-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Signalen in
Systemen mit Punkt-zu-Multipunkt-Verbindungen nach dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
-
Die
Netztopologie einer Punkt-zu-Multipunkt-Verbindung findet insbesondere
Anwendung im Bereich der optischen Zugangsnetze, den so genannten „Access-Netzwerken" („access" engl. für Zugang).
Diese Zugangsnetze sind üblicherweise
rein passiv ausgelegt und werden daher als PONs (engl. für „passive
optical network")
bezeichnet. Kennzeichnend für
ein PON ist, dass eine zentrale Vermittlungs- und Management-Einheit
(„optical
line termination", abgekürzt OLT),
im Folgenden als optische zentrale Netzeinheit bezeichnet, zu/von
mehreren optischen Teilnehmer-Netzeinheiten („optical network unit", abgekürzt ONU)
gleichzeitig Daten überträgt/empfängt. Die
Verbindung erfolgt dabei über
einen optischen Sternkoppler (engl. „splitter") mit dem Aufteilungsverhältnis 1:N
(N = Anzahl der Teilnehmer).
-
Der
Datenfluss in einem PON erfolgt demnach in beiden Übertragungsrichtungen
zwischen der zentralen Netzeinheit OLT als Netzabschluss auf der
Seite des übergeordneten
Netzes oder der Weitverkehrsstrecke und den zahlreichen Teilnehmer-Netzeinheiten
als Netzabschlüsse
auf der Teilnehmerseite. Der Signalfluss von der optischen zentralen
Netzeinheit OLT zu den optischen Teilnehmer-Netzeinheiten Teilnehmer-Netzeinheiten
ONUi wird als Downstream bezeichnet. Die Übertragungsrichtung von der
Teilnehmerseite zur OLT wird als Upstream bezeichnet. In Downstream-Richtung
erfolgt die Übertragung
in einem ersten „Wellenlängenkanal" im Zeitmultiplex-Broadcast-Mode als kontinuierlicher
Datenstrom. In Upstream-Richtung erfolgt die Übertragung in einem zweiten
Wellenlängenkanal im
Zeitmultiplexbetrieb burstweise. Über festgelegte Übertra gungsprotokolle
teilt die OLT den Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi mit, wann gesendet
darf. Der Aufbau der Übertragungsprotokolle
ist für
PONs mit einer Bitrate im Gigabit-Bereich in dem ITU-T Standard
G.984.3: „Gigabit-capable
Passive Optical Networks (G-PON): Transmission convergence layer specification" festgelegt.
-
Die
höchste
zurzeit in dem genannten Standard definierte Datenrate beträgt 2,5 GBit/s.
Netzbetreiber fordern jedoch eine Weiterentwicklung des Standards
zu höheren
Datenraten hin, um dem mit der Zeit stets wachsenden Bedarf nach
größerer Bandbreite
gerecht zu werden. Gerade in so genannten XL-PONs, die gegenüber bislang standardisierten
PONs wesentlich verbesserte Teilnehmerzahlen erlauben, ist eine
Erhöhung
der Datenrate zu beispielsweise 10 GBit/s wichtig, um den einzelnen
Teilnehmern noch genügend
Bandbreite für
unterschiedliche Dienste garantieren zu können. Bei einer Änderung
der Datenrate im PON ist es derzeit notwendig, alle Netzelemente
auszutauschen. In dieser Zeit ist kein Betrieb des Netzes möglich. Der Übergang
zu höheren
Datenraten ist demnach für
einen Netzbetreiber sowohl mit hohen Kosten als auch mit großem organisatorischem
Aufwand verbunden. Es wird daher nach Lösungen gesucht, den Betrieb
von Systemen mit Punkt-zu-Multipunkt-Verbindungen
flexibler zu gestalten, um den Wünschen
der Netzbetreiber nachzukommen, eine Vielzahl von Diensten für unterschiedliche
Teilnehmer anbieten zu können
und um beispielsweise eine Aufrüstung
eines solchen Systems zu höheren
Datenraten hin zu erleichtern.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein im Hinblick auf unterschiedliche
Dienste flexibleres Verfahren zur Übertragung von Signalen innerhalb
eines Übertragungssystems
mit Punkt-zu-Multipunkt-Verbindungen anzugeben.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
-
Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren vorgeschlagen, das in einem Übertragungssystem mit Punkt-zu-Multipunkt-Verbindungen
einen Betrieb mit unterschiedlichen Datenraten erlaubt. In Downstream-Richtung
werden von einer zentralen Netzeinheit zu einer Vielzahl von Teilnehmer-Netzeinheiten
innerhalb von Downstream-Rahmen jeweils Downstream-Signale mit mindestens
zwei unterschiedlichen Bitraten übertragen.
In Upstream-Richtung werden innerhalb von Upstream-Rahmen Upstream-Signale
mit mindestens zwei unterschiedlichen Bitraten übertragen. Der mehrbitratige
Betrieb kann vorteilhaft unabhängig voneinander
nur in eine Übertargungsrichtung (Downstream-Richtung
oder Upstream-Richtung) erfolgen oder in beide Übertragungsrichtungen erfolgen.
