CN1512686A - 简化的以太网无源光网络收发器及其信号传输的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种简化的以太网无源光网络收发器及其信号传输的方法，特点是，其收发器还包括：一局端可编程阵列模块和一远端可编程阵列模块，用以完成对数据信号的缓冲、编解码、测距；局端可编程阵列模块与局端收发器中的物理层接口、电/光转换模块和突发时钟提取模块连接；远端可编程阵列模块与远端收发器物理层接口模块、光/电模块和电/光模块连接；一个局端收发器可与多个远端收发器之间进行无源光路的连接与通信；其信号传输方法包括下行传输步骤和上行传输步骤，它们分别由数据信号接收步骤、信号复用处理步骤、信号转换步骤、信号解复用处理步骤、数据信号送出步骤组成。由此本发明的局端不需要大量的光纤和设备就能达到网络可靠性要求。

Description

简化的以太网无源光网络收发器及其信号传输的方法

技术领域

本发明涉及一种光纤通信技术领域中的收发器，尤其涉及一种为解决光纤接入网最后一公里而设计的简化的以太网无源光网络收发器及其信号传输的方法。

背景技术

传统的xPON各种无源光网络主要有ATM异步转移模式-PON和Ethernet-PON以太无源光网络(请提供xPON、ATM异步转移模式-PON、Ethernet-PON以太无源光网络的中文名)等，一般是将大量交换设备集成进入光传输设备之中，如图1和图2所示。

请参见图1所示，这是现有技术的传统xPON各种无源光网络设备的下行传输框图，传统xPON各种无源光网络是利用时分复用(TDM)做下行传输。其中：

光线路终端(OLT)的工作流程是，来自于自局端设备的数据流，经物理层接口1转换后进入交换矩阵2，在交换矩阵2完成交换功能后，必须将传输到每一个用户端的数据分别经过先进先出存储器3(FIFO)调整后再与测距控制中心5发出的测距信号一起经复用器4复用成为一路串行信号，送编码器6，经编码器6编码成为适于光传输的码型，电/光转换模块7接到数据信号后向光纤中发出光信号(图中粗实线表示光纤传输线路)；

下行光信号经无源光分路后，传到多个光网络单元(ONU)中，其中每一个ONU的工作流程是，经无源光分路的下行光信号经光电转换模块8转换成电信号后经解码器9解码、解复用器10解复用后分两路输出，一路送至测距信号接收机，而主路经物理层接口11后接到用户端设备中。

请参见图2所示，图2是现有技术的传统xPON各种无源光网络设备的上行传输框图，传统xPON各种无源光网络是利用时分多址复用(TDMA)做上行传输。其中：

光网络单元(ONU)的工作流程是，来自用户端设备的数据流经物理层接口22转换后进入先进先出存储器20(FIFO)调整，由测距信号接收机21控制先进先出存储器20(FIFO)，并给出测距应答信号与FIFO20的输出信号一起由复用器19复用后接入电光转换模块18，并形成多个ONU发出的光信号经反向使用的无源光分路器合路之后一起送入光线路终端(OLT)里；

光线路终端(OLT)的工作流程是，上行的光合路信号经光电转换模块17转换成电信号，经突发时钟提取16后获得时钟信号CLK(时钟信号)和经定时的DATA数据信号(数据信号)，经数据/测距解复用器15后分成多路数据流信号和测距信号，测距信号进入测距控制中心5，多路数据流信号经多个先进先出存储器14(FIFO)调整后进入交换矩阵13后经物理层接口12送入上层的局端设备。

上述两技术方案的实现要求设计者不但精通光传输设备的技术，还要精通交换设备中(异步转移模式)ATM异步转移模式或(智能外设)IP以太网协议的技术，整个系统开发难度极大，其中包含了大量的重复劳动，产品批量小，价格高，而且产品成熟稳定性方面很难达到通用产品的水平。

而目前通用的以太网收发器通常采用的是点对点的传输技术，不适合接入网的树型拓扑结构。为满足网络的可靠性要求，一般都采用星形拓扑结构。局端需要大量的光纤和设备才能满足众多远端用户的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简化的以太网无源光网络收发器及其信号传输的方法，它的局端不需要大量的光纤和设备就能既达到网络的可靠性要求，又能满足众多远端用户的需求。

