户通过光纤和无源光分路器连接；
图2是根据IEEE标准802. 3ah的GATE消息的格式的示意图；图3是恢复过程的时间-空间示意图；图4A是根据本发明一个实施例的靠近OLT的可插拔脉冲-连续模式转换器模块的示意图；图4B是根据本发明另一个实施例的靠近OLT的可插拔脉冲-连续模式转换器模块的示意图；图5A是根据本发明一个实施例的具有插入OLT的脉冲-连续模式转换器的EPON 结构的示意图；图5B是根据本发明一个实施例的具有靠近ONUs的脉冲-连续模式转换器的EPON 结构的示意图；图6A是根据本发明一个实施例的靠近ONU的脉冲-连续模式转换器模块的示意图；图6B是根据本发明另一个实施例的靠近ONU的脉冲-连续模式转换器模块的示意图；图7A是根据本发明一个实施例的双速率脉冲-连续模式转换器的上行路径的示意图；图7B是根据本发明一个实施例的靠近ONU的双速率脉冲_连续模式转换器的上行路径的示意图；图8是根据本发明一个实施例的双速率脉冲-连续模式转换器的输入和输出波形的示意图；图9是根据本发明一个实施例的将数据从脉冲模式转换为连续模式的示范性步骤的流程图；现在将结合附图对本发明进行描述。在附图中，相同的附图标记可以表示形式上或功能上相似的元件。另外，附图标记最左边的数字可以表示该附图标记第一次出现时所属附图。
具体实施例方式本文所描述的具体实施例，或其中的一部分，可以在硬件、固件、软件和/或其组合中实施。本文所描述的实施例可以应用于任意使用脉冲和/或连续模式发送方法的通信系统中。下面的描述是为了让本领域技术人员能够使用这些实施例，并在上下文中提供了特殊的应用及其要求。本发明的实施例的各种变化对本领域的技术人员来说是显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下(例如，通用无源光网络(PON)结构)，可以将本发明应用于其它实施例和应用中。因此，本发明的范围不受此处所公开的具体实施例的限制，而是与本发明的原则和特征一致的最大范围。为了跟上因特网流量的增加速率，网络运营商已经广泛利用光纤和光传输设备， 大幅度地增加了主干网络的容量。但是，在接入网络的容量方面的相应增加还不能赶上主干网络容量的增加。即使使用宽带技术，例如数字用户线(DSL)和线缆调制解调器(CM)JS 有技术接入网络提供的受限带宽仍然是为终端用户提供高带宽的严重瓶颈。
在竞争激烈的不同技术中，无源光网络(PONs)是下一代接入网络最好的选择之一。由于光纤的高带宽，PONs可以同时容纳宽带声音、数据和视频流量。使用DSL或CM技术很难提供这种集成的服务。另外，PONs可以用现有协议建立，例如以太网和ATM，这将为 PONs和其它网络设备的兼容性提供便利。典型地，PONs配置成网络的“第一英里”，提供了服务供应商的中心局与用户端的连接。通常来说，“第一英里”是一个逻辑点对多点的网络，即一个中心局为一定数量的用户服务。例如，PON可以采用树状拓扑结构，其中主干光纤将中心局连接到无源光纤分路器/ 合路器。通过一定数量的分支光纤，无源光纤分路器/合路器可以分离和分配给用户的下行光信号以及合成来自用户的上行光信号(见图1)。注意，还可以使用其它拓扑结构，例如环状拓扑和网状拓扑。PON中的传输通常在光线路终端(OLT)和光网络单元(ONUs)间进行。OLT通常位于中心局并将光纤接入网与城域主干网连接，OLT可以是属于例如因特网服务供应商 (ISP)或本地交换运营商的外部网络。ONU可以位于用户端并通过用户端设备(CPE)连接到用户的家庭网络上。图1示出了一个无源光网络，该无源光网络包括一个中心局、通过光纤连接的一定数量的客户端以及一个无源光纤分路器(现有技术)。无缘光纤分路器102和光纤将客户端连接到中心局101。还可以串联多个分路器以提供所需分流比和更广的地理覆盖面。 无源光纤分路器102可以位于终端用户附近以最大限度地减少初始光纤使用成本。中心局 101可以连接到外部网络103上，例如由因特网服务供应商(ISP)运营的城域网。尽管图1 示出的是树状拓扑结构，PON还可以基于其它拓扑结构，例如逻辑环状或逻辑总线型。注意， 尽管本文中的很多例子是基于EPON的，但本发明的实施例并不限于ΕΡ0Ν，而是可以应配置成各种PONs中，例如ATM PONs (APONs)和波分复用(WDM) PONs。在EPON中，通信可以包括下行消息流和上行消息流。在下面的描述中，“下行”指的是从OLT到一个或多个ONUs的方向，而“上行”指的是从ONU到OLT的方向。在下行方向中，由于1*N无源光耦合器的广播特性，数据包由OLT向所有0冊s广播，并由它们的目的地ONUs选择性提取。另外，每个ONU分配有一个或多个逻辑链路标识(LLIDs)，并且由OLT 发送的数据包通常由LLID标识目的地0NU。