DE60111042T2 - Fasern bis zum endgerät (ftth) multimediazugangssystem - Google Patents

Fasern bis zum endgerät (ftth) multimediazugangssystem Download PDF

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H. George BUABBUD
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Breitband-Multimedia-Kommunikationssysteme. Genauer gesagt ist die Erfindung ein skalierbares Multimedia-FTTH-Anschlusssystem (Fiber-To-The-Home – Faser bis ins Haus), das eine effiziente Versorgung mit Telefonie, Internetdaten, CATV, Abrufvideo (VOD), DBS (Direct Broadcast Satellite) und anderen Multimediadiensten über ein passives optisches Netzwerk ermöglicht, das zwischen spezielle Multimedia-Schnittstellenschaltkreise an einem Vermittlungsstellenstandort und mehrere Heim-Netzwerkeinheiten (HNUs) in den Wohnungen oder Unternehmen von Teilnehmern gekoppelt ist.
  • Die vorliegende Anmeldung ist verwandt mit den folgenden, gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldungen, die bestimmte Elemente und Aspekte des hier dargelegten FTTH-Multimedia-Anschlusssystems weiter beschreiben: (1) US 6,427,045 mit dem Titel "Splice Tray for use in Splicing Fiber Optic Cables and Housing Therefor", registriert am 8.3.2000; (2) US 6,366,717 mit dem Titel "Apparatus for Distributing Optical Fiber Transmission Paths", registriert am 22.3.2000; (3) US 6,366,712 mit dem Titel "Apparatus and Method for Combining Two Separate RF Signals on a Single Optical Fiber", registriert am 31.3.2000; (4) US D446207 mit dem Titel "Wall-Mounted Home Network Unit", registriert am 20.3.2000; (5) S/N 60/186,486 mit dem Titel "Home Networking Unit", registriert am 2.3.2000; (6) S/N 09/395,844 mit dem Titel "Apparatus and Method for Extracting Two Distinct Frequency Bands from Light Received by a Photodiode", registriert am 14.9.1999; und (7) US 6,707,833 mit dem Titel "Digital Laser Driver Circuit", registriert am 31.3.2000.
  • Vor dem explosiven Wachstum der öffentlichen Nachfrage nach Datendiensten, wie zum Beispiel Einwähl- Internetzugang, hat das Ortsanschlussnetz hauptsächlich Sprachinformationen geführt. Dieses derzeitige Anschlussnetz enthält in der Regel zahlreiche verdrillte Doppelleitungsverbindungen zwischen der Vielzahl von Benutzerstandorten und einer Vermittlung (oder einem Endgerät) der Vermittlungsstelle. Diese Verbindungen können gemultiplext werden, um Sprechverbindungen zu und von der Vermittlungsstelle effizienter zu transportieren. Das vorliegende Anschlussnetz für den Ortsanschluss ist hauptsächlich dafür ausgelegt, diese Sprachsignale zu führen, d.h. es ist ein sprachzentrisches Netzwerk.
  • Heutzutage wächst der über Fernsprechnetze geführte Datenverkehr exponentiell und hat an vielen Maßen gemessen möglicherweise bereits zum großen Teil aufgrund des explosiven Wachstums von Einwähl-Datenverbindungen traditionellen Sprechverkehr überholt. Das Grundproblem beim Transport von Datenverkehr über dieses sprachzentrische Netzwerk und insbesondere den Ortsanschlussteil des Netzwerks besteht darin, dass er nicht für Daten, sondern für Sprechverkehr optimiert ist. Die sprachzentrische Struktur des Anschlussnetzes begrenzt die Fähigkeit zum Empfangen und Senden schneller Datensignale zusammen mit Sprachsignalen traditioneller Qualität. Einfach ausgedrückt, ist der Anschlussteil des Netzwerks nicht gut an die Art von Informationen angepasst, die er nun hauptsächlich transportiert. Wenn Benutzer immer höhere Datenübertragungsfähigkeiten fordern, werden die Ineffizienzen des derzeitigen Anschlussnetzes dazu führen, dass sich die Benutzernachfrage zur Erfüllung auf andere Transportmedien verlagert, wie zum Beispiel Satellitenübertragung, Kabelverteilung, drahtlose Dienste usw.
  • Ein alternatives derzeitiges Ortsanschlussnetz, das in bestimmten Gebieten verfügbar ist, ist ein sogenanntes digitales Teilnehmermultiplexsystem ("DLC"-System). DLC-Systeme benutzen faseroptische Verteilungsstrecken und abgesetzte Multiplexereinrichtungen zum Abliefern von Sprach- und Datensignalen zu und von den lokalen Benutzern. Ein frühes DLC-System wird in dem US-Patent Nr. 5,046,067 mit dem Titel "Digital Transmission System" (dem "Patent Nr. '067") beschrieben. Das Patent Nr. '067 beschreibt ein digitales Teilnehmermultiplexsystem (DLC-System). In einem typischen DLC-System wird ein faseroptisches Kabel von dem Vermittlungsstellenendgerät (COT) zu einem digitalen Host-Endgerät (HDT) geroutet, das sich in einer bestimmten Umgebung befindet. Telefonleitungen von den Teilnehmerwohnungen werden dann zu Schaltkreisen in dem HDT geroutet, und die Telefon-Sprachsignale werden dort in digitale pulscodemodulierte Signale (PCM-Signale) umgesetzt, mit einem Zeitvielfach (TSI) miteinander gemultiplext, in ein äquivalentes optisches Signal umgesetzt und dann über das faseroptische Kabel zu der Vermittlungsstelle geroutet. Ähnlich werden Fernsprechsignale von der Vermittlungsstelle miteinander gemultiplext, für den Transport über die Faser zu dem HDT in ein optisches Signal umgesetzt, im HDT in entsprechende elektrische Signale umgesetzt, gedemultiplext und dann zu der entsprechenden verdrillten Doppelleitungs-Fernsprechleitungsverbindung des Teilnehmers geroutet.
  • Bestimmte DLC-Systeme wurden erweitert, um sogenannte FTTC-Systeme (Fiber-to-the-Curb – Faser bis zum Straßenrand) bereitzustellen. In diesen Systemen wird das faseroptische Kabel tiefer in das Anschlussnetz geschoben, indem Faser von dem HDT zu einer Vielzahl optischer Netzwerkeinheiten (ONUs) geroutet werden, die sich in der Regel innerhalb von 500 Fuß des Standorts eines Teilnehmers befinden. Multimedia-Sprache, -Daten und sogar -Video von dem Vermittlungsstellenstandort werden zu dem HDT übertragen. Von dem HDT werden diese Signale über die Fasern zu den ONUs transportiert und komplexe Schaltkreise in den ONUs demultiplexen die Datenströme und routen die Sprach-, Daten- und Videoinformationen zu dem entsprechenden Teilnehmer.
  • Diese vorbekannten DLC- und FTTC-Systeme haben mehrere Nachteile. Erstens ist die Implementierung und Wartung dieser Systeme aufgrund der Notwendigkeit komplizierter Schaltungen zur Signalverarbeitung, zum Multiplexen/Demultiplexen, zur Steuerung, zur Verwaltung und zur Stromversorgung in dem HDT und in den ONUs kostspielig. Die Anschaffung und der anschließende Service dieser Geräte über ihre Lebensdauer hat für viele Ortsanschlussdienstanbieter eine große Barriere für den Eintritt erzeugt. Außerdem ist Skalierbarkeit bei diesen Systemen ein Problem. Obwohl diese Systeme teilweise für eine Skalierung für zukünftige Zwecke, Datentypen und Anwendungen entworfen werden können, werden sie naturgemäß durch die dem HDT und den ONUs zugrunde liegende Grundtechnologie begrenzt. Ohne umfassendes Auswechseln des HDT oder der ONUs (ein sehr kostspieliger Vorschlag) haben diese DLC- und FTTC-Systeme aufgrund des Entwurfs der Zwischenelektronik im Ortsanschluss eine begrenzte Funktionslebensdauer.
  • Deshalb wird auf diesem Gebiet weiterhin allgemein ein Multimedia-Anschlusssystem benötigt, das skalierbar ist und das keine komplexe kostspielige Zwischenelektronik in dem Teilnehmeranschluss zwischen dem Vermittlungsstellenstandort und dem Haus des Teilnehmers enthält.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es werden ein FTTH-Multimedien-Anschlusssystem und -Verfahren bereitgestellt, wobei Sprach-, Video- und Datensignale über ein passives optisches Netzwerk (PON) zwischen einem Vermittlungsstellenstandort und einer Vielzahl von Teilnehmer-Heim-Netzwerkeinheiten (HNUs) transportiert werden. Optische Videoverteilerschaltkreise und Telefonie-/Datenverteilerschaltkreise an dem Vermittlungsstellenstandort sind in dem System enthalten und wirken zum Senden und Empfangen von CATV-Fernsehsignalen, DBS-Signalen, Fernsprech- und Ethernet-Paketdatensignalen zu und von den HNUs über das PON. In der Vermittlungsstelle wirkende optische Multiplexer-/Demultiplexerschaltkreise kombinieren die Videosignale, die mit einer (oder mehreren) optischen Wellenlänge(n) arbeiten, mit den kombinierten Fernsprech-/Datensignalen, die mit einer zweiten, verschiedenen optischen Wellenlänge arbeiten. Diese kombinierten optischen Signale werden dann über das PON zu den HNUs transportiert. Das PON enthält eine Vielzahl von Verteilungsfasern, die an eine Vielzahl von passiven optischen Verzweigern angekoppelt sind, die jeweils an eine Vielzahl von Auskoppelfasern angekoppelt sind, die an die HNUs angeschlossen sind. Die HNUs empfangen die kombinierten optischen Signale, demultiplexen die optischen Signale und wandeln sie in entsprechende elektrische Signale um, die dann wiederum durch die HNU an das Video-, Daten- und Fernsprechnetzwerk im Haus angekoppelt werden. Die HNUs empfangen außerdem elektrische Aufwärtssignale von Einrichtungen im Haus, multiplexen diese elektrischen Signale und setzen sie in optische Aufwärtsstromsignale um und senden diese optischen Aufwärtssignale zu der Vermittlungsstelle.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Übertragen von Daten über ein passives optisches Netzwerk, das ein Vermittlungsstellenendgerät mit einer Vielzahl von Heim-Netzwerkeinheiten (HNUs) verbindet, bereitgestellt, mit den folgenden Schritten: (1) Bereitstellen einer kontinuierlichen Übertragung des Abwärtsdatenstroms von dem Vermittlungsstellenendgerät zu den HNUs, wobei die kontinuierliche Übertragung des Abwärtsdatenstroms ein Burst-ID-Feld beinhaltet, das Informationen trägt, die die HNUs anweisen, wie Daten aufwärts zu dem Vermittlungsstellenendgerät zu übertragen sind, und ein Datenfeld, das Abwärtsdatenstrominformationen für die HNUs beinhaltet; und (2) Bereitstellen einer TDMA-Burst-Übertragung von jeder der HNUs zu der Vermittlungs aufwärtsdatenstromstelle, wobei jeder der HNUs ein bestimmter Aufwärtsdatenstrom-Zeitschlitz für die Kommunikation mit der Vermittlungsstelle zugeteilt wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System zum Übertragen von Daten über ein passives optisches Netzwerk, das ein Vermittlungsstellenendgerät mit einer Vielzahl von Heim-Netzwerkeinheiten (HNUs) verbindet, bereitgestellt, wobei das Vermittlungsstellenendgerät Verteilungsmittel zur Bereitstellung einer kontinuierlichen Abwärtsdatenstrom-Übertragung von dem Vermittlungsstellenendgerät zu den HNUs umfasst, wobei die kontinuierliche Abwärtsdatenstrom-Übertragung ein Burst-ID-Feld beinhaltet, das Informationen trägt, die die HNUs anweisen, wie Daten in einem Aufwärtdatenstrom zu dem Vermittlungsstellenendgerät zu übertragen sind, und ein Datenfeld, das Abwärtsdatenstrom-Informationen zu den HNUs beinhaltet, und wobei jede HNU Übermittlungsmittel umfasst zur Bereitstellung einer TDMA-Burst-Aufwärtsdatenstrom-Übertragung von der HNU zu der Vermittlungsstelle, wobei das Vermittlungsstellenendgerät Mittel zur Zuweisung eines jeweiligen Aufwärtdatenstrom-Zeitschlitzes zu jeder der HNUs für die Kommunikation mit der Vermittlungsstelle umfasst.
  • Es ist zu beachten, dass diese nur einige der vielen Aspekte der vorliegenden Erfindung sind. Weitere, nicht spezifizierte Aspekte werden bei Durchsicht der nachfolgend dargelegten ausführlichen Beschreibung ersichtlich.
  • In der vorliegenden Anmeldung werden durchweg vielfältige Abkürzungen verwendet. Es folgt eine nicht erschöpfende Liste vieler dieser Abkürzungen: ATM bedeutet asynchroner Transfermodus; CATV bedeutet Kabelfernsehen; CO bedeutet Vermittlungsstelle; COT bedeutet Vermittlungsstellenendgerät; CLE bedeutet Teilnehmereinrichtungen; DBS bedeutet Digitalstrahl satellit (Digital Broadcast Satellite); EMS bedeutet Elementverwaltungssystem; FOA bedeutet faseroptischer Verstärker; FTTH bedeutet Faser direkt ins Haus; GUI bedeutet graphische Benutzeroberfläche; HDT bedeutet digitales Host-Endgerät; HNU bedeutet Heim-Netzwerkeinheit; IP bedeutet das Internetprotokoll; ISP bedeutet Internet-Dienstanbieter; MDS bedeutet Verteilerkabelrost des Typs DISC*S® MX; NE bedeutet Netzwerkelemente; NGDLC bedeutet digitales Teilnehmermultiplexsystem der nächsten Generation; OSP bedeutet Außenanlage; OSS bedeutet Betriebsunterhaltungssystem; PCM bedeutet Pulscodemodulation; PON bedeutet passives optisches Netzwerk; POTS bedeutet das einfache herkömmliche Fernsprechsystem; PPPOE bedeutet das Punkt-zu-Punkt-Protokoll über Ethernet; SS bedeutet das Überwachungssystem; SWX bedeutet Verzweiger-WDM-Rahmen; TCP/IP bedeutet Übertragungssteuerungsprotokoll/Internet-Protokoll; TDM bedeutet Zeitmultiplex; TSI bedeutet Zeitvielfach; TDMA bedeutet Vielfachzugriff im Zeitmultiplex; und WDM bedeutet Wellenlängenmultiplex.
