TWI474635B - 用於執行頻內和頻外ｏｔｄｒ測試的光線路終端 - Google Patents

用於執行頻內和頻外ｏｔｄｒ測試的光線路終端 Download PDF

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Description

用於執行頻內和頻外OTDR測試的光線路終端
本發明主要涉及無源光網路(PON)，更具體地，涉及集成在用於執行光時域反射計(OTDR)測試的光線路終端(OLT)的光學模組中的光網路單元(ONU)。
無源光網路(PON)包括連接點對多點網路中的多個光網路單元(ONU)的光線路終端(OLD)。已經開發了新的標準以定義不同類型的PON，每個PON用於不同的目的。例如，相關領域中已知的各種不同PON類型包括寬頻PON(BPON)、乙太網PON(EPON)、萬兆乙太網PON(10G-EPON)、千兆PON(GPON)、萬兆PON(XG-PON)、和其他PON。
圖1中示意性地示出了典型的PON 100的示例圖。PON 100包括通過無源光分路器140和光纖連接PLT 130的N個ONU 120-1到120-N(總稱為ONU 120)。在GPON中，例如，利用GPON封裝方法(GEM)在兩個光波長上實現流量數據傳輸，其中一個波長用於下行方向，另一個波長用於上行方向。因此，從OLT 130的下行傳輸廣播至所有ONU 120。每個ONU 120根據預先分配的標籤(例如，GPON中的GEM端口-ID)過濾其各自的數據。分路器140是1到N分路器，例如，能夠分配單個PLT 130和N ONU 120之間的流量。
在大多數PON結構中，上行傳輸在基於TDMA的存取中在 ONU 120之間共享，通過OLT 130控制。TDMA要求OLT 130在允許協調存取上行鏈路之前首先發現ONU和測量ONU的往返時間。為此，OLT 130在測距狀態(ranging state)期間嘗試確定終端單元(即ONU 120)之間的距離(range)以至少找出OLT 130和每個ONU 120之間的RTT。為了協調共享上行鏈路的所有ONU 120的基於TDMA的存取，每個ONU 120的RTT是必須的。在正常操作模式期間，由於光纖鏈路的溫度變化，OLT 130與ONU 120之間的距離可能隨著時間改變(其導致光纖上訊號傳播時間改變)。因此，OLT 130連續地測量RTT，並且相應地調節每個ONU的TDMA方案。
如圖2中示意性所示，例如，在GPON或XG-PON中可操作的OLT 200包括電氣模組(electrical module)210和光學模組220。電氣模組用於處理所接收的上行突發訊號(upstream burst signal)和生成下行訊號。電氣模組210通常包括網路處理器和介質存取控制(MAC)轉接器，其中介質存取控制轉接器設計用於根據各自的PON標準加工和處理上行訊號和下行訊號。
光學模組220在大多數情況下實施為小型可插拔(SFP)收發器，其接收從ONU發送的光突發訊號，並且將連續的光訊號傳輸至ONU。接收和發送訊號是通過兩個不同的波長進行的。例如，在GPON中，在下行方向上，光學模組220生成1480nm到1500nm的光訊號(被稱為15XY)，以及在上行方向上接收1260nm和1360nm之間的光訊號(在GPON中也被稱為13XY)。
光學模組220包括耦接至傳輸雷射二極管的雷射驅動二極管221，傳輸雷射二極管基於雷射二極管驅動器221提供的電訊號生成光訊號。模組220還包括耦接至接收二極管的限幅放大器222，接收二極管生成與光輸入突發訊號的光量成比例的電流。限幅放大器222生成表明所接收的突發訊號是‘1’還是‘0’邏輯值的兩個電流電平。
接收器/發送器光學元件(即，光電二極管和雷射二極管)實現為雙向光學子組件(BoSa)模組223，其可以發送和接收高速率光訊號。光學模組220還包括控制器224，其通過I2C介面與電氣模組210進行通訊，並且執行涉及收發器的校準和監控的任務。
OLT的供貨商通常開發和製造OLT的電氣模組210，其中光學模組220通常是現成的收發器，例如SFP、XFP等等。因此，電氣模組210和光學模組220之間的介面是與任何類型的SFP收發器兼容的標準介面。如圖2中所示，介面包括用於接收(RX)數據、傳輸(transmit)(TX)數據、TX使能訊號、RX複位訊號的導線和用於介面連接在電氣模組210與控制器224之間的I2C。I2C介面是數據速率達4Mb/sec的相對較慢的串行介面。相反，RX數據和TX數據介面是高速介面，其中訊號在這些介面的數據速率作為PON的數據速率(例如，在GPON中是1Gb/sec)。
在某些PON配置中，專用ONU連接PON，用於執行維護和服務可用性應用程序。例如，專用ONU可以用作保護機制的一部分。其他實例包括，專用ONU可以用於執行在PON中的光學時域反射計(OTDR)分析、測量RTT值、檢測光學故障等等。在PON中利用專用ONU的實例可以參見轉讓給共同授讓人的共同未決美國專利申請第12/648,885號和第13/189,935號，其內容通過引用結合到本文。
