CN101755410A - 一种用于提供双向射频服务的无源光网络系统 - Google Patents

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Abstract

一种涉及单点对多点无源光网络(PON)的提供双向射频服务的系统。

Description

一种用于提供双向射频服务的无源光网络系统
技术领域
本发明在广义上涉及宽带电信系统，具体来说，涉及应用单点对多点无源光网络(PON)的宽带电信系统。
背景技术
目前，有些宽带服务提供商使用单点对多点无源光网络系统为用户提供语音、数据、视频等服务。现在已经有许多种单点对多点无源光网络技术，包括宽带无源光网络(BPON)、千兆位以太网无源光网络(GEPON)以及千兆位无源光网络(GPON)。国际电信联盟(ITU)和电气与电子工程师协会(IEEE)等标准组织已经发布了关于无源光网络系统的标准。
基于单点对多点无源光网络的系统(见图1)一般含有一个光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)或光线路终端器(Optical LineTermination，OLT)，该终端或终端器通过光纤连接到一个1:n的无源分光器，此分光器再连接到多个光网络单元(ONUs)或光网络终端(ONTs)。光线路终端和光网络单元是基于电气与电子工程师协会(IEEE)标准的无源光网络中的优先命名规范，光线路终端器和光网络终端则是基于国际电信联盟984.x标准的无源光网络中的优先命名规范。本发明独立于光线路终端/终端器(OLT)和光网络单元(ONU)或光网络终端(ONT)上使用的具体无源光网络技术之外。为简单起见，本申请仍然采用光线路终端(OLT)和光网络单元(ONU)这两个术语表示无源光网络中的基本元件。光线路终端(OLT)包含一个光发射机、一个光接收机和一个波分复用器(WDM)。光发射机采用一个光波长将数据下行发送到光网络单元。光接收机采用一个光波长接收从光网络单元传送过来的上行数据。波分复用器一般用来分隔光波长。
光网络单元包括光发射机和光接收机，光发射机采用一个光波长将上行数据发送到光线路终端，光接收机采用一个光波长从光线路终端接收下行数据。和光线路终端一样，一般也采用波分复用器分隔光波长。数据从光线路终端通过分光器下行广播到所有的光网络单元。在上行方向上，光网络单元使用时分多址(TDMA)技术将上行数据发送到光线路终端。每个光网络单元被分配一个时隙，用于将其上行数据发送到光线路终端。这种方式可以确保从多个光网络单元发送的信号不会在分光器上行输出时发生冲突。这种在工作中采用两个波长的光网络单元称为双波长光网络单元。
上述无源光网络在工作中采用两个光波长，一般用来提供网络浏览、网络电话(VoIP)及网络视频等数据服务。这些服务以基带数字信号的形式，在光波长上经过调制，以下将这类服务称为基带服务。除这些服务之外，有些无源光网络系统还可提供一种类似于有线电视的射频视频服务。一般情况下，这种服务包含若干个射频信道，其射频光谱覆盖范围为50到870MHz。有些信道属于模拟视频信道，使用一种称为残留边带振幅调制(AM-VSB)的技术，还有一些信道属于数字信道，使用正交振幅调制(QAM)技术。同时包含模拟和数字信道的射频波段以λ3波长调制成光载波，然后被波分复用器插入到无源光网络中，如图2所示。在订户侧，波长被波分复用器分隔后，被转换成射频，用于在用户设施内分配发送。提供这些服务的光网络单元在工作中采用三个波长，以下将此类光网络单元称为三波长光网络单元。
图2中所示现有技术中的三波长系统技术是对图1中双波长系统技术的改进，因为三波长系统让运营商能够多提供一项能带来收益的服务。但是，图2中的三波长系统有一定的限制，阻碍系统运营商提供高级视频服务，如视频点播(VoD)以及网络数字摄像机(Network DVR)等服务。这些服务项目都需要在用户设施中配备一个机顶盒，可以上行传送用户请求，例如影片选择、频道选择、暂停、快进等。这些上行射频信号占用的波段一般是5到42MHz。用户通常用遥控器激活机顶盒，当用户激活机顶盒，点播电影或在电影播放的过程中要求暂停时，该请求会由机顶盒调制为射频载波，然后上行发送到机顶盒控制器，由控制器处理用户的请求。图2中的系统无法传输这类上行射频信号。
在用户设施中，除了机顶盒以外，如果还有其它设备能够产生上行射频信号，将会是一项优点。有线调制解调器或其它服务设备也可以产生上行射频信号。
