CN1080041C

CN1080041C - 光网络

Info

Publication number: CN1080041C
Application number: CN95197378A
Authority: CN
Inventors: 约翰·艾伦·奎尔
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1994-11-22
Filing date: 1995-11-22
Publication date: 2002-02-27
Anticipated expiration: 2015-11-22
Also published as: FI972155A; WO1996016490A1; FI972155A0; HK1003156A1; JPH10509003A; DE69520227T2; NO972326D0; CN1173251A; NO972326L; US5912998A; AU704465B2; MX9703742A; AU3931795A; EP0793879A1; EP0793879B1; DE69520227D1; NZ295713A

Abstract

一种光网络包括通过具有多个分光级的光纤网络与多个光网络单元相连接的一个首端台(1)，其中一个分光级是由设有对来自光网络单元的测距、测幅发送的监测装置(10，11)的n：1增音器(3)构成的。

Description

光网络

本发明涉及一种光网络。

目前，在英国，通信网络包括基本上完全由光导纤维构成的干线网络及基本上完全由铜股线构成的局接人网络。在将来，极其期望具有一直达到用户房室的一种固定的、弹性的、透明的通信基础结构，具有满足所有可预见服务需要的能力，或至少在接近这些用户房室的某些点(如沿街通信号)上满足服务需要。实现它的一种方式是建立一个用于接入布局的全管理光纤网络。对此的一种有吸引力的选择是树状光接入网络，例如包括单模光纤及无带宽限制的有源电子部分的无源光网络(PON)。

在PON中，单根纤维从首端(交换台)馈出，在房室及分配点(DP)上通过无源分光器被扇状地分出以供给光网络单元(ONU)。这些ONU可在用户室内或沿街服务多个用户。分光器的使用使得可共用馈入光纤及基于交换台的光纤线路终端(OLT)设备，由此体现PON成本上的优点。在目前，OPN的单向通信配置是最佳选择，这就是说，提供了分开的上游及下游PON，由此每个用户具有两根光纤。虽然由于每个线路需要两根光纤而使单向通信工作增加了基础结构的复杂性，但它具有低插入损耗(由于不用双联耦接器)及低折回损耗的优点，这由于该系统对于发送及接收通路对小于25dBm的反射不敏感。但是用单根光纤在双向上通信的双重PON也是允许的。典型地，PON被四路分光接着又被八路分光，因而单根首端光纤可用于至多32个用户。

在一种公知的装置TPON(无源光网络上的电话)中，首端台对所有网络上的终端播入时分帧。发送的帧包括通信数据及控制数据两者。每个终端识别并响应于发送帧中数据的合适地址部分，而不管帧的其余部分。在上游方向上，通过时分多路接入(TDMA)发送，其中每个终端以预定时隙发送数据，因而来自不同终端的数据组合在预定格式的TDMA帧中。

本发明人已开发出一种用于使用TDMA工作的PON中的位传送系统(BTS)。该BTS描述在我们的欧洲专利说明书：318331，318332，318333及318335中。

对于这种网络必要的一个特征是对与不同终端离首端台的不同距离有关的不同延时及衰减提供补偿。为此，每个终端设计用于发送定时到达上游TDMA帧的相应预定部分的测距脉冲。首端台设计成监视该定时，即来自每个终端的到达脉冲的相位及幅度，及返回伺服控制信号给终端以适当地延迟或提前其发送，并调整它们的发送功率。在建立PON系统期间或当PON系统升级或当PON系统故障修复又投入使用时测距离及幅值的处理是尤为重要的。在这种情况下，测距离及幅值的处理需要有限时间(往返延时)，它依赖于从首端台到终端的距离。这种起测距离及幅值作用的从终端到首端台并返回终端的往返延时被公知为死区。这是因为死区代表当PON正在专用于测距离及幅值且在此期间用户不能得到服务的时间。对于上述类型的简单PON，其中首端台在典型6-8km距离上至多连接32个终端，死区仅为60-80ms，这并不代表主要问题。

但是，近来PON的原理业已扩展，形成了被称为SuperPON(超级PON)的概念，其中使用了大功率放大器来构成非常大的多分支PON。例如，所使用的光放大器(如光纤放大器)允许多达3500个用户在长至200km的距离上与单个首端台相连接。在此情况下，死区为1ms至2ms数量级，这不会引起对此种SuperPON用户服务的显著损耗。