光學故障及光學故障在PON中的位置可以利用光學時域反射計(OTDR)檢測。OTDR的原理包括在測試下在光纖的一端將一串光脈衝注入光纖並且也從光纖的相同端提取從沿著光纖的點散射(瑞利反向散射)或反射回來的光。測量返回訊號的强度和作為時間的函數積分，並且可以作為光纖長度的函數繪圖。可以分析結果以確定光纖的長度、總衰减、光學故障(例如破裂)以及測量光回波損耗(optical return loss)。
OTDR測量可以在PON中利用頻外、頻內、或專用波長技術 執行。頻外測試要求停止網路的正常操作和利用外部OTDR工具驗證光纖。這可以利用例如獨立、不取決於且不同於用於傳送客戶服務流量的其他波長的波長和測試脈衝來執行。
當網路有效時，執行頻內OTDR測試。然而，該測試要求專用OTDR測試訊號。在傳統的頻內OTDR方案中採用的OTDR測試訊號是AM調節的或FM調節的。然而，這樣的訊號只能在PON的測試期間傳輸，在此期間數據訊號無法傳輸至ONU。其他OTDR方案採用專用上行波長來測量光纖的反射。
利用外部測試裝置執行這些OTDR技術，外部測試裝置可以是連接在PON中並適用於執行OTDR測量的專用光單元或OTDR工具。
在傳統的解法中，專用ONU通過光纖(可以是專用光纖、PON的光纖、或其組合)連接OLT。因此，利用專用ONU執行的ODTR測量應當考慮連接OLT和ONU的光纖誘導的延遲。誘導延遲通常通過測距處理確定。
此外，專用ONU應當在距離OLT的較小光學距離內。然而，在用於檢測光學故障的系統內並不總是如此。作為實例，申請13/189,935中討論的系統，其中OLT通過分路器和專用光纖連接專用ONU(即並列的ONU)，形成用於傳輸訊號的光鏈路，以便於進行故障檢測。
本發明的某些實施方式包括在無源光網路(PON)中可操作和構造為執行OTDR測量的光線路終端(OTL)。OLT包括：用於生成連續的下行訊號和根據PON的通訊協議處理所接收的上行突發訊號的電氣模組；用於傳輸第一波長的連續光訊號、接收第二波長的光上行突發訊號、和傳輸第三波長的光上行突發訊號的光學模組，其中光學模組進一步包括電耦接至光學模組和電氣模組的光網路單元(ONU)流量處理模組(traffic processing module)， 其中光網路單元(ONU)流量處理模組被配置為仿真多個PON光網路單元(ONU)中的一個光網路單元、生成作為第三波長的光上行突發訊號傳輸的分析模式(analysis pattern，分析圖案)、以及分析在第二波長的光上行突發訊號(optical upstream burst signal，上行突發光訊號)中接收的分析模式以執行OTDR測量；以及用於在電氣模組和光學模組之間介面連接的介面。
本發明的某些實施方式還包括在無源光網路(PON)中可操作和構造為執行頻內OTDR測量的光線路終端(OTL)。OLT包括：用於生成連續的下行訊號和根據PON的通訊協議處理所接收的上行突發訊號的電氣模組；用於傳輸第一波長的連續光訊號、接收第二波長的光上行突發訊號、和傳輸第二波長的光上行突發訊號的光學模組，其中光學模組進一步包括電耦接至光學模組和電氣模組的光網路單元(ONU)流量處理模組，其中光網路單元(ONU)流量處理模組被配置為仿真多個PON光網路單元(ONU)中的一個光網路單元、生成將作為第二波長的光上行突發訊號傳輸的分析模式、以及分析在光上行突發訊號中接收的分析模式以便於執行OTDR測量，第一波長和第二波長是在PON的通訊協議中定義的波長；以及用於在電氣模組和光學模組之間介面連接的介面。
本發明的某些實施方式還包括在無源光網路(PON)中可操作和構造為執行頻內OTDR測量的光線路終端(OTL)。OLT包括：用於生成連續的下行訊號和根據PON的通訊協議處理所接收的上行突發訊號的電氣模組；用於傳輸第一波長的連續光訊號、接收第二波長的光上行突發訊號、和傳輸第二波長的光上行突發訊號的光學模組，其中光學模組進一步包括電耦接至光學模組和電氣模組的光網路單元(ONU)流量處理模組，其中光網路單元(ONU)流量處理模組被配置為仿真多個PON光網路單元(ONU)中的一個光網路單元、生成將作為第二波長的光上行突發訊號傳輸的分析模式、以及分析在光上行突發訊號中接收的分析模式以便於執 行OTDR測量，第一波長和第二波長是在PON的通訊協議中定義的波長；以及用於在電氣模組和光學模組之間介面連接的介面。
本發明的一個方面涉及一種在無源光網路(PON)中可操作的並且被構造用於執行OTDR測量的光線路終端(OTL)，包括：電氣模組，用於根據所述PON的通訊協議生成連續的下行訊號和處理所接收的上行突發訊號；光學模組，用於傳輸第一波長的連續光訊號、接收第二波長的光上行突發訊號、和傳輸第三波長的光上行突發訊號；其中，所述光學模組進一步包括電耦接至所述光學模組和所述電氣模組的光網路單元(ONU)流量處理模組，其中所述ONU流量處理模組被配置為仿真所述PON的多個光網路單元(ONU)中的一個、生成要作為所述第三波長的光上行突發訊號傳輸的分析模式、以及分析所述第二波長的光上行突發訊號中接收的分析模式以執行所述OTDR測量；以及介面，用於在所述電氣模組和所述光學模組之間介面連接。
上述的OLT中，優選所述光學模組進一步包括：光子組件模組，包括在所述第一波長可操作的第一雷射二極管、在所述第二波長可操作的第二光電二極管、以及在所述第三波長可操作的第三雷射二極管，其中所述第一波長和所述第二波長是所述PON的通訊協議中定義的波長；雷射驅動器，耦接至所述第一雷射二極管；限幅放大器，耦接至所述第二光電二極管；突發雷射驅動器，耦接至所述第三雷射二極管；控制器，耦接至所述介面的I2C線路；訊號切換單元，耦接至所述限幅放大器並由所述ONU流量處理模組啟動以將接收的上行訊號中繼至所述電氣模組；以及訊號分路器，耦接至所述介面的傳輸數據線路，並且將所述電氣模組生成的連續的下行訊號的重複訊號提供給所述ONU流量處理模組。