-
Ein
solcher Mischbetrieb beispielsweise innerhalb eines PONs bietet
vielfache Vorteile. Die Aufrüstung
eines PONs von einer ersten niedrigeren Datenrate zu einer zweiten
höheren
Datenrate wird wesentlich vereinfacht. Es ist möglich, ein Netz zunächst mit
geringeren Datenraten aufzubauen und erst zu einem späteren Zeitpunkt
eine Aufrüstung
für höhere Bandbreiten
durchzuführen.
Auch eine schrittweise Aufrüstung
ist möglich.
Betriebsunterbrechungen sind auf diese Weise nicht mehr notwendig.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Netzbetreiber wesentlich
flexibler auf die Wünsche
der Kunden eingehen kann. Benötigt
ein Teilnehmer beispielsweise einen Dienst, für den vorteilhaft eine hohe
Datenrate verwendet werden soll, so kann nun dieser Teilnehmer mit
einer entsprechend geeigneten Netzeinheit ausgerüstet werden, unabhängig davon, mit
welcher Datenrate die anderen Teilnehmer im PON ausgerüstet sind.
Ein flexibler Betrieb eines PONs mit unterschiedlichen Datenraten
birgt demnach wirtschaftlich vielfache Vorteile.
-
In
zwei Ausführungsvarianten
wird ein mehrratiger Betrieb innerhalb eines Übertragungssystems mit Punkt-zu-Multipunkt-Verbindungen nur
in einer Übertragungsrichtung
angegeben, während
in der anderen Übertragungsrichtung
die Signale nur mit einer Bitrate übertragen werden. Diese Variante
eines Mischbetriebs ist insbesondere im Zusammenhang mit einer schrittweisen
Aufrüstung
eines bidirektionalen Übertragungssystems
vorteilhaft.
-
In
einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird
der Mischbetrieb in Downstream-Richtung derart realisiert, dass
die zentrale Netzeinheit den Downstream-Rahmen in mindestens zwei
Zeitblöcke aufteilt,
in denen jeweils die Downstream-Signale einer übertragen werden. Jede Teilnehmer-Netzeinheit erkennt
anhand einer innerhalb jedes Zeitblocks übermittelten Synchronisationsinformation
selbständig
die Downstream-Signale der jeweiligen Bitrate. Auf diese Weise wird
das Übertragungsformat
geringfügig
erweitert. Änderungen
des Downstream-Rahmens
müssen
insbesondere im Hinblick auf die Empfänger der Teilnehmer-Netzeinheiten
vorgenommen werden. Den Empfängern
der Teilnehmer-Netzeinheiten muss mittels einer Synchronisationsinformation
signalisiert werden, wann ein neuer Zeitblock beginnt, so dass er
sich auf die entsprechende Bitrate einstellen kann.
-
In
einem passiven optischen Netz wird der Mischbetrieb in Downstream-Richtung
vorteilhaft dadurch realisiert, dass jeder Zeitblock über einen
Steuerblock mit einem Synchronisationsfeld verfügt. Das Synchronisationsfeld
enthält
in eigenen Feldern vorgegebene Bitfolgen, die einem Empfänger einer
Teilnehmer-Netzeinheit zur Erkennung der jeweiligen Bitrate dienen,
so dass sich der Empfänger
auf die Downstream-Signale einer bestimmten Bitrate aufsynchronisieren
kann. Ferner enthält
das Synchronisationsfeld Zeiger für die Lage des Zeitblocks innerhalb
des Downstream-Rahmens oder die Lage des Zeitblocks im Vergleich
zu einem Zeitblock eines folgenden Downstream-Rahmens. Diese Zeitangaben werden
vorteilhaft bitratenunabhängig
gestaltet.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante wird der Mischbetrieb
in Upstream-Richtung derart realisiert, dass zentralen Netzeinheit
innerhalb des Downstream-Rahmens den Teilnehmer-Netzeinheiten eine
Bitrateninformation mitteilt und dass jede Teilnehmer-Netzeinheit
die Upstream-Signale mit diesen zuvor zugewiesenen Bitraten aussendet.
Damit steuert die zentrale Netzeinheit auch den Mischbetrieb in
Upstream-Richtung.
Jedes Upstream-Signal kann mit einer anderen Bitrate übertragen
werden, so dass innerhalb des Übertragungssystems maximale
Flexibilität
erreicht wird.
