WO2007141100A1 - Verfahren zur übertragung von signalen in systemen mit punkt-zu-multipunkt-verbindungen - Google Patents

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WO2007141100A1
WO2007141100A1 PCT/EP2007/054384 EP2007054384W WO2007141100A1 WO 2007141100 A1 WO2007141100 A1 WO 2007141100A1 EP 2007054384 W EP2007054384 W EP 2007054384W WO 2007141100 A1 WO2007141100 A1 WO 2007141100A1
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upstream
bit rate
signals
frame
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PCT/EP2007/054384
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Andreas Stadler
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Nokia Siemens Networks Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a method for transmitting signals in systems with point-to-multipoint connections according to the preamble of patent claim 1.
  • the network topology of a point-to-multipoint connection finds particular application in the field of optical access networks, the so-called “access networks” ("access”).
  • These access networks are usually designed purely passive and are therefore referred to as PONs (English: “passive optical network”).
  • the data flow in a PON is therefore in both directions of transmission between the central network unit OLT as a network termination on the side of the parent network or the long-distance route and the numerous subscriber network units as network terminations on the subscriber side.
  • the signal flow from the optical central network unit OLT to the subscriber optical network units subscriber network units ONUi is referred to as downstream.
  • the transmission ⁇ direction from the subscriber side to the OLT is called upstream.
  • the transmission takes place in a first "wavelength channel" in time-division-broadcast mode as a continuous data stream.
  • the OLT notifies the subscriber network units ONUi of transmission protocols.
  • the highest data rate currently defined in this standard is 2.5 GBit / s.
  • network operators are calling for the standard to be upgraded to higher data rates to meet the ever increasing demand for greater bandwidth over time.
  • an increase in the data rate to, for example, 10 Gbit / s is important in order to guarantee the individual ⁇ nen participants enough bandwidth for different services.
  • the data rate in the PON at present it is necessary sary to all network elements from ⁇ . During this time no operation of the network is possible.
  • the transition to higher data rates is therefore associated with a network operator both with high costs and with great organizational effort. Therefore, solutions are sought to make the operation of systems with point-to-multipoint connections more flexible in order to meet the wishes of the network operators, to be able to offer a multitude of services for different subscribers and, for example, to upgrade such a system to higher ones Data rates.
  • the object of the invention is therefore to provide a more flexible with respect to different services method for transmitting ⁇ tion of signals within a transmission system with point-to-multipoint connections.
  • a method which allows operation in a transmission system with point-to-multipoint connections with different data rates.
  • downstream signals are transmitted from a central network unit to a plurality of subscriber network units within downstream frames, each having at least two different bit rates.
  • upstream signals with at least two different bit rates are transmitted within upstream frames.
  • bitratige operation can advantageously independently of each other only in a ⁇ Studentstargungstechnisch (downstream direction or the upstream direction) are made or carried out in both directions of transmission.
  • Such a mixed operation for example, within a PON offers many advantages. Upgrading a PON from a first lower data rate to a second higher data rate is greatly simplified. It is possible to build up a network initially with lower data rates and to perform an upgrade for higher bandwidths only at a later time. Even a gradual upgrade is possible. Business interruptions are no longer necessary in this way. Another advantage is that the network operator can respond much more flexibly to the wishes of the customers. If a subscriber requires, for example, a service for which a high data rate is to be advantageously used, then this subscriber can now be equipped with a suitably suitable network unit, irrespective of the data rate with which the other subscribers in the PON are equipped. A flexible operation of PONs with different union under ⁇ data rates poses therefore economically multiple advantages.
  • multi-rate operation within a transmission system with point-to-multipoint connections is specified only in one transmission direction, while in the other transmission direction the signals are transmitted with only one bit rate.
  • This variant of a Mixed operation is particularly advantageous in connection with a gradual upgrade of a bidirectional transmission system.
  • the central network unit divides the downstream frame into at least two blocks of time, in each of which the downstream signals are transmitted one.
  • Each subscriber network unit detects based on a transmitted within each time block Syn ⁇ chronisationsinformation independently the downstream signals of the respective bit rate.
  • the Mathtra ⁇ will supply format slightly extended. Changes to the downstream framework must be made, in particular with regard to the recipients of the subscriber network units.
  • the receivers of the subscriber network units must be signaled by means of synchronization information when a new time block begins, so that it can adjust to the corresponding bit rate.
  • each time block has a control block with a synchronization field.
  • the synchronization field contains predetermined bit sequences in its own fields, which serve a receiver of a subscriber network unit for detecting the respective bit rate, so that the receiver can synchronize itself to the downstream signals of a specific bit rate.
  • the synchronization field contains pointers for the position of the time block within the downstream frame or the position of the time block in comparison to a time block of a subsequent downstream frame.