在上行方向，0冊s需要共享信道容量和资源， 因为只有一条链路连接无源光耦合器和0LT。不同于可以是连续数据发送的下行OLT发送过程，上行ONU发送具有脉冲特点，因为ONU可以在长持续时间内未激活而仅在短脉冲点发送。为了正确接收上行发送，OLT需要能够从接收的上行脉冲消息流中提取数据和时钟消息。该任务通常由时钟和数据恢复 (CDR)电路(例如，图4A-B中的⑶R单元440和图6A-B中的⑶R单元640)完成，该电路可以与并串转换器/串并转换器(SerDes)集成在一起以形成脉冲模式krDes。脉冲模式 krDes从双向光收发器接收电信号，恢复时钟和数据(通过利用前序比特锁定至电脉冲)， 并将数据进行串转并以便OLT进行处理。但是，在向OLT的发送中使用脉冲模式导致给OLT的交流(AC)耦合电容不断进行充电和放电。不断的充电和放电可以引起数据流的延时。进一步地，由于AC耦合电容不断的充电和放电，具有一个高速工作的，例如lOGHzEPON所需的IOGHz工作速率的脉冲模式并串转换器/串并转换器(SerDes)是一个很大的挑战。现在可用的脉冲模式krDes设计通常工作在1. 25GHz的速率。碰本发明提供了一种位于OLT和ONU间配置成将来自ONU的脉冲性上行信号转换为连续性信号传递给OLT的脉冲-连续模式转换器。脉冲-连续模式转换器包括脉冲模式 SerDes和连续模式krDes。在工作过程中，该系统解密来自OLT的下行GATE消息以提取即将到来的ONU上行发送消息的起始时间。然后，该系统将这些起始时间提供给脉冲模式 krDes，脉冲模式krDes可以利用这些消息预知上行消息流的到达时间，并迅速恢复接收的时钟和数据。然后，将恢复的时钟和数据传递给连续模SkrDes，krDes可以将这些数据作为连续的位流传送给0LT。因此，OLT只看到了连续上行信号输入，使得它可以利用自己的标准高速连续模式元件进行随后的数据处理。多点控制协议根据IEEE标准802. 3ah，EPON实体(例如OLT或0NU)在MAC控制子层中实施多点控制协议(MPCP)功能。MPCP由EPON用来调度上行发送。在工作过程中，OLT给每个ONU 分配一个发送窗口(也称作许可(grant))。ONU推迟(通常通过数据缓存)发送直至它的许可到达，在该时刻，ONU在分配的发送窗口中向OLT发送缓存的用户数据。为了请求一个发送窗口，ONU向OLT发送一个包含ONU的状态信息的REPORT消息， 状态信息可以包括例如它的队列信息。为了授予发送窗口，OLT需要向ONU发送GATE消息， 该消息表示了 ONU发送的起始时间和持续时间。图2是根据IEEE标准802. 3ah的GATE消息的格式的示意图。从图2可以看到，在一个GATE消息中，多达4种不同的发送窗口(许可)可以被分配给一个0NU。对于每一个许可，GATE消息可以表示一个具体的起始时间和长度。为了调度以便更合适地工作，OLT利用恢复过程发现及初始化任意新增加的 ONUs0在恢复过程中，OLT可以收集对于发送调度很重要的信息，例如ONU的往返时间 (RTT)、它的媒体访问控制(MAC)地址、它的服务级别协议等。注意，在一些实例中，OLT已经知道了服务级别协议。图3是恢复过程的时间-空间示意图。在恢复过程的开端，OLT 302首先设置一个时间间隔的起始时间ts，在该时间间隔内，OLT 302进入恢复模式并允许新的ONh注册 (该时间间隔称为恢复窗口)。注意，从当前时间到ts，OLT 302可以保持从注册的ONUs 接收一般的上行数据。OLT 302还可以设置时间间隔，在该时间间隔内，允许每个新加入的 ONU向OLT 302发送响应消息以请求注册(称作恢复时隙)，其中恢复时隙的起始时间与恢复窗口的起始时间相同，都是ts。由于可能有不只一个ONU要求注册，且由于未注册的ONU 与OLT 302间的距离是未知的，因此恢复窗口的大小应该至少包括恢复时隙和ONU与OLT 302间的最大允许往返延迟。在时间点、(、< ts)，0LT 302向包含新增加的未注册ONU 304在内的所有ONUs 广播恢复请求消息312 (根据IEEE 802. 3ah MPCP标准，可以是DISCOVERY_GATE消息)。恢复请求消息312包括、的时间戳和ts的时间戳，、是OLT 302发送该消息的时间，ts是恢复时隙的起始时间。接收恢复请求消息312后，ONU 304根据恢复请求消息312携带的时间戳将自己的本地时钟设置为、。当ONU 304的本地时钟到达恢复时隙的起始时间ts时，ONU 304等待附加随机延迟，然后发送响应消息314 (根据IEEE 802. 3ah MPCP标准，可以是REGISTER_REQUEST消息)。该随机延迟用来避免当来自多个未初始化的ONUs的响应消息同时冲突时的持久冲突。