遗憾的是，光放大器仅能用于下游的SuperPON上，因为当光放大器用于上游SuperPON上时将由放大器的放大激发发射(ASE)的叠回引起噪音问题。在上游SuperPON中设置放大的一种方式是用增音器取代最后级的分光(这就是说最接近首端的分光级)。该装置将输入光信号转换成电信号，将它们放大，及再将放大的电信号转换成光信号以便向前传送。应指出，这种网络常被不严格地称为PON，尽管它们可能包括电子放大器，因而严格地说不是“无源”的。

本发明提供一种光网络，它包括通过具有多个分光级的光纤网络而与多个光网络单元相连接的一个首端台，其中在上游方向中的一级分光级是由设有对来自光网络单元的测距及测幅值发送的监测装置的n∶1增音器构成的。

最好该增音器通过单根光纤与首端台相连接。

通常，所述单根光纤具有长达200km的长度(例如100至200km)，及光网络单元距增音器相隔至多约8km。

在一个优选实施例中，增音器包括n个接收器及一个发送器，发送器与首端台相连接，每个接收器与成为增音器及光网络单元之间网络一部分的相应光纤相连接。简便地，增音器可设有多路复用器，以便对由接收器接收的信号进行多路复用以便由发送器发送到首端台，并设有监控装置，用于监测接收器、多路复用器及发送器的工作。

最好，每个接收器由一对并联的接收器板构成，发送器由一对并联的发送器板构成。在此情况下，监控装置可以这样，即当检测到所述一个接收器板的故障时，它使每对接收器板中的一个与其相关的光纤相断接，并使这对中的另一接收器板与所述光纤相连接，及当检测到所述一个发送器板故障时，它使一个发送器板与所述单根光纤相断接，并使另一发送器板与所述单根光纤相连接。

在另一优选实施例中，增音器是由多个增音器组件构成的，其中每个组件均连接到首端台前方的单根光纤上。

例如，每个增音器组件可包括多个接收器及发送器，发送器与所述单根光纤相连接，每个接收器与成为增音器及光网络单元之间网络一部分的相应光纤相连接，并这样地设置，即增音器组件中接收器的总数等于n。每个增音器组件可设有多路复用器，用于使该组件的接收器接收的信号多路复用，以便由相关的发送器发送到首端台，及设有监控装置，用于监控相关接收器、相关多路复用器及相关发送器的功能。

最好，每个接收器由一对并联的接收器板构成，每个发送器由一对并联的发送器板构成。在此情况下，每个增音器组件的监控装置可以这样，即当检测到所述一个接收器板的故障时，它使每相关对的接收器板中的一个与相关光纤断接，并使这对中的另一接收器板与所述光纤相连接，及当检测到所述一个发送器板的故障时，它使一个相关的发送器板与所述单根光纤断接，并使该对中的另一发送器板与所述单根光纤相连接。

现在将以例子的形式参照附图来详细描述包括根据本发明构成的测定距离及幅值的增音器(repeater)的一种SuperPON，附图为：

图1是SuperPON的概要示图；

图2是SuperPON的增音器的框图；

图3是构成图2中增音器一部分的接收器板的框图；及

图4是包括多个增音器的SuperPON的概要示图。

参照附图，图1表示具有经单根光纤2与多个ONU(未示出)相连接的首端台1、增音器3及包括两级或多级分光级的网络4(概示)的SuperPON。所示的SuperPON是一个上游SuperPON，这就是说它是将信号从ONU传送到首端台1的单向网络。虽然未在图中示出，下游PON假设也存在，用于将信号从首端台1传送到ONU；如果需要，本发明应用于双向PON。典型地，首端台1和增音器3之间的距离在从100km到200km的范围中。该SuperPON设计为使用BTS。

增音器3(见图2)取代了标准上游SuperPON的最后分光级、即最接近首端台1的分光级，另外的分光级以传统方式由无源分光器构成。最后分光级为12∶1，因而增音器3将来自首端台1的单根光纤2连接到构成网络4一部分的十二根光纤5(其中仅示出两根)。每根光纤5以155Mbit/S位速传送TDMA信息，而光纤2以1860Mbit/S传送信息。

增音器3包括24个接收器板6，它们成对地与12根光纤5相连接。每对中的一个接收器板6成为该对中另一接收器板的备用板，由此对于每根光纤5提供了一对一的接收器板的保护。增音器3还包括一个发送器/打包器单元7，用于将来自光导纤维5的数据打包及发送。为了提供一对一的发送器保护，单元7包括两个发送器/打包器装置。一个多路复用器/监控器8位于接收器板6及单元7之间。单元8的多路复用器在来自12个有源接收器板6的信号被单元7打包及发送前将这些信号多路传送；监控器控制增音器的测距及定幅值的功能(如下面所述)。可以在光纤2上使用任何方便的多路复用方法；而不一定要跟在用在光纤5的TDMA成帧的后面。

