CN101075853A - 一种以太无源光网络的光网络单元 - Google Patents

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宋英雄
李迎春
陈健
姚炜
苏皆磊
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本发明涉及一种以太无源光网络的光网络单元，在实现以太数据传输的同时，具有CATV信号输出功能，解决了EPON中电视信号的传输问题，用于实现基于EPON的三网融合。本发明采用了三波长一体化的光模块和单片式ONUMAC处理芯片，提高了ONU的可靠性，降低了成本，并有百兆和千兆多种以太接口输入输出，提高了ONU的适用性。

Description

一种以太无源光网络的光网络单元
技术领域
本发明涉及光传输设备，特别涉及一种以太无源光网络(EPON)的光网络单元(ONU)，在实现以太数据传输的同时，具有CATV信号输出功能，解决了EPON中电视信号的传输问题，用于实现基于EPON的三网融合。
背景技术
在当今世界，一场以“光纤到楼(FTTB)”、“光纤到办公室(FTTO)”、“光纤到家(FTTH)”，或总称为“光纤到驻地(FTTP)”的运动正在兴起。FTTP的主要网络技术是以太无源光网(EPON)或千兆无源光网(GPON)。作为现有宽带接入网技术-FTTC+xDSL、HFC+Cable Modem、FTTB+LAN的替代物，FTTP技术的成熟正在掀起一代新的宽带接入网革命，并明确地以电视、数据、电话三网融合(Triple Play)为目标。
基于以太网的无源光网络(EPON)采用一点到多点的无源分配光纤网构造连接局端与用户端，系统由一个位于局端的光线路终端设备(OLT)和若干个位于远端的光网络单元(ONU)以及无源光分配网(ODN)组成，典型的拓扑结构如图1所示。光线路终端OLT 1通过一根主干光纤及ODN 2连接多根光纤，与ONU 3、4通信，ONU的数量最多可到32个。ODN采用具有无源光分路器(Splitter)的无源光网络(PON)结构，由于户外线路上没有有源设备，使网络的建设投资和维护费用大大减少。
在ODN内两个方向传输的光信号分别位于两个波长上，其中从OLT至ONU方向上传播的光信号为下行链路方向，波长为1490nm，采用时分复用(TDM)广播方式传送，从ONU到OLT方向上传播的光信号为上行链路方向，波长为1310nm，采用时分多址(TDMA)方式传送。
EPON接入网的国际标准IEEE 802.3ah已于2005年发布，标准规定了EPON链路中的帧格式和MAC协议、上下行数据的波长和速率。IEEE 802.3ah标准解决了FTTP中的数据传输问题，但是没有涉及如何在EPON网络上实现三网融合，即电视和电话如何传输的问题。
为了防止以往驻地网建设中数据、电话、电视三种网络分别进户的局面在新的接入网中发生，造成重复建设资源浪费，是否具有三网融合能力是一种新的接入技术是否具有生命力的很关键的问题。在EPON系统中可以采用VoIP和IPTV的方式解决三网融合的问题，由于IP语音带宽较窄，EPON的带宽已足够保证很好的通话质量，但是IPTV占用的带宽较宽，而且在大量用户同时点播不同频道的时候，会造成整个网络通道的拥塞。传统有线电视(CATV)经过数字化改造后，因其信道容量大、带宽利用率高、清晰度高，在可以预见的将来将长期存在，而且也会转变为广播和点播相结合的方式，与IPTV互为补充。因此，可以采用兼容有线电视的方式解决EPON系统中电视信号的传输问题。
发明内容
本发明提供了一种以太无源光网络(EPON)的光网络单元(ONU)，在实现以太数据传输的同时，具有CATV输出功能，解决了EPON中电视信号的传输问题，用于实现基于EPON的三网融合。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种以太无源光网络的光网络单元，包括EPON光接口模块、EPON数据处理模块、CATV信号处理模块和以太接口模块，其特征在于采用第三个波长传输CATV信号；所述的EPON光接口模块包括基带数据光收发和CATV光接收部分，所述的EPON数据处理模块包括ONU媒质访问控制(MAC)处理部分，所述的以太接口模块包括千兆以太接口和10/100M以太接口；在下行数据接收方向，EPON下行信号经EPON光接口模块接收，送入EPON数据处理模块，恢复出以太帧后经以太接口部分送到用户网络设备；在上行数据发送方向，由网络设备送来的以太帧经以太接口进入EPON数据处理模块，增加EPON帧头后送入EPON光接口模块发送；EPON光接口模块接收到的CATV信号经CATV信号处理模块放大后输出。
上述传输CATV信号的第三个波长为1550nm波长，以区别于传输以太数据信号的1490nm下行信号波长和1310nm上行信号波长。
上述EPON光接口模块是1310nm/1490nm/1550nm三波长一体的光收发合一模块。
上述CATV信号处理模块为采用砷化镓器件的CATV信号放大器。
上述EPON数据处理模块采用TK3713 EPON MAC控制芯片。