响应消息314包含ONU 304的MAC地址和t2的时间戳，t2是ONU 304在发送响应消息 314时的本地时间。当OLT 302在时间t3从ONU 304接收响应消息314时，它得到了 ONU 304的MAC 地址和ONU 304发送响应消息314时的本地时间t2。然后OLT 302可以计算ONU 304的往返延迟，即[U3^1)-(Vt1)] = (t3-t2)。脉冲-连续樽式转换器因为OLT的下行GATE消息包含ONU期望的上行发送的起始时间，本发明可以利用该消息以便于脉冲模SkrDes的⑶R操作。在一些实施例中，位于OLT上的脉冲-连续模式转换器可以用来将脉冲性上行ONU发送消息流转换为将被传递给OLT的连续流电信号。为了进行灵活的设备升级，在一些实施例中，脉冲-连续模式转换器采用能够直接插入OLT的可插拔模块。可插拔脉冲-连续模式转换器模块与OLT间的连接接口可以基于任意标准或专用格式。在一个实施例中，该模块遵从10吉比特小型可插拔(XFP)规范。 XFP定义了一个10吉比特热插拔小尺寸串-串未知数据多速率收发器，用于支持电子通信和数据通信应用。在一些实施例中，该转换器模块可以遵从其它模块规范，例如小型可插拔 (SFP)标准和吉比特接口转换器(GBIC)标准。在本发明的保护范围内，还可以使用其它形式。图4A是根据本发明一个实施例的具有XFP形式的可插拔脉冲-连续模式转换器模块400的示意图。XFP脉冲-连续模式转换器模块400包括标准XFP连接器402和光线连接器404，标准XFP连接器402提供了与OLT的串行通信信道，光纤连接器404用于与ONU 端上的光纤即EPON光纤连接。通过光纤连接器404，双向光收发器406可以向光纤发送光信号并从光纤接收光信号。收发器406可以同时发送和接收。即，收发器406可以从同一光纤发送下行信号并接收上行信号。这两个信号可以在两个波长上，并且光纤可以是单模或多模光纤。收发器406还通过发送(TX)链路和接收(RX)链路与脉冲模式SerDeS408相连。 在工作过程中，光收发器406将接收的上行光信号(从0NU)转换为电信号并通过RX链路将该电信号发送给^rDES 408。脉冲模式SerDeS408利用譬如CDR单元440执行时钟和数据恢复操作，并发送恢复的数据和时钟信号给连续模式^rDes 410。连续模SkrDes 410通过XFP连接器402经TX链路和RX链路与OLT连接。在工作过程中，连续模SkrDes 410接收OLT下行电信号，该下行电信号包括发送给ONUs的加密的GATE消息。krDes 410发送该加密的GATE消息给数据解密器412以解密。将通过串行通信信道416从OLT接收的密钥414传递给数据解密器以便进行数据解密。除了获取解密密钥，串行通信信道416还发送RTT消息给RTT计算器418，接下来，RTT计算器418 可以计算OLT和特定ONU间的相应RTT。在该实施例中，数据譬如密钥414是通过带内信道譬如串行通信信道416发送的，因为脉冲-连续模式转换器400靠近0LT。数据解密器412 解密下行GATE消息并从GATE消息中提取每个许可(grant)的起始时间。根据MPCP规范， 许可中的起始时间表示分配给ONU的发送时间窗口的起点。换言之，ONU最好在该起始时间开始它的上行发送。注意，该起始时间是MPCP时间形式，即记录为表示时间份额(TQ)计数器的值的32比特整数。TQ计数器的值每16ns递增一。由于时隙是按顺序发生的，将从 GATE消息中提取的一个或多个ONU的起始时间发送给GATE先入先出(FIFO)队列420。然后，获取起始时间并发送给脉冲模SkrDes 408。利用来自GATE消息的起始时间和到相应ONU的RTT，SerDes 408可以计算一个接收ONU上行发送的精确时间。换言之，脉冲模式krDes 408可以预知自己从光收发器406 接收上行信号的精确时间。该知识可以用来便利时钟和数据的快速恢复，因为相应的锁相环(PLL)430可以利用该时间信息进行粗略相位调整。PLL可以完成另外的相位微调。然后，将恢复的时钟和数据发送给连续模式^rDes 410，SerDes 410可以利用数据缓存和填充技术将恢复的脉冲模式数据转换为连续模式数据。例如，可以首先将恢复的数据发送给缓存装置，例如先入先出(FIFO)队列409。在一段时间后，连续模式krDes 410可以利用本地生成的时钟连续读取缓存器中的内容。为了防止缓存器欠载，可以使用一个预设的比特序列譬如全“0”或全“1”来填充数据脉冲点间的缓存器空间。因为连续模式krDes 410 输出连续模式的信号，与之连接的OLT只看到了连续信号输入，因此使得OLT可以使用自己的标准高速连续模式元件进行随后的数据处理。