  • the mixing operation in the upstream direction is realized in such a way that the central network unit within the downstream frame informs the subscriber network units of bit rate information and that each subscriber network unit transmits the upstream signals at these previously assigned bit rates.
  • the central network unit also controls the mixing operation in the upstream direction.
  • Each upstream signal is at a different bit rate to be transmitted, so that within the maximum transmission ⁇ system flexibility.
  • the mixing operation in the upstream direction for a passive optical network is realized. It should be noted that prior to commissioning of the PONs ⁇ acceptance the central network unit configures the first upstream frame so that then each parti ⁇ mer network entity may transmit to the central network unit in addition to a serial number of its bit rate information.
  • the central network unit is in a PLOAMd field of the
  • Control blocks of the downstream frame the bitrate independent of the length of the preamble of the upstream overhead, so that it is approximately the same length for each bit rate.
  • Each of the parti ⁇ mer network entities known within a PLOAMu field of the control block of the upstream frame its serial number and supported by the transmission unit bit rate.
  • the central network unit of each subscriber input ⁇ integrated preferably within the bandwidth allocation structure of the control block of the downstream frame, the bit rate for each upstream signal, each burst that is to say, the start and stop pointer of the bursts are marked with bit-rate-independent values. In this way, a multi-bit operation upstream direction is advantageously achieved by a slight extension of the G.984.5 standard.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a passive optical network in conjunction with sketches of the frame structures of the upstream and downstream signal
  • Fig. 1 is a block diagram of the basic structure of a PONs illustrated.
  • the PON serves as an example of a bidirectional transmission system with point-to-multipoint connection.
  • time-division multiplex signals also referred to below as downstream signals DS
  • OLT central network unit
  • ONU1 subscriber network units ONU1, 0NU2, ...
  • the signal transmission in the burst mode of the subscriber network units ONUi (i 1,2, ... N) to the central network unit.
  • transmission protocols according to the G.984.3 standard are used.
  • the transmission protocols are data frames which are essentially divided into two parts: a first header part with control information and a payload part containing the actual payload.
  • a distinction is made between upstream and downstream frames in which the downstream signals are transmitted continuously within the downstream frames and the upstream signals within the upstream signals. Both frames are 125 ⁇ s long.
  • the exact structure of the upstream and downstream frames is Chap. 8 of the G.984.3 standard. In Fig. 1, only the frame structures relevant to the invention are shown.
  • the OLT transmits continuously
  • the logic A ⁇ ness of each ONU can use the specified bit sequence in psync to the start of the downstream frame and determine réellesynchron causes to hold off on the receiving data rate.
  • the burst signals of the subscriber line units ONUi are packed in the upstream frames.
  • control information and payload of ONU1 and 0NU2 are included.
  • the arrangement or assignment of these data has been communicated to the subscriber network units ONUi by means of the BW map in the downstream frame by the OLT.
  • the ONU can transmit up to four types of control information in the header. These include u.a. the fields PLOu (Physical Layer overhead upstream) and PLOAM (Physical Layer Operations, administration and management upstream).
  • an operation can take place with different data rates in both transmission directions, ie the central network unit OLT can both send and receive signals with a first and at least one second data rate and the subscriber network units ONUi also if designed for at least two data rates and both signals of a first as well as signals with Minim ⁇ least send a second data rate, and can receive.
  • the central network unit OLT can both send and receive signals with a first and at least one second data rate
  • the subscriber network units ONUi also if designed for at least two data rates and both signals of a first as well as signals with Minim ⁇ least send a second data rate, and can receive.
  • it should also be possible to operate at different data rates for only one transmission direction ie, independently of one another, the transmitting and receiving units are matched to one another in only one direction.
  • a mixing operation in the upstream direction would mean the ⁇ after that the subscriber network units ONUi send signals at different data rates and the central
  • Network unit OLT signals with these different ra ⁇ th receives.
  • the downstream operation could be done with only one data rate.
  • a mixed operation in the downstream direction would mean that the central network unit sends signals at different data rates, while the subscriber network units can only receive signals with these different data rates.
  • the multi-bit rate operation will be described below separately for each transmission direction.
  • the following examples are preferably gene on passive optical networks bezo ⁇ , but are in principle also to other Consequentlyssys ⁇ systems with point-to-multi-point connections expandable.
  • This case occurs, for example, when upgrading the upstream bit rate in a PON.
  • the central network unit OLT is replaced by a version that can receive signals at a second higher bit rate in addition to signals having a first current bit rate.
  • one, several or all subscriber network units ONUi are exchanged for those which either only support the higher bit rate or support a second or several bit rates in accordance with the OLT.
  • only the OLT needs to be designed for several bitrates and one ONU for the transmission protocols described below. All other participants mer ONUi network units can still comply with the standard.
  • the subscriber network units ONUi After exchanging the subscriber network units ONUi, they must first report the necessary control information regarding the data rates they support to the OLT. This is usually done during startup, and is also referred to as "Serial Number Acquisition.”
