CN108322369A - 一种在铜线与光纤上实现g.fast接入的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在铜线与光纤上实现G.FAST接入的方法及装置，涉及网络传输技术领域。该方法包括以下步骤：当进行下行数据流向时，将接收的光信号转化为下行电信号，提取下行电信号中的数据并封装成IP包；将IP包编码成G.FAST制式后，将电信号转化为模拟信号并进行驱动放大；再将驱动放大后的模拟信号通过铜线或同轴电缆传输至客户终端设备CPE；当进行上行数据流向时，为下行数据流向的逆操作。本发明能在无需改造老旧小区的情况下，在原铜线(或同轴电缆)与光纤上实现G.FAST接入，有效解决了光纤到用户还有一公里未铺设的瓶颈问题。

Description

一种在铜线与光纤上实现G.FAST接入的方法及装置

技术领域

本发明涉及网络传输技术领域，具体来讲是一种在铜线与光纤上实现G.FAST接入的方法及装置。

背景技术

目前，虽然光纤已大量铺设，但还是有相当一部分老旧小区仍使用铜线并采用ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line，非对称数字用户环路)或VDSL(Very-high-bit-rate Digital Subscriber loop，超高速数字用户线路)技术来实现打电话和上网。现有的ADSL或VDSL装置的结构如图1所示，主要包括XDSL(如ADSL或VDSL)数据协议处理器、单线路驱动以及单RJ11(一种模块化的插孔或插头接口)等。使用这种传统的ADSL或VDSL技术的最大缺点是：带宽小，通常只能提供几十兆带宽，不能满足用户对高速数据上传和下载需求。其原因是ADSL技术是十几年前出现的，受当时技术所限，其带宽只能达到几十兆。而老旧建筑不大可能全面配备光缆槽，原因是一些业主拒绝钻孔或安装新光缆全部改造成光纤，并且铺设光纤到户还会增加运营商改造成本。因此，如何解决光纤到用户还有一公里未铺设的瓶颈，是业内的一个难点问题。

G.FAST是国际电信联盟(ITU)的一个标准化建议，目的是在250米距离内的铜线上达到1Gbit/s速率，调制成高频频率初始阶段采用106MHZ之后可以扩展到212MHZ。通常来说，频率越高，可获得的带宽也越高。因此，将G.FAST技术应用到仍使用铜线或同轴电缆的老旧小区，以解决光纤到用户还有一公里未铺设的瓶颈问题时，是一个很好的选择。

但是，由于老旧小区的整个物理层还是使用铜线，而仅仅将ADSL技术换成G.FAST技术，还是存在传输时延、信号衰耗、安全性低等缺点。其原因是：在铜线上传输毕竟是模拟传输，因为以电流方式传输，必然存在传输时延、信号衰耗、安全性不高等缺陷。

因此，如何在老旧小区中有效地实现G.FAST技术以解决光纤到用户还有一公里未铺设的瓶颈问题，是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种在铜线与光纤上实现G.FAST接入的方法及装置，能在无需改造老旧小区的情况下，在原铜线(或同轴电缆)与光纤上实现G.FAST接入，有效解决了光纤到用户还有一公里未铺设的瓶颈问题。

为达到以上目的，本发明提供一种在铜线与光纤上实现G.FAST接入的方法，包括以下步骤：当进行下行数据流向时，将接收的光信号转化为下行电信号，提取下行电信号中的数据并封装成IP包；将IP包编码成G.FAST制式后，将电信号转化为模拟信号并进行驱动放大；将驱动放大后的模拟信号通过铜线或同轴电缆传输至客户终端设备CPE；当进行上行数据流向时，为下行数据流向的逆操作。

在上述技术方案的基础上，所述CPE为G.FAST模式或ADSL模式或VDSL模式。

本发明还提供一种基于上述方法的在铜线与光纤上实现G.FAST接入的装置，该装置包括光模块、PON(Passive Optical Network，无源光纤网络)模块、数据协议处理芯片、模拟前端芯片、驱动芯片和设备装置端子；