  • Die vorliegende Erfindung liefert viele Vorteile, zum Beispiel: (1) Bereitstellung einer kostengünstigen, leicht zu wartenden Architektur, die die bidirektionale Übertragung von Sprache, schnellen Daten, CATV und DBS-Multimedia-Diensten innerhalb des Ortsanschlusses zwischen einem Vermittlungsstellenendgerät und einer Vielzahl von Teilnehmern ermöglicht; (2) Bereitstellung einer Architektur eines passiven optischen Netzwerks (PON) ohne zu wartende Zwischenelektronik; (3) Bereitstellung eines Datenübertragungsprotokolls mit Paketen variabler Länge, Sicherheitszeitintervall, einer gemeinsamen Paketstruktur für alle Informationstypen, mehreren Warteschlangen zum Vergeben von Prioritäten für verschiedene Arten von Daten während des Multiplexens, einem Adressierungsschema, mit dem die verschiedenen Arten von Multimediadaten während des Demultiplexens unterschieden werden und einem Bitfehlererkennungsmechanismus; (4) Ermöglichung der Fragmentierung von Paketen über zwei oder mehr Zeitschlitze in dem Datenprotokoll hinweg; (5) Bereitstellung von 8B10B-Codierung für Folgendes: (i) Bereitstellung zusätzlicher Bitinformationen zur Unterstützung bei der Detektion von Bitfehlern, (ii) Abgrenzen der Grenze zwischen angrenzenden Datenpaketen und (iii) Bereitstellung bekannter Steuerdaten, wenn keine Informationen übertragen werden; (6) das System enthält einen Kollisionsvermeidungsmechanismus mit einem Abwärtssteuersignal, das jeder HNU mitteilt, auf welchem Zeitschlitz sie innerhalb des Aufwärts-TDMA-Kanals kommunizieren soll; (7) Bereitstellung eines schnellen symmetrischen PPPOE-Datentransports; (8) die Architektur ist leicht auf andere Arten von Diensten und mit höheren Datenraten arbeitenden Diensten skalierbar, wie zum Beispiel auf 100Base-T Ethernet; (9) Bereitstellung eines Mechanismus zum Vergeben von Prioritäten für Sprachverkehr; (10) niedrige Latenz; (11) Bereitstellung einer bidirektionalen optischen Übertragung unter Verwendung derselben Wellenlänge auf einer einzigen Faser; und (12) Bereitstellung einer fortschrittlichen Echolöschschaltung.
  • Diese sind nur einige wenige der vielen Vorteile der vorliegenden Erfindung, die nachfolgend ausführlicher im Hinblick auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wird. Es sind nicht alle diese Vorteile zur Ausübung der Erfindung erforderlich und diese Auflistung wird lediglich zur Veranschaulichung der zahlreichen durch die Erfindung bereitgestellten Fortschritte angegeben. Es versteht sich, dass die Erfindung andere und unterschiedliche Ausführungsformen hat und ihre mehreren Einzelheiten in vielerlei Hinsicht modifiziert werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Die Zeichnungen und die nachfolgend dargelegte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sollen folglich nur als veranschaulichend und nicht als einschränkend betrachtet werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung erfüllt den oben festgestellten allgemeinen Bedarf und liefert viele Vorteile, wie aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich werden wird. Es zeigen:
  • 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines FTTH-Systems 1 gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein ausführlicheres Schaltbild des in 1 gezeigten Systems;
  • 3 eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines FTTH-Systems 1 gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ein Blockschaltbild des TCP/IP-Datentransports über eine Ethernetverbindung in dem System der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ein Blockschaltbild des PSTN-Fernsprechdatentransports in dem System der vorliegenden Erfindung;
  • 6 ein Schaltbild eines bevorzugten optischen Senders/Empfängers mit Echolöschung zur Verwendung mit dem System der vorliegenden Erfindung;
  • 7 ein Datenprotokolldiagramm eines Vollduplex-PON mit TDMA-Rückkehrmethodologie zur Verwendung mit dem System der vorliegenden Erfindung;
  • 8 ein elektrisches Blockschaltbild der Karte einer vierfachen optischen Schnittstelleneinheit (QOIU), die in den CO-Endgeräten in dem System der vorliegenden Erfindung betrieben wird;
  • 9 ein elektrisches Blockschaltbild der HNU;
  • 10 ein Datenflussdiagramm der Kopplung zwischen einer QOIU in dem Vermittlungsstellenendgerät und einer im Haus des Teilnehmers angeordneten HNU;
  • 11 ein elektrisches Blockschaltbild der logischen Komponenten eines am Einsatzort programmierbaren Gate-Arrays (FPGA), das in der HNU betrieben wird;
  • 12 ein elektrisches Blockschaltbild der logischen Komponenten eines in der QOIU-Karte betriebenen Daten-FPGA;
  • 13 ein elektrisches Blockschaltbild der logischen Komponenten eines in der QOIU-Karte betriebenen gemeinsamen FPGA;
  • 14 ein elektrisches Blockschaltbild der logischen Komponenten eines in der QOIU-Karte betriebenen Framer-FPGA;
  • 15 eine HNU-Zeitschlitzauswahlschnittstelle, die in den HNUs enthalten sein kann;
  • 16A die Methodologie der automatischen Auswahl eines HNU-Zeitschlitzes, wenn die Stromversorgung das erste Mal an die HNU angelegt wird; und
  • 16B die Methodologie der manuellen Auswahl eines HNU-Zeitschlitzes.
  • Diese Zeichnungsfiguren zeigen eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die bevorzugten Ausführungsformen, die nachfolgend ausführlich beschrieben werden, werden lediglich als Beispiel angegeben und sollen den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung nicht begrenzen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • I. Systemübersicht
  • Das in der vorliegenden Anmeldung beschriebene FTTH-System verwendet vorzugsweise eine Architektur eines passiven optischen Netzwerks ("PON"), die in einer Stern-Stern-Konfiguration mit Verzweigungsverhältnissen konfiguriert ist, die so ausgewählt werden, dass maximale Dienstbandbreite unter Verringerung der Verteilungskosten bereitgestellt wird. Alle elektronischen Komponenten befinden sich vorzugsweise in der Vermittlungsstelle oder am Wohnungsort; d.h. die Zuführungs- oder Verteilungsanlage enthält vorzugsweise keine aktiven Komponenten, obwohl dies bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung der Fall sein könnte. Der Hauptvorteil dieser Architektur sind extrem niedrige Wartungskosten und hohe Dienstqualität. Multimedia-Dienste werden an einem zentralen Standort kombiniert, von dem im Folgenden angenommen wird, dass es sich um eine Vermittlungsstelle ("CO") handelt. Diese Dienste werden dann über ein faseroptisches Netzwerk, das sich von der CO zu den Wohnungen oder Unternehmen der einzelnen Kunden erstreckt, zu verschiedenen Kunden übertragen. Ein passiver optischer Verzweiger schließt jede Faser in der Verteilungsanlage ab und versorgt bis zu vier Kunden mit einer einzigen, in jede Wohnung oder jedes Unternehmen eintretenden Faser.
  • Alle Sprach-, Daten- und Videodienste, an denen jeder Kunde teilnimmt, werden in der CO durch spezialisierte Geräte verarbeitet, darunter optische Videoverteilungsgeräte und (nachfolgend beschriebene) Verteilungsgeräte für Paketsprache-/Datenvermittlung. Leitungsvermittelte Sprachleitungen von einer CO-Vermittlung und schnelle Daten aus Paketdatenroutern werden einem Verteilungs-Kabelrost (MDS) kombiniert zugeführt, in Paketformat versetzt und zur Übertragung in ein optisches Signal umgesetzt. Aus einem Antennensystem oder Dienstanbieter erhaltene CATV-Signale (oder Abrufvideosignale) werden mit dem Signal aus einer DBS-Antenne (Direct Broadcast Satellite) kombiniert, verstärkt, verzweigt und mit den Sprach-/Datenpaketsignalen bezüglich Wellenlänge gemultiplext (WDM). Die Faserausgangssignale der optischen und Paketsprach-/-datensysteme in der CO sind optische Signale, die jeweils eindeutige Sprach-, Daten- und Videosignale enthalten, die der Kunde bzw. die Kunden abonniert haben. Passive Funktionen des Verzweigens, des Wellenlängenmultiplexens und des Routens von Fasern zum Spleißen in Verteilungsfasern werden durch eine optische Zentralanlage durchgeführt, die sich vorzugsweise ebenfalls an dem zentralen Standort befindet.
  • Jede die CO verlassende Faser wird vorzugsweise einer Gruppe von vier Kunden zugewiesen, obwohl sie auch abhängig von der Implementierung mehr oder weniger Kunden versorgen könnte. Die verschiedenen Multimediasignale auf den Fasern werden vorzugsweise ohne Verstärkung um Distanzen von bis zu 33 kft übertragen, bevor sie durch die jede Gruppe von vier Kunden versorgenden passiven Verzweiger abgeschlossen werden. Die Signale am Ausgang der Verzweiger werden an eine Auskoppelfaser angelegt, die eine einzige Wohnung bzw. ein einziges Unternehmen versorgt und eine Länge von bis zu 3,3 kft aufweisen kann. Dadurch können dicht und spärlich bevölkerte Bereiche (Wohnungen könnten in ländlichen Gebieten eine Meile auseinander liegen) versorgt werden. Die Auskoppelfaser wird am Haus des Kunden in einer als die Heim-Netzwerkeinheit ("HNU") bezeichneten elektronischen Einheit abgeschlossen. Die HNU führt die Hauptfunktion des Trennens von Abwärtssignalen und des Umsetzens dieser in ihre ordnungsgemäßen Formate zur Sprach-, Daten- und Videoverteilung in der Wohnung oder dem Unternehmen durch und kombinieren umgekehrt Aufwärts-Sprach-, -Daten- und vielleicht -Videosteuersignale zu einem Aufwärtssignal zum Rücktransport zu der Vermittlungsstelle.
  • Die HNU enthält vorzugsweise drei Standardverbinder für drei unabhängige Telefonanschlüsse, und zwar einen Verbinder für Daten und zwei Koaxverbinder, wobei einer CATV- (oder NTSC-)Video und der andere digitale Videosendungen bereitstellt. Jeder Videoausgang unterstützt abhängig von dem Dienst ohne zusätzliche Verstärkung bis zu vier Fernsehgeräte oder DBS-Digitalreceiver. Mit zusätzlichen Verstärkern in der HNU können mehr als vier Verbindungen unterstützt werden. Das FTTH-System liefert schnellen symmetrischen (d.h. bidirektionalen) Datentransport unter Verwendung eines sicheren Punkt-zu-Punkt-Protokolls über das Ethernet- (PPPoE-)Transportprotokoll. Daten von Kunden werden aggregiert und gegebenenfalls in einer CO in ein Protokoll umgesetzt, das mit den Internet-Dienstanbietern kompatibel ist. Die Stromversorgung der HNU erfolgt vorzugsweise aus einer Standard-115V-Wechselstromquelle in der Wohnung. Zusätzlich wird eine optionale Batterie-Sicherungsseinheit zum Aufrechterhalten des POTS-Dienstes im Fall eines Netzstromausfalls vorgesehen.
  • II. Bevorzugte Ausführungsformen
  • Der Rest der ausführlichen Beschreibung beschreibt mehrere beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Es versteht sich jedoch, dass diese lediglich einige wenige der vielen möglichen Ausführungsformen der Erfindung repräsentieren und für Durchschnittsfachleute anhand der vorliegenden Anmeldung und der beigefügten Zeichnungsfiguren andere, unterschiedliche Ausführungsformen ersichtlich sein werden.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines FTTH-Systems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt ein ausführlicheres Schaltbild des in 1 gezeigten Systems.
  • Die bevorzugten über das System 10 bereitgestellten Multimediadienste sind der einfache herkömmliche Fernsprechdienst (POTS), schnelle Daten und Video. Alle drei Dienste werden kombiniert und von einem zentralen Standort 12 aus verteilt, von dem hier angenommen wird, dass es sich um eine Vermittlungsstelle handelt, und über ein faseroptisches Netzwerk 14 zu Kunden übertragen. Die resultierende Außenanlage 44, 46, 48 enthält vorzugsweise keine aktiven Komponenten und wird somit als ein passives optisches Netzwerk (PON) bezeichnet. Ein passiver optischer Verzweiger 46 schließt eine einzelne Faser 44 in der Verteileranlage ab und versorgt bis zu vier Kunden.
  • Das FTTH-System 10 ist für niedrige anfängliche Erstkosten optimiert. Versorgungskosten werden so lange zurückgestellt, bis kundenweiser Bedarf besteht. Diese anfänglichen Erstkosten werden durch niedrige OSP-Kosten lediglich des Einfügens des Faserkabels in das Netzwerk (entweder über die Luft oder vergraben) ohne zwischengeschaltete Crossconnects bestimmt. Nachdem ein Kunde Dienste anfordert, wird über eine Spleißstelle 46 aus dem primären Faserkabel 44 heraus eine Auskoppelfaser 48 zu der einzelnen Wohnung gelegt.
  • Die Ablieferung von Diensten basiert 16 auf CLE (Teilnehmereinrichtungen). Eine einzige, lokal mit Strom versorgte CLE-Einheit 50 (HNU) liefert Sprach-, Video- und Datendienste aus der in die Wohnung eintretenden Faser 48. Nach der Installation ermöglicht die hohe Bandbreite des Fasernetzwerks kombiniert mit der Einfachheit des CLE-Einsatzes eine Vergrößerung (Skalierbarkeit) der CLE-Merkmalmengen und Berücksichtigung neuer Dienste, ohne zusätzliche Konstruktionen zu erfordern. Dieser Skalierbarkeitsvorteil der vorliegenden Erfindung ist mit zur Zeit implementierten Teilnehmeranschlussnetzen nicht möglich.