上述10/100M以太接口模块和千兆以太接口模块分别为包括采用KS8995M实现的四口10/100M接口和采用BCM5461S实现的可插拔千兆SFP光口及10/100/1000M电口。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1、采用第3个波长实现CATV信号的接收，并且信号经过放大以适应ONU用于楼栋时对CATV信号的分配。2、采用1310nm/1490nm/1550nm三波长一体的光收发合一模块，减小了ONU体积，增加了可靠性。3、采用单芯片实现EPON数据信号的处理，降低了成本。4、具有千兆以太光/电接口和四个10/100M自适应以太接口，方便连接各种网络设备。
附图说明
图1EPON系统拓扑结构
图2ONU系统总体框图
图3光接口模块
图4MAC处理芯片内部框图
图510/100M以太接口
图610/100M/1000M以太接口
具体实施方式
本发明的一个优选实施例结合附图详述如下：
用于三网融合的EPON光网络单元ONU的总体框图如图2所示。
由OLT经ODN光路送来的下行1490nm EPON数据和1550nm CATV光信号进入EPON光接口模块5，光电转换后输出1.25Gb/s PECL基带数据信号进入EPON ONU MAC数据处理模块7，MAC数据处理模块在下行数据中恢复出的以太帧经媒质无关接口MII或千兆媒质无关接口GMII进入以太接口9、10，变为标准的10/100/1000M以太接口信号后送到与ONU相连的网络设备。由网络设备送来的10/100/1000M以太接口电或光信号经以太接口9、10后变为并行的MII或GMII信号进入EPON MAC数据处理模块7，在MAC处理芯片中增加EPON帧头后并转换为1.25Gb/s PECL信号送入EPON光接口模块，EPON光接口模块在MAC芯片的发送控制下，将数据变为突发的1310nm光信号送入外线路。1550nm CATV光信号经EPON光接口模块5光电转换后经CATV信号放大模块直接输出。
EPON光接口模块5内部原理如图3。其中的光器件11为一种三波长光器件，集成了1310nm激光器LD、1490nm光电二极管PD、1550nm PD和相应的波分复用器分离3个波长的光信号。1310nm LD驱动电路12给LD提供一定的偏流，并将EPON MAC数据处理模块7送来的1.25Gb/s信号调制到LD上，LD驱动电路12在EPON MAC数据处理模块7提供的突发发送控制信号控制下工作，将串行数据信号变为突发的上行1310nm光信号，以使各ONU的发送光信号错开，避免冲突。1490nm PD检测及整形电路13将光路上送来的下行EPON数据光信号恢复为连续的1.25Gb/s PECL基带数据电信号，送到EPON MAC数据处理模块7。1550nm PD检测及放大电路14接收OLT送来的CATV光信号，经光电转换及小信号宽带放大后输出55MHz~860MHz的模拟电信号，可以容纳100路模拟电视信号或600路数字电视信号，可以折合成2.5Gb/S的基带信号速率。输出幅度为70dBμV/信道。由于下行CATV光信号要求的接收光功率比下行数据光信号大近20dB，为防止两个光信号互相串扰，内置的波分复用器的隔离度要求达到40dB以上。
EPON光接口模块5输出的CATV信号幅度可以满足家庭用户的需要，为了满足ONU用于FTTB楼栋接入，CATV放大部分6采用低噪声砷化镓宽带放大器将信号放大15～20dB，使输出功率达到85～90dBμV，以满足在楼栋内分配的需要。
EPON MAC数据处理模块7采用TK3721 EPON MAC芯片，TK3721是单片集成的ONU芯片，图4为芯片的内部框图。TK3721内部集成了IEEE802.3ah ONU MAC 16、以太交换核17、EPON接口千兆SerDes 15、用户接口10/100M以太MAC 18及10/100M/1000M以太MAC 19等模块，只须一片外部Flash可擦除程序存储器即可完成EPON协议到以太协议的转换。TK3721在EPON侧的接口为1.25Gb/s PECL串行接口，集成了千兆串行解串行模块SerDes 15，这样比以往的MAC芯片省略一个SerDes芯片，简化了系统设计，提高了可靠性，降低了成本。
本实施例的光网络单元ONU可以提供两种用户以太接口，在用于家庭用户时，可使用4口10/100Base-T自适应电接口22，在用于楼宇或企业时，可以使用10/100/1000Base-T自适应电接口25或SFP千兆光接口26接千兆交换机。100M和1000M两种接口可以同时使用。图5为10/100M电接口的框图，EPON MAC数据处理模块7与10/100M以太接口9之间的接口为媒质无关接口MII，从MII来的并行以太信号进入5端口以太交换芯片KS5995M 20，KS5995M内部集成有交换核心和以太MAC及物理层，KS8995M可以通过4口以太变压器21接4路10/100M以太信号。由4口RJ45 22输入输出的4路以太信号间可以通过KS8995M进行交换，使用户网络内部数据不通过MII输出到EPON接口，隔离内网，减少上行流量。图6为千兆以太接口框图，EPON MAC数据处理模块7与千兆以太接口10之间的接口为千兆媒质无关接口GMII，采用的千兆以太物理层芯片是BCM5461S 23，BCM5461S可以提供10/100/1000Base-T自适应电接口或SerDes千兆光接口，电接口通过千兆以太变压器24接RJ45口25，SerDes接口可以接热插拔的千兆小型光模块SFP 26。这里千兆电口与光口不能同时使用，适用于不同的使用场合。
这里通过参考具体的实施例对本发明进行了详细描述，但这仅仅是应用举例，应该清楚本领域的普通技术人员在不脱离本发明的范围和实质的情况下可做出各种修改和变化。