上述的OLT中，優選所述ONU流量處理模組進一步耦接至所述限幅放大器的輸出端以接收所接收的突發訊號各自的重複突 發訊號。
上述的OLT中，優選所生成的分析模式是包括低速率成分的高速率數據模式。
上述的OLT中，優選所述OTDR測量是頻內OTDR測量。
上述的OLT中，優選所述ONU流量處理模組被進一步配置為：將所生成的分析模式封裝在遵守所述PON的通訊協議的上行數據訊框中，其中所述上行數據訊框作為所述第三波長的光上行突發訊號傳輸；接收包括所述分析模式的上行數據訊框，其中所述上行數據訊框包括在所接收的第二波長的光上行突發訊號中；以及將所生成的分析模式和所接收的分析模式自相關，其中自相關結果表示所述頻內OTDR測量。
上述的OLT中，優選所述自相關結果各自的異常事件表明所述PON的光徑中的故障，並且這些事件的發生時間表明光徑中所述故障的位置。
上述的OLT中，優選所述第二波長等於所述第三波長，所述第三波長是多個ONU用於上行通訊的波長。
上述的OLT中，優選所接收的分析模式表示來自所述PON的光徑的反射，所述光徑包括所述PON中的光纖和光學元件。
上述的OLT中，優選所述OTDR測量是頻外OTDR測量。
上述的OLT中，優選所述光學模組進一步包括用於接收所述第三波長的光上行突發訊號的第三光電二極管，其中所述第三波長是所述PON的通訊協議未定義的專用波長。
上述的OLT中，優選所述ONU流量處理模組被進一步配置為：將所生成的分析模式封裝在上行數據訊框中，其中所述上行數據訊框作為所述第三波長的光上行訊號傳輸；接收包括所述分析模式的上行數據訊框，其中所述上行數據訊框包括在所述第三波長的所接收的光上行訊號中；以及將所生成的分析模式和所接收的分析模式自相關，其中自相關結果表示所述頻外OTDR測量。
上述的OLT中，優選所述第三波長的上行訊號是連續光訊號和突發光訊號中的任意一個。
上述的OLT中，優選所述ONU流量處理模組被進一步配置為：生成包括所述自相關結果的曲線圖；以及比較所生成的曲線圖和表明所述PON的光徑的正常性態以檢測所述光徑中的故障。
上述的OLT中，優選檢測的故障包括至少以下之一：受損光纖、光纖彎曲、不良接合、髒連接器和光線切斷。
上述的OLT中，優選所述電氣模組被配置為分配上行時隙用於所述ONU流量處理模組傳輸上行突發訊號。
上述的OLT中，優選所述介面是小型可插拔(SFP)介面。
上述的OLT中，優選所述PON是以下任何一個：乙太網PON(EPON)、萬兆乙太網PON(10G-EPON)、千兆PON(GPON)、和萬兆PON(XG-PON)。
本發明的另一個方面涉及一種在無源光網路(PON)中可操作的並且被構造用於執行頻內OTDR測量的光線路終端(OTL)，包括：電氣模組，用於根據所述PON的通訊協議生成連續的下行訊號和處理所接收的上行突發訊號；光學模組，用於傳輸第一波長的連續光訊號、接收第二波長的光上行突發訊號、和傳輸第二波長的光上行突發訊號；其中，所述光學模組進一步包括電耦接至所述光學模組和所述電氣模組的光網路單元(ONU)流量處理模組，其中所述ONU流量處理模組被配置為仿真所述PON的多個光網路單元(ONU)中的一個、生成要作為所述第二波長的光上行突發訊號傳輸的分析模式、以及分析所述光上行突發訊號中接收的分析模式以執行OTDR測量，所述第一波長和所述第二波長是所述PON的通訊協議中定義的波長；以及介面，用於在所述電氣模組和所述光學模組之間介面連接。
上述的OLT中，優選所述ONU流量處理模組被進一步配置為：將所生成的分析模式封裝在遵從所述PON的通訊協議的上行 數據訊框中，其中所述上行數據訊框作為所述第二波長的光上行突發訊號傳輸；接收包括所述分析模式的上行數據訊框，其中所述上行數據訊框包括在所接收的第二波長的光上行突發訊號中；以及將所生成的分析模式和所接收的分析模式自相關，其中自相關結果表示所述頻內OTDR測量。
本發明的又一個方面涉及一種在無源光網路(PON)中可操作的並且被配置為執行頻外OTDR測量的光線路終端(OTL)，包括：電氣模組，用於根據所述PON的通訊協議生成連續的下行訊號和處理所接收的上行突發訊號；光學模組，用於傳輸第一波長的連續光訊號、接收第二波長的光上行突發訊號、傳輸第三波長的分析光上行突發訊號、和接收第三波長的分析光上行突發訊號；其中，所述光學模組進一步包括電耦接至所述光學模組和所述電氣模組的光網路單元(ONU)流量處理模組，其中所述ONU流量處理模組被配置為仿真所述PON的多個光網路單元(ONU)中的一個、生成要作為所述第三波長的分析光上行突發訊號傳輸的分析模式、以及分析所述分析光上行突發訊號中接收的分析模式以執行OTDR測量，其中所述第三波長是所述PON的通訊協議中未定義的專用波長；以及介面，用於在所述電氣模組和所述光學模組之間介面連接。
上述的OLT中，優選所述ONU流量處理模組被進一步配置為：將所生成的分析模式封裝在上行數據訊框中，其中所述上行數據訊框作為所述第三波長的分析光上行訊號傳輸，所述上行數據訊框不遵守所述PON的通訊協議，其中所述第三波長的上行訊號是連續光訊號和突發光訊號中的任意一個；接收包括所述分析模式的上行數據訊框，其中所述上行數據訊框包括在所述接收的第三波長的分析光上行訊號中；以及將所生成的分析模式和所接收的分析模式自相關，其中自相關結果表示所述頻外OTDR測量。