  • Die Vermittlungsstellengeräte 12 verwenden vorzugsweise ein Produkt des Typs Marconi® MX NGDLC (Teilnehmermultiplexsystem der nächsten Generation) (erhältlich von Marconi Communications, Irving, Texas), das Netzwerkverteilung, Konnektivität und Steuerung von Breitbandvideo- und Daten- plus Fernsprechfunktionalität, einschließlich einer von Telecordia genehmigten GR-303-Vermittlungsschnittstelle, bereitstellt. Mit dem NGDLC-Produkt kommt eine einzigartige optische Zentralanlage 62 für Faserverwaltung, optisches Multiplexen und Abschluss, sowie ein optisches Videoverteilungssubsystem 38, 34, 30. Das FTTH-System 10 kann in Gebieten, in denen Bedarf an Sprach-, Video- und Datendiensten besteht, als eine alternative Methode für Außenanlagen-Rehab, Überlagerung oder beim Greenfield-Aufbau als ein Overlay verwendet werden.
  • Die Geräte, aus denen das in 1 und 2 gezeigte beispielhafte FTTH-System 10 besteht, bestehen aus den folgenden Elementen: (1) Die Heim-Netzwerkeinheit (HNU) 50 ist die CLE-Einheit. Die HNU 50 ist an die Faser-OSP 48 angeschlossen und liefert Sprach-, Video- und Datendienste, die durch den Verteilungs-Kabelrost (MDS) 20 des Typs DISC*S® MX in der CO verteilt werden. Die HNU 50 erhält vorzugsweise lokalen Strom aus einer externen Stromversorgung und einer optionalen Batterie-Sicherungsstromversorgung; (2) Das DISC*S® NGDLC konfiguriert mit dem MX-Verteilungskabelrost (MDS), das Verteilerkarten für Sprache/Video/Daten liefert, die eine Schnittstelle mit der Faser-OSP und mit den aufwärts gelegenen Netzwerkvermittlungselementen bereitstellen; (3) Die SWX-optische Zentralanlage 30, die Verwaltung der Verteilungsfasern von den HNUs, Massenschmelzspleißung zum Abschluss in optische Verteilungsgeräte und Wellenlängenmultiplex bereitstellt; (4) Die optische Videoverteilung 38A–38E, die aus Faserverstärkern und Sendern zum Rundsenden von DBS 42 und CATV-Video 40 besteht; (5) Die Breitband-Datenaggregierungsgeräte zum Transferieren von Paket daten zu dem ISP-Verkehrsübertragungs-Backbone 26A, 26B; und (6) Elementverwaltungssysteme 20E zur Bereitstellung von Betriebssteuerung der obigen Elemente je nach Anforderung oder Fall.
  • A. Die Außenanlage (OSP)
  • Die OSP ist für Luftkonstruktion optimiert, obwohl die Architektur auch auf vergrabene Konstruktion anwendbar ist. Die OSP ist aus Faserkabeln 44 aufgebaut, die sich von einem zentralen oder abgesetzten Vermittlungsstandort durch das Versorgungsgebiet erstrecken. Jede Faser versorgt vorzugsweise vier Wohnungen. Die Signale auf den Fasern werden ohne Verstärkung über Distanzen von bis zu 33 kft übertragen, bevor sie an einem passiven Verzweiger 46 abgeschlossen werden. Der 4:1-Verzweiger schließt die Faser 48 in der Nähe (innerhalb von 3,3 kft oder weniger) von vier Wohnungen oder Residenzen ab. Von dem Verzweiger 46 erstreckt sich eine einzige Faserauskopplung 48 zu jeder der Residenzen und wird an der HNU 50 abgeschlossen. Die Vierfach-Verzweiger 46, die Faserauskopplungen 48, der Abschluss der Faserauskopplung und die Installation der HNU 50 werden zu dem System hinzugefügt, wenn Dienst erforderlich ist.
  • B. Die Heim-Netzwerkeinheit (HNU)
  • Die HNU 50 befindet sich in der Wohnung des Kunden 16 und liefert die folgenden Dienste: (i) 3 POTS-Anschlüsse 56; (ii) 1 CATV-Auskopplung (50–750 Mhz) 60; (iii) 1 DBS-Auskopplung (950–2050 Mhz) 58; und (iv) 1 10 Mbps-Ethernet-Auskopplung 54. Die HNU 50 wird lokal über eine externe Stromversorgung versorgt, die am selben Ort in dem Haus des Kunden 16 angeordnet ist. Notfall-POTS wird durch optionale Batteriesicherung auf einem einzigen POTS-Anschluss unterstützt. Die Batteriesicherung besteht aus einer außerhalb der HNU 50 angeordneten Einheit, die handelsübliche 9-Volt-Batterien oder "C"-Zellen aufnimmt.
  • Die HNU 50 ist vorzugsweise an einer Wand in der Residenz angebracht. Das HNU-Gehäuse ist vorzugsweise eine Box des Schalentyps mit Schwenkabdeckung, die Zugang zu der Leiterplatte und der Faserleitung in der Einheit gibt. Ein Schloss ist vorgesehen, um einen unbefugten Eingriff in die HNU zu verhindern. Mechanische Konstruktionszeichnungen der bevorzugten HNU 50 und eine entsprechende Beschreibung finden sich in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung S/N 60/186,486 mit dem Titel "Home Networking Unit".
  • Das Faserauskopplungskabel 48, das ein optionales Metallverstärkungsglied enthält, tritt in das Gehäuse der HNU 50 ein. Der mechanische Abschluss des Faserkabels 48 und des optionalen Verstärkungsglieds wird als integraler Teil des Gehäuses der HNU 50 vorgesehen. Der Abschluss der Faserauskopplung 48 wird zusammen durch die Mechanik der HNU 50 und die Leiterplatte der HNU 50 bereitgestellt. Die Schwenkabdeckung der HNU 50 enthält ein integriertes Schmelzspleißtablett, auf dem die Faserauskopplung für die Wohnung in die interne Faserleitung der HNU aufgespleißt wird. Die interne Faserleitung der HNU wird dann auf der HNU-Leiterplatte abgeschlossen. Eine weitere Beschreibung findet sich in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung US 6,427,045 mit dem Titel "Splice Tray for use in Splicing Fiber Optic Cables and Housing Therefor".
  • Die HNU 50 liefert alle Dienste auf einer in dem Gehäuse angebrachten einzigen Schaltungskarte. Die HNU-Leiterplatte liefert die Funktionen von WDM und Umsetzung von Elektrisch in Optisch zum Extrahieren der POTS- und Datensignale aus der Wellenlänge von 1310 nm und den Videosignalen aus der Wellenlänge von 1550 nm. In der Aufwärtsrichtung setzt die HNU 50 die elektrischen Signale in optische Signale um und multiplext die Wellenlängen 1330 nm und 1550 nm zum Rücktransport zu der CO auf die Faser.
  • Die POTS-, Video- und Ethernetdaten werden als konnektorisierte Ausgangssignale an dem Gehäuse der HNU 50 bereitgestellt. Zur Verbindung mit der Hausfernsprechverdrahtung werden drei RJ11-Verbinder vorgesehen. Jeder Verbinder liefert einen separaten privaten Anschluss. Zwei Verbinder des Typs 'F' werden für Videoeinspeisungen in das Haus des Kunden vorgesehen. Ein Verbinder liefert das CATV-Signal und der andere das digitale DBS-Signal. Für eine schnelle 10Base-T-Datenverbindung zu dem Computer des Kunden wird ein einziger RJ45-Verbinder vorgesehen.
  • Sprachverkehr wird in paketiertem Format durch die HNU 50 empfangen und gesendet. Die HNU 50 liefert die Schleifenstromeinspeisung (wahlweise extern), die Rufstromeinspeisung, die Überwachung (abgenommen/aufgelegt) und die PCM-Codierung der Fernsprech-BORSCHT-Funktionen für jeden POTS-Anschluss. Die resultierenden POTS-Anschlussschnittstellen an den drei RJ11-Buchsen an der HNU 50 erfüllen die geltenden Anforderungen von TR-57. Die POTS-Anschlussschnittstellen sind außerdem mit der Implementierung von CLASS-Diensten kompatibel.
  • Der Empfangsbereich des Videosignals 60 beträgt 50 bis 2050 MHz. Der Empfang des DBS-Signals 58 beträgt 950–2050 Mhz. Zur Decodierung der Signale werden Standard-DBS-Digitalreceiver verwendet. Der CATV-Signalempfang beträgt 50–750 Mhz.
  • Die HNU-CATV-Schnittstelle (der Koax-'F'-Verbinder) entspricht NTSC-Standards und liefert 25 analoge Kanäle und 140 digital modulierte Kanäle Programmmaterial. Die HNU-DBS-Schnittstelle (Koax-F-Verbinder) entspricht dem Hughes-DBS-Standard zur Bereitstellung eines vollen Umfangs von DBS-Kanälen.
  • HNU-Datenverkehr wird unter Verwendung des Punkt-zu-Punkt-Protokolls über Ethernet (PPPoE) als Ethernet-Pakete empfangen und gesendet. Die in der HNU 50 bereitgestellte 10Base-T-Schnittstelle entspricht IEEE 802.3. Die HNU-10Base-T-Schnittstelle ist über CAT-3- oder CAT-5-Verkabelung in der Wohnung mit einer in dem Computer des Kunden installierten Standard-Netzwerkschnittstellenkarte (NIC) verbunden. Die PPPoE-Sitzung wird im Computer des Kunden eingeleitet und durch den ISP-Anbieter abgeschlossen. Die schnelle Datendienst-Abwärtsleistungsfähigkeit beträgt 20 Mbps, die von vier an dem passiven optischen Verzweiger 46 mit Abwärts-Burst-Fähigkeit von 10 Mbps zu jeder Wohnung von vier Wohnungen gemeinsam benutzt wird. Die Aufwärtsleistungsfähigkeit beträgt 4,5 Mbps eigens für jede Wohnung. Alle vier mit dem passiven optischen Verzweiger 46 verbundenen Wohnungen haben die Fähigkeit zur Durchführung gleichzeitiger 4,5-Mbps-Datensitzungen.
  • Die HNU 50 führt während eines Wechselstromnetzausfalls einen Stromversorgungsabwurf aus, um automatisch Video- und Datendienste herunterzufahren, um Batteriestrom zu sparen.
  • C. Die Geräte der Vermittlungsstelle (CO)
  • Die CO-Geräte bestehen aus einer Verzweiger-WDM-Anlage (SWX) 30, Faserverstärkern und Sendern 38A–38E, DISC*S® MX MDS 20A 20B, 20F, DISC*S® Common Shelf 20C, Breitband-Datenaggregierungsgeräten 22 und den entsprechenden Verwaltungssystemen 20E. Die CO-Geräte unterstützen existierende NGDLC-Fähigkeiten (TR-008, GR-303) plus die Schnittstellen zu OSS-Systemen, die für die Verwaltung von Video- und Datenverkehr erforderlich sind.
  • Die Baugruppe der Verzweiger-WDM-Anlage (SWX) 30 sammelt die Fasern des Zubringernetzwerks aus den HNUs 50 über den CO-Kabelkeller. Die Subbaugruppe des SWX-Rosts 30 ist ein passives optisches Signalverteilungssystem, das Massenschmelzabschluss von bis zu 96 dieser Fasern zu Faserbrücken bereitstellt, die zu dem Rost DISC*S® MX MDS 20F geroutet werden. Der SWX 30 führt außerdem die WDM-Funktion zum Trennen der 1310 nm-Signale (Sprache/Daten) von den 1550 nm-Signalen (Video) auf separate Fasern in der Vermittlungsstelle durch. Zu den optischen Videoverteilungsgeräten 38A–38E wird eine einzige Faser geroutet, die 1550 nm-Videosignale führt. Fasern, die 1310 nm-Sprach-/Datensignale von allen HNUs 50 (4 pro Faser) führen, werden zu dem MDS-Rost bzw. den MDS-Rosten 20F geroutet. Der SWX 30 ermöglicht außerdem ein Multiplexen eines 1550 nm-Video-Rundsendesignals von einer einzigen Faser zu 32 abgehenden Fasern.
  • Die CATV- und DBS-Signale 40, 42, die von der Kopfstelle des Dienstanbieters und Satellit in die CO eintreten, werden an dem CDX 38A empfangen, der beide Signale zu einem über eine einzige Faser geführten 1550 nm-Signal kombiniert. Dieses kombinierte optische Videosignal wird dann durch einen optischen Hochleistungsverstärker (FOA) 38B verstärkt, der als die "Booster"-Stufe in dem optischen Videoverteilersubsystem der CO wirkt. Das Ausgangssignal des Booster-FOA wird einem optischen Verzweiger 38C zugeführt, der das kombinierte optische Videosignal auf mehrere parallele FOAs 38D, 38E auffächert, die als die Verteilerverstärkerstufen wirken. Die Anzahl der Verteiler-FOAs ist eine Funktion der Anzahl der Fasern in dem Netzwerk. Das Ausgangssignal des Verteiler-FOA wird über Faser zu einem SWX(s) 30 geroutet. Ein bevorzugter FOA ist ein erbiumdotierter Faserverstärker (EDFA), obwohl auch andere Arten von optischen Verstärkern mit der Erfindung verwendet werden könnten.
  • Die Fasern, die Sprach- und Datensignale über 1310 nm führen, werden aus dem SWX 30 zu dem MX-MDS-Rost 20F geroutet. Die Fasern werden direkt mit den QOIU81-Karten (vierfache optische Schnittstelleneinheit) 20A in dem MDS-Rost verbunden. Jede QOIU81 20A nimmt vier Fasern an, wobei jede Faser Sprache und Daten für vier der HNUs 50 führt. Es sind 14 QOIU81-Schlitze in dem MDS-Rost 20F verfügbar und deshalb unterstützt jeder MDS-Rost 224 HNUs (14 Karten × 4 Ports pro Karte × 4 Wohnungen pro Port). Da jede HNU 50 3 POTS-Anschlüsse repräsentiert, kann der MDS-Rost bis zu 672 POTS-Kanäle verteilen.