每个接收器板6(见图3)由：155Mbit/s接收器芯片9、测距ASIC10、测幅ASIC11、监控器芯片12、16位微控制器芯片13、打包器/解包器芯片14、对多路复用器芯片的接口15及功率控制芯片16组成。芯片9、14及15被高数据传送率母线17连接在一起，所有的芯片9-16被低数据传送率控制母线18连接在一起。

接收器板6的接收器芯片9接收来自基输入光纤5的数据信号，并经过高数据位速母线17传送给打包器/解包器芯片14及对多路复用器的接口芯片15。对多路复用器的接口芯片15与单元8的多路复用器接口连接，及打包器/解包器芯片14滤出任何操作和维护(O&M)信号并将这些信号送到16位微控制芯片13。从ONU规律地发送O&M信号(如BTS的每第n帧)，重要的是防止这些O&M信号返回到SuperPON中的首端台，因为在某些有问题的情况下首端台的处理可能会溢出。因此，增音器3将有效地进行O&M信号的控制，这通常是被PON的首端台进行控制的。

测距ASIC10及测幅ASIC11在16位微控制器芯片13的控制下施行测距及定幅值功能，这通常是在PON首端上进行的。于是，测距ASIC10及测幅ASIC11监测定时、即来自ONU测距脉冲到达的相位及幅值，并将伺服控制信号返回到ONU以便适当地延迟或提前它们的发送，及调整它们的发送功率。由于在增音器3及首端台1之间具有固定延时，测距及测幅中唯一的不精确性是由ONU及增音器3之间的延时引起的。但是，由于网络4是这样的，即ONU通常距增音器36-8km，对于测距及测幅的死区仅为60-80ms，这不会引起问题。这里因而再次地由增音器3从首端台1接管了重要的控制功能。这些伺服控制信号的返回最好从增音器发送到线路2上，到达首端1，然后由首端经下游PON向前发送给ONU。

监控器芯片12监控接收器芯片9，单元8的多路复用器及单元7的发送器的功能，并当检测到其自身的接收器板有问题时能有效地转换到与其配对的接收器板6。因此接收器板6被配对，以具有1∶1的冗余度及热线备用。每对的两个接收器板6的快速转换可作到无服务损失，有助于SuperPON分配侧(也就是说增音器3的下游侧)上的故障识别。换句话说，监控器芯片12能用来识别与专门光纤5连接的网络部分中的故障。这能使故障分支上的纠正工作得以进行而不必须关断整个SuperPON。这与公知的SuperPON形成对照，后者必须完全关断，以根除故障。类似地单元7的两个发送器具有1∶1的冗余度及热线备用。另一方式是，负载可插在两个发送器之间，以使得当一个故障时另一个承担故障发送器的负载。

16位微控制器芯片13控制另外的芯片9-12及14-16，功率控制芯片16控制所有其它芯片的电源。

图4表示上游SuperPON的一个改型，其中首端台21通过单根光纤22与三个增音器23a、23b、及23c相连接。增音器23a等同于图1中的增音器3，它也位于距首端台21约100km和200km之间。但增音器23b及23c的位置非常接近首端台21。各个PON24a、24b及24c与每个增音器23a、23b及23c有关。在此情况下，三个增音器23a、23b及23c集体地构成了上游SuperPON中的最后分光级，即它们提供了分配的增音器功能，其中如增音器23a具有6对接收板(末示出，但类似于图2中接收器板6)及增音器23b和23c各具有三对接收器板。显然，每个增音器23a、23b及23c具有设有两个用于提供一对一的发送器保护的发送器/打包器装置的发送器/打包器单元(未示出，但与图2中单元7类似)，及多路复用器/监控器单元(未示出，但与图2中单元8类似)。这种具有分配的增音器功能的SuperPON类型适用于用户相距很远的国家的远郊区。除了该分配的增音器功能外，图4的实施例以与图1相同的方式工作。增音器23a、23b及23c可被看成是构成上游SuperPON最后分光级的单个增音器的一部分(尽管头两个增音器23a及23b分别通过分光器25a及25b被连接在连向首端台21的主光纤22上)。因此，每个增音器23a，23b及23c控制各自PON24a、24b及24c的测距和测幅功能。这些PON24a、24b及24c每个中的死区仅为60-80ms数量级(PON是这样的：它们的ONU仅距各自增音器23a、23b及23c6-8km)，这对SuperPON型的用户不会引起大的服务损失。但应指出，如果增音器位于距首端不同的距离上及在该网络部分上使用了TDMA，则将需要对首端台及增音器之间网络部分的距离及幅值设置(或在增音器上或在首端台上)测距及测幅功能。另一方式是，从增音器(或多个增音器)到首端台之间的线路其本身可以是设有自身测距及测幅装置的单独PON的一部分。该单元PON可以是传统PON或根据本发明的PON。