100‧‧‧無源光網路(PON)
120-1~120-N‧‧‧光網路單元(ONU)
130‧‧‧光線路終端(OLT)
140‧‧‧無源光分路器
200‧‧‧光線路終端(OLT)
210‧‧‧電氣模組
220‧‧‧光學模組
221‧‧‧雷射驅動器
222‧‧‧限幅放大器
223‧‧‧光學子組件(BoSa)模組
224‧‧‧控制器
300‧‧‧光線路終端(OLT)
310‧‧‧電氣模組
320‧‧‧光學模組
321‧‧‧雷射驅動器
322‧‧‧限幅放大器
323‧‧‧控制器
324‧‧‧光子組件(OSA)模組
325‧‧‧訊號分路器
326‧‧‧突發雷射驅動器
327‧‧‧訊號切換
330‧‧‧標準介面
340‧‧‧ONU流量處理模組
328‧‧‧連續接收器
400‧‧‧無源光網路(PON)
410‧‧‧光纖
420-1~420-N‧‧‧光網路單元(ONU)
500‧‧‧示例流程圖
S510~S570‧‧‧示例流程圖
S610~S670‧‧‧示例流程圖
710‧‧‧曲線圖
720‧‧‧曲線圖
730‧‧‧曲線圖
當說明書的結論的申請專利範圍中特別指出和明確要求了關於本發明的主題。結合附圖，根據下面的詳細說明本發明的前述和其他特徵和優勢將是顯而易見的。
圖1是PON的示意圖。
圖2是傳統OLT的框圖。
圖3A是根據一個實施方式的設計用於執行ONU功能和頻內OTDR測量的OLT的框圖。
圖3B是根據一個實施方式的設計用於執行ONU功能和頻外OTDR測量的OLT的框圖。
圖4是用於描述本發明的不同實施方式的PON的示意圖。
圖5是示出了根據一個實施方式的用於利用圖3A中所示的OLT執行頻內OTDR的方法的流程圖。
圖6是示出了根據一個實施方式的用於利用圖3B中所示的OLT執行頻外OTDR的方法的流程圖。
圖7A和7B示出了利用本發明的實施方式生成的重新調節訊號的功率隨時間的曲線圖。
應該注意到，所公開的實施方式僅僅是本文中的創新技術的許多有利用途的實例。通常，本公開的說明書中進行的陳述不一定是限制不同的要求保護的發明的任何方面。而且，某些陳述可以應用於某些發明特徵，而不能應用於其他一些發明特徵。通常，除非明確指明，否則單數元件可以是複數元件，反之亦然，不失一般性。在附圖中，相似的參考數字是指貫穿多個圖的相似零件。
圖3示出了根據一個實施方式構造的光線路終端(OLT)300的示例性的和非限制性圖。OLT 300包括通過標準介面330彼此連接的電氣模組310和光學模組320。
介面330提供用於傳輸(TX)訊號、接收(RX)訊號、用於激活至ONU的傳輸的TX使能訊號、用於複位電流突發訊號的接 收的RX複位訊號以及控制(I2C)訊號的連接性。如上所述，介面330提供與不同類型SFP或可在OLT中操作的其他標準收發器兼容的標準連接性。
電氣模組310處理所接收的上行訊號和生成下行訊號。電氣模組310通常包括設計用於根據各自的PON標準加工和處理上行訊號和下行訊號的網路處理器和PON MAC轉接器。在一個實施方式中，電氣模組310處理與EPON、10G-EPON、GPON和XG-PON中至少任何一個兼容的PON上行和下行流量。在下行方向上，連續訊號例如在GPON中以GEM訊框或在XG-PON中以XGEM訊框的形式發送至連接PON的所有ONU。每個ONU根據預先分配的標籤(例如，在GPON中GEM端口-ID)過濾其各自的數據。電氣模組310為每個ONU分配時隙，在時隙中ONU可以將數據發送至OLT。在上行方向上數據的接收是從ONU發送的突發訊號的接收。
光學模組320接收從ONU發送的上行光突發訊號，並且將下行連續光訊號傳輸至ONU。通過兩種不同的波長接收和發送這些下行/上行訊號。例如，在GPON中，在下行方向上，光學模組320生成15XY波長的光訊號，和在上行方向上接收13XY波長的光訊號。
光學模組320包括分別耦接至傳輸雷射二極管(transmit laser diode)和接收光電二極管的雷射驅動二極管321和限幅放大器(Amp)驅動器322。以上根據圖2描述了雷射驅動器321和放大器322的功能。控制器323通過I2C介面與電氣模組310通訊，並且執行涉及收發器的校準和監控的任務。
根據實施方式，耦接至雷射驅動二極管321和限幅放大器322的發送光元件和接收光元件是光子組件(OSA)模組324的一部分。在一個實施方式中，OSA模組324是三工器(triplexer)。
根據該實施方式，除了一對傳輸/接收光學元件之外，OSA模 組324還包括傳輸雷射二極管，下文中用於在PON下行中以ONU利用的波長傳輸突發光訊號的“ONU-TX-雷射二極管”(未示出)。舉非限制性實例來說，在OLT 300的GPON實施中，OSA模組324包括傳輸15XY波長的訊號的傳輸雷射二極管、用於接收13XY波長的光訊號的接收光電二極管、以及用於傳輸13XY波長的訊號的ONU-TX-雷射二極管。ONU-TX-雷射二極管是由突發雷射驅動器326驅動的。突發雷射驅動器326生成兩個電流訊號：偏置和調製。偏置電流確定ONU流量處理模組340生成的突發訊號的‘0’電平的光功率，調製電流確定ONU流量處理模組340生成的突發訊號的‘1’電平的光功率。