XFP脉冲-连续模式转换器模块400中还包含有电源管理模块422，电源管理模块 422可以从XFP连接器402中提取能量并将能量提供给转换器模块400的其余部件。在另一个实施例中，集成电路譬如krDes、光收发器和电源管理模块，可以直接连接到基础的印刷电路板(PCB)上，而不需要单独封装。即，作为一个IC模具直接连接到PCB 上，且PCB上的IC连接器和导电性区域上粘结有导电线。该模具通常覆盖有环氧树脂。注意，GBIC、SFP和XFP并不是应用于本发明中可插拔脉冲-连续模式转换器的仅有形式。可插拔脉冲-连续模式转换器通常可以具有任何形式。特别地，可插拔转换器可以具有与任意光收发器譬如XENPAK大致相似的形式，XENPAK遵从IEEE标准802. 3ae中描述的IOGb以太网标准。图4B是根据本发明另一个实施例的靠近OLT的可插拔脉冲-连续模式转换器模块的示意图。在图4B所示的实施例中，GATE FIFO 420和RTT计算器418位于OLT 302中， 而不是如图4A所示的位于脉冲-连续模式转换器中。在本实施例中，由于GATE FIFO 420 位于OLT 302中，不需要解密器412和密钥414，因此节约了成本。在本实施例中，OLT 302 将每个ONU的发送的起始时间存储在GATE FIFO 420中。OLT 302还可以利用如上所述的 RTT计算器418计算每个ONU 304的RTT。OLT 302可以通过串行通信信道416将发送起始时间和RTT发送给脉冲模式krDes 408。参考图4A所述的，根据起始时间和RTT，SerDes 408计算可以接收ONU上行发送的精确时间。CDR单元440根据起始时间和RTT恢复来自ONU 304的时钟和脉冲模式数据。 PLL 430可以根据起始时间和RTT对恢复的时钟进行粗略的相位调节。另外精细的相位调节也由PLL 430完成。然后，将恢复的时钟和数据发送给连续模式krDes 410, SerDes 410 可以利用数据缓存和填充将脉冲模式数据转换为连续模式数据。例如，可以首先将恢复的数据发送给缓存装置，例如先入先出(FIFO)队列409。在一段时间后，连续模式义劝⑶410 可以利用本地生成的时钟连续读取先入先出(FIFO)队列409中的内容。为了防止缓存器欠载，可以使用一个预设的比特序列譬如全“0”或全“ 1，，来填充数据脉冲点间的缓存器空间。因为连续模式^rDes 410输出连续模式的信号，0LT302出的AC耦合电容只看到了连续信号输入，因此使得其可以使用OLT上的标准高速连续模式元件进行随后的数据处理。XFP脉冲-连续模式转换器模块400中还包含有电源管理模块422，电源管理模块 422可以从XFP连接器402中提取能量并将能量提供给转换器模块400的其余部件。除了将脉冲-连续模式转换器插入OLT中，在一些实施例中，该模式转换器还可以安装在一个靠近ONUs的位置。可在靠近ONUs处有可用电源给脉冲-连续模式转换器供电。 图5A-B说明了这两种配置。图5A是根据本发明一个实施例的具有插入OLT的脉冲-连续模式转换器的EPON结构的示意图。在图5A中，XFP脉冲-连续模式转换器模块502插入 OLT 500中。XFP脉冲-连续模式转换器模块502通过无源光分路器512与PON 504连接， PON 504包含一定数量的ONUs，例如ONUs 506-510。XFP脉冲-连续模式转换器502接收上行ONU发送，将接收的脉冲性光信号转换为连续性电信号，并将连续性电信号传递给OLT 500以便进一步处理。图5B是根据本发明一个实施例的具有靠近ONUs的脉冲-连续模式转换器的EPON 结构的示意图。在图5B中，脉冲-连续模式转换器模块522安装在一个靠近PON 5M的位置，PON 524包含一定数量的ONUs，例如0NUsM6_530。注意如图5B所示，脉冲-连续模式转换器522位于无源光分路器532和OLT 520之间，无源光分路器用于分流下行EPON信号并合成上行EPON信号。在一些实施例中，转换器522可以安装在物理外壳中，该物理外壳中还包含无源光分路器532。还要注意，除了通过电子接口直接插入OLT 520，转换器522 还可以通过光纤(即EPON光纤)与OLT 520连接，因此需要附加的电-光(E/0)转换器。图6A是根据本发明一个实施例的靠近ONU的脉冲-连续模式转换器模块的示意图。脉冲-连续模式转换器模块600可以包括用于通过无源光分路器连接ONU端光纤的光纤连接器602以及用于连接OLT端光纤的光纤连接器612。通过光纤连接器602，光双向收发器604可以向ONU端光纤发送光信号并从ONU端光纤接收光信号。收发器604可以同时发送和接收。即，收发器604可以从同一光纤发送下行信号并接收上行信号。这两个信号可以在两个波长上，并且光纤可以是单模或多模光纤。