本发明的目的是这样实现的：

一种简化的以太网无源光网络收发器，包括：局端收发器和远端收发器；

所述的局端收发器包括，一与上层交换机/路由器信号接收和发送连接的物理层接口，一能将电信号转换为光信号并送至远端的电/光转换模块，接收远端的光信号并转换为电信号的突发式光/电模块，与光/电模块连接的突发时钟提取模块；

所述的远端收发器包括，一接收和发送以太网交换机或计算机用户信号的物理层接口模块，与局端连接将光信号转换为电信号的连续波光/电模块，与局端连接将电信号转换为光信号的突发式电/光模块；

其特征在于还包括：一局端可编程阵列模块(FPGA)和一远端可编程阵列模块(FPGA)，用以完成对数据信号的缓冲、编解码、测距；

所述的局端可编程阵列模块(FPGA)与局端收发器中的物理层接口、电/光转换模块和突发时钟提取模块连接；

所述的远端可编程阵列模块(FPGA)与远端收发器物理层接口模块、光/电模块和电/光模块连接；

一个局端收发器可与多个远端收发器之间进行通信，其之间采用无源光路进行连接与通信；

在上述的简化的以太网无源光网络收发器中，其中，所述的局端可编程阵列模块(FPGA)包括，

一先进先出存储器FIFO，该先进先出存储器FIFO与物理层接口连接，用以调整来自上层交换机/路由器的标准以太网信号；

一数据/测距解复用模块，该数据/测距解复用模块与突发时钟提取模块连接，接收突发时钟提取模块发出的数据信号和时钟信号，经其解复用后将信号分为两路输出，其中数据信号送至物理层接口模块；

一测距控制中心，该一测距控制中心接收来自数据/测距解复用模块中的另一路时钟输出信号，测距控制中心送出两路信号，其中，RST复位信号送至突发时钟提取模块；

一复用器，该复用器同时接收来自先进先出存储器FIFO送出的标准以太网信号和测距控制中心定期发出的测距信号并将两信号混合在一起；

一编码器，该编码器接收复用器送出的混合在一起的标准以太网信号和测距信号，将混合在一起的测距信号和数据信号编码成普通连续光的的码型，以便于电/光转换模块的转换和传输。

在上述的简化的以太网无源光网络收发器中，其中，所述的远端可编程阵列模块(FPGA)包括，

一解码器，该解码器与连续波光/电模块连接，用于将适用于光传输的码解码为数据信号；

一解复用器，该解复用器与解码器连接，并将用于将经解码后的数据信号分为两路输出，一路送至物理层接口；

一测距信号接收机，该测距信号接收机接收解复用器送出的第二路信号，并送出两路信号；

一先进先出存储器FIFO，该先进先出存储器FIFO与物理层接口连接，用以调整将来自太网交换机/计算机用户的信号；并根据测距信号接收机送出的控制信号，将调整后的以太网交换机/计算机用户的信号送出；

一复用器，该复用器接收先进先出存储器FIFO送出的以太网交换机/计算机用户的信号和测距信号接收机送出的控制信号并将两信号混合在一起送至电/光模块。

一种用上述简化的以太网无源光网络收发器的进行信号传输的方法，包括下行传输步骤和上行传输步骤，其特点是：

所述的下行传输步骤包括，

第一，数据信号接收步骤，由物理层接口接收来自上层交换机/路由器的标准以太网信号，将标准以太网信号(100Mb/s，1Gb/s，10Gb/s)去扰解码后还原为不归零码(NRZ码)；

第二，信号复用处理步骤；通过局端可编程阵列模块(FPGA)，将其测距控制中心定期发出的测距信号和来自上层交换机/路由器的标准以太网信号混合在一起，再经编码器编码处理后成为适用于普通连续的光发射/接收模块传输的形式；

第三，信号转换步骤，首先将编码处理后的信号经电/光模块进行电/光转换即转换为下行光信号，并将电光转换后的普通连续的光信号进行传输；并将传输后的普通连续的光信号经光/电模块进行连续波光电转换；