  • Die QOIU81-Karte 20A führt die Umsetzung von Optisch nach Elektrisch für vier optische Signale durch. Die Sprachdaten werden aus dem aus der HNU 50 empfangenen Datenstrom entfernt und zu einem strukturierten DS-O-TDM-Bus auf der MDS-Backplane geroutet. Die TDM-Daten werden an die DPU1 (Datenverarbeitungseinheit) 20B weitergeleitet, in der die lokale TSI-Funktion der MDS-Backplane durchgeführt wird. Die TDM-Sprachdaten werden zu dem gemeinsamen DISC*S®-Rost 20C weitergeleitet, der sich in derselben Anlage wie der MDS-Rost 20F befindet.
  • Der gemeinsame DISC*S®-Rost 20C führt Verbindungsverarbeitung durch und stellt eine TR-008- oder eine GR-303-Schnittstelle für die Sprachvermittlung durch. Der gemeinsame Rost 20C implementiert ein nichtblockierendes Zeitvielfach mit 672 × 672 Kanälen. Die Implementierung von GR-303 als gemeinsamer Kabelrost entspricht vollständig Telcordia-Bestimmungen und wurde mit den Geräten aller wesentlichen Vermittlungshersteller zertifiziert. Die GR-303-Implementierung enthält flexible Konzentration.
  • Der gemeinsame Rost 20C enthält ferner eine Sicherungs- und Alarmschalttafel, die den MDS-Rost 20F sowie die Elemente des gemeinsamen Rosts 20C überwacht. Die Sicherungs- und Alarmschalttafel enthält 16 Alarmkontakte, mit denen andere Geräte, wie zum Beispiel die optischen Videoverteilergeräte, überwacht werden können.
  • Die von den QOIU81-Karten 20A in dem MDS-Rost empfangenen optischen 1310 nm-Signale 28 enthalten außerdem Ethernet-Datenpakete aus den HNUs 50. Ähnlich wie bei Sprachverkehr entfernt die QOIU81 20A die Datenpakete aus den digitalen Signalen, die aus einer Umsetzung von Optisch in Elektrisch der von allen vier an der Karte abgeschlossenen Fasern empfangenen Signale abgeleitet werden. Die QOIU81 20A multiplext die Ethernet-Datenpakete auf ein einziges 100Base-T-Ausgangssignal 20G. Das 100Base-T-Ausgangssignal 20G führt Datenverkehr aus 16 Wohnungen, der aus bis zu jeweils 4 PPPoE-Sitzungen besteht. Das 100Base-T-Signal von jeder QOIU81 20A wird über CAT-5-Verdrahtung in der CO mit einer externen Datenaggregierungseinrichtung 22 verbunden.
  • Die Datenaggregierungseinrichtung(en) 22 aggregiert den Ethernet-Verkehr aus den QOIU81s 20A in dem MDS-Rost bzw. den MDS-Rosten 20F. Der Ausgang der Datenaggregierungseinrichtung 22 ist mit dem Datenübertragungs-Backbone 26A, 26B des Fernsprechdienstanbieters verbunden.
  • D. Elementverwaltungssysteme
  • Eine Plattform 20E des Überwachungssystems (SS) ist über das Vermittlungsstellenendgerät (COT) 20D mit dem FTTH-System 10 verbunden. Das COT liefert einen Steuerweg DS1 zu dem gemeinsamen Rost 20C, der Steuernachrichten zu/von dem MDS-Rost 20F und über die Faserstrecke zu der HNU 50 führt. Das SS 20E ist über eine RS-422-Verbindung mit dem COT 20D verbunden. Ein COT 20D steuert bis zu 16 gemeinsame Roste 20C.
  • Das SS 20E liefert die Schnittstelle zu Betriebsunterhaltungssystemen (OSS) des Systembetreibers. Das SS verwaltet Aufgaben wie zum Beispiel Systemkonfiguration, Provisionierung, Wartung, Inventur, Überwachung und Diagnose der Leistungsfähigkeit.
  • Nunmehr mit Bezug auf die übrigen Zeichnungsfiguren beschreiben 3–14 eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 zeigt eine Übersicht über ein FTTH-System 10, das auf dem oben erwähnten DISC*S®-NGDLC-System und genauer gesagt dem DISC*S®-MX-System basiert. Das System 10 transportiert Fernsprech-, Paketdaten-, CATV- und DBS-Signale über das optische Netzwerk 44, 46, 48 zu den verschiedenen Teilnehmern. In der oberen linken Ecke der Figur befindet sich ein DISC*S®-Vermittlungsstellenendgerät (COT) 20D, das auch eine TR57-UDLC-Schnittstelle zu der Vermittlungsstelle für DS-0-Fernsprechdienst bereitstellt. Mit dem DISC*S®-COT 20D ist ein Elementmanager 20E zur Verwaltung des Systems zum Zuweisen von Dienst, für Crossconnects, die Überwachung von Alarmmeldevorgeschichte usw. assoziiert. Das DISC*S®-HDT 20C ist das Ende des abgesetzten Endgeräts der DISC*S®-Plattform. In diesem System wird die HDT-Einheit 20C in der Vermittlungsstelle vorgesehen, anstatt am Einsatzort in einem Schrank, in dem sie sich typischerweise in einer digitalen Teilnehmermultiplexanwendung befindet, so dass sie zusammen mit dem Vermittlungsstellenendgerät COT angeordnet ist. Das DISC*S®-HDT 20C kommuniziert über die TR08- oder TR303-Standards für integrierte digitale Teilnehmermultiplexanwendungen direkt mit einer digitalen Vermittlung der Klasse 5. Das DISC*S®-HDT 20C enthält einen gemeinsamen Geräterost 20C und einen Matrixverteilerrost 20F. Der gemeinsame Geräterost 20C enthält Schaltkreise zum Abwickeln von Fernsprechinformationen, und der Matrixverteilerrost 20F enthält Schaltkreise zum Kombinieren der verarbeiteten Fernsprechinformationen mit Ethernet-Paketdaten zur Verteilung zu den Teilnehmern.
  • Der Matrixverteilerrost 20F wird normalerweise in DLC-Anwendungen verwendet, um Verteilung zu optischen Netzwerkeinheiten (ONUs) unter Verwendung von Vierfach-OIU-Karten (QOIU-Karten) 20A bereitzustellen. Bei der vorliegenden Erfindung wurden die Vierfach-OIU-Karten 20A jedoch (wie nachfolgend beschrieben) modifiziert, um die in dem FTTH-System 10 bereitgestellten Multimediadienste zu unterstützen. Jede Vierfach-OIU-Karte 20A enthält eine 100Base-T-Schnittstelle, die an einen Ethernet-Switch 22 anschaltet, der für die Internet-Dienstanbieter (ISPs) 26B signalaufwärts geht. Der Ethernet-Switch 22 ist an einen PPPOE-Server 26A angekoppelt, der den Kundenzugang zu dem ISPS 26B steuert. Diese Schnittstelle wird benutzt, weil typischerweise der Ortsanschlussanbieter (d.h. die Fernsprechgesellschaften) nicht selbst ein ISP sein kann; stattdessen geben sie den Zugang und Transportmechanismen zu verschiedenen ISPS, darunter zum Beispiel ihre eigene Marke von ISP.
  • Internet-Zugang wird über eine Vielzahl von 100Base-T-Verbindungen 20G bereitgestellt, die vorzugsweise über 16 HNUs 50 gemeinsam benutzt werden. Die Datenverbindung wird in dem MDS-Rost 20A an die QOIUs 20B angekoppelt, wobei die verschiedenen 100Base-T-Signale kombiniert werden, und dann über eine optische 1310-Nanometer-Wellenlängen-2-Faser 28 an das SWX-Element 30 angekoppelt.
  • Das SWX-Element 30 ist ein optisches Verteilersystem. Es enthält WDMs, die das 1310-Nanometer-Signal 28 aus den QOIUs 20A mit einem optischen 1550-Nanometer-Videosignal 32 aus dem FOA 38E zu einem kombinierten optischen Signal zur Speisung in Richtung der Teilnehmer abgehenden Fasern kombinieren. Zusätzlich enthält der SWX 30 einen 1-für-32-Verzweiger für das 1550-Nanometer-Signal, um es gemeinsam über mehrere Fasern 44 zu benutzen. Die Struktur und Funktionsweise des SWX werden ausführlicher in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung US 6,366,717 mit dem Titel "Apparatus for Distributing Optical Fiber Transmission Paths" beschrieben.
  • Die untere linke Ecke von 3 zeigt die CO-Schaltkreise für die Schnittstelle mit Quellen von analogen/digitalen Rundsende-TV-Signalen (d.h. CATV, VOD usw.) und DBS-Signalen 40, 42 (die optischen Videoverteilerschaltkreise). Diese Signale 40, 42 werden in einen CDX 38A eingegeben. Der CDX 38A ist ein CATV-DBS-Sender. Der CDX 38A kombiniert die CATV- und DBS-Signale 40, 42 zu einem kombinierten optischen Videosignal mit 1550 Nanometer, das danach zu einer großen Anzahl der HNUs 50 verteilt wird. Die Struktur und Funktionsweise des CDX werden ausführlicher in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung US 6,366,712 mit dem Titel "Apparatus and Method for Combining Two Separate RF Signals on a Single Optical Fiber" beschrieben.
  • Das Ausgangssignal des CDX 38A wird an einen Booster FOA (vorzugsweise einen erbiumdotierten Faserverstärker) 38B angekoppelt, der das kombinierte optische Videosignal annimmt und es verstärkt, um 3 Ausgangssignale von jeweils 20 DBM optisch bereitzustellen. Diese 3 Ausgangssignale werden durch den 1-für-16-Verzweiger an jedem der 3 Ausgänge gekoppelt und jedes dieser 16 Ausgangssignale steuert dann einen zweiten FOA 38E mit 8 Ausgangssignalen an. Die Ausgangssignale aus den zweiten FOAs 38E werden dann in den SWX 30 eingekoppelt und gelangen in einen 1-für-32-Verzweiger, der in einem WDM mit einem 1310-Nanometer-Signal aus jedem der 4 OIUs auf einer Vierfach-OIU-Karte 20A in dem MDS-Rost 20F kombiniert wird. Diese Signale werden dann zu einer optischen Zentralanlage 62 geroutet, die ein Crossconnect für die Fasern ist, und dann heraus zu einem 1-zu-4-Verzweiger 46, der zu den einzelnen Heim-Netzwerkeinheiten 50 führt. Auf diese Weise kann ein CATV-Zubringer 40 3 × 16 × 8 × 32 × 4 oder ungefähr 50000 Teilnehmer unterstützen.
  • Jeder Teilnehmer verfügt über eine Heim-Netzwerkeinheit (HNU) 50, die vorzugsweise in seiner Wohnung angebracht ist. An die HNU 50 ist ein Stromversorgungsmodul 64 angekoppelt. Das Stromversorgungsmodul 64 nimmt 120 Volt Wechselspannung, verwandelt sie in 12 Volt Gleichspannung und versorgt die Heim-Netzwerkeinheit 50 mit Gleichstrom. Das Stromversorgungsmodul 64 ist außerhalb der HNU 50 angeordnet, so dass es alle UL-Bestimmungen und andere Sicherheitsbestimmungen als ein externes Modul abwickelt. Eine optionale Batteriesicherungsbox kann in die Heim-Netzwerkeinheit 50 eingesteckt sein, um im Fall eines Stromausfalls die Fernsprechkommunikation aufrechtzuerhalten.
  • Die Heim-Netzwerkeinheit (HNU) 50 nimmt das 1550-Nanometer-Abwärtsvideosignal 32 und stellt das Band 50–750 MHz als CATV- oder andere Arten von Fernsehsignalen wieder her. Außerdem trennt sie ungefähr 950 bis 2050 MHz für DBS-Signale (Direct Broadcast Satellite) ab und verteilt diese zu der Wohnung. Die HNU nimmt das 1310-Nanometer-Sprach-/Datensignal 28 an und leitet den Paketdatendienst 54 (Ethernet) ab, der vorzugsweise eine 10Base-T-Schnittstelle zu den Computern des Teilnehmers und d.h. den POTS-Dienst 56, der 3 Telefonanschlüsse pro Teilnehmer unterstützt, unterstützt.
  • Jede Vierfach-OIU-Karte 20A in der Vermittlungsstelle 12 unterstützt 4 Fasern, und mit der 4-zu-1-Verzweigung an jeder dieser Fasern können 16 Heim-Netzwerkeinheiten 50 an eine Vierfach-OIU-Karte 20A angekoppelt werden. Die sechzehn 10Base-T-Schnittstellen 54 in den Wohnungen werden zurück in den Ethernet-Switch 22 in der Vermittlungsstelle 12 zu einer einzigen 100Base-T-Schnittstelle 20G aggregiert. Auf diese Weise unterstützt ein 100Base-T-Port 16 Wohnungen.
  • 4 ist ein Blockschaltbild des TCP/IP-Datentransports über eine Ethernetverbindung in dem System der vorliegenden Erfindung. Diese Figur zeigt den Datenfluss aus dem PPPOE-Breitband-Fernzugriffserver 26A zu den einzelnen 10Base-T-Verbindungen der HNUs 50. Aus dem PPPOE-Server 26A werden die Datenverbindungen durch Ethernet-Switches 22 aufgefächert. Jeder Ethernet-Switch 22 unterstützt mehrere 100Base-T-Schnittstellen 20G zu jeder Vierfach-OIU-Karte 20A, die wiederum 4 Fasern oder 16 HNUs 50 jeweils mit einer 10Base-T-Verbindung unterstützt.