根據另一個實施方式，OSA模組324是包括四個光學元件，兩個雷射二極管和兩個光電二極管的四工器(quad-plexer)。在OLT的波長(以上提供的實例)操作的第一對傳輸/接收光學元件、和第二對傳輸/接收光學元件用於傳輸/接收ONU流量處理模組340的訊號。第二對傳輸/接收光學元件的波長可以是定義用於通過PON中的ONU的上行通訊的波長或未由各自的PON通訊協議定義的專用波長。一對傳輸/接收光學元件分別包括雷射二極管和光電二極管。
根據本文中公開的不同實施方式，集成在OLT 300的光學模組320中的是ONU流量處理模組340，其耦接至訊號分路器335，用於接收將傳輸至PON的訊號。ONU流量處理模組340進一步連接限幅放大器322的輸出端，從而將所接收的突發訊號的重複樣本(duplicated sample)提供給模組340。在實施方式中，模組340還可以連接訊號切換單元327，將突發訊號直接傳輸至OLT電氣模組310，以及經過PON。如果電氣模組310的RX數據來自PON或模組340，那麽選擇是基於ONU流量處理模組340斷言的突發使能訊號。
ONU流量處理模組340被配置為PON中的任何其他ONU。 也就是說，ONU流量處理模組340分配有下行流量可以指向其的唯一ONU-ID。而且，OLT的300憑藉電氣模組310可以將時隙分配給ONU流量處理模組340，用於傳輸上行數據。
ONU流量處理模組340電連接OLT 300。因此，OLT 300傳輸的數據不通過PON的光纖接收，而是通過訊號分路器325在模組340接收。因此，ONU流量處理模組340和OLT 300之間的光學距離實際上為零，因為該距離由模組310和模組340之間的電學路徑確定。
ONU流量處理模組340包括數據包處理器和PON MAC轉接器(都未示出)。數據包處理器一般執行PON處理任務，例如濾波、轉發和學習(forwarding-and-learning)、流分類、數據包分類、數據包排隊和加工(shaping)、數據包重組等等。
因為模組340未連接用戶裝置，所以數據包處理器只處理下行數據流，即從OLT發送的數據。在實施方式中，模組340的數據處理器被配置為生成一組預定義的數據模式，其可以通過OSA模組324發送至PON，最終可以由OLT 300接收。這樣生成和發送的數據模式用於各種維護和服務可用性應用程序，包括但不限於，PON保護、利用OTDR測量進行的光學故障的檢測、RTT測量等等。在其他實施方式中，模組340可以被配置為用數據包響應來自OLT的通訊。
包括在ONU流量處理模組340中的PON MAC轉接器根據PON網路的類型處理下行流量。在實施方式中，模組340的PON MAC轉接器處理GPON或XG-PON流量。在該配置中，PON MAC轉接器支持多個流量容器(traffic container)(T-CONT)。T-CONT是虛擬上行信道，其頻寬由OLT的電氣模組310授權。可以為ONU、服務分類(CoS)、或邏輯ONU分配單個T-CONT。PON MAC轉接器保持T-CONT隊列作為T-CONT的數量，並且周期性地請求數據包，從而填充特定的T-CONT隊列。
包括在光學模組320內的ONU流量處理模組340用作專用ONU。然而，與傳統的方案相不同，光學ONU流量處理模組340電連接至OLT 300，不經過光纖。因此，不需要使用濾光器和創建專用光學鏈路，因此當需要這種專用ONU時，改進的OLT 300簡化了PON的布局。改進的OLT 300進一步簡化了各種維護和服務可用性應用程序的處理，維護和服務可用性應用程序可以用專用ONU(即ONU流量處理模組340)執行。
ONU流量處理模組340可以實施為集成在光學模組320中的集成電路(IC)、專用集成電路(ASIC)、或現場可編程門陣列(FPGA)。在示例性的實施方式中，ONU流量處理模組340可以實現為美國專利7,643,753中描述的加强PON處理器或共同未決的美國專利申請第12/821,931號中描述的具有可編程數據路徑的PON處理器，兩者共同轉讓給與本申請的受讓人相同的受讓人，因而其內容以引用方式結合到本文。根據示例性的實施方式，當使用專用ONU時，微處理器和/或網路處理器可以適用於執行維護和服務可用性應用程序。
應當注意，ONU流量處理模組340集成在OLT光學模組320中提供標準化的快速通訊信道給光學模組320，而沒有改變標準介面330。通過PON或通過訊號切換單元327將下行數據發送至模組340並接收模組340生成的響應訊號實現該通訊信道。通訊信道遵守PON通訊協議。如上所述，在該通訊信道，可以傳輸涉及測試PON和OLT的性能、光學故障的檢測、RTT測量、OTDR測量等處理中使用的訊號。而且，通過利用PON的標準通訊協議傳輸所有這樣的處理及其訊號。
根據本發明的實施方式，改進的OLT 300可以用於執行頻內和頻外OTDR測量。通過如下訊號執行頻內OTDR，該訊號由ONU流量處理模組340生成並且通過PON中其他ONU使用的波長進行傳輸。在OLT 300接收回反射訊號，並且由模組340處置。
在另一個實施方式中，如圖3B中所示，LOT 300處於其四工器配置，即OSA模組是四工器。該配置用於執行用於生成在專用波長傳輸的分析訊號的頻外OTDR。也在專用波長在ONU流量處理模組340經連續接收器328接收反射訊號，以便於執行OTDR測量。根據本文中公開的實施方式，在頻內和頻外OTDR技術中，均可以在不終止PON的操作的情況下執行OTDR測量。