  • the ONU serial number notification process is controlled by the OLT, and the ONUi subscriber network units respond to messages initialized or initiated by the OLT occurs message an ONU correct, the OLT to ⁇ the upstream frames configured only via the downstream frame of all the subscriber network units ONUi.
  • These uses the OLT the PLOAMd-field in the control part PCDD of the downstream frame.
  • the PLOAM-field exists both in the Upstream and downstream and provides information about PON management, such as ranging or activation of an ONU.
  • the preamble is a bit sequence at the beginning of a burst sent by an ONU and is located within the PLOu field (Physical Layer Overhead upstream) of the upstream frame.
  • the preamble is to allow the receiver of the OLT to adjust to the data rate and amplitude of the upstream burst.
  • the preamble length within the upstream overhead message is defined in standard G.984.3 in bits of the respective upstream data rate, ie the time length is bit rate dependent for the same values.
  • the definition of the time length of the preamble for a burst should be bitrate-independent. Given an indication of the preamble in bits, an ONU would have a higher bit rate supports a shorter preamble send, ie the adaptation ⁇ time would decrease with increasing bit rate. This would be unvor ⁇ geous, because the receiver of an OLT takes a certain time ⁇ duration to synchronize to the bit rate.
  • the invention proposes to define the preamble bit rate regardless of time of equal length, as the adaptation period of a burst mode receiver to new Amplitu ⁇ denute usually does not increase with the transmission bit rate.
  • the values in the upstream overhead message of the PLOAMd field of the downstream frame are now defined as time values.
  • the unit for the time values given in the upstream overhead messages is for example (1/2488) ⁇ s, which corresponds to the transmission time of one bit at 2488 MBit / s.
  • the PLOAMd field is provided downstream of the frame in addition to the downstream message upstream overhead a downstream message "Extended Burst Length" half. Even when this Extended Burst Length Message the preamble is according to the invention bitratenunp time defined the same length.
  • a newly added ONU After configuring the preamble of a burst, a newly added ONU will report its serial number to the central power unit OLT. Used the ONU example nied ⁇ -lowest of their supported bit rate or in another example, several of their supported bit rates in successive PLOAMu messages.
  • the bit rates of the OLT supported by the ONU should also be communicated. This can be done for example by a suitable scheme of serial numbers within the PLOAMu field with the upstream message Serial_number_ONU or by an additional newly defined upstream message of the PLOAMu field, which follows in the initialization phase of the ONU the message Serial_number_ONU.
  • the OLT then extracts the serial number and bit rates of an ONU and is now, based on this information, ready to receive further messages from the ONU during PON operation.
  • the OLT is now able to assign the bit rate to be used to each ONU for each burst in the upstream direction.
  • the fields Flags, SStart and SStop are newly assigned compared to the standard G.984.3.
  • the fields and SStart SStop is the start and stop pointer, the ben the position of the upstream time slots (bursts) in the upstream frame is ⁇ .
  • the flags field has the task of triggering specific messages or transmission bit sequences of the ONU or controlling the upstream transmission method of the ONU (with / without Forward Error Correction FEC). All these settings only apply to the burst defined within the BW map entry.
  • Upstream data rate done.
  • the information of the start and stop ⁇ pointer is to take place according to the invention bitrate independent.
  • the start and stop pointers are given in bytes of the upstream frame.
  • the upstream frame is always 125 ⁇ s long. If the pointers are specified in bytes, the temporal position of the bursts in the upstream frame depends on the bit rate for the same values.
  • the upstream frame is 19,440 bytes long in a PON system with a data rate of 1.244416 Gbit / s and 38880 byte long in a PON system with a data rate of 2.488832 Gbit / s. This means that the values of the pointers required for the same times vary with the bit rate.
  • the indication of the start and stop times of a burst is no longer in bytes of the upstream frame and thus in dependence on the current bit rate but bitrate independent in time values.
  • a unit for specifying the burst position or the assigned time slots in this case, for example, is (8/2488) microseconds, the ent ⁇ speaks the transmission duration of a byte at 2488 Mbit / s.
  • the OLT always selecting the time values within an upstream frame such that burst collisions occur are excluded ⁇ .
  • the central network unit OLT is exchanged for a variant which can transmit both downstream signals of a first and at least downstream signals of a second data rate.
  • the subscriber network units ONUi overall genüber standard advanced communication protocols need to rely under ⁇ and the downstream frame must be changed.
  • the downstream signal is a continuous bit stream.
  • PSYNC Physical synchronization field
  • the PSYNC field at the beginning of each ⁇ of the downstream frame to the beginning of the PCDD control field. It is therefore necessary that the receivers in the subscriber line units ONUi be continuously responsive to the downstream signal stay synchronized in order to count the beginning of the frame.
  • the OLT subdivides the downstream frame into two or more time blocks or time periods and transmits within these time periods with different bit rates.