总之，这里所需要的是一种系统，它既能承载射频机顶盒和有线调制解调器的上行信息，同时又能支持无源光网络中的下行射频视频和双向基带服务。
发明内容
因此，本发明系统与装置的目的是提供一套系统，该系统既能通过无源光网络传输由机顶盒或有线调制解调器等设备产生的上行射频信号，同时还支持无源光网络上的下行射频视频和双向基带服务。这样一套系统可以用以下三种方式进行配置：
在系统实施例一中(见图3)，节点350在工作中采用波长λ4来传送上行射频信号。中心局或网络中心的波分复用器335对信号进行解复用处理，然后路由到射频光接收机。光网络单元通过端口352连接到节点350，用于提供双向基带服务和下行射频服务。
在系统实施例二中(见图4)，节点445既执行发送上行射频信号的功能，也执行接收下行射频信号的功能。光网络单元连接到节点445的端口452，提供双向基带服务。
在系统实施例三中(见图5)，节点545连接到分光器的一个下行端口，用于提供下行和上行射频，而该分光器的另一个下行端口上的光网络单元用于提供基带服务。
在上述三个实施例中，网络中心或中心局与用户设施之间的无源光网络上同时存在四种波长。
附图说明
本发明示范性实施例如所对应引用的附图所示。此处公开的实施例及附图旨在解释本发明，而不应视为对本发明的限定。
图1和图2是现有技术条件下已知的无源光网络系统示意图。
图3示出了此处公开实施例中的无源光网络系统。该系统用配备光发射机的节点发送上行射频信号，并将与该无源光网络关联的其它波长信号路由到光网络单元上。
图4示出了一个无源光网络系统，该系统中配备光发射机和光接收机的节点可以发送并接收上行和下行射频信号，同时将与该无源光网络关联的其它光信号路由到光网络单元上。
图5示出了一个无源光网络系统，该系统中与分光器的一个下行端口连接的节点用于发送并接收射频信号，而该分光器上另一个下行端口上连接的光网络单元用于接收并发送基带服务。
图6示出了由同一无源光网络服务的三处地点，第一处既得到双向射频服务，又得到基带服务，第二处只得到基带服务，第三处只得到双向射频服务。
具体实施方式
如图1中所示，现有技术中的一个典型无源光网络系统包含一个光线路终端、一个分光器和多个通过分光器与光线路终端连接的光网络单元。光线路终端一般位于网络中心或中心局内，光网络单元一般位于用户设施中。用户设施可能是单体住宅、公寓、酒店、营业类场所或其它设有电信设备的建筑物。光网络单元一般安装在住宅或建筑物内，或者附着在住宅或建筑物外侧。
光线路终端100一般包括一个光发射机105和一个光接收机110，光发射机工作采用的光波长为λ1，光接收机从多个双波长光网络单元130a-130n接收光波长为λ2的信号。在下行方向上，λ1通过波分复用器115复用传输到光纤120，然后经过分光器125，分光器将信号分隔开，分别传送到多个光纤128a-128n，这些光纤分别与多个双波长光网络单元130a-130n相连。所述光网络单元含有波分复用器(135a-135n)将λ1解复用，并路由到光接收机155a-155n上。
在上行方向上，光网络单元130a-130n内一般包含光发射机150a-150n，所述光发射机以波长λ2发送上行信号，波分复用器135a-135n将上行信号复用传送到光纤128a-128n。信号经过分光器125和光纤120后，由波分复用器115解复用，输入到光接收机110。光网络单元130a-130n内含有光发射机150a-150n，所述光发射机使用时分多址协议发送信号，根据该协议，每个光网络单元都分配到一个时隙，光发射机在分配到的时隙上将数据发送到光线路终端100。这就保证了多个光网络单元不会在同时发送上行信号，避免在光接收机110处产生干扰。
图2示出了现有技术中的一个典型无源光网络系统，该系统包含一个光线路终端、一个射频光发射机、一个波分复用器、一个分光器和多个通过所述分光器连接到所述光线路终端的光网络单元，在该系统中，射频光发射机用于仅在下行方向上将射频服务插入到无源光网络中。下行射频服务由工作波长为λ3的下行射频光发射机220调制，再由波分复用器225复用到无源光网络中。λ3经过光纤230和分光器235，分光器235分隔信号后，信号被分别传送到光纤240a-240n。这些光纤与多个三波长光网络单元250a-250n相连。光网络单元250a-250n含有波分复用器135a-135n，所述波分复用器对λ3进行解复用处理后，将其路由到下行射频光接收机250a-250n。下行射频光接收机再将λ3转换回射频，用于在用户设施内分配发送。