實現OTDR技術，如圖4中所示在PON 400中連接OLT 300。應當注意，OLT 300用作PON 400的OLT。OLT 300可以如結合圖3A和圖3B所討論那樣實現。也即是說，OLT 300執行PON的各個通訊協議定義的所有任務。這些任務至少包括為ONU 420-1到420-N的傳輸數據分配時隙、接收和處理來自ONU 420-1到420-N的上行突發數據、以及生成下行數據並將其發送至ONU。此外，如上所述OLT 300控制ONU流量處理模組340。OTDR測量可以用於檢測OLT 300與ONU 420-1到420-N中的每個ONU之間經過分路器430的光徑(例如光徑410)中的任何位置的故障。所檢測的故障可以至少包括光纖受損、光纖彎曲、不良接合、髒連接器、光纖切斷等等。
圖5是示出了利用根據本發明實施方式的OLT 300執行頻內OTDR的方法的非限制性的示例流程圖500。在S510，將一個或多個時隙分配用於ONU流量處理模組340的分析模式的傳輸。
在S520中，分析模式是由ONU流量處理模組340生成的。根據一個實施方式，分析模式是包括高頻成分的低速率數據模式。分析模式滿足PON的通訊需求，但是同時可以被分析以確定以上所述的故障以及故障在光徑的位置。例如，如果PON中安裝有OLT 300，那麽分析模式保持GPON的連續相同數字(CID)需求，例如，CID<72比特，並且該模式的傳輸速率為GPON中的可允許上行數據速率。
在示例性的實施方式中，分析模式的創建包括利用低速率多 項式(low rate polynomial)生成數據模式、對數據模式應用全速率重複比特函數(full rate repeating bits function)生成第一比特序列、在第一比特序列和由擾頻器多項式(scrambler polynomial)生成的第二比特序列之間執行第一逐比特異操作(first bit-wise-xor operation)從而生成分析比特序列、以及在分析比特序列和由擾頻器生成的第三比特序列之間執行第二逐比特異操作從而生成分析模式。用於生成分析模式的詳細討論可以參見以上引用的共同未決申請13/189,935。
在S530，將生成的分析模式封裝在從ONU模組340在上行方向上發送至OLT 300的數據訊框中。例如，在GPON中，生成的分析模式可以包括在一個或多個上行GEM訊框中。
在S540，上行數據訊框通過OSA模組324傳輸至光纖410。上行數據訊框在PON的其他ONU(例如ONU 420-1到420-N)進行上行傳輸所使用的波長作為光突發訊號發送。例如，在GPON中，使用的波長是13XY。
在S550，在用於ONU的上行通訊的波長下在OSA模組324的接收光電二極管的OLT 300中接收上行光訊號(部分地攜帶分析反饋)。所接收的光訊號是從光纖410反射的或是在光纖410的一端送回的。在限幅放大器322的輸出端的所接收的上行訊號還輸入到ONU流量處理模組340。
在S560，ONU流量處理模組340分析所接收的上行訊號，以便於執行OTDR測量，其可以用於檢測OLT 300和ONU 420之間的光徑的故障以及故障的精確位置。可以在光纖410的任何點(例如，距離OLT 300 120米)以及光徑中光學元件(例如光連接器、分路器等)的任何位置確定故障位置。
應當注意，流量處理模組340可以接收所有ONU 420-1到420-N發送的上行突發訊號。然而，對於OTDR測量，只分析所接收的攜帶分析模式的訊號。
根據示例性的實施方式，利用所接收的包括分析模式的訊號和所生成的分析模式的拷貝之間的時移自相關函數執行分析。對N個必需的比特移位(bit-shift)重複該分析。比特移位數N表示與訊號正被分析的OTDR的距離，其中所述訊號相對於表示PON的所有可能的測量延遲的其他訊號移動1。參數N是可以確定OTDR測量的分辨率的可配置參數。為了提供更高的分辨率，所生成的分析模式應當是更高模式速率的發送器(transmitter)。
作為一個非限制性實例，訊號分析期間使用的自相關處理可以如下定義：AutoCorrelation(Ti){analog amount}=sum of((RX_AP bit-wise-xor(analog GEN_AP(Ti)))with quantization of n bits，其中n>1
其中，RX_AP是所接收的分析模式，GEN_AP是所生成的分析模式。自相關(AutoCorrelation)是具有光程的長度的矢量。矢量的每個元素是傳輸的模式和接收的模式之間的相關量的值，其中相關比特延遲表示測量的距離。AutoCorrelation(Ti)的值可以表示光徑在點C*Ti/2(C是光在光纖中的速度)的條件。
在任何Ti的所測量的自相關表示從光徑中各自的第i次移位的位置的反射功率。根據一個實施方式，自相關函數在時間Ti的值可以與表明在光徑上的位置(各自的時間Ti)的正常或可接受行為的值相比較，任何偏差是故障指示。應當注意，所測量的相關性(correlation)表示高於或低於表示光徑中的不同故障的標準的值(即反射功率)。例如，更高的反射功率值可以表示光纖損壞/破損，而低於標準的反射值表明光纖中由於例如彎曲、不良接合、直連式連接器或光纖切斷出現衰减。