收发器604还通过发送(TX)链路和接收(RX)链路与脉冲模式SerDeS606相连。 在工作过程中，光收发器604将接收的上行光信号(从0NU)转换为电信号并通过RX链路将该电信号发送给^rDES 606。脉冲模式SerDeS606利用譬如CDR单元640执行时钟和数据恢复操作，并发送恢复的数据和时钟信号给连续模式^rDes 608。通过光纤连接器612，光双向收发器610可以向OLT端光纤发送光信号并从OLT 端光纤接收光信号。收发器610也可以同时发送和接收。即，收发器610可以从同一光纤发送下行信号并接收上行信号。同样地，这两个信号可以在两个波长上，并且光纤可以是单模或多模光纤。在工作过程中，收发器610接收下行OLT信号，将接收的光信号转换为电信号，并将转换后的电信号发送给连续模SkrDes 608，该电信号包括给ONUs的加密的GATE 消息。SerDes 608向数据解密器618发送加密的GATE消息以便进行解密。注意，为了解密GATE消息，还要通过单独的边带信道614接收密钥616并将密钥616传递给数据解密器 618。因为脉冲-连续模式模块600不靠近0LT，所以需要单独的边带信道614。除了获取解密密钥，边带信道614还可以用于发送RTT消息给RTT计算器622，然后RTT计算器622可以计算OLT和特定ONU间的RTT。数据解密器618可以解密下行GATE消息并从GATE消息中提取每个许可(grant)的起始时间。从GATE消息中提取的起始时间首先被发送给GATE先入先出(FIFO)队列620，然后被发送给脉冲模SkrDes 606。利用来自GATE消息的起始时间和到相应ONU的RTT，SerDes 606可以计算接收 ONU上行发送的精确时间。换言之，脉冲模式krDes 606可以预知自己从光收发器604接收上行信号的精确时间。该时间消息可以用来便利时钟和数据的快速恢复操作。另外，锁相环(PLL)630可以利用该时间信息进行粗略相位调整。PLL还可以完成另外的相位微调。 然后，将恢复的时钟和数据发送给连续模SkrDes 608，SerDes 608可以通过将数据缓存入FIFO 609中并参考如图4所述的方式进行填充来将脉冲性信号转换为连续性信号。XFP脉冲-连续模式转换器模块600中还包含有电源管理模块626，电源管理模块 6 可以接收外部能量并将能量提供给转换器模块600的其余部件。在该实施例中，由于脉冲-连续模式转换器600不靠近0LT，因此它不能使用XFP连接器譬如XFP连接器402作为电源。注意，将脉冲-连续模式转换器600安装在靠近ONUs的位置可以便于下行和上行 EPON信号的再生，从而有效扩大EPON的范围。图6B是根据本发明另一个实施例的靠近ONU的可插拔脉冲-连续模式转换器模块的示意图。在图6B所示的实施例中，GATE FIFO 620和RTT计算器622位于OLT 302中， 而不是如图6A所示的位于脉冲-连续模式转换器中。在本实施例中，由于GATE FIFO 620 位于OLT 302中，不需要解密器618和密钥616，因此节约了成本。在本实施例中，OLT 302 将每个ONU的发送的起始时间存储在GATE FIFO 620中。OLT 302还可以利用如上所述的 RTT计算器622计算每个ONU 304的RTT。OLT 302可以通过边带信道614将发送起始时间和RTT发送给脉冲模式krDes 606。如上所述，利用存储在GATE FIFO 620中的起始时间和到相应ONU的RTT，脉冲模 SkrDes 606可以计算接收ONU上行发送的精确时间。换言之，脉冲模式krDes 606可以预知自己从光收发器604接收上行信号的精确时间。该时间信息可以用来便利时钟和数据的快速恢复操作。另外，锁相环(PLL)630可以利用该时间信息进行粗略相位调整。PLL还可以完成另外的相位微调。然后，将恢复的时钟和数据发送给连续模式^rDes 608, SerDes 608可以通过将数据缓存入FIFO 609中并参考如图4A所述的方式进行填充来将脉冲性信号转换为连续性信号。双速率脉冲-连续模式转换器创新的脉冲-连续模式转换器可以工作在对称(例如，IOGHz下行发送和IOGHz上行发送)EPON配置和/或非对称(例如，IOGHz下行发送和1. 25GHz上行发送)EPON配置。 换言之，脉冲-连续模式转换器可以工作在IOGHz速率和1.25GHz速率。为了工作在双速率，脉冲-连续模式转换器可以利用缓存和发送技术将接收的1. 25GHz上行EPON信号上变频为IOGHz发送。在工作过程中，先将接收的1. 25GHz ONU上行数据包缓存在位于脉冲-连续模式转换器中的数据包FIFO队列内，然后再以IOGHz速率发送给上行0LT。为了保持一个恒定的时延，数据包FIFO队列可以给每个数据包提供一个固定的延时。图7A是根据本发明一个实施例的双速率脉冲-连续模式转换器的上行路径的示意图。双速率脉冲-连续模式转换器700包括XFP连接器702、光纤连接器704、高速光接收器706、低速光接收器 708、与高速光接收器706相连的脉冲模式SERDES 710、与低速光接收器708相连的脉冲模式SERDES 712以及连续模式SERDES 714。