-
In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante wird der Mischbetrieb
in Upstream-Richtung für
ein passives optisches Netz realisiert. Dabei ist zu beachten, dass
vor Inbetriebnahme des PONs die zentrale Netzeinheit zuerst den Upstream-Rahmen derart konfiguriert,
dass anschließend
jede Teilnehmer-Netzeinheit an die zentrale Netzeinheit neben einer
Seriennummer ihre Bitrateninformation übermitteln kann. Dabei legt
die zentrale Netzeinheit in einem PLOAMd-Feld des Steuerblocks des
Downstream-Rahmens die Länge
der Präamble
des Upstream-Overheads bitratenunabhängig fest, so dass diese für jede Bitrate
annähernd gleich
lang ist. Jede der Teilnehmer-Netzeinheiten meldet innerhalb eines
PLOAMu-Feldes des Steuerblocks des Upstream-Rahmens ihre Seriennummer und
ihre von der Sendeeinheit unterstützte Bitrate. Während des
PON-Betriebs weist
die zentrale Netzeinheit jeder Teilnehmereinheit vorzugsweise innerhalb
der Bandbreitenzuteilungsstruktur des Steuerblocks des Downstream-Rahmens
die Bitrate für
jedes Upstream-Signal, d.h. jeden Burst zu, wobei die Start- und
Stopzeiger des Bursts mit bitratenunabhängigen Zeitwerten angegeben
werden. Auf diese Weise wird vorteilhaft durch eine geringfügige Erweiterung
des Standards G.984.5 ein mehrbitratiger Betrieb Upstream-Richtung
erreicht.
-
Weitere
vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Die
Beschreibung der Erfindung erfolgt in Anlehnung an den Standard
G.984.5 und unter Zuhilfenahme der Figuren.
-
Es
zeigen
-
1 ein
Blockschaltbild eines passiven optischen Netzes in Verbindung mit
Skizzen der Rahmenstrukturen des Upstream- und Downstream-Signals
-
2 eine
Skizze der erfindungsgemäßen Downstream-Rahmenstruktur
-
In 1 ist
in einem Blockschaltbild der prinzipielle Aufbau eines PONs illustriert.
Das PON dient hier als Beispiel für ein bidirektionales Übertragungssytem
mit Punkt-zu-Multipunktverbindung. In Downstream-Richtung werden
kontinuierlich Zeitmultiplex-Signale (im Folgenden auch als Downstream-Signale DS bezeichnet)
von einer zentralen Netzeinheit OLT zu einer Vielzahl von Teilnehmer-Netzeinheiten
ONU1, ONU2, ... ONUN übertragen.
In Upstream-Richtung erfolgt die Signalübertragung im Burstbetrieb
von den Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi (i = 1, 2, ... N) zu der zentralen
Netzeinheit. Um eine fehlerlose Übertragung
der optischen Downstream-Signale und der Bursts (im Folgenden auch
als Upstream-Signale US bezeichnet) zu gewährleisten, werden Übertragungsprotokolle
nach dem Standard G.984.3 verwendet. Bei den Übertragungsprotokollen handelt
es sich um Datenrahmen, die sich im Wesentlichen in zwei Teile untergliedern: einen
ersten Header-Teil mit Steuerungsinformationen und einen Payload-Teil,
der die eigentliche Nutzlast enthält. Es wird zwischen Upstream-Rahmen und
Downstream-Rahmen unterschieden, wobei die Downstream-Signale kontinuierlich
innerhalb der Downstream-Rahmen
und die Upstream-Signale innerhalb der Upstream-Signale übertragen werden. Beide Rahmen
sind 125 μs
lang. Der genaue Aufbau der Upstream- und Downstream-Rahmen ist
Kap. 8 des Standards G.984.3 zu entnehmen. In 1 sind nur
die für
die Erfindung relevanten Rahmenstrukturen gezeigt.
-
In
Downstream-Richtung sendet die OLT kontinuierlich Downstream-Signale
im Format der Downstream-Rahmen an alle ONUi aus. Der Header oder
Steuerblock PCBd (PCDd = Physical Control Block downstream) jedes
Downstream-Rahmens enthält unterschiedliche
Felder. In 1 ist nur eine Auswahl dieser
im Standard G.984.3 definierten Felder angegeben. Das erste Feld
innerhalb des Steuerblocks PSync (= Physical Synchronization field)
dient zur Synchronisation der Teilnehmer-Netzeinheit ONU auf die Datenrate der
von der zentralen Netzeinheit OLT ausgesendeten Downstream-Signale.
Die Logik-Einheit jeder ONU kann die in PSync angegebene Bitfolge
nutzen, um den Anfang des Downstream-Rahmens festzustellen und um
sich auf die empfangende Datenrate aufzusynchronisieren. Das Feld
PLOAMd (= Physical Layer Operations Administration Maintenance downstream)
stellt Informationen über
das PON-Management in Downstream-Richtung zur Verfügung. Über das
Feld US BW map (= Upstream bandwidth map) werden der Teilnehmer
Netzeinheit ONU Steuerbefehle für die
Aussendung der Burst-Signale
in Upstream-Richtung zugewiesen. Für jede Teilnehmer Netzeinheit (ONU1
bis ONUN) eines Netzzugangs (Access 1 bis Access N) werden innerhalb
des Feldes US BW map Informationen über die Burstlänge, Burstanfang
und Burstende usw. übermittelt.