图3示出了本发明的一个实施例，该实施例包括一个节点350，工作光波长为λ4，用于发送上行射频信号。光网络单元355用于提供基带服务和下行射频服务。为清晰起见，将采用下列术语定义：
●λ1是在下行方向上从光线路终端300发出的光波长；
●λ2是在上行方向上由光网络单元355发出的光波长；
●λ3是在下行方向上由下行射频光发射机320发出的光波长；
●λ4是在上行方向上由节点350发出的光波长。
从有线调制解调器或机顶盒等设备发出的上行射频信号经过同轴电缆392后，由射频双讯器390进行解复用处理。射频双讯器是用于分隔射频信号的设备。上行射频光发射机365将这些信号调制成光波长λ4。λ4通过波分复用器360到达节点350的端口351，然后再经过光纤347、分光器345和光纤340到达网络中心或中心局里的波分复用器335。波分复用器335将λ4解复用后路由至射频光接收机325。
波分复用器335将下行波长λ1和λ3复用到光纤340，λ1和λ3经过光纤340、分光器345和光纤347后，传输到节点350的端口351。在节点350内，波分复用器360将λ1和λ3从端口351路由到端口352。之后，这两个光波长被传送到与节点350的端口352相连接的三波长光网络单元355。该三波长光网络单元输出的射频又经过双讯器390复用到同轴电缆392上。同轴电缆392与有线调制解调器、机顶盒或其它能够接收和/或产生射频服务的设备相连。从三波长光网络单元355传出的λ2经波分复用器360由节点350的端口352路由到端口351。λ2然后经过光纤347、分光器345和光纤340传送到波分复用器335。波分复用器335对λ2进行解复用后，将信号路由至光线路终端300。
应理解，波分复用器360的确切位置并不重要。例如，可以将波分复用器360放在节点350外，其功能不会改变。同样，也可以将它放置在三波长光网络单元355里，其功能也不会改变。与此相似，节点350和双讯器390也可以放在光网络单元355的里面，功能也不会改变。
还应理解，尽管波分复用器、光发射机和光接收机在图中看来各为单独的设备，但实际上很容易将这些设备整合在一起。例如，波分复用器360可以跟射频光发射机365的激光装置组合在一起。还应理解，分光器345在图中显示为一个单独的设备，只是为了清晰起见。在实际应用中，可以将若干个1:n分光器级联在一起。例如，分光器345可以是一个单独的1:32分光器，而将一个1:4分光器连接到四个1:8分光器上，也能完成相同的功能。
还应理解，系统并不一定要安装了分光器345才能运作。将光纤340连接到节点350的端口351，也可以实现同样的功能。
图4示出了本发明的另一种实施例，该实施例包括节点445，而节点445包括一个射频光发射机460、一个射频光接收机465、射频双讯器470、波分复用器450和波分复用器455。节点445提供上行和下行射频服务，双波长光网络单元475提供基带服务。
波分复用器430将两个下行波长λ1和λ3复用到光纤435上。这两个波长通过分光器440和光纤447被路由到节点445的端口451。在节点445内，波分复用器450将λ3路由到波分复用器455，波分复用器455对λ3进行解复用后，将信号下行路由至射频光接收机465。射频光接收机465将λ3转换回射频，路由至射频双讯器470。射频双讯器470将下行射频信号复用到同轴电缆492上，用于在用户设施内的分配发送。
λ1通过波分复用器450，从节点445的端口451路由到端口452，然后再路由至与节点445的端口452相连接的双波长光网络单元475。从双波长光网络单元475传出的λ2经由波分复用器450从节点445的端口452路由至节点445的端口451。
同轴电缆492上的上行射频信号经过射频双讯器470解复用后，路由至采用λ4工作的射频光发射机460。λ4随后通过波分复用器455和波分复用器450路由到节点445的端口451。两个上行波长λ2和λ4从端口451经过光纤447、分光器440和光纤435后到达波分复用器430。波分复用器430对λ1和λ4进行解复用后，将信号分别路由至光线路终端400和上行射频光接收机425。射频光接收机425将λ4转换回射频信号。