  • a first data rate as a bit rate A and a second data rate in ⁇ is b as a bit rate.
  • the receiver of an ONU does not recognize the downstream frame because it is not suitable for the higher downstream bit rate of the current time block, for example, the received signal affects the CDR (Clock and Date Recovery) unit of the receiver, such as noise from which no phase information is extractable.
  • CDR Chip and Date Recovery
  • each of the blocks of time within which the OLT transmits with different ⁇ current data rate a private in Fig. 2 referred to as PSyncBa and PSyncBb synchronization field vorange ⁇ provides that for ensures that a receiver sections with a higher bit rate will recognize.
  • a scrambler according to section 8.1.2. of the standard G.984.3 operates ell in each time block individu ⁇ .
  • each time block Ba maintains the structure of a downstream frame according to standard G.984.3, ie each time block Ba consists of a separate control block Physical Control Block PCDd and a payload part.
  • the structure of the PCDd part of a time block is also the same as that of a downstream frame except for the 4-byte PSync field.
  • This synchronization field PSyncBa to field preamble P called synchronizers ⁇ tion word SW and two more fields Fl and F2 contain a According to the invention.
  • the latter represent a kind of stop and start pointer for the temporal position of the considered time block also with regard to a subsequent time block.
  • the preamble P of a time frame of a downstream frame performs the same function as the preamble of the PLOu field of the upstream frame.
  • the preamble P allows the ONU receiver to re-synchronize in each block of the downstream frame. After a possible loss of the phase of the downstream signal in the higher bit rate sections, the receiver should again adjust to the phase position of a new section of the downstream signal with a bit rate that can be processed by it. This is necessary so that the ONU can recognize the following synchronization word SW and, by virtue of this, restore its synchronicity with the downstream frame.
  • An adaptation to the signal amplitude is not in the downstream operation necessary as it is a conti ⁇ nuierliches signal.
  • the preamble P may have a variable length.
  • the length of the preamble P depends on the requirements of the connected subscriber network units ONUi.
  • the OLT recognizes the requirements of each ONU on the basis of the serial number ⁇ previously submitted or due to the ONU properties indicative of PLOAM message (see mixing operation in the upstream direction). If the clock and data recovery at the ONU input by over-sampling, storage of the samples and subsequent decision of the phase position of the received signal as specified in an earlier application, so no preamble is required and the preamble length can be set equal to zero.
  • the synchronization word SW is, in principle, a "time block frame password", which according to the invention is now used not only at the beginning of each downstream frame but at the beginning of each time frame after the preamble P.
  • this synchronization word SW corresponds to the delimiter of the PLOu -field of the upstream frame.
  • the synchronization word SW contains a defined pattern of a bit sequence, which are recognized by the ONU must, in order to ascertain exact time block positions. the synchronous chronisation the recipient must by this completed synchronizati ⁇ tion, word done and. the Receiver can not wait here for the recurrence of a synchronization word in the next time block or frame.
  • Both the sync word SW following fields Fl and F2 act as pointer for the location of the time block in ⁇ nerrenz a downstream frame or relative to another time block that is transmitted at the same data rate.
  • the field F1 contains the length of the current time block. It is designed to prevent the receiver from trying to synonymous
  • Field F2 contains the distance to the beginning of the next time block of the same bit rate or its difference to a full frame length.
  • Time blocks on the downstream frame without the time block synchronization is lost. Without this information-the recipient would suspect the beginning of the next time block intended for it in exactly one frame and recognize only the loss of synchronization with a change and start a new synchronization word search, which would lead to out.
  • the ⁇ chen data loss The values in the fields F1 and F2 are advantageously given bitrate-independent, as in the case of the BW map pointers SStart and SStop, in order to avoid that the size of the fields is no longer sufficient for increases in the bit rate.
  • the described mixing operation in the downstream direction only works if, after exchanging the central network unit OLT, the subscriber network units ONUi can also support the transmission protocols that are expanded compared to the standard. Then, it is irrelevant whether an ONU Bitra ⁇ th supports only a first lower bit rate or has a second higher bit rate, or both, as each ONU is ized alssynchro- to the bit rate through the specified configuration of the downstream frame which can support them. However, if there is still an ONU in the network according to the standard, this would not be able to follow the new operating mode with phases of a higher bit rate and lose connection to the operation. If all subscriber network units ONUi are able to support the extended transmission protocol compared to the standard, it is immediately possible to use a higher data rate, for example, if an upgrade of the PON mode to a higher data rate is intended.
  • the ONU receiver will clock the slower signal at its bit rate and, in a subsequent analysis, determine the downstream bit rate of the signal, for example, by analyzing the average bit rate. Due to this over- clocking each signal value is read as a sequence of equal bits and in a subsequent evaluation, for example by majority vote or search for optimal (ie error minimizing) bit positions, the data bits of the downstream signal are found.