-
In
Upstream-Richtung werden die Burst-Signale der Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi
in die Upstream-Rahmen gepackt. In den in 1 skizzierten
Upstream-Rahmen sind beispielsweise Steuerinformationen und Nutzlast
der ONU1 und ONU2 enthalten. Die Anordnung oder Zuweisung dieser
Daten, wurde den Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi mittels der BW map
im Downstream-Rahmen
von der OLT mitgeteilt. Während
einer Burst-Übertragung
einer ONU (hier beispielsweise ONU1) kann die ONU bis zu vier Typen
von Steuerinformationen im Header übertragen. Dazu gehören u.a.
die Felder PLOu (= Physical Layer overhead upstream) und PLOAM (= Physical
Layer operations, administration and management upstream).
-
Erfindungsgemäß kann ein
Betrieb mit unterschiedlichen Datenraten in beiden Übertragungsrichtungen
erfolgen, d.h. dass die zentrale Netzeinheit OLT sowohl Signale
mit einer ersten als auch mindestens einer zweiten Datenrate senden
und empfangen kann und die Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi eben falls
für mindestens
zwei Datenraten ausgelegt sind und sowohl Signale mit einer ersten
als auch Signale mit mindestens einer zweiten Datenrate senden und
empfangen können.
Erfindungsgemäß soll aber
auch ein Betrieb mit unterschiedlichen Datenraten für nur eine Übertragungsrichtung
möglich
sein, d.h. dass unabhängig
voneinander die Sende- und Empfangseinheiten in nur einer Richtung
aufeinander abgestimmt sind. Ein Mischbetrieb in Upstream-Richtung
würde demnach
bedeuten, dass die Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi Signale mit unterschiedlichen
Datenraten senden und die zentrale Netzeinheit OLT Signale mit diesen
unterschiedlichen Datenraten empfängt. In diesem Fall könnte der Downstream-Betrieb
mit nur einer Datenrate erfolgen. Ein Mischbetrieb in Downstream-Richtung
würde bedeuten,
dass die zentrale Netzeinheit Signale mit unterschiedlichen Datenraten
sendet, während die
Teilnehmer-Netzeinheiten nur Signale mit diesen unterschiedlichen
Datenraten empfangen können. Der
Einfachheit wegen wird der mehrbitratige Betrieb im Folgenden für jede Übertragungsrichtung
getrennt beschrieben. Die folgenden Beispiele sind vorzugsweise
auf passive optische Netze bezogen, sind aber grundsätzlich auch
auf andere Übertragungssysteme mit
Punkt-zu-Multipunkt-Verbindungen erweiterbar.
-
Es
soll zuerst ein Betrieb mit unterschiedlichen Datenraten in Upstream-Richtung
betrachtet werden.
-
Dieser
Fall tritt beispielsweise ein, wenn eine Aufrüstung der Upstream-Bitrate
in einem PON erfolgen soll. In diesem Beispiel wird zunächst die
zentrale Netzeinheit OLT durch eine Version ersetzt, die zusätzlich zu
Signalen mit einer ersten aktuellen Bitrate auch Signale mit einer
zweiten höheren
Bitrate empfangen kann. Anschließend werden eine, mehrere oder
alle Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi gegen solche ausgetauscht, die
entweder nur die höhere
Bitrate unterstützen
oder entsprechend der OLT eine zweite oder mehrere Bitraten unterstützen. Prinzipiell braucht
nur die OLT für
mehrere Bitraten und eine ONU für
die im Folgenden beschriebenen Übertragungsprotokolle
ausgelegt sein. Alle anderen Teilneh mer-Netzeinheiten ONUi können nach
wie vor dem Standard entsprechen.
-
Nach
dem Austausch der Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi müssen diese
zuerst notwendige Steuerinformationen bezüglich der von ihnen unterstützten Datenraten
der OLT melden. Dies geschieht üblicherweise
während
der Betriebsaufnahme, und wird auch als „Serial Number Acquisition" bezeichnet. Der
Meldungssprozess der Seriennummer der ONU wird von der OLT kontrolliert.
Die Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi antworten auf Nachrichten, die
von der OLT initialisiert oder veranlasst wurden. Damit eine Meldung
einer ONU korrekt erfolgt, konfiguriert die OLT zuerst über den
Downstream-Rahmen den Upstream-Rahmen aller Teilnehmer-Netzeinheiten
ONUi. Dazu verwendet die OLT das PLOAMd-Feld im Steuerteil PCDd
des Downstream-Rahmens. Das PLOAM-Feld existiert sowohl im Upstream-
als auch im Downstream-Rahmen und stellt Informationen über das
PON-Management wie z.B. den Ablauf des Ranging oder die Aktivierung
einer ONU zur Verfügung.