应理解，即使不安装光线路终端400和双波长光网络单元475，也能提供上行和下行射频服务。可以将系统配置为只采用λ3和λ4两个波长来提供双向射频服务。日后可以加装光线路终端和光网络单元，以提高带宽。
图5示出了本发明的另一实施例，该实施例包含节点545，该节点545提供双向射频服务，并与分光器540的一个端口连接。双波长光网络单元575连接到分光器540的另一个端口上，提供基带服务。射频光发射机520发送的λ3和光线路终端500发送的λ1经过波分复用器530、光纤535、分光器540和光纤543a路由至节点545。在节点545，波分复用器555将λ3路由至下行射频光接收机565。射频光接收机输出的射频经过双讯器570复用到同轴电缆592上。同轴电缆592连接到有线调制解调器、机顶盒等接收和/或产生射频的设备上。波分复用器555同时阻止λ1传入射频光发射机560和射频光接收机565。这样可以防止在λ1和由节点545提供的双向射频服务之间产生干扰。
有线调制解调器、机顶盒等设备发出的上行射频信号经射频双讯器570解复用后，由射频光发射机560转换成光波长λ4。λ4经波分复用器555、光纤543a、分光器540和光纤535路由至波分复用器530。波分复用器530对λ4解复用后，将其路由至射频光接收机525。
经波分复用器530复用处理的λ1和λ3也通过光纤535、分光器540和光纤543n路由至双波长光网络单元575。在光网络单元575，λ1经过波分复用器580解复用后，路由至光接收机590。波分复用器580同时阻止λ3进入光发射机585和光接收机590。这样可以防止在λ3和光发射机585及光接收机590所提供的双向基带服务之间产生干扰。
应理解，不用安装光线路终端500或光网络单元575，该系统也能提供双向射频服务。同样，不用安装下行射频光发射机520、上行射频光接收机525或者节点545，该系统也可以提供基带服务。
应理解，为清晰起见，图5只示出了两条与分光器540连接的光纤。在实际应用中，若干条光纤可以自分光器540连接到多个家庭和企业。例如，光纤543a可以连接到一个家庭，提供双向射频服务。同时，光纤543n可以连接到一家企业，提供基带服务。这样，可以由多条光纤可以连接到多个地点，提供射频服务或基带服务。该无源光网络系统上存在四个波长，但用户设施只选择传输其要求的服务所需用的波长。波分复用器555和/或波分复用器580会防止其它波长干扰用户请求的服务。
图6示出的正是这样一个系统。地点680通过光纤641a与所述无源光网络连接，该地点内设有提供基带服务的光网络单元675以及提供双向射频服务的节点665。地点681通过光纤641b与所述无源光网络连接，该地点内设有提供基带服务的双波长光网络单元676，而通过光纤641c与所述无源光网络连接的地点682，则设有提供双向射频服务的节点677。这样，在所述无源光网络服务的各个不同地点，可以提供双向射频服务、或基带服务、或同时提供这两种服务。

Claims (12)

1.一种单点对多点无源光网络系统，其特征在于，包括：
a.第一射频光发射机；
b.第一射频光接收机；
c.第一波分复用器，该波分复用器包含第一上行端口、第二上行端口以及至少一个下行端口；
d.光纤，用于连接第一射频光发射机与第一波分复用器的第一上行端口；
e.光纤，用于连接第一射频光接收机与第一波分复用器的第二上行端口；
f.分光器，该分光器至少有一个上行端口，并有多个下行端口；
g.光纤，用于连接第一波分复用器的下行端口与分光器的至少一个上行端口；
h.一个或多个节点，每个节点包含：
1)第一上行端口；
2)下行端口；
3)第二射频光发射机，该射频光发射机包含上行端口和下行端口；
4)第二射频光接收机，该射频光接收机包含上行端口和下行端口；
5)第二波分复用器，该波分复用器包含上行端口、第一下行端口及第二下行端口；
6)光纤，用于连接节点的上行端口与第二波分复用器的上行端口；
7)光纤，用于连接波分复用器的第一下行端口与第二射频光发射机的上行端口；
8)光纤，用于连接波分复用器的第二下行端口与第二射频光接收机的上行端口；
9)双讯器，该双讯器与第二射频光发射机、第二射频光接收机及节点的下行端口连接。
2.权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：
a.与第一波分复用器的第三个上行端口相连的光线路终端；
b.与分光器的其它下行端口相连的一个或多个多波长光网络单元。