在工作过程中，高速接收器706通过光纤连接器704从下行ONUs接收高速上行发送信号。在一个实施例中，高速接收器706以10.3125GHz的速率接收光信号。同样地，低速接收器708通过光纤连接器704从下行ONUs接收低速上行发送信号。在一个实施例中， 低速接收器708以1. 25GHz的速率接收光信号。在另一个实施例中，可以用时分复用(TDM) 技术在同一光纤中混合高速及低速光信号。将接收器706和708的输出分别发送给脉冲模式SERDES 710和712。注意，脉冲模式SERDES 710和712的工作过程与图4A-B和图6A-B中所示的相似。为了将脉冲模式信号转换为连续性输出，可以使用合适的缓存及填充技术。将连续模式SERDES 712的输出通过XFP连接器702发送给OLT。在一个实施例中，双速率脉冲-连续模式转换器靠近0NU，并用光纤连接该模式转换器与0LT。在该实施例中，将连续模式SERDES 712的输出传送给光发送器，上述光发送器通过光纤连接器与OLT通信。图7B是根据本发明一个实施例的靠近ONU的双速率脉冲-连续模式转换器的上行路径的示意图。在图7B中，双速率脉冲-连续模式转换器720包括光纤连接器722和724、高速光接收器726、低速光接收器728、与高速光接收器7 相连的脉冲模式SERDES 730、与低速光接收器7 相连的脉冲模式SERDES 732、连续模式SERDES 734以及高速光发送器736。在工作过程中，将接收器7 和728的输出分别发送给脉冲模式SERDES730 和732。将脉冲模式SERDES 730和732的输出发送给连续模式SERDES734并将连续模式SERDES734的输出用来驱动高速光发送器736。在一个实施例中，发送器736工作在 10. 3125GHz速率。高速发送器736通过光纤连接器722与远程OLT通信。注意，连续模式SERDES使用更高的数据速率通过SFP连接器或光纤连接器发送数据给0LT。因此，使用多个高速数据比特来表示一个低速数据比特。例如，1.25GHz数据流中的一个比特“1”可以通过复制比特“1”而由10.3125GHz数据流中的8或9个连续的“ 1” 表不。图8是根据本发明一个实施例的双速率脉冲-连续模式转换器的输入和输出波形的示意图。数据流802和804分别表示10. 3125GHz和1. 25GHz的脉冲模式上行发送数据流。注意，这两种数据脉冲流在时域内不重叠。还要注意，每个数据脉冲流包括一定数量的用于时钟恢复的前序比特。数据流806表示工作在10. 3125GHz的双速率脉冲-连续模式转换器的连续输出。在图8所示的实例中，由于连续数据流本身足以用于时钟恢复，因此删除了连续模式输出中的前序部分。另外，在数据脉冲流间嵌入填充比特以确保连续输出。为了以10. 3125GHz的速率发送1. 25GHz数据流，1. 25GHz数据流(数据流804)中的每个数据比特在数据流806中发送8或9次，数据流806是10. 3125GHz发送器的输出。图8示出了对应于一个1025GHz比特的比特组808的放大视图。可以看到，比特组808包括连续8个时钟周期的同一比特。为了达到10. 3125GHz和1. 25GHz间的比特速率，在一个实施例中， 该系统通常利用10. 3125GHz发送器将一个1. 25GHz比特发送9次。图8还示出了对应于一个1. 25GHz比特的比特组810的放大视图。比特组810包括连续9个时钟周期的同一比特。在一个实施例中，每发送3个1. 25GHz比特后，该系统利用10. 3125GHz发送器将下一 1. 25GHz比特发送9次。图9是根据本发明一个实施例的将数据从脉冲模式转换为连续模式的示范性步骤的流程图。将继续参考图1-8所示的工作环境对流程图900进行描述。但是，流程图并不受限于这些实施例。注意，流程图900所示的一些步骤并不需要按图示顺序执行。流程图900所示的步骤可以由譬如脉冲-连续模式转换器400、450、600、650、700以及720部分地或完全地执行。在步骤902，确定ONU的脉冲模式发送的起始时间。例如，解密器412根据密钥414 解密给ONU的下行GATE消息以确定该ONU的脉冲模式发送的起始时间。在步骤904，确定ONU与OLT间的往返时间。例如，RTT计算器418确定ONU和OLT 间的往返时间。