Innerhalb des PLOAMd-Feldes existiert eine so genannte Downstream-Nachricht
Upstream-Overhead,
die den Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi unter anderem mitteilt, welche
Anzahl von Preamble-Bytes oder -Bits in Upstream-Richtung verwendet
werden soll. Diese Nachricht wird (in der Regel) per Broadcast an
alle Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi gesendet. Die Präambel ist
eine Bitfolge zu Beginn eines Bursts, der von einer ONU gesendet
wird, und befindet sich innerhalb des PLOu-Feldes (PLOu = Physical
Layer Overhead upstream) des Upstream-Rahmens. Die Präambel dient
dazu, dass sich der Empfänger
der OLT auf die Datenrate und Amplitude des Upstream-Bursts einstellen
kann. Somit ist eine Adaptierung auf unterschiedliche Signalstärken und Phasenlagen
gegeben. Die Festlegung der Präambellänge innerhalb
der Upstream-Overhead-Nachricht
erfolgt im Standard G.984.3 in Bits der jeweiligen Upstreamdatenrate,
d.h. die zeitliche Länge
ist bitratenabhängig
bei gleichen Werten. Erfindungsgemäß soll die Definition der zeitlichen
Länge der
Präambel
für einen
Burst bitratenunabhängig
erfolgen. Bei einer Angabe der Präambel in Bits würde eine ONU,
die eine höhere
Bitrate unterstützt
eine kürzere Präambel senden,
d.h. die Adaptionszeit würde
mit steigender Bitrate abnehmen. Dies wäre unvorteilhaft, weil der
Empfänger
einer OLT eine bestimmte Zeitdauer braucht, um sich auf die Bitrate
zu synchronisieren. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Präambel bitratenunabhängig zeitlich
gleich lang zu definieren, da die Adaptionsdauer eines Burstmode-Empfängers auf
neue Amplitudenwerte zumeist nicht mit der Übertragungsbitrate steigt.
Erfindungsgemäß werden
nun die Werte in der Upstream-Overhead-Nachricht
des PLOAMd-Feldes des Downstream-Rahmens als Zeitwerte definiert. Die
Einheit für
die in den Upstream-Overhead-Nachrichten
angegebenen Zeitwerte beträgt
beispielsweise (1/2488) μs,
das entspricht der Übertragungsdauer
eines Bits bei 2488 MBit/s.
-
In
einem geplanten Amendment des Standards G.984.3 ist innerhalb des
PLOAMd-Feldes des Downstream-Rahmens zusätzlich zur Downstream-Nachricht
Upstream-Overhead eine Downstream-Nachricht „Extended Burst Length" vorgesehen. Auch
bei Verwendung dieser Extended Burst Length Nachricht wird die Präambel erfindungsgemäß bitratenunabhängig zeitlich
gleich lang definiert.
-
Nach
der Konfiguration der Präambel
eines Bursts meldet eine neu hinzugefügte ONU ihre Seriennummer der
zentralen Netzeinheit OLT. Dazu verwendet die ONU beispielsweise
die niedrigste von ihr unterstützte
Bitrate oder in einem anderen Beispiel mehrere von ihr unterstützte Bitraten
in aufeinander folgenden PLOAMu-Nachrichten. Neben der Seriennummer
soll erfindungsgemäß auch die
von der ONU unterstützten
Bitraten der OLT mitgeteilt werden. Dies kann beispielsweise durch
ein geeignetes Schema von Seriennummern innerhalb des PLOAMu-Feldes mit der Upstream-Nachricht Serial_number_ONU
erfolgen oder durch eine zusätzliche
neu zu definierende Upstream-Nachricht des
PLOAMu-Feldes, die in der Initialisierungsphase der ONU der Nachricht
Serial_number_ONU nachfolgt. Die OLT extrahiert anschließend die
Seriennummer und Bitraten einer ONU und ist nun, basierend auf dieser
Information, bereit, während
des PON-Betriebs weitere Nachrichten von der ONU zu empfangen.
-
Während des
PON-Betriebs ist die OLT nun in der Lage, jeder ONU für jeden
Burst in Upstream-Richtung die zu benutzende Bitrate zuzuweisen.
Dazu werden innerhalb des Downstream-Rahmens innerhalb der Bandbreitenzuteilungsstruktur
Upstream BW map die Felder Flags, SStart und SStop gegenüber dem
Standard G.984.3 neu belegt. Bei den Feldern SStart und SStop handelt
es sich um die Start- und Stopzeiger, die die Lage der Upstream-Zeitschlitze
(Bursts) im Upstream-Rahmen angeben. Das Flags-Feld hat die Aufgabe,
bestimmte Nachrichten oder Übertragungsbitfolgen
der ONU auszulösen
oder die Upstream-Übertragungsmethode
der ONU (mit/ohne Forward Error Correction FEC) zu steuern. All
diese Einstellungen gelten jeweils nur für den innerhalb des BW map-Eintrags
definierten Bursts.
-
Zusätzlich zu
den im Standard G.984.3 definierten Aufgaben soll erfindungsgemäß im Flags-Feld
die Festlegung der Upstream-Datenrate erfolgen. Die Angaben der
Start- und Stopzeiger soll erfindungsgemäß bitratenunabhängig erfolgen.
In der derzeitigen Standard-Version G.984.3 werden die Start- und Stopzeiger in
Bytes des Upstream-Rahmens angegeben. Der Upstream-Rahmen ist stets
125 μs lang.
Werden die Zeiger in Bytes angegeben, so hängt bei gleichen Werten die
zeitliche Lage der Bursts im Upstream-Rahmen von der Bitrate ab.