第四，信号解复用处理步骤，经光/电模块光电转换后的信号通过远端可编程阵列模块(FPGA)，由解码器进行解码，形成不归零码NRZ码，并由解复用器分为测距控制信号和主路数据信号送出；

第五，数据信号送出步骤，将解复用器送出的测距控制信号送至测距信号接收机，而将解复用器送出的主路数据信号送物理层接口并转换为标准以太网信号送至以太网交换机或计算机用户；

所述的上行传输步骤包括，

第一，数据信号接收步骤，由物理层接口接收并调整的来自以太网交换机或接收机用户的信号，并将该信号转换为不归零码NRZ码；

第二，信号复用处理步骤；通过远端可编程阵列模块(FPGA)，将已转换为不归零码NRZ码的以太网交换机或计算机用户的信号通过测距信号接收机控制，由先进先出存储器予以处理调整，复用器将测距信号接收机的测距应答信息和先进先出存储器送出的来自以太网交换机或计算机用户的数据信号予以混合后复用；

第三，信号转换步骤，首先将复用器送出的信号经突发式电/光模块进行电光转换并发出，多个远端的光信号经光无源分路/合路器有序地排列后送入OLT局端的突发式光/电模块转换为电信号，并经突发式时钟提取送出；

第四，信号解复用处理步骤，经光/电模块光电转换后的信号，由突发时钟提取模块通过局端可编程阵列模块(FPGA)，经数据/测距解复用模块进行解复用，形成不归零码NRZ码，并由数据/测距解复用模块分为两路送出，其中，测距控制信号送入测距控制中心校正测距误差，校正后，测距控制中心又对突发式时钟提取电路发出复位信号以提高性能；

第五，数据信号送出步骤，经数据/测距解复用模块解复用后的另一路主路数据信号直接送入物理层接口，由其转换为标准以太网信号送入上层交换机/路由器。

本发明简化的以太网无源光网络收发器及其信号传输的方法，由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术光纤通信收发器相比，具有以下的优点和积极效果：

1.本发明由于在网络拓扑结构方面与传统xPON各种无源光网络设备一样是点对多点的树型结构，由此可利用广播式的下行传输，用多点对一点的时分多址复用(TDMA)做上行传输，在设备内部采用与传统的以太网收发器类似的物理层器件和无源光网络必需的功能部件组成，与通用的交换机/路由器的标准接口连接；

2.本发明由于在通用的以太网收发器物理层器件和交换机/路由器之间加入了无源光网络，从而具有突发光发送/接收、缓冲、编解码、测距等功能；

3.本发明由于尽可能地采用通用的以太网收发器物理层转换器件，和标准的交换机/路由器接口，在设备内部加入了无源光网络必需的突发光发送/接收，而将缓冲、编解码、测距等特殊功能由专门设计的可编程阵列FPGA芯片实现，因此能实现光纤接入网末端的简化且可靠的目的。

附图说明

通过以下对本发明简化的以太网无源光网络收发器及其信号传输的方法的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。

其中，附图为：

图1是现有技术传统xPON各种无源光网络设备的下行传输框图；

图2是现有技术传统xPON各种无源光网络设备的上行传输框图；

图3是本发明简化的以太网无源光网络收发器的结构框图。

具体实施方式

请参见图3所示，这是本发明简化的以太网无源光网络收发器的结构框图。本发明，简化的以太网无源光网络收发器，包括：局端收发器和远端收发器；

所述的局端收发器包括，一与上层交换机/路由器信号接收和发送连接的物理层接口1，一能将电信号转换为光信号并送至远端的电/光转换模块7，接收远端的光信号并转换为电信号的突发式光/电模块17，与光/电模块17连接的突发时钟提取模块16；

所述的远端收发器包括，一接收和发送以太网交换机或计算机用户信号的物理层接口模块2，与局端连接将光信号转换为电信号的连续波光/电模块18，与局端连接将电信号转换为光信号的突发式电/光模块8；

与现有技术不同的是还包括：一局端可编程阵列模块FPGA 100和一远端可编程阵列模块FPGA 200，用以完成对数据信号的缓冲、编解码、测距；该局端可编程阵列模块FPGA 100与局端收发器中的物理层接口1、电/光转换模块7和突发时钟提取模块16连接；该远端可编程阵列模块FPGA 200与远端收发器物理层接口模块2、光/电模块18和电/光模块8连接；并且，一个局端收发器可与多个远端收发器之间进行通信，其之间采用无源光路进行连接与通信。

