CN105024755B - 移动回程光纤通信网络 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动回程光纤通信网络，包括基站、核心网节点、核心网络，通过波分复用无源光网络连接基站与核心网节点，核心网通过光链路终端以及两级或更多分路结点与基站通信，在第一级分路点与核心网络节点之间布设工作主干光纤和保护主干光纤，第一级分路点内置波带滤波器，如果任取连接于不同第一级分路结点的两基站之间建立无线连接可实现基站到核心网结点间的全保护。本发明提出的方案，在只进行主干光纤保护的情况下能够增强系统的可靠性，连接可靠性能够优于99.9%，通过主干光纤保护，单一故障下受影响的基站数目可以轻易地减少至100以下。基站到核心网结点间的全保护只需增加基站到另一基站的无线连接，可减少成本，灵活配置。

Description

移动回程光纤通信网络

技术领域

本发明涉及光通信网络，具体针对移动回程的应用，提出一种光纤及微波混合式的低成本，低功耗的高可靠性的光通信网络架构。

背景技术

3G 与4G 以及更先进的移动服务的出现带来了数据吞吐量的飙升，相应地造成了现有的蜂窝网络的压力。同时支持移动蜂窝网络的移动回程技术也相应的需要更大的网络容量。

目前，运营商能够在3 种不同物理媒介的回程方式中做选择：铜缆、光纤以及微波。前两种为有线的解决方案，而后一种则是基于无线技术。微波回程方式能够实现最大几公里的范围内速率高达数Gbps 的网络容量。目前微波回程方式占据了全球回程网络的近50%。铜缆网络占据了20%, 光纤占据了30%. 然而由于铜缆其有限的带宽容量，无法满足未来数据量的需求，其份额在未来几年会逐渐降低。展望未来，光纤有望取代基于铜缆的有线连接，并且增加其现有的份额。相较于微波方式，光纤连接能够提供近乎于无限制的带宽（远远大于100Gps），并且可以支持极长的传输距离（几十公里以上的无中继传输）。另外，由于传输介质造成的损耗，微波通信通常会有非常高的功耗，而基于光纤的通信技术相比之下能耗则低得多。因此，为了最大可能的降低功耗，微波技术应在移动回程网络中尽可能地缩减。但是另一方面，相对微波技术光纤的布设成本较为高昂。

结合上述几点，微波和光纤相结合的混合技术，可以在满足传输容量与距离需求的同时，优化成本与功耗。图1 为光纤和微波混合型回程网络的一种。在光纤/ 微波混合型回程网络方案中，微波用于小型基站（如图1 中基站4 或基站5）与大型（或中心）基站（如

图1 中基站1）间的连接，光纤回程网络则通过中心基站来汇集来自不同基站的数据流。目前，许多的运营商（如欧洲的TeliaSonera，Telenor，Vodafone，美国的Verizon 以及日本的NTT 等）已经在他们的商用LTE 网络中采用或计划采用纯光纤或光纤/ 微波混合回程网络技术。

与此同时，数据吞吐量需求的增长也增加了移动回程网络可靠连接的重要性。对于连接的可用性要求达到4 个9，即99.99%，甚至更高。已经证明，在没有端到端保护的情况下，光纤传输的可靠性表现不佳，无法满足99.99% 的可靠性。对于典型的光纤/ 微波混合型回程方式，光纤部分汇集了来自数个基站的数据流，而且直接与大型基站。对于运营商来讲，减少故障的影响也同样很重要，即避免大量的终端用户（如不超过500 个用户）在同一时间被故障影响，为此切实可行的网络恢复能力也是必要的。另外，资本与运营支出也同能耗一样，应该尽可能地减小，以便为客户提供性价比高的解决方案。例如，由ITU-T 标准化的纯光纤保护（如ITU-T G983.1）通过复制光纤段及其它全部设备来提供完整的保护。在故障的情况下，通过切换至备用路径能够轻易地避免产生严重的影响。但是这种方案却耗费高昂，因为铺设用于保护的光纤是及其昂贵的。据我们所知，尽管该方法自其标准化至今已有20 余年，但尚未有采用该方法的移动回程网络被用于实际铺设。因此，对于基于光纤的移动回程网络，一个极其重要的问题就是在保证可靠性的同时，尽可能地减少由于保护所带来的额外的成本。