所述光模块用于：实现数字光信号与电信号之间的转换；

所述PON模块用于：当进行下行数据流向时，提取下行电信号中的数据并封装成IP包；当进行上行数据流向时，解封装IP包中的数据，并按照指定的时隙将数据以上行电信号进行发送；

所述数据协议处理芯片用于：实现G.FAST制式的调制与解调；

所述模拟前端芯片用于：实现数字电信号与模拟信号之间的转换；

所述驱动芯片用于：实现模拟信号的驱动放大与还原；

所述设备装置端子用于：将铜线或同轴电缆与CPE固定端接，使得G.FAST制式的模拟信号能通过铜线或同轴电缆传输至CPE。

在上述技术方案的基础上，所述PON模块的接口为以太网接口，所述数据协议处理芯片为xGMII接口；该装置还包括以太网物理层芯片，用于实现以太网接口电平与xGMII接口电平之间的转换；所述以太网物理层芯片具有以太网接口和xGMII接口，通过以太网接口与所述PON模块连接，通过xGMII接口与所述数据协议处理芯片连接。

在上述技术方案的基础上，所述xGMII接口为SGMII接口、RGMII接口或GMII接口。

在上述技术方案的基础上，所述设备装置端子包括至少一个RJ11插座；当使用铜线传输时，直接通过RJ11插座将铜线与CPE固定端接，当使用同轴电缆传输时，还需通过耦合隔离器将同轴电缆内的信号转成铜线信号。

在上述技术方案的基础上，所述设备装置端子还包括反向供电模块，用于为该装置中的各器件进行反向供电。

在上述技术方案的基础上，所述反向供电模块包括至少一个电压提取转换模块和一个与每个电压提取转换模块均相连的均流模块；每个电压提取转换模块用于：从对应的用户CPE的信号中提取电源并转换为指定供电电源；均流模块用于：对各路经电压提取转换模块转换后的指定供电电源进行均流输出。

在上述技术方案的基础上，每个电压提取转换模块包括分级防热插拔保护电路、DC/DC模块、变压器和整形滤波模块；

所述分级防热插拔保护电路用于：防止热插拔损坏；并检测信号中是否含有所需的电源直流分量，若无，则将输出置为高阻，若有，则通过所述DC/DC模块将所需的电源直流分量提取出来；

所述变压器用于：将提取出的所需的电源直流分量转换成指定供电电源；

所述整形滤波模块用于：对转换的指定供电电源进行整形滤波，去掉杂波及毛刺。

在上述技术方案的基础上，所述反向供电模块内设置有用于标示工作状态的状态指示灯。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明中，当进行下行数据流向时，提取下行电信号中的数据并封装成IP包；将IP包编码成G.FAST制式后，将电信号转化为模拟信号；最终将模拟信号通过铜线或同轴电缆传输至CPE；而进行上行数据流向时，则为下行数据流向的逆操作。

利用上述方法可提供一种在铜线与光纤上实现G.FAST接入的有效解决方案，能在无需改造老旧小区的情况下，在原铜线(或同轴电缆)与光纤上实现G.FAST接入，使得能在原铜线(或同轴电缆)上提供高速接入，比普通的ADSL、VDSL速率有大幅提升，传输距离也有较大提高；同时，仍通过光纤进行远距离传输，保证了高带宽接入，有效解决了光纤到用户还有一公里未铺设的瓶颈问题。

(2)本发明的装置中，设置有光模块和PON模块，能实现下行时，将PON的数据调至成G.FAST给CPE；上行时，该设备解调CPE提供的G.FAST数据，并将数据推送至PON(无源光网络)传输的目的。

(3)本发明中还设计有反向供电模块，该模块能为本发明装置中的各器件进行反向供电。当本发明的装置用在无市电供应的环境中时，则可利用该反向供电模块来实现无市电的反向供电，使得本装置的使用范围更广，能满足各种使用环境的需求。

附图说明

图1为背景技术中现有ADSL或VDSL装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中进行下行数据流向时的流程图；