  • Detection of the bit rate is the frame identifier PSYNC within the downstream frame and its "stretched" Vari ⁇ significant (eg instead of 10110110 is 1100111100111100 used) to search.
  • the ONU receiver detects a half as large data rate. Requirement is is that the SENS ⁇ friendliness of the ONU receiver with the time required for the higher data rate higher bandwidth sufficient to achieve the required range without increasing the transmit power of the OLT.
  • the OLT is also replaced and the PON is operated at the higher downstream data rate.
  • the advantage is that the replacement of the subscriber line units ONUi can take place slowly, but the operation of the PON is interrupted during the conversion only for a few 100 ⁇ s.
  • a protection OLT with a higher downstream data rate is advantageously used, which can be upgraded without interrupting traffic ⁇ . Switching to this and thus to the higher downstream data rate is done with a protection switchover, which interrupts the operation only for a few 100 microseconds.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das in einem bidirektionalen Übertragungssystem mit Punkt-zu-Multipunkt-Verbindungen einen Betrieb mit unterschiedlichen Datenraten in einer und in beiden Übertragungsrichtungen erlaubt. In Downstream-Richtung werden von einer zentralen Netzeinheit (OLT) zu einer Vielzahl von Teilnehmer-Netzeinheiten (ONUl, 0NU2, ONUN) innerhalb von Downstream-Rahtnen jeweils Downstream-Signale (DS) mit mindestens zwei unterschiedlichen Bitraten übertragen. In Upstream-Richtung werden innerhalb von Upstream-Rahmen Upstream-Signale (US) mit mindestens zwei unterschiedlichen Bitraten übertragen. Die erfindungsgemäßen Realisierungen des mehrbitratigen Betriebs lassen sich insbesondere auf passive optische Netze anwenden, bei denen in Downstream-Richtung kontinuierlich Zeitmultiplex-Signale in Downstream-Rahmen und in Upstream-Richtung Bursts in Upstream-Rahmen übertragen werden. Dazu sind erfindungsgemäß nur geringfügige Änderungen der im Standard G. 984.3 angegebenen Rahmenstrukturen notwendig.

Description

Beschreibung / Description
Verfahren zur Übertragung von Signalen in Systemen mit Punkt- zu-Multipunkt-Verbindungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Signalen in Systemen mit Punkt-zu-Multipunkt-Verbindungen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die Netztopologie einer Punkt-zu-Multipunkt-Verbindung findet insbesondere Anwendung im Bereich der optischen Zugangsnetze, den so genannten „Access-Netzwerken" („access" engl, für Zugang) . Diese Zugangsnetze sind üblicherweise rein passiv ausgelegt und werden daher als PONs (engl, für „passive opti- cal network") bezeichnet. Kennzeichnend für ein PON ist, dass eine zentrale Vermittlungs- und Management-Einheit („optical line termination", abgekürzt OLT) , im Folgenden als optische zentrale Netzeinheit bezeichnet, zu/von mehreren optischen Teilnehmer-Netzeinheiten („optical network unit", abgekürzt ONU) gleichzeitig Daten überträgt/empfängt. Die Verbindung erfolgt dabei über einen optischen Sternkoppler (engl. „Splitter") mit dem Aufteilungsverhältnis 1:N (N = Anzahl der Teilnehmer) .
Der Datenfluss in einem PON erfolgt demnach in beiden Übertragungsrichtungen zwischen der zentralen Netzeinheit OLT als Netzabschluss auf der Seite des übergeordneten Netzes oder der Weitverkehrsstrecke und den zahlreichen Teilnehmer-Netzeinheiten als Netzabschlüsse auf der Teilnehmerseite. Der Signalfluss von der optischen zentralen Netzeinheit OLT zu den optischen Teilnehmer-Netzeinheiten Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi wird als Downstream bezeichnet. Die Übertragungs¬ richtung von der Teilnehmerseite zur OLT wird als Upstream bezeichnet. In Downstream-Richtung erfolgt die Übertragung in einem ersten „Wellenlängenkanal" im Zeitmultiplex-Broadcast- Mode als kontinuierlicher Datenstrom. In Upstream-Richtung erfolgt die Übertragung in einem zweiten Wellenlängenkanal im Zeitmultiplexbetrieb burstweise. Über festgelegte Übertra- gungsprotokolle teilt die OLT den Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi mit, wann gesendet darf. Der Aufbau der Übertragungspro¬ tokolle ist für PONs mit einer Bitrate im Gigabit-Bereich in dem ITU-T Standard G.984.3: „Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON) : Transmission convergence layer specifica- tion" festgelegt.