发明内容

1、本发明的目的。

本发明为了解决现有技术中微波和光纤结合的混合技术可靠性不高的问题，而提出了一种移动回程光纤通信网络。

2、本发明所采用的技术方案。

移动回程光纤通信网络，包括基站（10）、核心网节点（1）、核心网络（9），通过波分复用无源光网络连接基站（10）与核心网节点（1），核心网络（9）通过光链路终端（11）以及两级或多级的分路结点与基站（10）通信，其特征在于：基站（10）与核心网节点（1）通过光链路终端（11）进行通信，任取连接于不同第一级分路结点的两基站之间建立无线连接，在第一级分路点与核心网络节点（1）之间布设工作主干光纤（6）和保护主干光纤（7），第一级分路点内置波带滤波器（4）。

更进一步，核心网（9）通过备用光链路终端（12）以及大于2 级的分路结点与基站（10）通信。

更进一步，可选的中继信号放大设备（5）位于波带滤波器（4）和核心网节点（1）之间，功率根据网络连接的光功率需求设定。

更进一步，用于实现不同波长的阵列波导光栅（3）位于除第一级分路之外的其他分路点。

更进一步，由主链路终端和备用链路终端（12）产生具有相同波长的信号，在工作主干光纤（6）和保护主干光纤（7）中传输，然后通过波带滤波器（4）后分为长波段和短波段，在经过阵列波导光栅（3）进行传输到基站。

更进一步，大于2 级的分路连接的最大基站数目的个数为各级节点个数的乘积，即最大基站数目为N1* N2…*NK，其中K 为分路的级数。

更进一步，任一级阵列波导光栅的通道间隔为当前级自由光谱范围进行平均分配，即第i 级分路节点（i ＞ 1）的阵列波导光栅的通道间隔为FSRi/Ni，其中Ni(K ≥ i ＞1)代表第i 级分路节点的最大扇出数量， FSRi(K ≥ i ＞ 1) 代表第i 级分路节点中阵列波导光栅的自由光谱范围。

更进一步，基站的个数为2N, 阵列波导光栅（3）的通道间隔则为其自由光谱范围的1/N。

更进一步，每一级的阵列波导光栅的通道间隔与上一级中阵列波导光栅的自由光谱范围相同，即有FSRi/Ni=FSRi-1(K ≥ i ＞ 1)。

3、本发明的有益效果。

本发明能提供了一种可靠的、同时具有高成本效益和低功耗的移动回程网络结构。该结构提供了光纤和无线混合型的保护措施，其中，主干光纤的保护由所有连接的基站共享，而基于无线的技术则用于连接基站的分布式光纤的保护。利用上述提出的方案，在只进行主干光纤保护的情况下能够动态地增强系统的可靠性，连接可靠性能够优于99.9%，通过主干光纤保护，单一故障下受影响的基站数目可以轻易地减少至100 以下。

附图说明

图1 为背景技术中的基于光纤和微波混合式的无线回程网络图例。

图2 本发明所提出的光纤/ 微波混合回程网络架构示意图 。

图3 本发明分路节点的结构示意图。

图4 本发明应用本保护方案的网络结构正常工作路径的示意图。

图5 本发明主干光纤保护示意图。

图6 本发明分布光纤保护示意图。

图7 本发明带有分布光纤保护情况下的光网络单元（ONU）的结构示意图。

图8 本发明不带有分布光纤保护情况下的光网络单元的结构示意图。

图中1- 核心网节点，2- 交换机，3- 阵列波导光栅，4- 波带滤波器，5- 中继信号放大器，6- 工作主干光纤，7- 保护主干光纤，8- 无线连接，9- 核心网，10- 基站，11- 光链路终端，12 - 备用光链路终端，13- 光网络单元，14- 分布光纤，15- 光收发机，16- 微波收发机，A- 短波长信号通路，B- 长波长信号通路，C- 备用长波路径，D- 备用短波路径，E- 光纤断路。

