CN102387055A - 支持CATV光接入的融合EoC功能的EPON光网络单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种支持CATV光接入的融合EoC功能的EPON光网络单元，包括EPON远端机、EoC头端、CATV光接收模块和板间连接器，EPON远端机与EoC头端通过板间连接器相连，EPON远端机完成设备配置管理和IP数据的PON接入，板间连接器传输百兆以太网数据、复位信号和端口连接状态指示信号，EoC头端完成以太网数据与EoC低频数据的相互转换，以及EoC高频/低频数据的耦合；CATV光接收模块用于完成CATV光信号到CATV射频信号的转换。本发明在无需增加新的CATV光接收机及配套设备的情况下，提供可靠的IP数据和CATV信号接入，减少了HFC的组网成本、网络繁杂度和施工工序。

Description

支持CATV光接入的融合EoC功能的EPON光网络单元
技术领域
本发明涉及光通信领域中EoC(Ethernet over Coaxial cable，基于同轴电缆传输的以太网技术)的应用，特别是涉及一种支持CATV(Cable Television，有线电视)光接入的融合EoC功能的EPON(Ethernet Passive Optical Network，以太网无源光网络)ONU(OpticalNetwork Unit，光网络单元)。
背景技术
EoC同轴以太网系统是专门为广电有线网络运营商设计的基于现有同轴电缆分配网实现双向传输数据的系列产品，是一种HFC(Hybrid Fiber-Coaxial，光缆-同轴电缆混合网)网络实现双向网改的经济、高效的解决方案。EoC系统可以工作于有源和无源电缆分配网环境，在最小现有网改施工的情况下，快速实现数字电视回传通道、高速互联网接入、高清视频点播、IPTV(Internet Protocol Television，IP电视)、VoIP(Voice of Internet Protocol，IP电话)等业务。EoC头端设备使用同轴电缆和光纤，上行连接CATV(Cable Television，有线电视)和IP(Internet Protocol，互联网协议)信号，通过信号耦合以后与下行方向的同轴电缆分配网相连接。
随着EoC技术的广泛应用，EoC接入设备的形态也日渐增多。目前所见的EoC产品均为支持CATV电信号输入的EoC头端设备，这类设备比较适用于旧小区的改造。对于新建的小区，已经实现了光纤接入到单元楼。所以，对于新的小区EoC接入场景，如果仍然按照CATV电信号的接入模式，不仅浪费小区已有的光纤资源，而且还需要在小区内部安装多级CATV电信号放大器以及相关的配套设备，增多的中间环节，使得系统能耗变大、线网环境繁杂，最终导致EoC接入后网络运维困难。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种支持CATV光接入的融合EoC功能的EPON光网络单元，在无需增加新的CATV光接收机以及相关配套设备的情况下，提供可靠的IP数据和CATV信号接入，不仅缩减了设备的安装施工工序，而且降低了组网成本和繁杂度，减少了运维成本；网络适应性强，与终端设备的互通性强，组网灵活，适用于不同的EoC接入场景。
本发明提供的支持CATV光接入的融合EoC功能的EPON光网络单元，它包括以太网无源光网络EPON远端机，用于完成设备配置管理和互联网协议IP数据的无源光网络PON接入和EoC接入，它还包括基于同轴电缆传输的以太网技术EoC头端模块、CATV光接收模块和板间连接器，所述EPON远端机与EoC头端模块通过板间连接器相连，所述板间连接器用于传输百兆以太网数据、复位信号、电源、地和端口连接状态指示信号，所述EoC头端模块用于完成以太网数据与EoC低频数据的相互转换，以及EoC高频/低频数据的耦合；所述CATV光接收模块用于完成CATV光信号到CATV射频信号的转换。
在上述技术方案中，所述EPON远端机包括光模块、PON芯片、交换芯片和网络处理器，所述光模块通过光纤与光线路终端设备OLT连接，用于接收OLT的光信号，并对接收的光信号进行光电转换，将转换得到的电信号送到PON芯片；所述PON芯片用于对所述转换得到的电信号进行串并转换后送至交换芯片；所述交换芯片用于完成数据交换；所述网络处理器用于对PON芯片和交换芯片以及光接收模块进行管理及配置。