Die höchste zurzeit in dem genannten Standard definierte Datenrate beträgt 2,5 GBit/s. Netzbetreiber fordern jedoch eine Weiterentwicklung des Standards zu höheren Datenraten hin, um dem mit der Zeit stets wachsenden Bedarf nach größerer Bandbreite gerecht zu werden. Gerade in so genannten XL- PONs, die gegenüber bislang standardisierten PONs wesentlich verbesserte Teilnehmerzahlen erlauben, ist eine Erhöhung der Datenrate zu beispielsweise 10 GBit/s wichtig, um den einzel¬ nen Teilnehmern noch genügend Bandbreite für unterschiedliche Dienste garantieren zu können. Bei einer Änderung der Datenrate im PON ist es derzeit notwendig, alle Netzelemente aus¬ zutauschen. In dieser Zeit ist kein Betrieb des Netzes mög- lieh. Der Übergang zu höheren Datenraten ist demnach für einen Netzbetreiber sowohl mit hohen Kosten als auch mit großem organisatorischem Aufwand verbunden. Es wird daher nach Lösungen gesucht, den Betrieb von Systemen mit Punkt-zu- Multipunkt-Verbindungen flexibler zu gestalten, um den Wünschen der Netzbetreiber nachzukommen, eine Vielzahl von Diensten für unterschiedliche Teilnehmer anbieten zu können und um beispielsweise eine Aufrüstung eines solchen Systems zu höheren Datenraten hin zu erleichtern.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein im Hinblick auf unterschiedliche Dienste flexibleres Verfahren zur Übertra¬ gung von Signalen innerhalb eines Übertragungssystems mit Punkt-zu-Multipunkt-Verbindungen anzugeben .
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren vorgeschlagen, das in einem Übertragungssystem mit Punkt-zu-Multipunkt-Verbindungen einen Betrieb mit unterschiedlichen Datenraten erlaubt. In Downstream-Richtung werden von einer zentralen Netzeinheit zu einer Vielzahl von Teilnehmer-Netzeinheiten innerhalb von Downstream-Rahmen jeweils Downstream-Signale mit mindestens zwei unterschiedlichen Bitraten übertragen. In Upstream-Rich- tung werden innerhalb von Upstream-Rahmen Upstream-Signale mit mindestens zwei unterschiedlichen Bitraten übertragen. Der mehrbitratige Betrieb kann vorteilhaft unabhängig vonein¬ ander nur in eine Übertargungsrichtung (Downstream-Richtung oder Upstream-Richtung) erfolgen oder in beide Übertragungsrichtungen erfolgen.
Ein solcher Mischbetrieb beispielsweise innerhalb eines PONs bietet vielfache Vorteile. Die Aufrüstung eines PONs von einer ersten niedrigeren Datenrate zu einer zweiten höheren Datenrate wird wesentlich vereinfacht. Es ist möglich, ein Netz zunächst mit geringeren Datenraten aufzubauen und erst zu einem späteren Zeitpunkt eine Aufrüstung für höhere Band¬ breiten durchzuführen. Auch eine schrittweise Aufrüstung ist möglich. Betriebsunterbrechungen sind auf diese Weise nicht mehr notwendig. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Netzbetreiber wesentlich flexibler auf die Wünsche der Kunden eingehen kann. Benötigt ein Teilnehmer beispielsweise einen Dienst, für den vorteilhaft eine hohe Datenrate verwendet werden soll, so kann nun dieser Teilnehmer mit einer entsprechend geeigneten Netzeinheit ausgerüstet werden, unabhängig davon, mit welcher Datenrate die anderen Teilnehmer im PON ausgerüstet sind. Ein flexibler Betrieb eines PONs mit unter¬ schiedlichen Datenraten birgt demnach wirtschaftlich vielfache Vorteile.
In zwei Ausführungsvarianten wird ein mehrratiger Betrieb innerhalb eines Übertragungssystems mit Punkt-zu-Multipunkt- Verbindungen nur in einer Übertragungsrichtung angegeben, während in der anderen Übertragungsrichtung die Signale nur mit einer Bitrate übertragen werden. Diese Variante eines Mischbetriebs ist insbesondere im Zusammenhang mit einer schrittweisen Aufrüstung eines bidirektionalen Übertragungssystems vorteilhaft.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird der Mischbe¬ trieb in Downstream-Richtung derart realisiert, dass die zentrale Netzeinheit den Downstream-Rahmen in mindestens zwei Zeitblöcke aufteilt, in denen jeweils die Downstream-Signale einer übertragen werden. Jede Teilnehmer-Netzeinheit erkennt anhand einer innerhalb jedes Zeitblocks übermittelten Syn¬ chronisationsinformation selbständig die Downstream-Signale der jeweiligen Bitrate. Auf diese Weise wird das Übertra¬ gungsformat geringfügig erweitert. Änderungen des Downstream- Rahmens müssen insbesondere im Hinblick auf die Empfänger der Teilnehmer-Netzeinheiten vorgenommen werden. Den Empfängern der Teilnehmer-Netzeinheiten muss mittels einer Synchronisationsinformation signalisiert werden, wann ein neuer Zeitblock beginnt, so dass er sich auf die entsprechende Bitrate einstellen kann.