  • Über diese Konnektivität kann der Teilnehmer seinen Computer über Ethernet mit der Heim-Netzwerkeinheit 50 verbinden. Der Teilnehmer installiert einen PPPOE-Client auf seinem Computer, wodurch er durch einen Einwähl-Vernetzungs-Client auf ISPs zugreifen kann. Der Teilnehmersoftware erscheint also die Ethernetverbindung lediglich als eine Einwählverbindung, es besteht aber keine Einwahl (wie bei einem Modem) und die Verbindung ist immer aktiv. Der Teilnehmer kann eine Verbindung auskoppeln und eine Verbindung zu einem anderen ISP oder zu seiner Firma oder zu einer anderen Quelle herstellen. Die Verkehrskapazität signalabwärts beträgt bei dieser Konfiguration vorzugsweise 10 Mbps mit einer Aufwärtskapazität von 4,516 Mbps, begrenzt durch das TDMA-PON-Zeichengabeschema, wie später mit Bezug auf 7 besprochen wird. Es ist zu beachten, dass, da die Architektur der Erfindung naturgemäß skalierbar und nur durch die Fähigkeit zum Transport von Licht entlang der Fasern begrenzt wird, in der Zukunft weitere schnelle Datendienste, wie zum Beispiel 100Base-T und sogar Gigabit-Ethernet und darüber hinaus für die HNUs 50 implementiert werden könnten.
  • 5 ist ein Blockschaltbild des POTS-Fernsprechtransports in dem System der vorliegenden Erfindung. Hier werden die Fernsprechdaten paketiert und zu und von einer digitalen Vermittlung 18 der Klasse 5 in der Vermittlungsstelle 12 geroutet, und diese stellt eine Schnittstelle zu dem gemeinsamen DISC*S®-MX-Geräterost 20C bereit. Der gemeinsame Geräterost 20C enthält alle notwendigen Schaltkreise zum ordnungsgemäßen Routen und Verarbeiten der Fernsprechdaten, wie zum Beispiel ein integriertes Zeitvielfach (TSI). Von dem DISC*S®-MX-Rost 20C geht eine Vielzahl von Flachbandkabeln aus, die den gemeinsamen Rost 20C an den Matrixverteilerrost 20F ankoppeln. Der MDS-Rost 20F enthält eine oder mehrere Auskoppelprozessoreinheit-Karten 20B und eine Vielzahl von Vierfach-OIU-Karten 20A. Von den QOIU-Karten 20A geht eine Vielzahl von Fasern 44 aus. Jede Faser wird an eine Vielzahl passiver optischer Verzweiger 46 angekoppelt, die vorzugsweise zur Versorgung von vier HNUs 50 abzweigen. Jede HNU 50 liefert ihrerseits 3 POTS-Anschlüsse für einen Teilnehmer. Somit unterstützt jede Faser 48 12 POTS-Anschlüsse.
  • Die Sprach- (Fernsprech-)Informationen werden in dem System abgewickelt, indem die Sprachdaten zu Paketen konfiguriert und diese Sprachpakete über die Fasern 48, 44 zurück zu dem gemeinsamen Geräterost 20C in der Vermittlungsstelle 12 transportiert werden. Somit liefert das System der vorliegenden Erfindung paketierten Sprachtransport im Ortsanschluss. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Paketierung des Sprachverkehrs in der Schicht 2 des Standard-OSI-Kommunikationsschichtenmodells ausgeführt, wodurch gegenüber Paketsprachtransportverfahren wie zum Beispiel IP-Telefonie große Vorteile erreicht werden, wie zum Beispiel größere Bandbreitenverwaltungsflexibilität, niedrigere Latenz usw.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird die logische Pipeline zum Transport des Sprachverkehrs im Punkt-zu-Punkt-Verfahren zwischen den Heim-Netzwerkeinheiten HNUs 50 und dem Vierfach-OIUs 20A gemeinsam benutzt und Sprachverkehr wird gegenüber Aufwärts-Datenverkehr Priorität gegeben. In der HNU 50 wird ein spezielles Cut-through-Merkmal implementiert, so dass, wenn ein Sprachpaket bereit zum Senden ist, ein etwaiges gerade gesendetes Datenpaket angehalten wird und das Sprachpaket zur sofortigen Übertragung durchgeschoben wird. Dadurch soll verhindert werden, dass Sprachpakete warten müssen, bis ein großes Datenpaket fertig übertragen wird, was mehrere TDM-Bursts dauern könnte. Nachdem das Sprachpaket übertragen wurde (unter der Annahme, dass keine weiteren Sprachpakete in der Warteschlange zu senden sind), nimmt die HNU 50 die Datenübertragung dann wieder auf. Auf diese Weise ergibt die vorliegende- Erfindung überlegenen Paketsprachtransport im Gegensatz zur IP-Telefonie.
  • 6 ist ein Schaltbild eines bevorzugten optischen Senders/Empfängers mit Echolöschung zur Verwendung mit dem System der vorliegenden Erfindung. Bei der vorliegenden Erfindung wird Sprachverkehr auf dem 1310-nm-Signal sowohl signalaufwärts als auch signalabwärts unter Verwendung von Richtmultiplex übertragen. Mit dieser Technik werden gleichzeitig auf derselben Faser Signalauf- und Signalabwärts-Lichtsignale bei 1310 nm übertragen. Um diese Technik durchzuführen, muss das System Reflexionen auf der Faser minimieren, so dass Echos von einem Sender an einem Ende der Faser nicht von dem Empfänger an demselben Ende der Faser empfangen werden. In dem FTTH-System 10 werden mehrere Verfahren zur Minimierung von Reflexionen und Echos verwendet. Ein mechanisches Verfahren besteht darin, durchweg Schmelzspleißung für die Faserverbindungen zu verwenden. Ein anderes mechanisches Verfahren ist die Verwendung eines Winkelverbinders mit sehr niedriger Reflexion an der Stelle, an der die Faser in der Vermittlungsstelle 12 an die Elektronik angekoppelt wird. Ein drittes Verfahren ist die Verwendung eines speziellen optischen Senders/Empfängers mit Echolöschung, der in 6 gezeigt ist. Mit dieser Schaltung werden etwaige durch den Sender erzeugte Echos erkannt und unter Verwendung der Echolöschschaltkreise kompensiert, um das Nahübersprechen zwischen dem Sender und Empfänger an dem einen Ende der Faser zu reduzieren.
  • Die in 6 gezeigte Schaltung zeigt einen beispielhaften optischen Sender/Empfänger mit einer Echolöschschaltung. Die Schaltung baut auf der digitalen Lasertreiberschaltung auf, die ausführlicher in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung US 6,707,833 mit dem Titel "Digital Laser Driver Circuit" beschrieben wird. Der digitale Lasertreiberteil der in 6 gezeigten Schaltung enthält ein FPGA 70 zum Synchronisieren des digitalen Modulationssignals, bei dem es sich vorzugsweise um Modulation 70A des NRZ-Typs handelt, wobei eine Laserdiodentreiberschaltung einen Treibertransistor 80, Widerstände 74 und 82 und einen Kondensator 76, eine Laserdiode 86A, eine Back-facet-Photodiode 86B (zusammen mit einem Stromsetzwiderstand 84), eine Modulationsüberwachungsschaltung 88 mit Rückkopplung zu dem digitalen FPGA 70 zur Steuerung der Modulationssynthese und einen automatischen Leistungsregelkreis 90, 78, der die Leistungspegel der Laserdiode 86A regelt, enthält.
  • Der Echolöschteil der Schaltung enthält eine Empfängerphotodiode 92, einen Verstärker 102 und assoziierte Schaltkreise 104, 108, 110, einen RISC-Prozessor 112, einen Echolöschertakt 70B in dem digitalen FPGA 70 und ein Filter 94, 96, 98. Die Echolöscherschaltung erzeugt ein Signal, das das Nahübersprechsignal (NEXT) emuliert und dem negativen Eingang des Verstärkers 102 ein Löschsignal zuführt und damit Nahübersprechen kompensiert.
  • Diese Schaltung funktioniert abhängig davon, ob sie sich in der QOIU 20A oder der HNU 50 befindet, etwas unterschiedlich. In der HNU 50 sendet der Sender nicht immer, so dass der RISC-Prozessor 112 die Differenz des Empfangslichtpegels, wenn der Sender sendet und wenn er nicht sendet, messen kann. Der RISC-Prozessor 112 kann dann die Stärke des aus dem Echolöscherblock 70B ausgegebenen Sendelöschsignals einstellen, bis keine Differenz des Empfangspegels besteht, wenn der Sender eingeschaltet ist, wodurch das Nahübersprechsignal ausgenullt wird.
  • Bei Betrieb in der QOIU 20A stellt der RISC-Prozessor 112 den Echolöscherblock 70B beim Herauffahren ein, bevor den HNUs 50 erlaubt wird, mit dem Senden zu beginnen. Er überwacht dann den Löscher während der Sicherheitszeiten zwischen HNU-Übertragungen. Das NEXT-Signal weist in Bezug auf das gesendete Signal keine variable Verzögerung auf. Es kann also eine Version mit variablem Pegel des gesendeten Signals in den Empfangs-Transimpedanzverstärker 102, 104 eingeführt werden, um das NEXT-Signal aufzuheben.
  • Der RISC-Prozessor 112 enthält einen Analog/Digital-Umsetzer auf dem Chip. Er überwacht das mittlere Empfangssignal aus dem Transimpedanzverstärker 102, 104 und weist das FPGA 70 an, das Löschsignal entweder zu vergrößern oder zu verkleinern, bis der richtige Löschpegel erzielt ist.
  • 7 ist ein Datenprotokolldiagramm eines Vollduplexprotokolls eines passiven optischen Netzwerks (PON) mit TDMA-Rückkehrmethodologie zur Verwendung mit dem System der vorliegenden Erfindung. Der obere Teil 120 der Zeichnung zeigt die Abwärtsübertragung von den Vermittlungsstellengeräten 12 zu den HNUs 50. Diese Abwärtsübertragung wird vorzugsweise mit 25 Mbps (mit 20 Mbps Nutzsignal) betrieben und wird gemäß 8B10B codiert, um eine Paketabgrenzung bereitzustellen und außerdem das Grundlinienwandern zu minimieren. Das Abwärtsprotokoll enthält eine 1,6 us lange Burst-ID 120A, die Informationen enthält, die jede HNU (der 4 in einer Gruppe) anweisen, welcher Aufwärts-Rückkehrschlitz für die Übertragung zu verwenden ist.
  • Der Rest des Abwärtsprotokolls ist ein 205,2 us langer Datenstrom 120B. Die Burst-ID 120A kann außerdem Informationen enthalten, die angeben, welche Heim-Netzwerkeinheiten 50 aktiv sind, um so die Wahrscheinlichkeit einer Störung in dem Aufwärtdatenweg zwischen den HNUs 50 in einer Gruppe zu minimieren, insbesondere wenn eine neue HNU 50 zum ersten Mal an das Fasernetzwerk angeschlossen wird.
  • Jede Heim-Netzwerkeinheit 50 erfasst die Burst-ID in dem Datenprotokoll, um so zu wissen, in welchem Aufwärtszeitschlitz (der vier) sie in dem Aufwärts-TDMA-Datenstrom kommunizieren soll, und außerdem um zu wissen, welche anderen HNUs 50 in der Gruppe aktiv sind. Informationen darüber, welche HNUs 50 in der Gruppe freigegeben sind und in dem TDMA-Rahmen senden, sind wichtig, falls eine neue HNU 50 mit dem passiven optischen Netzwerk verbunden wird. In dieser Situation schaut die neu angeschlossene HNU 50 zuerst, ob andere HNUs 50 in der Gruppe von 4 aktiv sind, so dass die neue HNU 50 nicht beginnt, auf irgendwelchen ihrer Zeitschlitze zu senden. Die vier HNUs 50 in einer Gruppe teilen sich ein 827,2us-Nutzsignal 122, das aus vier Burst-Nutzsignalen (eines von jeder der vier HNUs 50) besteht. Das Burst-Nutzsignal enthält eine Präambel 122A, die Taktwiederherstellung und Symbolsynchronisation bereitstellt, gefolgt durch HNU-Daten 122B, und dann eine Erfindung 122C, die anzeigt, wann eine bestimmte HNU 50 ihre Übertragung in ihrem Zeitschlitz beendet hat. Zwischen der Erfindung 122C eines HNU-Zeitschlitzes und der Präambel 122A des nächsten Zeitschlitzes ist eine gewisse Sicherheitszeit vorgesehen. Die Sicherheitszeit kann bei der vorliegenden Erfindung relativ kurz gehalten werden (vorzugsweise etwa 13 Mikrosekunden), da sich die 4 HNUs 50 vorzugsweise innerhalb von 1 km des 1:4-Verzweigers 46 befinden. Indem die 4 HNUs 50 innerhalb von einem Kilometer voneinander gehalten werden, beträgt ihre Signalverzögerung relativ zueinander weniger als 10 Mikrosekunden, und somit sind nur 13 Mikrosekunden Sicherheitszeit zwischen Übertragungen notwendig.
  • 8 ist ein elektrisches Blockschaltbild der Karte 20A einer vierfachen optischen Schnittstelleneinheit (QOIU), die in den CO-Endgeräten 12 in dem System der vorliegenden Erfindung betrieben wird. Die QOIU-Karte 20A enthält vier FPGAs, ein gemeinsames FPGA 134, ein Daten-FPGA 132 und zwei Framer-FPGAs 130A, 130B. Zu anderen Schaltkreisen auf der QOIU-Karte 20A gehören ein 128K × 36-Synchron-RAM (SyncRAM) 140, der an das Daten-FPGA 132 angekoppelt ist, ein RISC-Prozessor 136, ein 64K × 16-SRAM, der an das gemeinsame FPGA 134 angekoppelt ist, vier Sender/Empfänger für Elektrisch/Optisch (E/O), wobei jeder E/O-Block 142 an eine optische Faser angekoppelt ist, die ihrerseits an vier HNUs 50 angekoppelt ist, und eine integrierte Schaltung 144 für 100Base-T Ethernet PHY (Physical) zur Kommunikation mit dem Ethernet-Switch 22 in der Vermittlungsstelle 12.