所述的局端可编程阵列模块FPGA 100包括，一先进先出存储器FIFO 3，该先进先出存储器FIFO 3与物理层接口1连接，用以调整来自上层交换机/路由器的标准以太网信号；一数据/测距解复用模块15，该数据/测距解复用模块15与突发时钟提取模块16连接，接收突发时钟提取模块16发出的数据信号和时钟信号，经其解复用后将信号分为两路输出，其中数据信号送至物理层接口模块1；一测距控制中心5，该一测距控制中心5接收来自数据/测距解复用模块15中的另一路时钟输出信号，测距控制中心5送出两路信号，其中，RST复位信号送至突发时钟提取模块16；一复用器4，该复用器4同时接收来自先进先出存储器FIFO 3送出的标准以太网信号和测距控制中心5定期发出的测距信号并将两信号混合在一起；一编码器6，该编码器6接收复用器4送出的混合在一起的标准以太网信号和测距信号，将混合在一起的测距信号和数据信号编码成普通连续光的的码型，以便于电/光转换模块7的转换和传输。

所述的远端可编程阵列模块FPGA 200包括，一解码器9，该解码器9与连续波光/电模块8连接，用于将适用于光传输的码解码为数据信号；一解复用器10，该解复用器10与解码器9连接，并将用于将经解码后的数据信号分为两路输出，一路送至物理层接口2；一测距信号接收机21，该测距信号接收机21接收解复用器10送出的第二路信号，并送出两路信号；一先进先出存储器FIFO 20，该先进先出存储器FIFO 20与物理层接口2连接，用以调整将来自太网交换机/计算机用户的信号；并根据测距信号接收机21送出的控制信号，将调整后的以太网交换机/计算机用户的信号送出；一复用器19，该复用器19接收先进先出存储器FIFO 220送出的以太网交换机/计算机用户的信号和测距信号接收机221送出的控制信号并将两信号混合在一起送至电/光模块18。

本发明，一种用上述简化的以太网无源光网络收发器的进行信号传输的方法包括以下步骤：

所述的下行传输步骤包括，

第一，数据信号接收步骤，由物理层接口1接收来自上层交换机/路由器的标准以太网信号，将标准以太网信号(100Mb/s，1Gb/s，10Gb/s)去扰解码后还原为不归零码(NRZ码)；

第二，信号复用处理步骤；通过局端可编程阵列模块FPGA 100，将其测距控制中心5定期发出的测距信号和来自上层交换机/路由器的标准以太网信号混合在一起，再经编码器6编码处理后成为适用于普通连续的光发射/接收模块传输的形式；

第三，信号转换步骤，首先将编码处理后的信号经电/光模块7进行电/光转换即转换为下行光信号，并将电光转换后的普通连续的光信号进行传输；并将传输后的普通连续的光信号经光/电模块8进行连续波光电转换；

第四，信号解复用处理步骤，经光/电模块8光电转换后的信号通过远端可编程阵列模块FPGA 200，由解码器9进行解码，形成不归零码NRZ码，并由解复用器10分为测距控制信号和主路数据信号送出；

第五，数据信号送出步骤，将解复用器10送出的测距控制信号送至测距信号接收机21，而将解复用器10送出的主路数据信号送物理层接口2并转换为标准以太网信号送至以太网交换机或计算机用户；

所述的上行传输步骤包括，

第一，数据信号接收步骤，由物理层接口2接收并调整的来自以太网交换机或接收机用户的信号，并将该信号转换为不归零码NRZ码；

第二，信号复用处理步骤；通过远端可编程阵列模块FPGA 200，将已转换为不归零码NRZ码的以太网交换机或计算机用户的信号通过测距信号接收机21控制，由先进先出存储器20予以处理调整，复用器19将测距信号接收机21的测距应答信息和先进先出存储器20送出的来自以太网交换机或计算机用户的数据信号予以混合后复用；