具体实施方式

为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。

实施例1

如图2 所示，移动回程光纤通信网络中，采用了波分复用无源光网络技术（WDMPON）

来实现基站与核心网节点(MC node)1 间的连接，由光链路终端（OLT）11，备用光链路终端(backup OLT)12 以及二层或三层交换机2 构成，它们负责实现与核心网络9 的通信。

在该回程网络中，工作主干光纤6 和保护主干光纤7 被布设于第一级分路点与核心网节点1 之间。第一级分路点内置波带滤波器4，中继信号放大设备5 可选择性铺设，由光链路终端与光网络单元间连接的光功率需求决定。阵列波导光栅3 等器件则用于其他分路点，如图2 中的第二、第三分路点，用以实现到不同基站的波长路由功能。

本发明提出的保护结构能够支持多级分路结构， K（K>1）为总共的分路级数。第三级及更高级次的分路点是可选的。对于分布光纤的保护，要找到连接不同的第二分路级中分路节点的基站，在其间建立无线连接8。

分路节点的具体结构如图3 所示。图中显示了总共两级分路节点的样例。此处自由光谱范围（FSR）为阵列波导光栅中给定级次不与其他级次重叠的最大光谱范围。其中自由光谱范围FSR1 为长波段，自由光谱范围FSR2 为短波段。由主链路终端和备用链路终端12 产生信号可以具有相同的波长在主干光纤6 和备用主干光纤7 中传输。

但信号在波带滤波器4 的作用下被分为长波段与短波段。然后，两个波带的信号将各自通过阵列波导光栅3。

若两级分离网络需要连接的基站总数为2N，则阵列波导光栅的通道间隔则为其自由光谱范围的1/N。

在具体实施中，可以通过增加分路级将其扩展至更为普遍的情形，即K ≥ 2 的情况。我们用Ni(K ≥ i ＞ 1) 代表第i 级分路节点的最大扇出数量（即输出端口数量），用FSRi(K ≥ i ＞ 1) 代表第i 级分路节点中阵列波导光栅的自由光谱范围。据此，我们能够得到该波分复用无源网络可连接的最大基站数目为N1* N2…*NK，而第i 级分路节点（i＞ 1）的阵列波导光栅的通道间隔为FSRi/Ni。

需要注意的是，对于第一级分路节点而言，有N1=2，这表示该级中的波长带通滤波器的输出接口数目为2 。而FSRK 则与长波段与短波段整体的频谱范围相同。每一级的阵列波导光栅的通道间隔与上一级中阵列波导光栅的自由光谱范围相同，即有FSRi/

Ni=FSRi-1(K ≥ i ＞ 1)。

实施例2

对于本发明，在正常工作的情况下，如图4 所示，无光纤断路或设备故障。图中A表示短波长信号通路，而B 表示长波长信号通路。

图5 展示了本发明对于主干光纤（feeder section）的保护。图中显示了一处发生在主光纤支路8 上的光纤断路E。在此情况下，所有的工作信道由主光链路终端11 转移至备用光链路终端12，信号经由备用支路光纤7 进行传输。由于采用了主干光纤保护方案，主光链路终端11 与备用光链路终端12 间经由核心网络9 传输的信号来触发，来实现由工作路径至备用路径的切换。对于主干光纤故障（即核心结点与第二分路级的结点之间的光纤故障）而言，备用路径采用了与工作路径不同的波长。例如工作信道位于长波段，则应对支路光纤故障时它的保护路径则位于短波段。对于波分复用无源光网络而言，光网络单元（ONU）应该是波长无关的，即可以接收网络中使用的任意波长的信号，这样能够简化安装与运转的流程。所以由于保护作用引起的波长改变并不会造成额外的成本开销。另外，备用路径能够在主工作信道正常工作的情况下，传输一些对服务质量要求不高的低优先级的数据流。

图6 展示了本发明对于分布光纤部分( 即第二分路点与基站之间的光纤）的保护。图中显示了一处发生于分布光纤12 上的光纤断路E。保护路径由分布光纤断路的基站与相邻基站纸件通过微波连接8 构成。保护路径同时也是主干光纤故障时（如图4），基站中网络单元的保护路径。