Claims (6)

1、一种以太无源光网络的光网络单元，包括EPON光接口模块(5)、EPON数据处理模块(7)、CATV信号处理模块(6)和以太接口模块，其特征在于采用第三个波长传输CATV信号；所述的EPON光接口模块(5)包括基带数据光收发(12、13)和CATV光接收部分(14)，所述的EPON数据处理模块(7)包括ONU媒质访问控制(MAC)处理部分(16)，所述的以太接口模块包括千兆以太接口(10)和10/100M以太接口(9)；在下行数据接收方向，EPON下行信号经EPON光接口模块(5)接收，送入EPON数据处理模块(7)，恢复出以太帧后经以太接口部分送到用户网络设备；在上行数据发送方向，由网络设备送来的以太帧经以太接口进入EPON数据处理模块(7)，增加EPON帧头后送入EPON光接口模块(5)发送；EPON光接口模块(5)接收到的CATV信号经CATV信号处理模块(6)放大后输出。
2、根据权利要求1所述的以太无源光网络EPON光网络单元，其特征在于所述的传输CATV信号的第三个波长为1550nm波长，以区别于传输以太数据信号的1490nm下行信号波长和1310nm上行信号波长。
3、根据权利要求1所述的以太无源光网络EPON光网络单元，其特征在于所述的EPON光接口模块(5)是1310nm/1490nm/1550nm三波长一体的光收发合一模块。
4、根据权利要求1所述的以太无源光网络EPON光网络单元，其特征在于所述的CATV信号处理模块(6)为采用砷化镓器件的CATV信号放大器。
5、根据权利要求1所述的以太无源光网络EPON光网络单元，其特征在于所述的EPON数据处理模块(7)采用TK3713 EPON MAC控制芯片。
6、根据权利要求1所述的以太无源光网络EPON光网络单元，其特征在于所述的10/100M以太接口模块(9)和千兆以太接口模块(10)分别为包括采用KS8995M实现的四口10/100M接口(22)和采用BCM5461S实现的可插拔千兆SFP光口(26)及10/100/1000M电口(25)。
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