第三，信号转换步骤，首先将复用器19送出的信号经突发式电/光模块18进行电光转换并发出，多个远端的光信号经光无源分路/合路器有序地排列后送入OLT局端的突发式光/电模块17转换为电信号，并经突发式时钟提取16送出；

第四，信号解复用处理步骤，经光/电模块17光电转换后的信号，由突发时钟提取模块16通过局端可编程阵列模块FPGA 100，经数据/测距解复用模块15进行解复用，形成不归零码NRZ码，并由数据/测距解复用模块15分为两路送出，其中，测距控制信号送入测距控制中心5校正测距误差，校正后，测距控制中心又对突发式时钟提取电路发出复位信号以提高性能；

第五，数据信号送出步骤，经数据/测距解复用模块15解复用后的另一路主路数据信号直接送入物理层接口1，由其转换为标准以太网信号送入上层交换机/路由器。

综上所述，本发明，简化的以太网无源光网络收发器及其信号传输的方法，是针对以上两类现有技术存在的不足而提出的。其中，在网络拓扑结构方面与传统xPON各种无源光网络设备一样利用无源光分路器实现点对多点的网络结构，利用时分复用(TDM)做下行传输，用时分多址复用(TDMA)做上行传输；在设备内部采用与传统的以太网收发器相同的物理层接口器件和通用的上层交换机/路由器，在此基础上增加了无源光网络设备xPON各种无源光网络必需的突发发送/接收，缓冲，编解码，测距等功能；将传统上的xPON各种无源光网络设备和通用以太网产品结合在一起，既继承了xPON各种无源光网络设备节省设备和光纤线路投资，可靠性高等优点，又具有大规模生产的通用以太网设备成熟稳定，质优价廉的优点，从而实现了光纤接入网末端的简化且可靠。

Claims (4)

1.一种简化的以太网无源光网络收发器，包括：局端收发器和远端收发器；

所述的局端收发器包括，一与上层交换机/路由器信号接收和发送连接的物理层接口(1)，一能将电信号转换为光信号并送至远端的电/光转换模块(7)，接收远端的光信号并转换为电信号的突发式光/电模块(17)，与光/电模块(17)连接的突发时钟提取模块(16)；

所述的远端收发器包括，一接收和发送以太网交换机或计算机用户信号的物理层接口模块(2)，与局端连接将光信号转换为电信号的连续波光/电模块(18)，与局端连接将电信号转换为光信号的突发式电/光模块(8)；

其特征在于还包括：一局端可编程阵列模块(FPGA)(100)和一远端可编程阵列模块(FPGA)(200)，用以完成对数据信号的缓冲、编解码、测距；

所述的局端可编程阵列模块(FPGA)(100)与局端收发器中的物理层接口(1)、电/光转换模块(7)和突发时钟提取模块(16)连接；

所述的远端可编程阵列模块(FPGA)(200)与远端收发器物理层接口模块(2)、光/电模块(18)和电/光模块(8)连接；

一个局端收发器可与多个远端收发器之间进行通信，其之间采用无源光路进行连接与通信；

2.如权利要求1所述的简化的以太网无源光网络收发器，其特征在于：所述的局端可编程阵列模块(FPGA)(100)包括，

一先进先出存储器FIFO(3)，该先进先出存储器FIFO(3)与物理层接口(1)连接，用以调整来自上层交换机/路由器的标准以太网信号；

一数据/测距解复用模块(15)，该数据/测距解复用模块(15)与突发时钟提取模块(16)连接，接收突发时钟提取模块(16)发出的数据信号和时钟信号，经其解复用后将信号分为两路输出，其中数据信号送至物理层接口模块(1)；

一测距控制中心(5)，该一测距控制中心(5)接收来自数据/测距解复用模块(15)中的另一路时钟输出信号，测距控制中心(5)送出两路信号，其中，RST复位信号送至突发时钟提取模块(16)；

一复用器(4)，该复用器(4)同时接收来自先进先出存储器FIFO(3)送出的标准以太网信号和测距控制中心(5)定期发出的测距信号并将两信号混合在一起；

一编码器(6)，该编码器(6)接收复用器(4)送出的混合在一起的标准以太网信号和测距信号，将混合在一起的测距信号和数据信号编码成普通连续光的的码型，以便于电/光转换模块(7)的转换和传输。