So ist der Upstream-Rahmen 19440 Bytes lang in einem PON-System
mit einer Datenrate von 1,24416 GBit/s und 38880 Bytes lang in einem
PON-System mit einer Datenrate von 2,48832 GBit/s. Dies bedeutet, dass
die für
gleiche Zeitpunkte erforderlichen Werte der Zeiger mit der Bitrate
variieren. Gemäß dieser
Erfindung soll die Angabe der Start- und Stoppzeiten eines Bursts
nicht mehr in Bytes des Upstream-Rahmens und somit in Abhängigkeit
von der aktuellen Bitrate erfolgen sondern bitratenunabhängig in
Zeitwerten. Eine Einheit für
die Angabe der Burstposition oder auch der zugewiesenen Zeitschlitze beträgt in diesem
Fall beispielsweise (8/2488) μs,
das entspricht der Übertragungsdauer
eines Bytes bei 2488 MBit/s.
-
Aus
einer bitratenunabhängigen
Angabe von Zeitpunkten innerhalb des Upstream-Rahmens folgt vorteilhaft,
dass die OLT für
gleiche Zeitpunkte gleiche Werte in die BW-Map einsetzen kann, wobei
die OLT die Zeitwerte innerhalb eines Upstream-Rahmens immer derart wählt, dass
Burst-Kollisionen ausgeschlossen sind. Des weiteren müssen die
SStart und Sstop-Felder innerhalb des Feldes BW-Map des Downstream-Rahmens
nicht vergrößert werden, wenn
mit wachsenden Bitraten die im Standard G.984.3 verwendeten Zeitangaben
in Bytes über
die maximal mögliche
Länge von
65635 Bytes hinausgeht. (Die Felder für Start- und Stopzeiger sind
gemäß Standard
G.984.3 gerade 16 Bit lang, d.h. ein maximal darstellbarer Wert
entspricht 21^6 = 65635).
-
Im
Folgenden soll ein Betrieb mit verschiedenen Datenraten in Downstream-Richtung
betrachtet werden. Dabei wird zunächst der Fall betrachtet, dass
zunächst
die zentrale Netzeinheit OLT gegen eine Variante ausgetauscht wird,
die sowohl Downstream-Signale einer ersten als auch mindestens Downstream-Signale
einer zweiten Datenrate senden kann. In diesem Fall müssen auch
die Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi gegenüber dem Standard erweiterte Übertragungsprotokolle
unterstützen können und
der Downstream-Rahmen muss verändert
werden.
-
Gemäß dem Standard
G.984.3 ist das Downstream-Signal ein kontinuierlicher Bitstrom.
Die Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi synchronisieren sich auf den Downstream-Rahmen
auf, indem sie das periodisch und rahmensynchron gesendete Rahmenkennwort
PSync (PSync = Physical synchronization field) suchen und anschließend weitere
Rahmenkennwörter
jeweils im Rahmenabstand. Gemäß dem Standard
befindet sich das PSync-Feld am Beginn jedes Downstream-Rahmens
zu Beginn des PCDd-Steuerfeldes. Es ist daher erforderlich, dass die
Empfänger
in den Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi
kontinuierlich auf das Downstream-Signal synchronisiert bleiben,
um den Rahmenbeginn auszählen
zu können.
-
Soll
ein Betrieb mit verschiedenen Datenraten in Downstream-Richtung unterstützt werden
und damit mehrere Bitraten von einer Teilnehmer-Netzeinheit ONU
ausgelesen werden, muss sich die ONU auf die jeweils von der OLT
verwendete Bitrate aufsynchronisieren. Erfindungsgemäß – wie in 2 dargestellt – unterteilt
dazu die OLT den Downstream-Rahmen in zwei oder mehrere Zeitblöcke oder
Zeitspannen und sendet innerhalb dieser Zeitspannen mit unterschiedlichen
Bitraten. In 2 ist eine erste Datenrate als
Bitrate a und eine zweite Datenrate als Bitrate b gekennzeichnet.
Alternativ ist auch eine Änderung
der Bitrate von Rahmen zu Rahmen möglich. Erkennt allerdings der
Empfänger
einer ONU den Downstream-Rahmen nicht, weil er beispielsweise nicht
für die
höhere
Downstream-Bitrate des aktuellen Zeitblocks geeignet ist, wirkt
sich das empfangene Signal auf die CDR-Einheit (CDR = Clock and
Date Recovery) des Empfängers
wie Rauschen aus, aus dem keine Phaseninformation extrahierbar ist.
Dadurch werden Empfänger,
die nicht für die
höhere
Bitrate ausgelegt sind, in den Abschnitten mit höherer Bitrate die Synchronisation
verlieren, sobald die zur Synchronisation notwendige Zeitspanne des
Empfängers
(beispielsweise einige Tausend Bits) überschritten ist. Daher wird
erfindungsgemäß jedem
der Zeitblöcke,
innerhalb der die OLT mit unterschiedlichen Datenraten sendet, ein
in 2 als PSyncBa und PSyncBb bezeichnetes eigenes
Synchronisationsfeld vorangestellt, das dafür sorgt, dass ein Empfänger Abschnitte
mit höherer
Bitrate erkennt. Ein Scrambler gemäß Abschnitt 8.1.2. des Standards
G.984.3 arbeitet in jedem Zeitblock individuell.