图3为本发明实施例中进行上行数据流向时的流程图；

图4为本发明实施例中在铜线与光纤上实现G.FAST接入的装置的结构框图；

图5为本发明实施例中反向供电模块的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种在铜线与光纤上实现G.FAST接入的方法及装置，解决了光纤到用户还有一公里未铺设的瓶颈问题，能在无需改造老旧小区的情况下，在原铜线(或同轴电缆)与光纤上实现G.FAST接入的效果。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

一种在铜线与光纤上实现G.FAST接入的方法，应用于通过光纤进行远距离传输并在接入CPE前通过铜线(或同轴电缆)进行传输的场景中，包括以下步骤：当进行下行数据流向时，将接收的光信号转化为下行电信号，提取下行电信号中的数据并封装成IP包；将IP包编码成G.FAST制式后，将电信号转化为模拟信号并进行驱动放大；将驱动放大后的模拟信号通过铜线或同轴电缆传输至CPE，该CPE可以是G.FAST Model、或ADSL Model、或VDSLModel；当进行上行数据流向时，为下行数据流向的逆操作。即，CPE通过铜线或同轴电缆传来模拟信号；将模拟信号进行驱动放大的还原后，转化为数字电信号；对数字电信号中的数据完成G.FAST解码，并封装成IP包；按照指定的时隙进行IP包中数据的发送。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施例对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一

参见图2所示，本实施例提供了一种在铜线与光纤上实现G.FAST接入的方法，其中，当进行下行数据流向时具体包括以下步骤：

步骤S101、接收局端设备通过光纤发来的光信号，并将该光信号转化为下行电信号。在具体实施过程中，所述局端设备可以为OLT(optical line terminal，光线路终端)设备或其他设备等，对于所述局端设备具体是何种设备，本实施例不做具体限定。

步骤S102、提取下行电信号中的数据并封装成IP包。

步骤S103、对IP包进行编码，使其调制成G.FAST制式。可以理解的是，该步骤中将IP包调制成G.FAST制式，使得在进行下行数据流向时，既能支持G.FAST又能兼容ADSL、VDSL(即，可以支持到户的CPE为G.FAST Modern，ADSLModern或VDSL Modern)。

步骤S104、将调制后的IP包的数字电信号转化为模拟信号，并对模拟信号进行驱动放大。可以理解的是，该步骤中对模拟信号进行驱动放大，使得放大后的信号可作为远距离传输。

步骤S105、将驱动放大后的模拟信号通过铜线或同轴电缆传输至CPE。

实施例二

参见图3所示，本实施例提供了一种在铜线与光纤上实现G.FAST接入的方法，其中，当进行上行数据流向时具体包括以下步骤：

步骤S201、对CPE通过铜线或同轴电缆传来的模拟信号进行驱动放大的还原；

步骤S202、将还原后的模拟信号转化为数字电信号；

步骤S203、对数字电信号中的数据进行G.FAST解调后，封装成IP包；

步骤S204、解封装IP包中的数据，并按照指定的时隙将数据以上行电信号进行发送；

步骤S205、将发送的上行电信号转化为光信号，并通过光纤发送至局端设备。

实施例三

基于同一发明构思，参见图4所示，本发明实施例还提供了一种基于上述方法的在铜线与光纤上实现G.FAST接入的装置。该装置包括光模块、PON模块、数据协议处理芯片、模拟前端芯片、驱动芯片和设备装置端子。其中：

光模块用于：实现数字光信号与电信号之间的转换。

PON模块用于：当进行下行数据流向时，提取下行电信号中的数据并封装成IP包；当进行上行数据流向时，解封装IP包中的数据，并按照指定的时隙将数据以上行电信号进行发送。

在具体实施过程中，该PON模块可封装为483-pin BGA(Ball Grid Array，焊球阵列封装)。并且，可外接FLASH存储器、高速缓存DDR3和晶体振荡器；其中，晶体振荡器用于分别为PON模块、FLASH存储器和高速缓存DDR3提供震荡，FLASH存储器用于存储数据信息，如程序，配置数据等。PON模块由FLASH存储器取出数据信息发送至高速缓存DDR3进入运行；高速缓存DDR3与PON模块同外部交换数据。