3.如权利要求1所述的简化的以太网无源光网络收发器，其特征在于：所述的远端可编程阵列模块(FPGA)(200)包括，

一解码器(9)，该解码器(9)与连续波光/电模块(8)连接，用于将适用于光传输的码解码为数据信号；

一解复用器(10)，该解复用器(10)与解码器(9)连接，并将用于将经解码后的数据信号分为两路输出，一路送至物理层接口(2)；

一测距信号接收机(21)，该测距信号接收机(21)接收解复用器(10)送出的第二路信号，并送出两路信号；

一先进先出存储器FIFO(20)，该先进先出存储器FIFO(20)与物理层接口(2)连接，用以调整将来自太网交换机/计算机用户的信号；并根据测距信号接收机(21)送出的控制信号，将调整后的以太网交换机/计算机用户的信号送出；

一复用器(19)，该复用器(19)接收先进先出存储器FIFO(220)送出的以太网交换机/计算机用户的信号和测距信号接收机(221)送出的控制信号并将两信号混合在一起送至电/光模块(18)。

4.一种用上述简化的以太网无源光网络收发器的进行信号传输的方法，包括下行传输步骤和上行传输步骤，其特征在于：

所述的下行传输步骤包括，

第一，数据信号接收步骤，由物理层接口(1)接收来自上层交换机/路由器的标准以太网信号，将标准以太网信号(100Mb/s，1Gb/s，10Gb/s)去扰解码后还原为不归零码(NRZ码)；

第二，信号复用处理步骤；通过局端可编程阵列模块(FPGA)(100)，将其测距控制中心(5)定期发出的测距信号和来自上层交换机/路由器的标准以太网信号混合在一起，再经编码器(6)编码处理后成为适用于普通连续的光发射/接收模块传输的形式；

第三，信号转换步骤，首先将编码处理后的信号经电/光模块(7)进行电/光转换即转换为下行光信号，并将电光转换后的普通连续的光信号进行传输；并将传输后的普通连续的光信号经光/电模块(8)进行连续波光电转换；

第四，信号解复用处理步骤，经光/电模块(8)光电转换后的信号通过远端可编程阵列模块(FPGA)(200)，由解码器(9)进行解码，形成不归零码NRZ码，并由解复用器(10)分为测距控制信号和主路数据信号送出；

第五，数据信号送出步骤，将解复用器(10)送出的测距控制信号送至测距信号接收机(21)，而将解复用器(10)送出的主路数据信号送物理层接口(2)并转换为标准以太网信号送至以太网交换机或计算机用户；

所述的上行传输步骤包括，

第一，数据信号接收步骤，由物理层接口(2)接收并调整的来自以太网交换机或接收机用户的信号，并将该信号转换为不归零码NRZ码；

第二，信号复用处理步骤；通过远端可编程阵列模块(FPGA)(200)，将已转换为不归零码NRZ码的以太网交换机或计算机用户的信号通过测距信号接收机(21)控制，由先进先出存储器(20)予以处理调整，复用器(19)将测距信号接收机(21)的测距应答信息和先进先出存储器(20)送出的来自以太网交换机或计算机用户的数据信号予以混合后复用；

第三，信号转换步骤，首先将复用器(19)送出的信号经突发式电/光模块(18)进行电光转换并发出，多个远端的光信号经光无源分路/合路器有序地排列后送入OLT局端的突发式光/电模块(17)转换为电信号，并经突发式时钟提取(16)送出；

第四，信号解复用处理步骤，经光/电模块(17)光电转换后的信号，由突发时钟提取模块(16)通过局端可编程阵列模块(FPGA)(100)，经数据/测距解复用模块(15)进行解复用，形成不归零码NRZ码，并由数据/测距解复用模块(15)分为两路送出，其中，测距控制信号送入测距控制中心(5)校正测距误差，校正后，测距控制中心又对突发式时钟提取电路发出复位信号以提高性能；

第五，数据信号送出步骤，经数据/测距解复用模块(15)解复用后的另一路主路数据信号直接送入物理层接口(1)，由其转换为标准以太网信号送入上层交换机/路由器。

Images