In einem passiven optischen Netz wird der Mischbetrieb in Downstream-Richtung vorteilhaft dadurch realisiert, dass jeder Zeitblock über einen Steuerblock mit einem Synchronisationsfeld verfügt. Das Synchronisationsfeld enthält in eige- nen Feldern vorgegebene Bitfolgen, die einem Empfänger einer Teilnehmer-Netzeinheit zur Erkennung der jeweiligen Bitrate dienen, so dass sich der Empfänger auf die Downstream-Signale einer bestimmten Bitrate aufsynchronisieren kann. Ferner enthält das Synchronisationsfeld Zeiger für die Lage des Zeit- blocks innerhalb des Downstream-Rahmens oder die Lage des Zeitblocks im Vergleich zu einem Zeitblock eines folgenden Downstream-Rahmens. Diese Zeitangaben werden vorteilhaft bitratenunabhängig gestaltet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante wird der Mischbetrieb in Upstream-Richtung derart realisiert, dass zentralen Netzeinheit innerhalb des Downstream-Rahmens den Teilnehmer-Netzeinheiten eine Bitrateninformation mitteilt und dass jede Teilnehmer-Netzeinheit die Upstream-Signale mit diesen zuvor zugewiesenen Bitraten aussendet. Damit steuert die zentrale Netzeinheit auch den Mischbetrieb in Upstream- Richtung. Jedes Upstream-Signal kann mit einer anderen Bit- rate übertragen werden, so dass innerhalb des Übertragungs¬ systems maximale Flexibilität erreicht wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante wird der Mischbetrieb in Upstream-Richtung für ein passives optisches Netz realisiert. Dabei ist zu beachten, dass vor Inbetrieb¬ nahme des PONs die zentrale Netzeinheit zuerst den Upstream- Rahmen derart konfiguriert, dass anschließend jede Teilneh¬ mer-Netzeinheit an die zentrale Netzeinheit neben einer Seriennummer ihre Bitrateninformation übermitteln kann. Dabei legt die zentrale Netzeinheit in einem PLOAMd-FeId des
Steuerblocks des Downstream-Rahmens die Länge der Präamble des Upstream-Overheads bitratenunabhängig fest, so dass diese für jede Bitrate annähernd gleich lang ist. Jede der Teilneh¬ mer-Netzeinheiten meldet innerhalb eines PLOAMu-Feldes des Steuerblocks des Upstream-Rahmens ihre Seriennummer und ihre von der Sendeeinheit unterstützte Bitrate. Während des PON- Betriebs weist die zentrale Netzeinheit jeder Teilnehmerein¬ heit vorzugsweise innerhalb der Bandbreitenzuteilungsstruktur des Steuerblocks des Downstream-Rahmens die Bitrate für jedes Upstream-Signal, d.h. jeden Burst zu, wobei die Start- und Stopzeiger des Bursts mit bitratenunabhängigen Zeitwerten angegeben werden. Auf diese Weise wird vorteilhaft durch eine geringfügige Erweiterung des Standards G.984.5 ein mehrbitra- tiger Betrieb Upstream-Richtung erreicht.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Beschreibung der Erfindung erfolgt in Anlehnung an den Standard G.984.5 und unter Zuhilfenahme der Figuren. Es zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines passiven optischen Netzes in Verbindung mit Skizzen der Rahmenstruktu- ren des Upstream- und Downstream-Signals
Fig. 2 eine Skizze der erfindungsgemäßen Downstream- Rahmenstruktur
In Fig. 1 ist in einem Blockschaltbild der prinzipielle Auf- bau eines PONs illustriert. Das PON dient hier als Beispiel für ein bidirektionales Übertragungssytem mit Punkt-zu-Multi- punktVerbindung . In Downstream-Richtung werden kontinuierlich Zeitmultiplex-Signale (im Folgenden auch als Downstream- Signale DS bezeichnet) von einer zentralen Netzeinheit OLT zu einer Vielzahl von Teilnehmer-Netzeinheiten ONUl, 0NU2, ...
ONUN übertragen. In Upstream-Richtung erfolgt die Signalübertragung im Burstbetrieb von den Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi (i = 1,2, ...N) zu der zentralen Netzeinheit. Um eine fehlerlose Übertragung der optischen Downstream-Signale und der Bursts (im Folgenden auch als Upstream-Signale US bezeichnet) zu gewährleisten, werden Übertragungsprotokolle nach dem Standard G.984.3 verwendet. Bei den Übertragungsprotokollen handelt es sich um Datenrahmen, die sich im Wesentlichen in zwei Teile untergliedern: einen ersten Header-Teil mit Steuerungsinformationen und einen Payload-Teil, der die eigentliche Nutzlast enthält. Es wird zwischen Upstream-Rah- men und Downstream-Rahmen unterschieden, wobei die Downstream-Signale kontinuierlich innerhalb der Downstream- Rahmen und die Upstream-Signale innerhalb der Upstream- Signale übertragen werden. Beide Rahmen sind 125 μs lang. Der genaue Aufbau der Upstream- und Downstream-Rahmen ist Kap. 8 des Standards G.984.3 zu entnehmen. In Fig. 1 sind nur die für die Erfindung relevanten Rahmenstrukturen gezeigt.