进一步的，该PON模块还可集成以太网口，用于调试程序数据的下载，抓包等调试。其接口类型是COPPER(一种数据类型)，无需接PHY(Physical Layer，物理层)可直接接网口变压器到面板上。更进一步的，该PON模块还可集成串口，用于调试程序，可以外接一个电平转换器(比如MAX3221芯片)同电脑的串口相连，可以实现人机互动，将调试的命令输入和输出结果显示到电脑显示屏。再进一步的，该PON模块还可集成JTAG(Joint Test ActionGroup，联合测试行为组织)接口，可以使用仿真器下载BOOT(自举)软件。

数据协议处理芯片用于：实现G.FAST制式的调制与解调。举例来说，在具体实施过程中，该数据协议处理芯片可封装为899-pin BGA，其控制接口可使用SPI(SerialPeripheral Interface，串行外设接口)，该SPI同PON模块相连，使得PON模块可对数据协议处理芯片进行控制，比如进行配置，或者从数据协议处理芯片读取状态信息。具体来说，其包含SGMII接口和AFE接口，其中AFE(Active Front End，主动前端)接口与模拟前端芯片进行连接，电平为LVTTL(一种电平标准)电平。

模拟前端芯片用于：实现数字电信号与模拟信号之间的转换。具体来说，当进行下行数据流向时，实现发送方向的数字电信号到模拟信号的转换；当进行上行数据流向时，实现接收方向的模拟信号到数字电信号的转换。举例来说，在实际操作过程中，该模拟前端芯片可封装为364-pin BGA，通过AFE接口与数据协议处理芯片连接，其内部可设有处理器去处理数据，可含有PLL(Phase Locked Loop，锁相环)，支持G.FAST、ADSL、VDSL等类型。

驱动芯片用于：实现模拟信号的驱动放大与还原；

设备装置端子用于：将铜线或同轴电缆与CPE固定端接，使得G.FAST制式的模拟信号能通过铜线或同轴电缆传输至CPE。

实施例四

本实施例提供的在铜线与光纤上实现G.FAST接入的装置，其基本结构与实施例三相同，不同之处在于：所述PON模块的接口仅为以太网接口，所述数据协议处理芯片为xGMII接口。当PON模块仅具有以太网接口时(即PON模块不具备xGMII接口)，则该装置还包括以太网物理层芯片，用于实现以太网接口电平与xGMII接口电平之间的转换；所述以太网物理层芯片具有以太网接口和xGMII接口，其通过以太网接口与所述PON模块连接，通过xGMII接口与所述数据协议处理芯片连接。当然，可以理解的是，若PON模块不仅具有以太网接口，还具有xGMII接口时，则数据协议处理芯片可直接通过xGMII接口与PON模块相连，而无需以太网物理层芯片。并且，在具体实施过程中，该xGMII接口可以为RGMII(ReducedGigabit MediaIndependent Interface)接口，SGMII(Serial Gigabit Media Independent Interface)接口，GMII(Gigabit Media Independent Interface)接口等；具体可根据实际情况进行选择，此处不做限制。

实施例五

本实施例提供的在铜线与光纤上实现G.FAST接入的装置，其基本结构与实施例三相同，不同之处在于：该装置的设备装置端子包括至少一个RJ11插座，当用户使用的是铜线时，可直接通过RJ11插座将铜线与CPE固定端接；当用户使用的是同轴电缆时，还会通过一个耦合隔离器将同轴电缆内的信号转成铜线信号。具体来说，该耦合隔离器是一个含有变压器，电感，阻容的组合件，用于将同轴电缆中的非平衡75欧信号与铜线中的平衡信号互为转换。同一个RJ11插座的端口要么是铜线，要么是同轴电缆，只能够2选1。