将可清楚地看出，上述测距及测幅类型的增音器大大减小了上游SuperPON中的死区。此外，对增音器接收器的测距和测幅减少了系统的功率消耗，这就是说动态范围及接收器灵敏度的要求降低了。在现有技术的上游SuperPON中在首端接收器上必须结合多至3500个用户信号，因而，这将导致附加噪音的问题。通过将测距及测幅功能下移到增音器，待处理的用户数目下降到每接收器板6为288个，这导致所需功耗的减少。此外，每个接收器板6仅需考虑来自在远至6-8km距离处的ONU的信号，这导致降低动态范围的要求。随着动态范围的下降，将可以考虑实现无测幅的系统。在此情况下，增音器的接收器板6将被简化。

使用上述测距及测幅类型的增音器的另一优点是，上游数据位速可快于300Mbit/S(这是对于常规上游SuperPON的最大值)。这是因为连向增音器的十二个支路中的每个能传送300Mbit/S，及数据流可被多路复用以向前发送。它的优点是，现在SuperPON在上游及下游方向上可提供1.2Gbit/S的相同位速。

该装置的另外优点是在对首端台的连接上有更大的灵活性，由于SuperPON的分配部分及传送部分是分开的，因此PON对两个或多个首端台的双源部分是可实现的。并且由增音器滤出的O&M信息具有在首端台上避免过载的优点。另一优点，尤其对于图4的实施例，是对温度变化的适应。于是，BTS通常通过监测包首部中的测距脉冲来监测温度的变化，当测量到温度变化时将适当的校正信号发送到ONU。在这方面，应当指出，对于长距离PON，将引起数据移动一位的温度变化最低为0.075℃。但是，温度监测功能仅能在没有来自不同用户的位重叠时进行。这种位重叠是用户ONU与监测中心之间距离的函数。因此使用这种类型的增音器来监测距离仅远到6-8km的ONU时，具有更小的来自不同用户的位重叠的可能性，因此可实现更好的温度监测及校正。

Claims

1、一种光网络，包括通过具有多个分光级的光纤网络与多个光网络单元相连接的一个首端台，其中在上游方向中的一个分光级是由设有对来自光网络单元的测距及测幅发送的监测装置的n∶1增音器构成的，其中n为一自然数。

2、根据权利要求1所述的光网络，其中增音器通过单根光纤与首端台相连接。

3、根据权利要求2所述的光网络，其中所述单根光纤具有长至200km的长度，及光网络单元距增音器相隔至多约8km。

4、根据权利要求1至3中任一项所述的光网络，其中增音器包括n个接收器及一个发送器，发送器与首端台相连接，每个接收器与成为增音器及光网络单元之间网络一部分的相应光纤相连接。

5、根据权利要求4所述的光网络，其中增音器设有多路复用器，以便对由接收器接收的信号进行多路复用以便发送器发送到首端台。

6、根据权利要求1所述的光网络，其中增音器是由多个增音器组件构成的，其中每个组件连接到连向首端台的单根光纤。

7、根据权利要求6所述的光网络，其中每个增音器组件包括多个接收器及一个发送器，发送器与所述单根光纤相连接，每个接收器与成为增音器及光网络单元之间网络一部分的相应光纤相连接，并这样地设置，即增音器组件中接收器的总数等于n。

8、根据权利要求7所述的光网络，其中每个增音器组件设有多路复用器，用于使该组件的接收器接收的信号多路复用，以便由相关的发送器发送到首端台。

9、根据权利要求5所述的光网络，其中增音器设有监控装置，用于监控相关接收器、相关多路复用器及相关发送器的功能。

10、根据权利要求9所述的光网络，其中每个接收器由一对并联的接收器板构成，每个发送器由一对并联的接收器板构成，每个增音器组件的监测装置是这样的，即当检测到所述一个接收器板的故障时，它使每相关对的接收器板中的一个与相关光纤断接，并使这对中的另一接收器板与所述光纤相连接，及当检测到所述一个发送器板的故障时，它使一个相应的发送器板与所述单根光纤断接，并使该对中的另一发送器板与所述单根光纤相连接。