在上述技术方案中，所述光模块包括串并转换接口，光模块通过所述串并转换接口将完成光电转换后的电信号送至PON芯片；所述PON芯片包括吉比特媒质独立接口GMII，PON芯片通过GMII接口将进行串并转换后的数据送至交换芯片。
在上述技术方案中，所述CATV光接收模块提供I2C接口，网络处理器通过I2C接口读出CATV光信号的光功率以及CATV电信号的电平。
在上述技术方案中，所述EoC头端模块包括支持家庭电力线网络联盟HomePlug AV标准的介质访问控制MAC芯片、及配合所述MAC芯片使用的线驱芯片、平衡/非平衡变压器和EoC双工器，所述MAC芯片用于完成1024正交幅度调制QAM，所述线驱芯片用于完成数据的整型和放大，所述平衡/非平衡变压器用于完成低频EoC信号的平衡/非平衡转换，所述EoC双工器用于完成EoC低频信号与有线电视CATV信号的耦合。
在上述技术方案中，所述板间连接器与MAC芯片之间连接有百兆物理层芯片PHY，所述百兆PHY芯片用于将通过板间连接器的百兆以太网信号变为媒质独立接口MII数据。
在上述技术方案中，所述MAC芯片包括MII接口，所述MII数据通过MII接口送至MAC芯片。
在上述技术方案中，所述EPON光网络单元设有射频输出端口，所述EoC头端模块中的EoC双工器完成EoC低频信号与CATV信号的耦合后，由所述射频输出端口输出，经同轴网络传输送至EoC终端设备。
在上述技术方案中，所述EPON光网络单元还设有CATV光接收端口，所述CATV光接收端口将接收的CATV光信号送至内置的CATV光接收模块，完成光电信号的转换后，由射频连接器通过射频线连接到设备内部的射频接头，完成CATV信号的接入。
在上述技术方案中，所述CATV光接收端口采用方形连接器SC/带角度的物理端面APC类型的光接口，所述射频输出端口的接口类型为公制F头。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)本发明的EPON ONU和EoC头端一体化设备在不增加设备体积的情况下，内置了CATV光接收模块，不仅缩减了设备的安装施工工序，而且降低了组网成本和繁杂度，减少了运维成本。
(2)本发明的EoC接入技术支持IEEE(Institute of Electrical andElectronics Engineers，美国电气和电子工程师协会)的P1901标准，并能兼容上一代的产品，保护用户的投资，而且网络适应性强，与终端设备的互通性强。由于CATV光信号传输衰耗小，所以本设备输出的射频信号无需经过CATV电放大器给50-60户用户提供品质可靠的CATV信号。
(3)本发明中的CATV光接收模块提供I2C接口，可以从网管获取并调整CATV光接收模块的相关参数，该功能接口不仅解决了以往存在的CATV光机无法管理的问题，而且还可以针对实际的应用场景，来调整CATV光接收模块的输出电平，以方便组网和运维。
(4)本发明的CATV光接收模块选用SC(Square Connector，方形连接器)/APC(Angled Physical Contact，带角度的物理端面)类型的光接口，可以最大限度降低光接口的反射信号对CATV信号的影响，以保证CATV光信号的有效接收。
(5)本发明可以支持PON(Passive Optical Network，无源光网络)上联，也可以支持以太网上联，组网灵活，适用于不同的EoC接入场景。总之，本发明在可靠性、可维护性可服务性方面都具有明显的优势，是一个多系统统一的平台，具有广阔的应用场景。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例与外围网络连接的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图1所示，本发明实施例提供的支持CATV光接入的融合EoC功能的EPON ONU，包括EPON远端机、EoC头端模块、CATV光接收模块和板间连接器，EPON远端机与EoC头端模块通过板间连接器相连，其中，EPON远端机用于完成设备配置管理和IP数据的PON接入和EoC接入，板间连接器用于传输百兆以太网数据、复位信号、电源、地和端口连接状态指示信号，EoC头端模块用于完成以太网数据与EoC低频数据的相互转换，以及EoC高频/低频数据的耦合；CATV光接收模块用于完成CATV光信号到CATV射频信号的转换。