可以理解的是，在具体实施过程中，根据实际使用需要，可将RJ11插座设置为N个(N为正整数)，则可提供N路G.FAST端口，从而实现N路信号的传输，即可接收或发送N路CPE的数据信号，不但节省了传输成本，也满足了实际使用需求。举例来说，当N为4时，实际应用中可将4个RJ11插座制作成一个含4个端口的连体RJ11插座，提供4路G.FAST端口，从而实现4路信号的传输。

实施例六

本实施例提供的在铜线与光纤上实现G.FAST接入的装置，其基本结构与实施例五相同，不同之处在于：该装置的设备装置端子还包括反向供电模块，用于为该装置中的各器件(包括光模块、PON模块、数据协议处理芯片、以太网物理层芯片、模拟前端芯片、驱动芯片等)进行反向供电。可以理解的，由于老旧小区中不是所有的地方都提供有市电供电，当本发明的装置用在无市电供应的环境中时，则需要设置反向供电模块来实现无市电的反向供电；当然，当本发明的装置用在有市电供应的环境中时，也可以不需要该反向供电模块。

实施例七

参见图5所示，本实施例提供的在铜线与光纤上实现G.FAST接入的装置，其基本结构与实施例六相同，不同之处在于：该装置的反向供电模块包括至少一个电压提取转换模块和一个与每个电压提取转换模块均相连的均流模块。其中，每个电压提取转换模块用于：从对应的CPE的信号中提取电源并转换为指定供电电源，通常来说，该指定供电电源为电压为+12V，电流为2A的电源；均流模块用于：对各路经电压提取转换模块转换后的指定供电电源进行均流输出。该均流模块能对用户做到“用者出电费，不用不出钱”公平原则。举例来说，当需要实现4路信号的传输时，该电压提取转换模块可对应设置为4个，每一个电压提取转换模块对应1路CPE的信号，其具体结构可参见图5所示。

进一步的，在具体实施过程中，为了更好的展现反向供电模块的工作状态，可在反向供电模块中设置状态指示灯来表明其工作状态。举例来说，可使用LED二极管灯作为状态指示灯来标示。

更进一步的，在具体实施过程中，参见图5所示，每个电压提取转换模块包括：分级防热插拔保护电路、DC/DC模块、变压器和整形滤波模块。其中，分级防热插拔保护电路用于：防止热插拔损坏；并检测信号中是否含有所需的电源直流分量(例如，所需的电源直流分量为-48V电源直流分量)，若无，则将输出置为高阻，若有，则通过DC/DC模块将所需的电源直流分量提取出来(例如，通过DC/DC模块将-48V电源提取出来)。变压器用于：将提取出的所需的电源直流分量转换成指定供电电源。例如，将-48V转换成所需的+12V。整形滤波模块用于：对转换的指定供电电源进行整形滤波，去掉杂波及毛刺。

如上所述的反向供电模块的设计原理如下：

以图5中第一路信号为例，因为线路中可能含有合成的大电流，可能也没有大电流(用户不想使用，未开通就没有加载电流)，所以必须有检测电流的功能，且能区分出是哪一个级别，例如可做到一个级别是功率为24瓦，最大电流为2安培，当然还可以做到其他级别。并且，由于RJ11插座是能够带热插拔功能的，因此必须加防护器件，保证不冒火星，不会伤害到人身安全。对此，在反向供电模块内设计了上述分级防热插拔保护电路。

接下来是DC/DC模块，该模块是为了完成将第一路信号中的直流部分提取出来，例如信号中是48V电源，则将其从信号中分离出来。然后，分离出来的直流电源经过变压器，转变成我们所需的指定供电电源，如+12V电源。并且，还需对转换的指定供电电源进行整形滤波，去掉杂波及毛刺，保证稳定直流输出。

最后，将各路整形滤波后的指定供电电源(12V)经过均流模块输出。之所以要均流，是因为每一路信号中的电取自各个家庭，本装置的供电不能由一家承担，而应由各个用户平均承担，保证耗电公平，所以需要均流输出。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。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)