在步骤906，从ONU接收脉冲模式数据。例如，从ONU 304接收脉冲模式数据。在步骤908，恢复脉冲模式数据和时钟。例如，脉冲模式krDes 408利用PLL 430 和CDR 440恢复时钟及脉冲模式数据。在步骤910，将脉冲模式数据转换为连续模式数据。例如，连续模式krDes410利用譬如FIFO 409将恢复的脉冲模式数据转换为连续模式数据。在步骤912，将连续模式数据发送给0LT。例如，连续模式数据由连续模式krDes 410 发送给 OLT 302。上述各种实施例仅为了说明和描述，而不是本发明的全部或不用于限制本发明。 因此，对本领域技术人员来说，各种修改和变化是显而易见的。另外，上述说明不用于限制本发明。本文所述的代表性功能(例如，由解密器412、解密器618、RTT计算器418和RTT 计算器622执行的功能)可以在硬件、软件或其组合中实施。例如，根据本文所述，本领域技术人员可以理解，可以利用计算机处理器、计算机逻辑、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器或其组合来实施这些功能。因此，能够执行上述功能的任意处理器均包含在本发明的精神和范围内。另外，上述处理功能可以嵌入由计算机处理器执行的计算机程序指令中。计算机程序指令使处理器执行上述功能。计算机程序指令(例如，软件)可以存储在计算机可用媒介、计算机程序媒介或任意能够由计算机或处理器访问的存储媒介中。这些媒介包括存储器设备、RAM或ROM或其它类型计算机存储媒介譬如计算机光盘或CD ROM或其它等效替换。因此，任意具有可以使处理器执行上述功能的计算机程序代码的计算机存储媒介均包含在本发明的精神和范围内。结论尽管本文提供了一些实施例，但仅仅为了举例说明，而不用于限制。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，对本领域技术人员来说，各种修改和变化是显而易见的。本发明的描述过程借助了功能性模块和方法步骤的方式来描述特定功能的执行过程及其相互关系。为便于描述，文中对这些功能性模块和方法步骤的边界和顺序进行了专门的定义。在使这些功能及其关系可正常工作的前提下，也可重新定义他们的边界和顺序。但这些对边界和顺序的重新定义都将落入本发明的主旨和所声明的保护范围之中。本领域技术人员可以理解，可通过离散元件、专用集成电路、执行适用软件的处理器以及其他类似物及其组合来实现本发明的这些功能模块。因此，本发明的范围不受上述任意实施例的限制，而由本发明的权利要求及其等同限定。
值得注意的是，具体实施例部分，而非说明内容部分，是用来解释权利要求的。说明内容部分涉及一个或多个但并非所有发明人考虑到的实施例，因此，不用于限制本发明及权利要求。上述具体实施例可以揭露本发明的大致特点，使得本领域技术人员不需进行过度实验就能够轻易地修改和/或应用这些具体实施例，而不脱离本发明的范围。因此，根据本发明的教导，这些应用和修改包含在所公开实施例的等效替代的精神和范围内。可以理解的是，本文的措辞或术语是为了描述而不是为了限制，本说明书中的这些措辞或术语可以参照本领域技术人员的解释。本发明的范围不受上述任意一个实施例限制，而由本发明的权利要求及其等同限定。
权利要求
1.一种在无源光网络中将上行脉冲模式数据转换为连续模式数据的系统，其特征在于，包括脉冲模式并串转换器/串并转换器，配置成根据脉冲模式数据发送的起始时间以及从光网络单元到光线路终端间的往返时间从所述光网络单元中恢复时钟和脉冲模式数据，所述脉冲模式数据是由所述光网络单元发送的；以及与所述脉冲模式并串转换器/串并转换器相连的连续模式并串转换器/串并转换器， 配置成从所述脉冲模式并串转换器/串并转换器接收所述恢复的时钟和恢复的脉冲模式数据，通过根据所述恢复的时钟缓存且填充所述脉冲模式数据从而将所述脉冲模式数据转换为连续模式数据，并发送所述连续模式数据给所述光线路终端。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括与所述连续模式并串转换器/串并转换器、所述光线路终端和所述脉冲模式并串转换器/串并转换器相连的解密器，配置成从所述连续模式并串转换器/串并转换器接收加密的消息、从所述光线路终端接收密钥、利用所述密钥解密所述加密的消息以确定脉冲模式数据发送的起始时间并将所述起始时间发送给所述脉冲模式并串转换器/串并转换器，所述脉冲模式数据是由所述光网络单元发送的。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述解密器在所述系统靠近所述光线路终端时配置成通过串行通信信道从所述光线路终端接收所述密钥，而在所述系统靠近所述光网络单元时配置成通过边带信道从所述光线路终端接收所述密钥。