参见图1所示，EPON远端机包括光模块、PON芯片、交换芯片和网络处理器，光模块包括串并转换接口，PON芯片包括GMII(Gigabit Media Independent Interface，吉比特媒质独立接口)，光模块通过光纤与OLT(Optical Line Tterminal，光线路终端设备)连接，用于接收OLT的光信号，并对接收的光信号进行光电转换，通过串并转换接口将转换得到的电信号送到PON芯片；PON芯片对转换得到的电信号进行串并转换后，通过GMII接口将进行串并转换后的数据送至交换芯片；交换芯片用于完成数据交换；网络处理器用于对PON芯片和交换芯片以及光接收模块进行管理及配置。
CATV光接收模块通过设备的CATV光口(SC/APC)接收干线CATV光纤送来的信号，在内部完成CATV信号的光电转换以及CATV电信号的整型后送出。CATV光接收机提供I2C接口，本设备的网络处理器可以通过I2C接口读出CATV光信号的光功率以及CATV电信号的电平。
参见图1所示，EoC头端模块包括支持HomePlug AV(HomePlug Powerline Alliance，家庭电力线网络联盟)标准的MAC(Medium/MediaAccess Control，介质访问控制)芯片、及配合MAC芯片使用的线驱芯片、平衡/非平衡变压器和EoC双工器，MAC芯片包括MII(Media Independent Interface，媒质独立接口)接口，板间连接器与MAC芯片之间连接有百兆PHY(PhysicalLayer，物理层芯片)芯片，百兆PHY芯片将通过板间连接器的百兆以太网信号变为MII数据，MII数据通过MII接口送至MAC芯片。MAC芯片用于完成1024QAM(Quadrature AmplitudeModulation，正交幅度调制)，线驱芯片用于完成数据的整型和放大，平衡/非平衡变压器用于完成低频EoC信号的平衡/非平衡转换，EoC双工器用于完成EoC低频信号与有线电视CATV信号的耦合。
参见图2所示，本发明实施例的PON口通过光纤连接到OLT设备，完成IP的数据上联。EPON ONU还设有射频输出端口和CATV光接收端口，CATV光接收端口采用SC(Square Connector，方形连接器)/APC(Angled Physical Contact，带角度的物理端面)类型的光接口，射频输出端口的接口类型为公制F头。CATV光接收端口将接收的CATV光信号送至内置的CATV光接收模块，完成光电信号的转换后，由射频连接器通过射频线连接到设备内部的射频接头，完成CATV信号的接入。射频输出端口由同轴电缆连接到同轴电缆分配网，实现EoC数据和CATV信号的混合接入。EoC头端模块中的EoC双工器完成EoC低频信号与CATV信号的耦合后，由射频输出端口输出，经同轴网络传输送至EoC终端设备。
本发明实施例的原理详细阐述如下：
EoC是在同轴电缆上传输以太网数据技术的统称，工作原理是利用现有的有线电视同轴电缆网络，在CATV传输频谱外加入以太网数据通道，以使同一根同轴电缆能为用户同时提供视频、数据和语音服务。其下行方向传输CATV和数据信号，上行方向传输数据信号，为双向数字电视平台提供回传通道。
本发明作为EPON ONU与EoC技术的融合设备，就是在传统的EPON ONU设备上增加EoC功能的模块，再内置CATV光接收模块，通过具有EoC功能的芯片实现数据的以太网上联，以及以太网数据与EoC低频数据的相互转化。即：将EoC功能的模块的上联数据口与EPON ONU部分的交换芯片的端口连接，通过一定的包过滤和数据转发机制，完成融合，实现EPON ONU设备与EoC设备的一体化；同时在网管上实行统一管理，即用一个网管实现EPON OLT设备对EPON ONU、EoC终端设备的管理。
在EoC的众多调制方案中，本发明实施例选定了低频调制方案中的HomePlug AV，参见图1所示，具体工作原理如下：