在实际实施中，对于一些已经连接光纤进行回程的小型基站（如微蜂窝），目前它们并不需要很高的可靠性（例如≥ 99.99%），可以忽略回程网络中分布光纤部分的保护。如果在未来它们需要增强可靠性，以上提出的解决基于微波技术的保护方案能够较快的实施，因为只需设置无线连接而不需要大量耗时的土建工程。另一方面，对于大型基站或是汇集了多个基站数据流的中心基站而言，任何长时间的服务中断都是可能是难以承受的，因为这将影响大量的数据和降低用户体验舒适度。

图7 展示了一个光网络单元(ONU) 在它相邻的光网络单元(ONU) 需要分布光纤保护时的结构。图中显示了其中包含的模块，其中包括光收发机20，它们与波带滤波器4 相连，此外还有微波收发机21。

相应的，图8 展示了一个光网络单元在其相邻的光网络单元不需要分布光纤保护时的配置。此时其内部只需包含一个与分配光纤分布光纤直接相连的光收发机20 即可。

利用上述提出的方案，我们能够动态地增强系统的可靠性。在只进行主干光纤保护的情况下，连接可靠性能够优于99.9%，但在多数情况下仍然低于99.99% 。通过应用上述提出的完整的保护计划（即主干光纤保护与分布光纤保护相结合），则能够轻易地达到99.99% 。除了可靠性，上述方案同样对故障影响率进行了考量。通过主干光纤保护，单一故障下受影响的基站数目可以轻易地减少至100 以下，乃至更少。

Claims (8)

1.一种移动回程光纤通信网络，包括基站（10）、核心网节点（1）、核心网络（9），通过波分复用无源光网络连接基站（10）与核心网节点（1），核心网络（9）通过光链路终端（11）以及两级或多级分路结点与基站（10）通信，其特征在于：基站（10）与核心网节点（1）通过光链路终端（11）进行通信，任取连接于不同的第一级分路结点的两基站之间建立无线连接，在第一级分路点与核心网络节点（1）之间布设工作主干光纤（6）和保护主干光纤（7），第一级分路点内置波带滤波器（4），由主链路终端和备用链路终端（12）产生具有相同波长的信号，在工作主干光纤（6）和保护主干光纤（7）中传输，然后通过波带滤波器（4）后分为长波段和短波段，在经过阵列波导光栅（3）进行传输到基站。

2.根据权利要求1 所述的移动回程光纤通信网络，其特征在于：核心网（9）通过备用光链路终端（12）以及大于2 级的分路结点与基站（10）通信。

3. 根据权利要求1 所述的移动回程光纤通信网络，其特征在于：可选的中继信号放大设备（5）位于波带滤波器（4）和核心网节点（1）之间，功率根据网络连接的光功率需求设定。

4.根据权利要求1 所述的移动回程光纤通信网络，其特征在于：用于实现不同波长的阵列波导光栅（3）位于除第一级分路之外的其他分路点。

5.根据权利要求4 所述的移动回程光纤通信网络，其特征在于：大于2 级的分路连接的最大基站数目的个数为各级节点个数的乘积，即最大基站数目为N1* N2…*NK，其中K 为分路的级数。

6. 根据权利要求5 所述的移动回程光纤通信网络，其特征在于：任一级阵列波导光栅的通道间隔为当前级自由光谱范围进行平均分配，即第i 级分路节点（i ＞ 1）的阵列波导光栅的通道间隔为FSRi/Ni，其中Ni(K ≥ i ＞ 1) 代表第i 级分路节点的最大扇出数量，FSRi(K ≥ i ＞ 1) 代表第i 级分路节点中阵列波导光栅的自由光谱范围。

7. 根据权利要求6 所述的移动回程光纤通信网络，其特征在于：基站的个数为2N，阵列波导光栅（3）的通道间隔则为其自由光谱范围的1/N。

8. 根据权利要求6 所述的移动回程光纤通信网络，其特征在于：每一级的阵列波导光栅的通道间隔与上一级中阵列波导光栅的自由光谱范围相同，即有FSRi/Ni=FSRi-1(K ≥i＞ 1)。