在S570，生成表示自相關結果的曲線圖。自相關函數結果表示OTDR測量。自相關曲線圖中的任何異常結果在曲線圖中是顯而易見的(例如，作為尖峰訊號)，並指示光徑中的故障。異常結 果可以是噪音、速度變化和相關曲線圖的頻率的函數。
因為由ONU流量處理模組340執行分析，ONU流量處理模組340負責發送分析模式和接收由PON反射的該模式，所以不需要執行作為OTDR處理的一部分的任何測距處理。因此，所公開的實施方式簡化了PON中頻內OTDR測量的執行。應當注意，需要時，OLT 300可以執行測距處理。然而，對於根據本文中公開的教導的OTDR測量來說，不需要執行測距處理。
在以上所描述的實施方式中，為了執行OTDR測量的所接收模式的分析(例如S570和S580)由ONU流量處理模組340執行。在另一個實施方式中，可以利用OLT 300的電氣模組310或被配置為執行時移校正的計算處理器執行這樣的分析。根據實施方式，模組340通過訊號切換單元327提供所生成的分析模式。稍後將該分析模式與所接收的包括模式分析的突發訊號(由模組340通過OSA 324生成和發送的)自相關。可以如上所述地執行自相關。
應當注意，因為ONU流量處理模組340和電氣模組310之間的光徑幾乎為零，所以沒有在執行OTDR測量時應當確定或考慮的光延遲。
圖6是示出了根據本發明的實施方式的利用OLT 300執行頻外OTDR測量的方法的非限制性的示例流程圖600。根據此實施方式，OSA 324是如圖3中所示的四工器，OSA支持PON的各個通訊協議標準中未定義的其他波長(下文中稱為專用波長)。例如，PON中的專用波長將不選擇在13XY和15XY的範圍內。專用波長的值可以是製造OSA 324的成本的函數。為了支持專用波長，OSA 324包括用於發送光訊號的層二極管和用於接收在專用波長調製的訊號的光電二極管。此外，光學模組320包括連續接收器328。
在S610，ONU流量處理模組340設置為執行頻外OTDR測 量。模組340還可以被配置用於執行OTDR。這可以是按需執行或以預定的時間間隔執行。這些設置可以由PON操作人員完成。在S620，由ONU流量處理模組340生成分析模式。如上所述，分析模式是低速率數據模式。應當注意，在頻外OTDR的情況下，不需要高頻成分，因為專用接收器和發送器用於在專用波長接收/發送訊號。
在S630，所生成的分析模式作為光上行突發訊號在專用波長經過OSA模組324傳輸至光纖410。在S640，在與專用波長相關聯的OSA模組324中的接收光電二極管在OLT 300中接收上行突發光訊號(部分地攜帶分析模式)。所接收的光訊號是從光纖410中反射的。在S650，在連續接收器328的輸出端所接收的上行訊號還被輸入ONU流量處理模組340。此外，ONU流量處理模組340局部地分析在專用波長接收的訊號。
在S660，ONU流量處理模組340分析所接收的上行突發訊號，以便於執行OTDR測量。如上所述，這些測量可以用於檢測OLT 300和ONU 420之間的光徑中的故障、以及這些故障的精確位置。以上詳細地描述了分析的執行。
在S670，生成表明自相關函數結果的曲線圖。自相關函數結果表示OTDR測量。任何非自相關結果在曲線圖上是顯而易見的(例如，作為尖峰訊號)，並且表明光徑中的故障。
應當注意，網路操作人員可以關於執行OTDR測量的操作模式配置ONU流量處理模組340。
本文中公開的頻內和頻外OTDR測量可以基於兩個生成的分析模式和接收的(反射的)分析模式的自相關結果。通過生成表示自相關結果的曲線圖可以確定故障。圖7A和圖7B中示出了實例。
圖7A示出了曲線圖710和720，曲線圖710和曲線圖720是接收的分析模式和生成的分析模式的可能的正常自相關的實例。 圖7B描繪了示出在時間Tf 的尖峰訊號的曲線圖730。這表明光徑中的故障，故障可能是例如返回部分功率的不良接合器導致的結果。故障的位置在(C*Tf )/2，f=0，1，…N-1。可以檢測的其他故障的實例包括cat光纖、平坦化光纖、光纖彎曲、髒連接等等。
本文中公開的各種不同實施方式可以實施為硬件、固件、軟件和其任何組合。而且，軟件優選地實施為有形地體現在程序存儲單元或計算機可讀介質的應用程序。應用程序可以加載於包括任何合適結構的機器中並由該機器執行。優選地，機器在具有例如一個或多個中央處理單元(“CPU”)、內存和輸入/輸出介面的硬件的計算機平臺上實施。計算機平臺還可以包括操作系統和微指令代碼。本文中描述的各種不同處理和功能可以是微指令代碼的一部分或應用程序的一部分、或可以是它們的組合，它們可通過CPU執行，無論是否明確地示出計算機或處理器。此外，各種不同的其他外圍單元可以連接計算機平臺，例如額外的數據存儲單元和打印單元。
本文中詳述的所有實例和條件語言是為了教學的目的，幫助讀者理解由發明人員貢獻的改進現有技術的本發明的原理和概念，應當解釋為不限於這些具體詳述的實例和條件。而且，本文記載的本發明的原理、方面和實施方式以及其具體實例的所有陳述是為了同時涵蓋本發明的結構上和功能上等價的特徵。此外，這些等價特徵包括當前已知的等價特徵和將來形成的等價特徵，即所開發的與結構無關的執行相同功能的任何元件。
300‧‧‧光線路終端(OLT)
310‧‧‧電氣模組
320‧‧‧光學模組
321‧‧‧雷射驅動器
322‧‧‧限幅放大器
323‧‧‧控制器