1.一种在铜线与光纤上实现G.FAST接入的方法，其特征在于，包括以下步骤：

当进行下行数据流向时，将接收的光信号转化为下行电信号，提取下行电信号中的数据并封装成IP包；将IP包编码成G.FAST制式后，将电信号转化为模拟信号并进行驱动放大；将驱动放大后的模拟信号通过铜线或同轴电缆传输至客户终端设备CPE；

当进行上行数据流向时，为下行数据流向的逆操作。

2.如权利要求1所述的在铜线与光纤上实现G.FAST接入的方法，其特征在于：所述CPE为G.FAST模式或ADSL模式或VDSL模式。

3.一种基于权利要求1所述方法的在铜线与光纤上实现G.FAST接入的装置，其特征在于：该装置包括光模块、无源光纤网络PON模块、数据协议处理芯片、模拟前端芯片、驱动芯片和设备装置端子；

所述光模块用于：实现数字光信号与电信号之间的转换；

所述PON模块用于：当进行下行数据流向时，提取下行电信号中的数据并封装成IP包；当进行上行数据流向时，解封装IP包中的数据，并按照指定的时隙将数据以上行电信号进行发送；

所述数据协议处理芯片用于：实现G.FAST制式的调制与解调；

所述模拟前端芯片用于：实现数字电信号与模拟信号之间的转换；

所述驱动芯片用于：实现模拟信号的驱动放大与还原；

所述设备装置端子用于：将铜线或同轴电缆与CPE固定端接，使得G.FAST制式的模拟信号能通过铜线或同轴电缆传输至CPE。

4.如权利要求3所述的在铜线与光纤上实现G.FAST接入的装置，其特征在于：所述PON模块的接口为以太网接口，所述数据协议处理芯片为xGMII接口；

在此基础上，该装置还包括以太网物理层芯片，用于实现以太网接口电平与xGMII接口电平之间的转换；所述以太网物理层芯片具有以太网接口和xGMII接口，通过以太网接口与所述PON模块连接，通过xGMII接口与所述数据协议处理芯片连接。

5.如权利要求4所述的在铜线与光纤上实现G.FAST接入的装置，其特征在于：所述xGMII接口为SGMII接口、RGMII接口或GMII接口。

6.如权利要求3所述的在铜线与光纤上实现G.FAST接入的装置，其特征在于：所述设备装置端子包括至少一个RJ11插座；当使用铜线传输时，直接通过RJ11插座将铜线与CPE固定端接，当使用同轴电缆传输时，还需通过耦合隔离器将同轴电缆内的信号转成铜线信号。

7.如权利要求6所述的在铜线与光纤上实现G.FAST接入的装置，其特征在于：所述设备装置端子还包括反向供电模块，用于为该装置中的各器件进行反向供电。

8.如权利要求7所述的在铜线与光纤上实现G.FAST接入的装置，其特征在于：所述反向供电模块包括至少一个电压提取转换模块和一个与每个电压提取转换模块均相连的均流模块；

每个电压提取转换模块用于：从对应的用户CPE的信号中提取电源并转换为指定供电电源；

均流模块用于：对各路经电压提取转换模块转换后的指定供电电源进行均流输出。

9.如权利要求8所述的在铜线与光纤上实现G.FAST接入的装置，其特征在于：每个电压提取转换模块包括分级防热插拔保护电路、DC/DC模块、变压器和整形滤波模块；

所述分级防热插拔保护电路用于：防止热插拔损坏；并检测信号中是否含有所需的电源直流分量，若无，则将输出置为高阻，若有，则通过所述DC/DC模块将所需的电源直流分量提取出来；

所述变压器用于：将提取出的所需的电源直流分量转换成指定供电电源；

所述整形滤波模块用于：对转换的指定供电电源进行整形滤波，去掉杂波及毛刺。

10.如权利要求8所述的在铜线与光纤上实现G.FAST接入的装置，其特征在于：所述反向供电模块内设置有用于标示工作状态的状态指示灯。