  • Das gemeinsame FPGA 134 ist in dem MDS-Rost 20F an die DPU 20B angekoppelt und wickelt alle Fernsprechverarbeitung ab, darunter Sprachpaketisierung usw. Sprachkommunikation, Alarme und Verwaltung und Provisionierung werden durch die Auskoppelprozessoreinheit 20B abgewickelt. Das Daten-FPGA 132 kommuniziert zu einer 100-Base-T-PHY-Schaltung 144, die die schnelle Ethernet-Schnittstelle zu dem Ethernet-Switch 22 ist. Das Daten-FPGA hat eine Schnittstelle zu der 100-Base-T PHY 144 und aggregiert Pakete, die aus allen 16 HNUs 50 signalaufwärts durch die vier E/O-Sender/Empfänger-Blöcke 142 kommen. Das Daten-FPGA 132 enthält für jede der 16 HNUs 50 in einem schnellen 128k × 36-Synchron-RAM 140 einen separaten Aufwärtspuffer. Das Daten-FPGA 132 enthält außerdem einen separaten Abwärtspuffer für jede HNU 50. Auf diese Weise nimmt das Daten-FPGA 132 Daten aus der 100-Base-T-PHY-Schnittstelle 155, puffert sie für jede der Fasern auf und sendet sie so schnell wie es kann zu den Fasern und nimmt Daten von den 16 HNUs 50, legt sie alle zusammen und versieht sie mit Prioritäten und sendet sie über die 100-Base-T-PHY 144 zu dem Ethernet-Switch 22 aus.
  • Jedes Framer-FPGA 130A, 130B enthält zwei Framer (wie später ausführlicher in 14 gezeigt wird). Jeder Framer ist an einen der E/O-Umsetzer 142 angekoppelt und steuert das Framing von Sprach-/Datenpaketen innerhalb einer gegebenen Faserverbindung 28.
  • Außerdem ist ein RISC-Prozessor 136 an die FPGAs angekoppelt. Der RISC-Prozessor 136 speichert Ethernet-MAC-Adressen für jede QOIU 20A und HNU 50. Da sowohl Sprache als auch Daten in diesem System paketiert werden, muss die QOIU 20A die verschiedenen MAC-Adressen (Media Access Control) der HNUs 50 kennen, um so eine ordnungsgemäße Paketablieferung entlang des Fasernetzwerks zu ermöglichen. MAC-Adressierung ist auf dem Gebiet des Ethernet-Paketdatentransports wohl bekannt. Die Vierfach-OIU-Karte 20A hat eine Ethernet-MAC-Adresse. Wenn eine bestimmte HNU 50 an das System angeschlossen wird, beginnt die HNU 50 mit dem Senden von Paketen, die typischerweise Sprachpakete sind, signalaufwärts in Richtung der Vierfach-OIU 20A, wobei die Quellen-MAC-Adresse der HNU in diese Pakete eingebettet ist. Die Pakete aus der bestimmten HNU 50 werden in das gemeinsame FPGA 134 geroutet und in dem SRAM 138 gespeichert. Jedes Mal, wenn das gemeinsame FPGA 134 eine neue HNU 50 erkennt, unterbricht es den RISC-Prozessor 136 und der Prozessor 136 geht her und erfährt die MAC-Adresse der neuen HNU 50, so dass die QOIU 20A weiß, wie Abwärtspakete zu dieser HNU ordnungsgemäß adressiert werden. Der Prozessor 136 programmiert dann das gemeinsame FPGA 134, um so mit einem Sprachstrom von Paketen zu antworten, der an die richtige HNU 50 gerichtet ist.
  • 9 ist ein elektrisches Blockschaltbild der HNU 50. Die HNU 50 ist ein einzigartiger Teil des FTTH-Systems 10, der vollstängigen breitbandigen Multimedia-Zugang für einen einzelnen Teilnehmer bereitstellt, wie allgemein oben beschrieben wurde. Die HNU 50 ist eine lokal mit Strom versorgte fortschrittliche Netzwerkeinrichtung, die 3 Telefon-POTS-Verbindungen, eine bidirektionale 10Base-T-Ethernetverbindung, eine CATV-Koaxialverbindung 60 und eine DBS-Digital-TV-Verbindung 58 bereitstellt. Diese Verbindungen, die sich vorzugsweise entlang eines einzelnen Streifens an der Unterseite der HNU-Einheit 50 befinden, werden danach mit der internen Telefon-, Daten- und TV-Verdrahtung der Wohnung oder des Unternehmens des Teilnehmers verbunden und dann an die Telefone, Computer, Fernsehgeräte und andere Peripheriegeräte des Teilnehmers angekoppelt.
  • Wie ausführlicher in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung US D446207 mit dem Titel "Wall-Mounted Home Network Unit" und in der laufenden Nummer 60/186,486 mit dem Titel "Home Networking Unit" beschrieben wird, ist die HNU 50 ein Kunststoffgehäuse, das mehrere entlang eines unteren Randes des Gehäuses konfigurierte Mediaverbindungen enthält. Es ist eine externe Stromversorgung vorgesehen, die an eine Netzsteckdose angeschlossen wird und den 120-Volt-Wechselstrompegel in ein Signal von 12 Volt Gleichstrom zur Versorgung der Elektronik in der HNU 50 umsetzt. Die externe Stromversorgung kann außerdem eine optionale 9-V-Gleichstrom-Batteriesicherung enthalten, die Telefonstromversorgung im Fall eines Stromausfalls bereitstellt. Die HNU 50 enthält vorzugsweise eine Vielzahl von LEDs, die eine Angabe des Status der Einrichtung geben, wie zum Beispiel ob ein Fehler aufgetreten ist, oder ob die Einheit normal arbeitet. Im Inneren der HNU 50 befindet sich eine einzige Leiterplatte, die in die Einheit eingerastet wird und somit keine Befestigungen erfordert. Durch diese Art von Konstruktion wird es sehr leicht, die HNU 50 in der Zukunft auf andere und leistungsstärkere Multimediadienste aufzurüsten. Die einzige Leiterplatte enthält die in 9 gezeigten Schaltkreise. In dem Deckel des HNU-Gehäuses ist ein Faserspleißtablett angebracht, wie ausführlicher in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung US 6,427,045 mit dem Titel "Splice Tray for use in Splicing Fiber Optic Cables and Housing Therefor" beschrieben wird. In die HNU 50 wird eine Eingangsfaser 48 geroutet, an das Faserspleißtablett und die Faser 174 angekoppelt und dann an das auf der Leiterplatte angebrachte QuPlexer-Modul 52 angekoppelt.
  • Nunmehr mit Bezug auf die in 9 gezeigten Funktionsschaltkreise der HNU 50 zeigt die linke Seite der Zeichnung die Stromversorgungsaufbereitungs- und -verteilungsschaltkreise der HNU 50. Eine 12-Volt-Gleichspannungsleitung aus dem externen Wechselstrom-Gleichstrom-Umsetzer wird in die HNU 50 zusammen mit einer optionalen 9-Volt-Gleichspannungs-Sicherungsstromversorgungsleitung von dem externen Batteriepack eingeführt. Diese Eingangssignale werden mit den Dioden 184 und 186 per Diode OR-verknüpft und dann den drei Abwärtswandlern 176, 178, 180 und der Batterieüberwachungsvorrichtung 182 zugeführt. Die drei Abwärtswandler erzeugen verschiedene in der HNU 50 verwendete Spannungen, wie zum Beispiel 6,2 Volt, 5 Volt und 3,3 Volt. Die QuPlexer-Schaltung 52 wird an die 12-Volt-Gleichspannungsleitung und die 6,2 Volt aus dem Abwärtswandler 176 angekoppelt.
  • Der QuPlexer 52 ist ein Modul, das die gesamte Umsetzung von Optisch, Optisch zu Elektrisch, O/E und E/O und das optische Multiplexen/Demultiplexen der verschiedenen durch die HNU 50 versorgten Multimediasignale abwickelt. Eine Eingangsfaser 174 ist an den QuPlexer 52 angekoppelt und führt die 1550-nm-Videoinformationen und die 1310-nm-Fernsprech- und -Dateninformationen. Der QuPlexer empfängt das 1550-nm- Videosignal, isoliert es von dem 1310-nm-Signal, wandelt es in ein entsprechendes elektrisches Signal um und routet dieses Signal zu dem CATV-Verbinder 172 und dem DBS-Verbinder 172 zur Verteilung zu dem Fernsehgerät und anderen Peripheriegeräten in der Wohnung des Teilnehmers, die mit der CATV-Koaxverbindung 60 oder der DBS-Koaxverbindung 58 verbunden sind. Die Funktionsweise des QuPlexers wird ausführlicher in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung, laufende Nummer 09/395,844 mit dem Titel "Apparatus and Method for Extracting Two Distinct Frequency Bands from Light Received by a Photodiode", beschrieben.
  • Der QuPlexer 52 ist seinerseits an den Lasertreiber 162 und den Empfänger 160 angekoppelt. Der Lasertreiber kann dem oben in 6 gezeigten ähnlich sein. Der Lasertreiber 162 führt dem QuPlexer 52 elektrische Sprach-/Datensignale zu, die dann in optische Aufwärtssignale mit 1310 nm umgesetzt werden.
  • Der Lasertreiber 162 und der Empfänger 160 sind ihrerseits an ein Steuer-FPGA 150 angekoppelt, das einen spannungsgesteuerten 25-MHz-Phasenregelkreis (PLL) 152 enthält, der sich auf das optische Abwärtssignal mit 1310 nm verriegelt, um die Datenpakete wiederherzustellen. Außerdem ist zur Pufferung von Paketen und Sprachdaten ein SRAM 154 an das Steuer-FPGA 150 angekoppelt. An das Steuer-FPGA 150 ist eine RISC-Steuerung 158 angekoppelt und speichert die MAC-Adresse für die HNU 50 und wickelt außerdem das Ermitteln der Adresse der Vierfach-OIU-Karte 20A ab, so dass die HNU 50 ihre Sprachpakete korrekt adressiert.
  • Zwischen das Steuer-FPGA 150 und die drei POTS-Schaltungen ist ein Vierfach-PCM-Combo-CODEC 156 geschaltet, der eine Kompandierung/Expandierung mit mu-Gesetz der Sprachsignale aus den POTS-Anschlüssen durchführt. Die drei POTS-Schaltungen enthalten eine Rufstromeinspeisungs-SLIC (Teilnehmeranschlussschnitt stellenschaltungen) 56, eine RJ11-Buchse 164 und einen wechselrichtenden Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler. Der wechselrichtende Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler nimmt die eingegebenen 12 Volt Gleichspannung oder 9 Volt Batteriespannung und wandelt sie in negative 24 bis 70 Volt um, die zur Bestromung der Auskoppelfernsprechanschlussschaltung für die Telefone des Heimteilnehmers notwendig sind. Wenn die Leitung ruft, werden 75 Volt aus dem wechselrichtenden Wandler 166 ausgegeben, und wenn der Anschluss abgenommen ist, gibt der wechselrichtende Umsetzer 166 24 Volt aus, damit die Leitung leistungseffizienter wird.
  • Das Steuer-FPGA 150 steuert außerdem das 10Base-T Ethernet PHY 54 an, bei dem es sich um eine integrierte Schaltung handelt, die den Transport von Ethernetpaketen zu und von dem Datennetzwerk des Teilnehmers auf der physikalischen Schicht abwickelt. An das Ethernet PHY 54 ist ein Übertrager 170 und dann die RJ45-Buchse 168 für die 10Base-T-Verbindung angekoppelt.
  • Die HNU 50 enthält außerdem eine Testschnittstelle 188 und eine Batterieüberwachungsschaltung 182 zur Überwachung des Status des externen Batteriepacks.
  • 10 ist ein Datenflussdiagramm der Kopplung zwischen einer QOIU 20A in dem Vermittlungsstellenendgerät und einer HNU 50 im Haus des Teilnehmers. Wie in 8 ausführlicher gezeigt, enthält die QOIU 20A das Daten-FPGA 132 und das gemeinsame FPGA 134 und die beiden Framer 130A, 130B, wobei in jedem einzelnen der Framer-FPGAs zwei Framer enthalten sind. Also befinden sich auf jeder QOIU-Karte 20A vier Framer. Außerdem sind die Sender/Empfänger-Blöcke 142 für E/O (Elektrisch/Optisch), der RISC-Prozessor 136, die SRAMs 140, 138 und zwei mit 25 bzw. 37 MHz arbeitende VCXOs gezeigt. Wie bereits erwähnt, ist das Daten-FPGA 132 durch die integrierte Ethernet-PHY-Schaltung 144 an die 100Base-T-Leitung angekoppelt, und das gemeinsame FPGA ist an die DPU 20B angekoppelt.
  • Die Framer innerhalb des Framer-FPGA 130A, 130B (später ausführlicher mit Bezug auf 14 beschrieben) aggregieren die aus dem gemeinsamen FPGA 134 kommenden Sprachsignale und die aus dem Daten-FPGA 132 kommenden Datensignale und führt diese zur Ankopplung an die Abwärtsfaser 44/48 zusammen. Aufwärts-Sprach-/Dateninformationen werden auch an den Framer angekoppelt, der die Sprachpakete zu dem gemeinsamen FPGA 134 routet und die Datenpakete zu dem Daten-FPGA 132 herüberroutet, von dem aus sie an die 100-Base-T-Schnittstelle 144 angekoppelt werden.
  • In der HNU 50 werden die 1310-nm-Abwärts-Sprach-/Datenpaketsignale durch den QuPlexer 52 empfangen, extrahiert und in die entsprechenden elektrischen Signale umgesetzt und zu dem HNU-Steuer-FPGA 150 geroutet. Von dort aus werden die Sprachpakete extrahiert und zu den drei POTS-Anschlüssen 56 geroutet und die Datenpakete werden extrahiert und zu der Ethernet-PHY-10Base-T-Schnittstelle 54 geroutet. Außerdem sind in der HNU 50 der RISC-Prozessor 158, der 25-MHz-VCXO 152 und der Unterstützungs-SRAM 154 gezeigt. Aufwärtssprach-/-dateninformationen aus den POTS-Anschlüssen und der Ethernetverbindung werden in dem FPGA 150 paketiert und zur Umsetzung in optische 1310-nm-Signale zur Einspeisung auf das Fasernetzwerk 44/48 zurück zu der QOIU-Karte 20A zu dem QuPlexer 52 geroutet.