324‧‧‧光子組件(OSA)模組
325‧‧‧訊號分路器
326‧‧‧突發雷射驅動器
327‧‧‧訊號切換
330‧‧‧標準介面
340‧‧‧ONU流量處理模組

Claims (10)

  1. 一種在無源光網路中可操作的並且被構造用於執行光時域反射計測量的光線路終端，包括：電氣模組，用於根據所述無源光網路的通訊協議生成連續的下行訊號和處理所接收的上行突發訊號；光學模組，用於傳輸第一波長的連續光訊號、接收第二波長的光上行突發訊號、和傳輸第三波長的光上行突發訊號，其中，所述光學模組進一步包括電耦接至所述光學模組和所述電氣模組的光網路單元流量處理模組，其中所述光網路單元流量處理模組被配置為仿真所述無源光網路的多個光網路單元中的一個、生成要作為所述第三波長的光上行突發訊號傳輸的分析模式、以及分析所述第二波長的光上行突發訊號中接收的分析模式以執行所述光時域反射計測量；以及介面，用於在所述電氣模組和所述光學模組之間介面連接。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的光線路終端，其中，所述光學模組進一步包括：光子組件模組，包括在所述第一波長可操作的第一雷射二極管、在所述第二波長可操作的第二光電二極管、以及在所述第三波長可操作的第三雷射二極管，其中所述第一波長和所述第二波長是所述無源光網路的通訊協議中定義的波長；雷射驅動器，耦接至所述第一雷射二極管；限幅放大器，耦接至所述第二光電二極管；突發雷射驅動器，耦接至所述第三雷射二極管；控制器，耦接至所述介面的I2C線路；訊號切換單元，耦接至所述限幅放大器並由所述光網路單元流量處理模組啟動以將接收的上行訊號中繼至所述電氣模組；以及 訊號分路器，耦接至所述介面的傳輸數據線路，並且將所述電氣模組生成的連續的下行訊號的重複訊號提供給所述光網路單元流量處理模組。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的光線路終端，其中，所述光網路單元流量處理模組進一步耦接至所述限幅放大器的輸出端以接收所接收的突發訊號各自的重複突發訊號。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的光線路終端，其中，所生成的分析模式是包括低速率成分的高速率數據模式。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的光線路終端，其中，所述光時域反射計測量是頻內光時域反射計測量。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述的光線路終端，其中，所述光網路單元流量處理模組被進一步配置為：將所生成的分析模式封裝在遵守所述無源光網路的通訊協議的上行數據訊框中，其中所述上行數據訊框作為所述第三波長的光上行突發訊號傳輸；接收包括所述分析模式的上行數據訊框，其中所述上行數據訊框包括在所接收的第二波長的光上行突發訊號中；以及將所生成的分析模式和所接收的分析模式自相關，其中自相關結果表示所述頻內光時域反射計測量。
  7. 根據申請專利範圍第5項所述的光線路終端，其中，所述光時域反射計測量是頻外光時域反射計測量。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述的光線路終端，其中，所述光學模組進一步包括用於接收所述第三波長的光上行突發訊號的第三光電二極管，其中所述第三波長是所述無源光網路的通訊協議未定義的專用波長。
  9. 一種在無源光網路中可操作的並且被構造用於執行頻內光時域反射計測量的光線路終端，包括：電氣模組，用於根據所述無源光網路的通訊協議生成連續 的下行訊號和處理所接收的上行突發訊號；光學模組，用於傳輸第一波長的連續光訊號、接收第二波長的光上行突發訊號、和傳輸第二波長的光上行突發訊號，其中，所述光學模組進一步包括電耦接至所述光學模組和所述電氣模組的光網路單元流量處理模組，其中所述光網路單元流量處理模組被配置為仿真所述無源光網路的多個光網路單元中的一個、生成要作為所述第二波長的光上行突發訊號傳輸的分析模式、以及分析所述光上行突發訊號中接收的分析模式以執行光時域反射計測量，所述第一波長和所述第二波長是所述無源光網路的通訊協議中定義的波長；以及介面，用於在所述電氣模組和所述光學模組之間介面連接。
  10. 一種在無源光網路中可操作的並且被配置為執行頻外光時域反射計測量的光線路終端，包括：電氣模組，用於根據所述無源光網路的通訊協議生成連續的下行訊號和處理所接收的上行突發訊號；光學模組，用於傳輸第一波長的連續光訊號、接收第二波長的光上行突發訊號、傳輸第三波長的分析光上行突發訊號、和接收第三波長的分析光上行突發訊號，其中，所述光學模組進一步包括電耦接至所述光學模組和所述電氣模組的光網路單元流量處理模組，其中所述光網路單元流量處理模組被配置為仿真所述無源光網路的多個光網路單元中的一個、生成要作為所述第三波長的分析光上行突發訊號傳輸的分析模式、以及分析所述分析光上行突發訊號中接收的分析模式以執行光時域反射計測量，其中所述第三波長是所述無源光網路的通訊協議中未定義的專用波長；以及介面，用於在所述電氣模組和所述光學模組之間介面連接。
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