(1)在下行方向，光模块从EPON接口接收到OLT发送过来的数据流，经过阻抗匹配电路进入PON芯片，串行数据在PON芯片完成PMA(Physical Medium Attachment，物理媒质附加)层及EPON特定MAC层的工作，通过GMII接口与交换芯片进行数据交换，然后数据进入EoC套片，即MAC芯片+AFE(Analog Front End，模拟前端芯片)完成以太网信号的调制以及平衡非平衡变换，变为EoC低频信号，与CATV电信号经过EoC双工器耦合从同轴电缆传输出去，经同轴电缆网络送至EoC终端设备。
(2)在上行方向，来自EoC终端设备的(EoC+CATV)数据信号，通过同轴电缆网络传至本设备的EoC头端模块。EoC头端模块经过EoC双工器分离出EoC信号和CATV信号，分离出来的EoC信号经过EoC套片(MAC芯片+AFE芯片)，完成EoC信号的解调以转换成以太网信号，经过EoC头端模块的MII接口送至交换芯片完成数据交换后，进入PON芯片的上行突发数据队列中，PON芯片将数据送入光模块发送上去(至OLT设备)。
(3)在没有数据发送时，OLT和本发明实施例以及CNU(CoaxialNetwork Unit，同轴电缆宽带接入单元)之间仍然有MPCP(MultiplePoint Control Protocol，多点控制协议)帧和OAM(OperationAdministration and Maintenance，操作、管理、维护)帧的交互，以维持系统的正常联络，保持ONU和CNU的在线。
本发明实施例是支持CATV光接入同时兼具EPON ONU和EoC头端功能的一体机，主要功能是实现EPON ONU功能、实现CATV光信号的接入，并完成EoC头端设备的功能。即：接收EPON OLT设备的数据，完成宽带数据的EPON接入，然后把以太网数据送入EoC头端模块，实现以太网数据与EoC数据的转换后，经信号的整型和放大，送至EoC双工器，同时把CATV光信号经过CATV光接收模块变成电信号以后，由EoC双工器完成CATV信号和EoC低频信号耦合，送至设备的射频连接器输出，实现数据与CATV光信号的可靠接入。
为了灵活安装设备，本设备设计为前出线的方式，设备的指示灯和用户接口都在设备的前面板上，设备的左右侧有散热孔，设备的左侧设有散热孔，右侧装有风扇，保证设备的良好散热。
为了保证设备的可维护性以及组网方便，本设备提供以下设备运行状态指示灯：
(1)PWR：设备电源正常/异常指示灯。
(2)ACT：设备CPU运行正常/异常指示灯。
(3)EoC：设备与终端设备物理层连接建立/没有建立指示灯。
(4)REG：设备注册/没有注册到OLT指示灯。
(5)设备PON口收光正常/异常指示灯。
(6)设备CATV光接收模块收光正常/无收光指示灯。
本设备提供的接口包括：本地调测串口、调测网口、EPON ONU光接口、CATV电信号接入端口、CATV信号与EoC低频信号耦合后的输出端口、电源和开关(220V交流供电方式)以及保护地端子，具体说明如下：
(1)本设备提供一个CATV光接收端口(接口类型：SC/APC)，接收电平的范围为[-8dBm，2dBm]，当接收电平超出接收电平范围会影响CATV信号质量。
(2)本设备提供一个EoC低频信号与CATV信号混合输出端口(OUT)。为保证组网灵活，接口类型为公制F头，以便与目前广电行网中的连接头适配，完成业务的连接。本设备的EoC低频部分的信号电平约为110dBuV。
(3)本设备提供一个PON接口，通过内置光模块用光纤与OLT设备连接，完成OLT与ONU之间的通信，实现数据信号的光接入，PON口的接收电平在[-3dbm，-27dbm]内。
(4)本设备提供4个功能预留的千兆以太网接口，该接口可以实现设备级联或者以设备的太网上联。
(5)本设备提供一个CONFIG口为本地管理网口和一个串口，方便设备调测。
(6)1个交流220V电源开关和1个交流220V电源插座。
(7)1个保护地接地座子。
(8)本设备提供散热孔和风扇用来散热。
本发明实施例定位为FTTB(Fiber To The Building，光纤到楼宇)型设备，根据不同的用户接入需求，可以灵活放置在小区的中心机房或者单元楼道。
根据本发明实施例的产品形态以及市场定位，本设备最大支持的用户终端的数量为64。对本发明实施例内置的CATV光接收模块的功能要求如下：
(1)CATV光接收模块输出电平＝接入损耗(即从本设备的射频输出口到用户终端之间的损耗)+入户电平。
(2)提供I2C接口，可以获取并调整CATV光接收模块的相关参数。