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括与所述连续模式并串转换器/串并转换器、所述光线路终端以及所述脉冲模式并串转换器/串并转换器相连的往返时间计算器，配置成通过计算所述光线路终端接收 register_receipt消息的时间与所述register_receipt消息中的所述光网络单元的本地时间之间的差值来确定所述光网络单元和所述光线路终端间的往返时间，并将所述往返时间提供给所述脉冲模式并串转换器/串并转换器。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述往返时间计算器配置成在所述系统靠近所述光线路终端时通过串行通信信道从所述光线路终端接收所述光线路终端接收 register—receipt消息的接收时间以及所述光网络单元的本地时间，而在所述系统靠近所述光网络单元时通过边带信道从所述光线路终端接收所述光线路终端接收register receipt消息的接收时间以及所述光网络单元的本地时间。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述脉冲模式并串转换器/串并转换器包括锁相环，配置成调节所述恢复的时钟的相位并生成调相的时钟，所述恢复的时钟配置成恢复所述脉冲模式数据；与所述锁相环相连的时钟及数据恢复单元，配置成根据来自所述锁相环的所述调相的时钟恢复所述脉冲模式数据。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述连续模式并串转换器/串并转换器包括配置成缓存所述恢复的脉冲模式数据的先入先出队列，其中所述先入先出队列中存储有位于恢复的脉冲模式数据的脉冲点间的预设的比特序列。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括电源管理单元，其中所述电源管理单元在所述系统靠近所述光线路终端时配置成利用来自10吉比特小型可插拔连接器的能量给所述系统供电。
9.一种在无源光网络中将上行脉冲模式数据转换为连续模式数据的方法，其特征在于，包括确定由光网络单元发送脉冲模式数据的发送起始时间；确定所述光网络单元到光线路终端间的往返时间；从所述光网络单元接收脉冲模式数据；根据脉冲模式数据的发送起始时间以及从所述光网络单元到所述光线路终端间的往返时间，利用脉冲模式并串转换器/串并转换器恢复时钟和所述脉冲模式数据，所述脉冲模式数据是由所述光网络单元发送的；利用连续模式并串转换器/串并转换器将所述恢复的脉冲模式数据转换为连续模式数据；以及发送所述连续模式数据给所述光线路终端。
10.一种在无源光网络中将脉冲模式数据转换为连续模式数据的双速率系统，其特征在于，包括第一脉冲模式并串转换器/串并转换器，配置成以第一数据速率从第一光网络单元接收第一脉冲模式数据，并配置成根据所述第一光网络单元的发送起始时间和所述第一光网络单元与光线路终端间的往返时间恢复第一时钟和所述第一脉冲模式数据；第二脉冲模式并串转换器/串并转换器，配置成以第二数据速率从第二光网络单元接收第二脉冲模式数据，并配置成根据所述第二光网络单元的发送起始时间和所述第二光网络单元与所述光线路终端间的往返时间恢复第二时钟和所述第二脉冲模式数据；与所述第一和第二脉冲模式并串转换器/串并转换器相连的连续模式并串转换器/串并转换器，配置成接收所述第一和第二恢复的时钟以及第一和第二恢复的脉冲模式数据， 以及通过数据缓存和数据填充将所述第一脉冲模式数据和所述第二脉冲模式数据转换为连续模式数据，并以所述第二数据速率将所述连续模式数据发送给所述光线路终端，其中所述第二数据速率大于所述第一数据速率。
全文摘要
本发明提供了一种在无源光网络中将上行脉冲模式数据转换为连续模式数据的系统和方法。该系统包括配置成从光网络单元恢复时钟和脉冲模式数据的脉冲模式并串转换器/串并转换器。脉冲模式单元根据所述光网络单元发送脉冲模式数据的起始时间和所述光网络单元与光线路终端间的往返时间恢复所述脉冲模式数据。该系统还包括与所述脉冲模式并串转换器/串并转换器相连的连续模式并串转换器/串并转换器。所述连续模式并串转换器/串并转换器配置成从所述脉冲模式并串转换器/串并转换器接收所述恢复的时钟和恢复的脉冲模式数据，并通过根据所述恢复的时钟缓存且填充所述脉冲模式数据从而将所述脉冲模式数据转换为连续模式数据。
文档编号H04L7/033GK102215103SQ201010589670
公开日2011年10月12日 申请日期2010年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者武伊托维奇·雅罗斯瓦夫, 赫斯·E·瑞安 申请人:美国博通公司