3.权利要求1所述的系统，其特征在于，该无源光网络系统基于IEEE-802.3标准。
4.权利要求1所述的系统，其特征在于，该无源光网络系统基于ITU-984.x标准。
5.一种单点对多点无源光网络系统，其特征在于，包括：
a.光线路终端；
b.第一射频光发射机；
c.第一射频光接收机；
d.第一波分复用器，该波分复用器包含第一上行端口、第二上行端口、第三上行端口以及至少一个下行端口；
e.光纤，用于连接第一射频光发射机与第一波分复用器的第一上行端口；
f.光纤，用于连接第一射频光接收机与第一波分复用器的第二上行端口；
g.光纤，用于连接光线路终端与第一波分复用器的第三上行端口；
h.分光器，该分光器至少有一个上行端口，并有多个下行端口；
i.光纤，用于连接第一波分复用器的下行端口与分光器的至少一个上行端口；
j.一个或多个节点，每个节点包含：
1)第一上行端口；
2)第二上行端口；
3)下行端口；
4)第二射频光发射机，该射频光发射机包含上行端口和下行端口；
5)第二波分复用器，该波分复用器包含第一上行端口、第二上行端口及下行端口；
6)光纤，用于连接第二波分复用器的第一上行端口与节点的第一上行端口；
7)光纤，用于连接第二波分复用器的第二上行端口与节点的第二上行端口；
8)光纤，用于连接第二波分复用器的下行端口与第二射频光发射机的上行端口；
9)第二射频光发射机的下行端口与节点的下行端口之间的射频连接；
k.光纤，用于连接分光器下行端口与节点的第一上行端口；
l.至少一个三波长光网络单元，该网络单元包含；
1)上行端口；
2)下行端口；
m.光纤，用于连接节点的第二上行端口与光网络单元的上行端口；
n.双讯器，该双讯器与光网络单元下行端口、节点的下行端口及射频分配网络连接。
6.权利要求5所述的系统，其特征在于，进一步包括：
a.与分光器的其它下行端口相连的一个或多个多波长光网络单元。
7.权利要求5所述的系统，其特征在于，该无源光网络系统基于IEEE-802.3标准。
8.权利要求5所述的系统，其特征在于，该无源光网络系统基于ITU-984.x标准。
9.一种单点对多点无源光网络系统，其特征在于，包括：
a.光线路终端；
b.第一射频光发射机；
c.第一射频光接收机；
d.第一波分复用器，该波分复用器包含第一上行端口、第二上行端口、第三上行端口以及至少一个下行端口；
e.光纤，用于连接第一射频光发射机与第一波分复用器的第一上行端口；
f.光纤，用于连接第一射频光接收机与第一波分复用器的第二上行端口；
g.分光器，该分光器至少有一个上行端口，并有多个下行端口；
h.光纤，用于连接光线路终端与第一波分复用器一的第三上行端口；
i.光纤，用于连接第一波分复用器的下行端口与分光器上的至少一个上行端口；
j.一个或多个节点，每个节点包含：
1)第一上行端口；
2)第二上行端口；
3)下行端口；
4)第二射频光发射机，该射频光发射机包含上行端口和下行端口；
5)第二射频光接收机，该射频光接收机包含上行端口和下行端口；
6)第二波分复用器，该波分复用器包含第一上行端口、第二上行端口及下行端口；
7)第三波分复用器，该波分复用器包含上行端口、第一下行端口及第二下行端口；
8)光纤，用于连接第二波分复用器的第一上行端口与节点的第一上行端口；
9)光纤，用于连接第二波分复用器的第二上行端口与节点的第二上行端口；
10)光纤，用于连接第二波分复用器的下行端口与第三波分复用器的上行端口；
11)光纤，用于连接第三波分复用器的第一下行端口与第二射频光发射机的上行端口；
12)光纤，用于连接第三波分复用器的第二下行端口与第二射频光接收机的上行端口；
13)双讯器，该双讯器与第二射频光发射机的下行端口、第二射频光接收机的下行端口以及节点的下行端口连接。
k.光纤，用于连接分光器下行端口与节点的第一上行端口；
l.至少一个双波长光网络单元，该网络单元包含；
1)上行端口；
2)下行端口；
m.光纤，用于连接节点的第二上行端口与光网络单元上行端口。
10.权利要求9所述的系统，其特征在于，进一步包括与分光器其它下行端口连接的一个或多个多波长光网络单元。
11.权利要求9所述的系统，其特征在于，该无源光网络系统基于IEEE-802.3标准。
12.权利要求9所述的系统，其特征在于，该无源光网络系统基于ITU-984.x标准。
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