  • 11 ist ein elektrisches Blockschaltbild der logischen Komponenten des Steuer-FPGA (Field Programmable Gate Array) 150, das in der HNU 50 betrieben wird. Beginnend in der oberen linken Ecke der Figur wird der Schnittstellenblock 200 der Empfängerfaser (Rx) an den optischen Empfänger angekoppelt und empfängt Informationspakete. Wenn diese Pakete mit der MAC-Adresse der HNU 50 übereinstimmen, werden sie als Sprachpakete betrachtet, die für die Fernsprechschnittstelle dieser HNU bestimmt sind und werden weiter zu dem Handler 222 für empfangene DS-0-Pakete (Rx) geroutet und dort in einem Empfangs-EAB 226 gespeichert. Der EAB 226 ist ein eingebetteter RAM. Diese empfangenen Sprachinformationen werden reibungslos zu der CODEC-Schnittstelle 230 ausgespeist und außerhalb des Chips zu dem Vierfach-CODEC 156 geroutet. In den CODEC 156 kommende Sprachinformationen werden durch die CODEC-Schnittstelle 230 auf den Chip transferiert und von dort aus zu einem Sende-EAB 228 geroutet und dort gepuffert. Der Sende-EAB (Tx) ist auch ein eingebetteter RAM. Typischerweise werden 4 Millisekunden Sprache in dem Tx-EAB 228 gepuffert, bevor ein neues Sprachpaket erzeugt wird. Der Handler 224 für Sende-DS-0-Pakete sendet alle 4 Millisekunden über die Tx-Faserschnittstelle 202, die außerhalb des Chips an den Lasertreiber 162 und dann an den QuPlexer 52 angekoppelt ist, ein neues Paket in Richtung der Vierfach-OIU 20A in der Vermittlungsstelle 12. Außerdem sind drei SLIC-Schnittstellen 232 an die Rx- und Tx-DS-0-Paketschaltkreise 222, 224 angekoppelt und steuern die Rufstromeinspeisungs-SLICs 56.
  • In dem FPGA ist eine RISC-Prozessorschnittstelle 234 vorgesehen und dient zur Übermittlung von Informationen zwischen dem Steuer-FPGA 150 und dem außerhalb des Chips angeordneten RISC-Prozessor 158. Dies wird vorgesehen, damit der Prozessor Zugang zum Lesen und Schreiben in den EABs hat, so dass er die MAC-Adresse des Vierfach-OIU 20A zum Paketrouten erfahren kann.
  • Wie bereits erwähnt, wird, wenn das empfangene Paket an der Rx-Faserschnittstelle 200 mit der MAC-Adresse der HNU übereinstimmt, zu dem Empfangs-DS-0-Handler 222 geroutet. Wenn die Adresse des Pakets nicht mit der MAC-Adresse der HNU 50 übereinstimmt, wird das Paket zu der Empfangsspeichersteuerung 206 geroutet und dort in dem 64k × 16-SRAM 210 gespeichert. Außerdem werden Pakete, die signalabwärts aus den Heim-Einrichtungen zu der HNU 50 kommen, überwacht, und wenn es mit einer MAC-Adresse übereinstimmt, von der die HNU 50 bereits erfahren hat, dass sie mit an das Ethernet-PHY 54 angekoppelten Peripheriegeräten assoziiert ist, wird das Paket zu der Ethernetverbindung weitergeleitet. Wenn die MAC-Adresse nicht mit einer erfahrenen MAC-Adresse in der HNU 50 übereinstimmt, wird sie verworfen, so dass nur Pakete, die für MAC-Adressen in der Wohnung des bestimmten Teilnehmers bestimmt sind, tatsächlich die HNU 50 erreichen. Auf diese Weise sind Pakete, die mit anderen HNUs 50 assoziiert sind, in anderen HNUs 50 in dem Fasernetzwerk nicht sichtbar.
  • Die Empfangsspeichersteuerung 206 schreibt diese Pakete mit erfahrenen MAC-Adressen über die Speicherschnittstelle 210 in den SRAM 154. Die Sendespeichersteuerung 212 liest dann die gespeicherten Datenpakete über die Speicherschnittstelle 210 aus dem SRAM 154 und sendet sie zu der Empfangs-Ethernet-MAC 214 und heraus zu dem Empfänger-Ethernet-PHY 54 zum physischen Transport zu dem Datennetzwerk des Teilnehmers.
  • Aus dem Netzwerk des Teilnehmers kommender Datenverkehr wird durch das Sende-Ethernet-PHY 54 empfangen und wird auf dem Chip zu der Tx-Ethernet-MAC 218, weiter zu der Rx-Speichersteuerung 220 geroutet und wird über die Speicherschnittstelle 210 in den SRAM 154 geschrieben. Außerdem ist hier eine Rx-Ethernet-Überwachungsvorrichtung 216 gezeigt, die den ankommenden Datenverkehr aus dem Netzwerk des Teilnehmers überwacht und die mit Computern (oder anderen Einrichtungen) in dieser Wohnung assoziierten MAC-Adressen erfährt. Diese MAC-Adressen werden gespeichert und von der Rx-Speichersteuerung 206 bei der Bestimmung verwendet, ob empfangene Datenpakete aus dem QuPlexer 52 zu der Ethernetverbindung des Teilnehmers weitergeroutet oder ausgekoppelt werden sollen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung führt das System nur PPPOE-Verkehr, und die Rx-Ethernet-Überwachungsvorrichtung 216 ist deshalb so konfiguriert, dass sie nur die mit PPPOE-Verkehr assoziierten MAC-Adressen erfährt. Auf diese Weise kann der Teilnehmer in seinem Haus ein Heimnetzwerk mit einer Anzahl von Computern betreiben, aber nur die Maschinen, die mit PPPOE kommunizieren, können Daten außerhalb des Heim-Netzwerks senden/empfangen.
  • Die Sende-Speichersteuerung 208 liest Datenpakete aus dem Speicher 154 über die Speicherschnittstelle 21 und routet diese heraus zu der Sendefaserschnittstelle 202, in der die Datenpakete aus der Ethernetverbindung mit Sprachverkehr zusammengeführt werden. Die Sendefaserschnittstelle 202 gibt Sprachpaketen aus dem Tx-DS-0-Paketgenerator 224 Prioritäten, um so eine etwaige Latenz zu vermindern, die im Fall eines großen Datenpakets aus der Tx-Speichersteuerung 208 zu dem Sprachverkehr hinzugefügt werden kann. Wenn bereits gerade ein großes Datenpaket übertragen wird, hält die Tx-Faserschnittstelle mit dem Übertragen dieses Datenpakets an und schiebt zu dem Sprachpaket aus dem Tx-DS-0-Paketgenerator 224 durch, um sicherzustellen, dass den Sprachpaketen Prioritäten gegeben werden, wodurch die dem Sprachverkehr innerhalb des System auferlegte Umlauflatenz verringert wird.
  • 12 ist ein elektrisches Blockschaltbild der logischen Komponenten eines Daten-FPGA 132, das in der QOIU-Karte 20A betrieben wird. Das Daten-FPGA 132 enthält eine Vielzahl von Rx-Framer-Schnittstellen 244, mehrere Rx-HNU-Handler 246, eine Tx-Ethernet-Steuerung 252, eine Tx-Ethernet-100Base-T-MAC 254, eine Rx-Ethernet-100Base-T-MAC 256, eine Rx-Ethernet-Steuerung 258, eine Tx-Framer-Schnittstelle 248 und eine Speicherschnittstelle 250 zu dem 128K × 36-SyncRAM 140.
  • Wieder mit Bezug auf 10 kommen vorzugsweise 4 Fasern in 4 Sender/Empfänger 142 herein, die durch die 4 Framer 130A, 130B gehen. Jeder dieser 4 Framer 130A, 130B untersucht die Datenpakete, um zu bestimmen, ob ein bestimmtes Paket ein Sprachpaket oder ein Datenpaket ist. Wenn das Paket ein Sprachpaket ist, sendet der Framer es zu dem gemeinsamen Chip 134, und wenn das Paket ein Datenpaket ist oder mit einer MAC-Adresse assoziiert ist, die von der MAC-Adresse der Vierfach-OIU 20A verschieden ist, sendet er das Paket zu dem Daten-FPGA 132.
  • Wieder mit Bezug auf 12 liegen dann für jeden der vier Framer auf der QOIU-Karte 20A 4 Empfangs-Framer-Schnittstellen 244 vor (eine für jede Faser). Jede Faser unterstützt 4 HNUs 50 und für jede Faser liegen also 4 Empfangs-HNU-Handler 246 vor (insgesamt 16 Empfangs-HNU-Handler 246). Jeder dieser HNU-Handler 246 enthält einen separaten Automaten zum Empfangen ankommender Pakete. Die HNU-Handler 16 sind dann an die Speicherschnittstelle 250 angekoppelt, in der die Pakete in den synchronen SRAM 140 geschrieben werden, in dem die Daten für jede HNU 50 in einen separaten Speicherpuffer geschrieben werden.
  • In der Aufwärtsrichtung sendet der Empfangs-Handler 246 jedes Mal, wenn er ein Paket in dem Speicher 140 ablegt, einen Inkrementierungsbefehl zu der Sende-Ethernet-Steuerung 252. Die Sende-Ethernet-Steuerung 252 enthält einen Zähler für jede der HNUs 50, so dass sie weiß, wie viele Pakete sich in dem RAM 140 befinden. Die Steuerung 252 enthält einen Scan-Automaten, der die HNU-Puffer in dem SyncSRAM 140 scant, um Verkehr zu identifizieren, der gesendet werden muss. Dieser Verkehr wird dann aus dem RAM heraus zu der Sende-Ethernet-100-Base-T-MAC gespoolt, die ihrerseits an das Sende-Ethernet-PHY 144 zum Routen zu dem Ethernet-Switch 22 in der Vermittlungsstelle 12 angekoppelt ist.
  • Datenpakete, die auf der 100-Base-T-Leitung 20G in die Vierfach-OIU-Karte 20A hereinkommen, werden von dem Empfangs-Ethernet-PHY 144 empfangen und dann an eine Empfangs-Ethernet-100Base-T-MAC 256 angekoppelt. Diese MAC-Schaltung 256 erkennt die Präambel des Ethernet-Pakets, führt die CRC-Prüfung durch usw. Wenn die CRC-Prüfung erfolglos bleibt oder das Paket zu kurz ist, wird das Paket verworfen. Die Pakete aus der MAC 256 werden dann zu einer Vielzahl von Rx-Ethernet-Steuerungen 258 geroutet (vorzugsweise eine für jede an die QOIU-Karte 20A angekoppelte Faser), und von dort aus werden diese Pakete in die Puffer für jede der vier Fasern geschrieben, wobei sich diese Puffer in dem syncSRAM 140 befinden. Alternativ dazu könnte auf dem Daten-FPGA 132 eine Funktion zum Erfahren aller aufwärts kommenden MAC-Adressen implementiert werden, so dass das System weiß, welche MAC-Adressen mit welchen der vier von der QOIU-Karte 20A versorgten Fasern assoziiert sind und somit ein bestimmtes Paket nur zu dem Faserpuffer in dem Speicher 140 geroutet wird, der mit der MAC-Adresse dieses Pakets assoziiert ist. Von dem Speicher 140 aus werden die Pakete dann heraus zu den vier Tx-Framer-Schnittstellenschaltungen 248 (eine für jede Faser) und dann zu den Framer-FPGAs 130A, 130B geroutet.
  • 13 ist ein elektrisches Blockschaltbild der logischen Komponenten des bevorzugten gemeinsamen FPGA 134, das in der QOIU-Karte 20A betrieben wird. Das gemeinsame FPGA 134 enthält einen PCMR-Schnittstellenblock 270 zum Empfangen von pulsecodemodulierten Daten (PCM) aus der DPU-Steuerung 20B, einen PCMX-Schnittstellenblock 272 zum Senden von PCM-Daten zu der DPU-Steuerung 20B, eine Backplane-Prozessorschnittstelle 274, die auch an die DPU 20B angekoppelt ist, einen Phasenregelkreisblock 276, einen RISC-Schnittstellenblock 278, einen Speichersteuerungsblock 280 für eine Schnittstelle der Schaltkreise auf dem gemeinsamen FPGA zu einem assoziierten SRAM 138, eine Vielzahl von OIU-Empfängerschnittstellenmodulen 282 für eine Schnittstelle mit den Framers auf dem Framer-FPGA und einen Sendepaketgenerator 292 zum Senden von Paketen zu den Framern.
  • Die PCM-Informationen zu und von der DPU 20B werden in dem SRAM 138 über die Speichersteuerung 280 zu Speicherpaketen aufgebaut und diese Speicherpakete werden dann zu den 4 OIU-Empfangsschnittstellen 282 oder zu dem Sendepaketgenerator 292 geroutet. Jede dieser Empfangsschnittstellen 282 enthält einen Speichersteuerungsmultiplexer 284, mehrere Rx-Pakethandler 286 (vorzugsweise 4, einen für jede HNU 50 auf der Faser), und einen Rx-Paketdemultiplexer 288. Serielle Datenpakete aus dem Framer auf einer der Empfangsleitungen werden durch den Rx-Paketdemultiplexer 288 gedemultiplext und dann abhängig davon, mit welcher HNU 50 die Pakete assoziiert sind, zu den entsprechenden Rx-Pakethandlers 286 geroutet. Die Ausgangssignale der Handler 286 werden dann an den Speichersteuerungs-Mux 284 angekoppelt, der die vier Ausgangssignale der Rx-Pakethandler 286 zu einem Strom zu der Speichersteuerung 280 und dann zu dem SRAM 138 kombiniert. Auf der Abwärtsseite werden PCM-Datenpakete in dem Speicher 138 aufgebaut und zu dem Sendepaketgenerator 292 herausgeroutet, der die PCM-Datenpakete zu den Framers auf dem Framer-FPGA sendet.