(3)CATV光接收端口需满足广电对楼道型CATV光接收模块的相关指标。
(4)为了减少CATV光接收模块的接收光功率损耗，CATV光接收模块选用SC/APC类型的光接口。
(5)CATV光接收模块的功耗小于5W，且加装散热外壳，保证合理散热。考虑到尽量减少CATV光接收模块的功耗，所以给光接收模块提供需要的多等级电源。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种支持CATV光接入的融合EoC功能的EPON光网络单元，它包括以太网无源光网络EPON远端机，用于完成设备配置管理和互联网协议IP数据的无源光网络PON接入和EoC接入，其特征在于：它还包括基于同轴电缆传输的以太网技术EoC头端模块、CATV光接收模块和板间连接器，所述EPON远端机与EoC头端模块通过板间连接器相连，所述板间连接器用于传输百兆以太网数据、复位信号、电源、地和端口连接状态指示信号，所述EoC头端模块用于完成以太网数据与EoC低频数据的相互转换，以及EoC高频/低频数据的耦合；所述CATV光接收模块用于完成CATV光信号到CATV射频信号的转换。
2.如权利要求1所述的支持CATV光接入的融合EoC功能的EPON光网络单元，其特征在于，所述EPON远端机包括光模块、PON芯片、交换芯片和网络处理器，所述光模块通过光纤与光线路终端设备OLT连接，用于接收OLT的光信号，并对接收的光信号进行光电转换，将转换得到的电信号送到PON芯片；所述PON芯片用于对所述转换得到的电信号进行串并转换后送至交换芯片；所述交换芯片用于完成数据交换；所述网络处理器用于对PON芯片和交换芯片以及光接收模块进行管理及配置。
3.如权利要求2所述的支持CATV光接入的融合EoC功能的EPON光网络单元，其特征在于，所述光模块包括串并转换接口，光模块通过所述串并转换接口将完成光电转换后的电信号送至PON芯片；所述PON芯片包括吉比特媒质独立接口GMII，PON芯片通过GMII接口将进行串并转换后的数据送至交换芯片。
4.如权利要求2所述的支持CATV光接入的融合EoC功能的EPON光网络单元，其特征在于：所述CATV光接收模块提供I2C接口，网络处理器通过I2C接口读出CATV光信号的光功率以及CATV电信号的电平。
5.如权利要求1所述的支持CATV光接入的融合EoC功能的EPON光网络单元，其特征在于：所述EoC头端模块包括支持家庭电力线网络联盟HomePlug AV标准的介质访问控制MAC芯片、及配合所述MAC芯片使用的线驱芯片、平衡/非平衡变压器和EoC双工器，所述MAC芯片用于完成1024正交幅度调制QAM，所述线驱芯片用于完成数据的整型和放大，所述平衡/非平衡变压器用于完成低频EoC信号的平衡/非平衡转换，所述EoC双工器用于完成EoC低频信号与有线电视CATV信号的耦合。
6.如权利要求5所述的支持CATV光接入的融合EoC功能的EPON光网络单元，其特征在于：所述板间连接器与MAC芯片之间连接有百兆物理层芯片PHY，所述百兆PHY芯片用于将通过板间连接器的百兆以太网信号变为媒质独立接口MII数据。
7.如权利要求6所述的支持CATV光接入的融合EoC功能的EPON光网络单元，其特征在于，所述MAC芯片包括MII接口，所述MII数据通过MII接口送至MAC芯片。
8.如权利要求5所述的支持CATV光接入的融合EoC功能的EPON光网络单元，其特征在于：所述EPON光网络单元设有射频输出端口，所述EoC头端模块中的EoC双工器完成EoC低频信号与CATV信号的耦合后，由所述射频输出端口输出，经同轴网络传输送至EoC终端设备。
9.如权利要求8所述的支持CATV光接入的融合EoC功能的EPON光网络单元，其特征在于：所述EPON光网络单元还设有CATV光接收端口，所述CATV光接收端口将接收的CATV光信号送至内置的CATV光接收模块，完成光电信号的转换后，由射频连接器通过射频线连接到设备内部的射频接头，完成CATV信号的接入。
10.如权利要求9所述的支持CATV光接入的融合EoC功能的EPON光网络单元，其特征在于：所述CATV光接收端口采用方形连接器SC/带角度的物理端面APC类型的光接口，所述射频输出端口的接口类型为公制F头。
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