-
Alle
Zeitblöcke
gemäß der Erfindung
sind gleich aufgebaut. Der Aufbau eines Zeitblocks Ba ist in 2 verdeutlicht.
Demnach behält
jeder Zeitblock Ba die Struktur eines Downstream-Rahmens gemäß Standard
G.984.3 bei, d.h. jeder Zeitblock Ba besteht aus einem eigenen Steuerblock
Physical Control Block PCDd und einem Payload-Teil. Die Struktur
des PCDd-Teils eines Zeitblocks stimmt ebenfalls mit der eines Downstream-Rahmens überein,
mit Ausnahme des 4 Bytes langen PSync-Feldes. Dieses Synchronisationsfeld
PSyncBa soll erfindungsgemäß ein Präambel-Feld
P, ein so genanntes Synchronisationswort SW und zwei weitere Felder F1
und F2 enthalten. Letztere stellen eine Art – Stop- und Startzeiger für die zeitliche
Position des betrachteten Zeitblocks auch im Hinblick auf einen
folgenden Zeitblock dar.
-
Die
Präambel
P eines Zeitblocks eines Downstream-Rahmens erfüllt die gleiche Funktion wie
die Präambel
des PLOu-Feldes des Upstream-Rahmens. Die Präambel P erlaubt dem ONU-Empfänger, sich
in jedem Block des Downstream-Rahmens neu zu synchronisieren. Nach
einem eventuellen Verlust der Phase des Downstream-Signals in den
Abschnitten höherer
Bitrate soll sich der Empfänger
wieder auf die Phasenlage eines neuen Abschnitts des Downstream-Signals
mit für
ihn verarbeitbarer Bitrate einzustellen. Das ist notwendig, damit
die ONU das folgende Synchronisationswort SW erkennen und anhand
dessen wieder ihre Synchronität
mit dem Downstream-Rahmen herstellen kann. Eine Adaptierung auf
die Signalamplitude ist im Downstream-Betrieb nicht notwendig, da
es sich um ein kontinuierliches Signal handelt. Die Präambel P
kann eine variable Länge besitzen.
Sie kann während
des Betriebs von der OLT geändert
werden. Die Länge
der Präambel
P richtet sich nach den Erfordernissen der angeschlossenen Teilnehmer-Netzeinheiten
ONUi. Die OLT erkennt die Erfordernisse jeder ONU aufgrund der zuvor übermittelten
Seriennummer oder aufgrund einer die ONU-Eigenschaften angebenden
PLOAM-Nachricht (siehe Mischbetrieb in Upstream-Richtung). Erfolgt
die Takt- und Datenrückgewinnung
am ONU-Eingang mittels Überabtaktung,
Speicherung der Abtastwerte und nachträglicher Entscheidung der Phasenlage
des Empfangssignals wie in einer älteren Anmeldung angegeben
ist, so ist keine Präambel erforderlich
und die Präambellänge kann
gleich null gesetzt werden.
-
Bei
dem Synchronisationswort SW handelt es sich im Prinzip um ein „Zeitblock-Rahmenkennwort", das jetzt erfindungsgemäß nicht
nur am Beginn jedes Downstream-Rahmens sondern am Beginn jedes Zeitblocks
hinter der Präambel
P eingesetzt wird. Die Funktionsweise dieses Synchronisationswortes
SW entspricht dem Delimiter des PLOu-Feldes des Upstream-Rahmens. Das Synchronisationswort
SW enthält
ein definiertes Muster einer Bitfolge, das von der ONU erkannt werden muss,
um genaue Zeitblockpositionen feststellen zu können. Die Synchronisierung
des Empfängers
muss mittels dieses Synchronisationswortes erfolgen und abgeschlossen
werden. Der Empfänger
kann hier nicht auf das nochmalige Auftreten eines Synchronisationswortes
im nächsten
Zeitblock oder Rahmen warten.
-
Die
beiden dem Synchronisationswort SW folgenden Felder F1 und F2 fungieren
als Zeiger für die
Lage des Zeitblocks innerhalb eines Downstream-Rahmens oder im Vergleich
zu einem anderen Zeitblock, der mit der gleichen Datenrate gesendet
wird. Das Feld F1 enthält
die Länge
des aktuellen Zeitblocks. Es soll verhindern, dass der Empfänger versucht,
auch nach Ende des Zeitblocks Daten zu lesen, die aber wegen der
geänderten
Bitrate nicht erkennbar sind. Das Feld F2 enthält den Abstand zum Beginn des
nächsten
Zeitblocks gleicher Bitrate oder dessen Differenz zu einer vollen
Rahmenlänge.