  • 14 ist ein elektrisches Blockschaltbild der logischen Komponenten eines Framer-FPGA 130, das in der QOIU-Karte 20A betrieben wird. In jedem Framer-FPGA 130 befinden sich zwei Framer, obwohl in 14 nur Einzelheiten eines dieser Framer gezeigt sind. Die in dem Block 300 gezeigten Schaltkreise würden nachfolgend für den zweiten Framer dupliziert. Jedes Framer-FPGA 130 unterstützt also zwei Faserschnittstellen und somit 8 HNUs 50.
  • Der Framer 300 (oder Faser-Sender/Empfänger) enthält einen Empfänger 302 und einen Sender 304. Der Framer-Empfänger 302 enthält einen Phasendetektorblock 306 mit einer Vielzahl von Worddetect-Blöcken 308, einen TenB-Deserializer-Block 310, einen Rx-Datendecodierblock 312 mit einem 8B10B-Decodiererblock, eine Vielzahl von Rx-Faserschnittstellenblöcken 314, eine Rx-FPGA-Verbindung für die Datensignale 316A, die an das Daten-FPGA angekoppelt wird, und eine Rx-FPGA-Verbindung für die Sprachsignale 316B, die an das gemeinsame FPGA angekoppelt wird. Der Sender 304 enthält eine Tx-FPGA-Verbindung 322A zum Empfangen von Datensignalen von dem Daten-FPGA, eine Tx-FPGA-Verbindung 322B zum Empfangen von Sprachsignalen aus dem gemeinsamen FPGA, einen Tx-Faserschnittstellenblock 320 mit einer Tx-Parallel-Schnittstelle, eine Tx-Parallel-zu-Seriell-Schnittstelle, einen TenB-Serializer und einen 8B10B-Codiererblock und einen Tx-Datenblock 318.
  • Auf der linken Seite des Framers 300 befindet sich die Faserschnittstelle. Hier kommen die Empfangsdaten in den Framer und werden durch Überabtastung der Empfangsdaten unter Verwendung von vier getrennten Empfängern 306, 308, die mit 100 MHz laufen, wiederhergestellt. Diese vier Empfänger tasten effektiv das 25-Mbps-NRZ-Datensignal mit Phasen von 90 Grad ab. Auf der Basis der Detektion einer Präambel bestimmt der Framer, welcher der vier Empfänger insofern der beste Empfänger ist, als er für ein präzises Wiederherstellen der Daten synchronisiert ist. Nachdem dies bestimmt wurde, betrachtet der gewählte Empfänger den Empfangsdatenstrom.
  • Ein Worddetektor 308 detektiert das Kommazeichen des 8B10B-Codes. Nachdem dieses Symbol erkannt wurde, wird der Empfangsdatenstrom zu einem 10B-Deserializer 310 geroutet, der das Zehn-Bit-Wort durch einen Empfangsdatendecodierer 312 wiederherstellt, der ein Decodierer von 10B nach 8B ist, so dass aus den 10 Bit die Schaltung 1 Informationsbyte wiederherstellt. In diesen Blöcken 310, 312 wird ein Steuerwort detektiert, das den Start eines Pakets, das Ende eines Pakets usw. angibt, mit dem der Framer das Anhalten eines Datenpakets steuert, so dass ein Sprachpaket mit höherer Priorität wie oben besprochen durchgeschoben werden kann, um die Sprachpaketlatenz durch das FTTH-System zu minimieren.
  • Von dort aus werden die Pakete zu der Empfängerfaserschnittstelle 314 geroutet, die die aus jeder Heim-Netzwerkeinheit 50 hereinkommenden Pakete untersucht. Dieser Block 314 überwacht den Verkehr aus einer HNU 50. Wenn die Heim-Netzwerkeinheit 50 mit dem Senden aufhört, überwacht die nächste Faserschnittstelle den Verkehr von der nächsten HNU 50 und so weiter für jede der vier durch einen Framer versorgten HNUs 50. Die Empfangsfaserschnittstelle 314 untersucht die MAC-Adresse der ankommenden Pakete aus der bestimmten HNU 50, und abhängig von der Ethernet-ID wird das Paket entweder zu dem Daten-FPGA oder zu dem gemeinsamen FPGA geroutet. Verschiedene Ethernet-IDs in den Paketen zeigen an, ob das Paket ein Sprachpaket oder ein Datenpaket ist, so dass Sprachpaketierung der Ebene 2 über das Fasernetzwerk bereitgestellt wird. Die FPGA-Verbindungen 316A, 316B transportieren ihre jeweiligen Daten- und Sprachpakete dann entweder zu dem Daten-FPGA oder zu dem gemeinsamen FPGA.
  • Auf der Abwärtsseite befinden sich die Verbindungen 322A, 322B von dem Daten-FPGA und dem gemeinsamen FPGA, die in den Framer hereinkommen. Wenn der Framer ein Sprachpaket aus dem gemeinsamen FPGA empfängt, erhält das Sprachpaket gegenüber etwaigen Datenpaketen, die von dem Daten-FPGA empfangen werden können, Priorität. Wenn keine Sprachpakete vorliegen, wählt der Framer etwaige ankommende Datenpakete durch die Datenverbindung 322A. Es besteht eine Handshaking-Funktion, die zwischen dem Sender-Framer und dem Daten- und gemeinsamen FPGA stattfindet, um so einen reibungslosen Pakettransfer zu der Sendefaserschnittstelle 320 sicherzustellen. Die Schnittstelle 320 codiert, serialisiert und wählt den Datenstrom aus den Datenverbindungen zur Bildung eines einzigen Sendestroms, der als Sendedaten abgeht und der an den Fasersender angekoppelt wird.
  • 15 zeigt eine HNU-Zeitschlitzauswahlschnittstelle 330, die in den HNUs 50 vorgesehen werden kann. Wie bereits erwähnt, sendet jede der vier HNUs 50 in einer Gruppe aufwärts zu der Vermittlungsstelle 12 in einem von vier TDMA-Datenschlitzen. 15 zeigt einen Mechanismus zur manuellen Auswahl des Aufwärts-TDMA-Zeitschlitzes für eine bestimmte HNU 50. Vorzugsweise ist auf der einzigen Schaltungskarte in der HNU 50 eine Schnittstelle 330 vorgesehen. Diese Schnittstelle besteht aus vier grünen LEDs 332 und einer roten LED 334. Die vier grünen LEDs 332 sind mit HNU1, HNU2, HNU3 und HNU4 bezeichnet und die rote LED 334 mit clear. Außerdem ist eine Select-Drucktaste 336 vorgesehen. Mit der Select-Drucktaste wird der Aufwärts-TDMA-Zeitschlitz für die HNU 50 ausgewählt. Bei jedem Drücken der Drucktaste 336 zykliert die HNU 50 von einem HNU-Zeitschlitz zum nächsten und die assoziierte grüne LED wird eingeschaltet, um anzuzeigen, welcher HNU-Zeitschlitz gerade ausgewählt ist.
  • 16A beschreibt die Methodologie 340 der automatischen Auswahl eines HNU-Zeitschlitzes, wenn die HNU 50 zum ersten Mal mit Strom versorgt wird. Beginnend im Schritt 342 wird die Stromversorgung an die HNU 50 angelegt, oder ein Timer-Interrupt bewirkt wie nachfolgend beschrieben, dass die bereits heraufgefahrene HNU 50 zu den übrigen Schritten des Verfahrens voranschreitet. Im Schritt 344 ruft die HNU 50 einen vorprogrammierten HNU-Zeitschlitz aus dem Speicher ab. Dann bestimmt die HNU 50 im Schritt 346, ob dieser Zeitschlitz bereits von einer anderen HNU 50 in der Gruppe von vier HNUs 50 benutzt wird. Wenn der Zeitschlitz unbenutzt ist, wird im Schritt 354 die HNU 50 für die Kommunikation auf dem gespeicherten Zeitschlitz freigegeben. Im Schritt 356 wird dann die diesem Zeitschlitz entsprechende LED eingeschaltet und im Schritt 358 wird der Timer-Interrupt gesperrt. Die Steuerung wird dann an den Schritt 360 abgegeben, in dem die HNU 50 auf das Auftreten eines Interrupt wartet (wie zum Beispiel das mit Bezug auf 16B beschriebene Drucktasten-Interrupt).
  • Wenn die HNU 50 jedoch im Schritt 346 bestimmt hat, dass der Zeitschlitz von einer anderen HNU 50 benutzt wird, wird die Steuerung an die Schritte 348, 350 und 352 abgegeben, in denen die HNU für eine Kommunikation auf diesem Zeitschlitz gesperrt wird und die Clear-LED wird eingeschaltet, wodurch angezeigt wird, dass die HNU 50 nicht kommuniziert, und ein Timer-Interrupt wird freigegeben. Die Steuerung wird dann an den Schritt 360 abgegeben, in dem die HNU auf das Auftreten eines Interrupt wartet. Nachdem der Timer-Interrupt im Schritt 352 freigegeben wurde, könnte dieser Interrupt im Schritt 360 der Timer-Interrupt oder der nachfolgend beschriebene Drucktasten-Interrupt sein. Wenn der Timer abläuft, wird ein Interrupt erzeugt, der bewirkt, dass die HNU 50 in einer Schleife zum Schritt 342 zurückkehrt und die Schritte 344 bis 360 wiederholt.
  • 16B beschreibt die Methodologie 370 der manuellen Auswahl eines HNU-Zeitschlitzes. Wenn die HNU 50 versucht, auf einem Zeitschlitz zu kommunizieren, der bereits mit einer anderen HNU 50 assoziiert ist, führt das in 16A gezeigte Verfahren dazu, dass die HNU 50 ihre Clear-LED einschaltet, um anzuzeigen, dass sie nicht kommuniziert. Durch Verwenden einer bestimmten Art von Drucktaste 336, Schalter oder einer anderen Art von Signalgenerator kann ein Benutzer oder Installationsspezialist bewirken, dass die HNU 50 einen der anderen vier Zeitschlitze auswählt. Wenn die Drucktaste 336 gedrückt wird, wird im Schritt 372 ein Interrupt erzeugt. Dieser Drucktasten-Interrupt bewirkt, dass die HNU 50 im Schritt 374 zu dem nächsten freien Zeitschlitz zykliert. Dieser nächste Zeitschlitz wird dann als ihr neuer Vorgabe-Zeitschlitz in dem HNU-Speicher gespeichert. Im Schritt 378 wird die HNU 50 für eine Kommunikation auf dem neuen Zeitschlitz freigegeben, im Schritt 380 wird die richtige LED-Anzeige für diesen Zeitschlitz eingeschaltet und im Schritt 382 wird der Timer-Interrupt gesperrt. Die Steuerung wird dann an den Schritt 384 abgegeben, in dem die HNU 50 auf das Auftreten eines weiteren Drucktasten-Interrupt wartet.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Übertragen von Daten über ein passives optisches Netzwerk, das ein Vermittlungsstellenendgerät mit einer Vielzahl von Heim-Netzwerkeinheiten (HNUs) verbindet, umfassend die Schritte: – Bereitstellen einer kontinuierlichen Übertragung des Abwärtsdatenstroms von der Vermittlungsstelle zu den HNUs, wobei die kontinuierliche Übertragung des Abwärtsdatenstroms ein Burst-ID-Feld beinhaltet, das Informationen trägt, die die HNUs anweisen, wie Daten aufwärts zu der Vermittlungsstelle zu übertragen sind, und ein Datenfeld, das Abwärtsstrom-Informationen für die HNUs beinhaltet, und – Bereitstellen einer Aufwärts-TDMA-Übertragung von jeder der HNUs zu der Vermittlungsstelle, wobei jeder der HNUs ein bestimmter Aufwärtsdatenstrom-Zeitschlitz für die Kommunikation mit der Vermittlungsstelle zugeteilt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder Signal-Aufwärtsdatenstrom-TDMA-Übertragung von den HNUs beinhaltet: – eine Präambel zur Wiederherstellung des Taktes und zur Synchronisation, – einen Datenblock, der die Daten des Aufwärtsdatenstroms von der HNU beinhaltet und – eine Erfindung, die anzeigt, wann eine bestimmte HNU ihre Übertragung abgeschlossen hat.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, weiterhin umfassend den Schritt: – Bereitstellen eines Sicherheitszeitintervalls zwischen der Erfindung einer HNU und der Präambel der nächsten HNU.
  4. System zum Übertragen von Daten über ein passives optisches Netzwerk, das ein Vermittlungsstellenendgerät mit einer Vielzahl von Heim-Netzwerkeinheiten (HNUs) verbindet, wobei das Vermittlungsstellenendgerät Verteilungsmittel zur Bereitstellung einer kontinuierlichen Abwärtsdatenstrom-Übertragung von dem Vermittlungsstellenendgerät zu den HNUs umfasst, wobei die kontinuierliche Abwärtsdatenstrom-Übertragung ein Burst-ID-Feld beinhaltet, das Informationen trägt, die die HNUs anweisen, wie Daten in einem Aufwärtsdatenstrom zu dem Vermittlungsstellenendgerät zu übertragen sind, und ein Datenfeld, das Abwärtsdatenstrom-Informationen zu den HNUs beinhaltet, und wobei jede HNU Übermittlungsmittel umfasst zur Bereitstellung einer TDMA-Burst-Aufwärtdatenstrom-Übertragung von der HNU zu der Vermittlungsstelle, wobei das Vermittlungsstellenendgerät Mittel zur Zuweisung eines jeweiligen Aufwärtsdatenstrom-Zeitschlitzes zu jeder der HNUs für die Kommunikation mit der Vermittlungsstelle umfasst.
  5. System nach Anspruch 4, wobei jede Burst-Aufwärtsdatenstrom-TDMA-Übertragung von den HNUs beinhaltet: – eine Präambel zur Bereitstellung einer Taktwiedergewinnung und einer Synchronisation, – einen Datenblock, der die Aufwärtsdatenstrom-Daten von der HNU beinhaltet, und – eine Erfindung, die anzeigt, wann eine jeweilige HNU ihre Übertragung abgeschlossen hat.
  6. System nach Anspruch 5, wobei die Erfindung einer HNU und die Präambel der nächsten HNU so angeordnet sind, dass sie von einem Sicherheitszeitintervall voneinander getrennt werden.
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