Durch das Feld F2 wird vorteilhaft eine Änderung der Aufteilung der
Zeitblöcke
auf den Downstream-Rahmen ermöglich
ohne dass die Zeitblocksynchronisation verloren geht. Ohne diese
Information würde
der Empfänger
den Beginn des nächsten
für ihn
bestimmten Zeitblocks in genau einem Rahmen vermuten und bei einer Änderung
erst den Synchronisationsverlust erkennen und eine neue Synchronisationswortsuche
starten, was zu erheblichen Datenverlusten führen würde. Die werte in den Feldern
F1 und F2 werden vorteilhaft wie bei den BW-Map-Zeigern SStart und
SStop bitratenunabhängig
angegeben, um zu vermeiden, dass bei Erhöhungen der Bitrate die Größe der Felder
nicht mehr ausreicht.
-
Im
Gegensatz zum Mischbetrieb in Upstream-Richtung funktioniert der
beschriebene Mischbetrieb in Downstream-Richtung nur, wenn nach
Austausch der zentralen Netzeinheit OLT auch die Teilnehmer-Netzeinheiten
ONUi die gegenüber dem
Standard erweiterten Übertragungsprotokolle unterstützen können. Dann
ist es unerheblich, ob eine ONU nur eine erste niedrigere Bitrate
oder nur eine zweite höhere
Bitrate oder beide Bitraten unterstützt, da durch die angegebene
Konfiguration des Downstream-Rahmens sich jede ONU auf die Bitrate aufsynchronisiert,
welche sie unterstützen
kann. Befindet sich jedoch noch eine ONU gemäß Standard im Netz, so würde diese
dem neuen Betriebsmodus mit Phasen einer höheren Bitrate nicht folgen
können und
den Anschluss an den Betrieb verlieren. Sind alle Teilnehmer-Netzeinheiten
ONUi in der Lage das gegenüber
dem Standard erweiterte Übertragungsprotokoll
zu unterstützen,
so ist es sofort möglich,
eine höhere
Datenrate zu nutzen, wenn beispielsweise eine Aufrüstung des
PON-Betriebs auf
eine höhere Datenrate
vorgesehen ist.
-
Im
Folgenden wird der Fall eines Mischbetriebs in Downstream-Richtung beschrieben,
wenn zunächst
die Teilnehmer-Netzeinheiten Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi mit einem
Empfangsteil ausgerüstet
werden, welches sowohl die gerade verwendete niedrige Bitrate als
auch die höhere
Bitrate unterstützt,
und die zentrale Netzeinheit OLT noch gemäß dem Standard mit nur einer
Datenrate arbeitet. In diesem Fall kann der Betrieb bei der niedrigeren
Bitrate einfach fortgesetzt werden, ohne dass der Downstream-Rahmen
verändert
wird. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die höhere Bitrate
ein ganzzahliges Vielfaches der niedrigeren Bitrate ist. Dann kann
sich die CDR oder PLL des optischen Empfangsmoduls höherer Bitrate
auch auf die niedrigere Bitrate aufsynchronisieren, da die zur Taktregenerierung
benötigte
Phaseninformation auch in den Bitwechseln des langsameren Signals
enthalten ist. Der ONU-Empfänger wird
das langsamere Signal mit seiner Bitrate abtakten und in einer nachfolgenden Analyse
die Downstreambitrate des Signals beispielsweise durch eine Analyse
der mittleren Bitwechselfrequenz bestimmen. Durch diese Überab taktung
wird jeder Signalwert als eine Folge gleicher Bits gelesen und in
einer folgenden Auswertung beispielsweise mittels Mehrheitsentscheid
oder Suche nach optimalen (d.h. fehlerminimierenden) Bitpositionen
werden die Datenbits des Downstream-Signals gefunden. Eine weitere
Möglichkeit
zur Erkennung der Bitrate besteht darin, das Rahmenkennwort PSync
innerhalb des Downstream-Rahmens und dessen „gedehnte" Varianten (z.B. statt 10110110 wird
1100111100111100 verwendet) zu suchen. Auf diese Weise erkennt der
ONU-Empfänger
eine halb so große
Datenrate. Voraussetzung ist, dass die Empfindlichkeit des ONU-Empfängers auch
mit der für
die höhere
Datenrate erforderlichen höheren Bandbreite
ausreichend ist, um ohne Erhöhung
der Sendeleistung der OLT die benötigte Reichweite zu erzielen.
-
Sind
bei dieser Variante des Mischbetriebs alle Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi
ausgetauscht, wird auch die OLT ersetzt und das PON mit der höheren Downstream-Datenrate
betrieben. Der Vorteil liegt darin, dass der Austausch der Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi
langsam erfolgen kann, der Betrieb des PON aber bei der Umrüstung nur
für wenige
100 μs unterbrochen
wird. Dazu wird vorteilhafterweise eine Protection-OLT mit höherer Downstream-Datenrate
verwendet, die ohne Verkehrsunterbrechung hochgerüstet werden
kann. Die Umschaltung auf diese und damit auf die höhere Downstream-Datenrate erfolgt
mit einer Protection-Umschaltung, die den Betrieb nur für wenige
100 μs unterbricht.