In Downstream-Richtung sendet die OLT kontinuierlich
Downstream-Signale im Format der Downstream-Rahmen an alle ONUi aus. Der Header oder Steuerblock PCBd (PCDd = Physical Control Block downstream) jedes Downstream-Rahmens enthält unterschiedliche Felder. In Fig. 1 ist nur eine Auswahl dieser im Standard G.984.3 definierten Felder angegeben. Das erste Feld innerhalb des Steuerblocks PSync (=Physical Syn- chronization field) dient zur Synchronisation der Teilnehmer- Netzeinheit ONU auf die Datenrate der von der zentralen Netz¬ einheit OLT ausgesendeten Downstream-Signale . Die Logik-Ein¬ heit jeder ONU kann die in PSync angegebene Bitfolge nutzen, um den Anfang des Downstream-Rahmens festzustellen und um sich auf die empfangende Datenrate aufzusynchronisieren . Das Feld PLOAMd (=Physical Layer Operations Administration Main- tenance downstream) stellt Informationen über das PON-Manage- ment in Downstream-Richtung zur Verfügung. Über das Feld US BW map (=Upstream bandwidth map) werden der Teilnehmer Netzeinheit ONU Steuerbefehle für die Aussendung der Burst- Signale in Upstream-Richtung zugewiesen. Für jede Teilnehmer Netzeinheit (ONUl bis ONUN) eines Netzzugangs (Access 1 bis Access N) werden innerhalb des Feldes US BW map Informationen über die Burstlänge, Burstanfang und Bürstende usw. übermit¬ telt.
In Upstream-Richtung werden die Burst-Signale der Teilnehmer- Netzeinheiten ONUi in die Upstream-Rahmen gepackt. In den in Fig. 1 skizzierten Upstream-Rahmen sind beispielsweise Steuerinformationen und Nutzlast der ONUl und 0NU2 enthalten. Die Anordnung oder Zuweisung dieser Daten, wurde den Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi mittels der BW map im Downstream- Rahmen von der OLT mitgeteilt. Während einer Burst-Übertra- gung einer ONU (hier beispielsweise ONUl) kann die ONU bis zu vier Typen von Steuerinformationen im Header übertragen. Dazu gehören u.a. die Felder PLOu (=Physical Layer overhead upstream) und PLOAM (=Physical Layer Operations, administration and management upstream) .
Erfindungsgemäß kann ein Betrieb mit unterschiedlichen Daten- raten in beiden Übertragungsrichtungen erfolgen, d.h. dass die zentrale Netzeinheit OLT sowohl Signale mit einer ersten als auch mindestens einer zweiten Datenrate senden und empfangen kann und die Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi eben- falls für mindestens zwei Datenraten ausgelegt sind und sowohl Signale mit einer ersten als auch Signale mit mindes¬ tens einer zweiten Datenrate senden und empfangen können. Erfindungsgemäß soll aber auch ein Betrieb mit unterschiedli- chen Datenraten für nur eine Übertragungsrichtung möglich sein, d.h. dass unabhängig voneinander die Sende- und Empfangseinheiten in nur einer Richtung aufeinander abgestimmt sind. Ein Mischbetrieb in Upstream-Richtung würde dem¬ nach bedeuten, dass die Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi Signale mit unterschiedlichen Datenraten senden und die zentrale
Netzeinheit OLT Signale mit diesen unterschiedlichen Datenra¬ ten empfängt. In diesem Fall könnte der Downstream-Betrieb mit nur einer Datenrate erfolgen. Ein Mischbetrieb in Downstream-Richtung würde bedeuten, dass die zentrale Netz- einheit Signale mit unterschiedlichen Datenraten sendet, während die Teilnehmer-Netzeinheiten nur Signale mit diesen unterschiedlichen Datenraten empfangen können. Der Einfachheit wegen wird der mehrbitratige Betrieb im Folgenden für jede Übertragungsrichtung getrennt beschrieben. Die folgenden Beispiele sind vorzugsweise auf passive optische Netze bezo¬ gen, sind aber grundsätzlich auch auf andere Übertragungssys¬ teme mit Punkt-zu-Multipunkt-Verbindungen erweiterbar.
Es soll zuerst ein Betrieb mit unterschiedlichen Datenraten in Upstream-Richtung betrachtet werden.
Dieser Fall tritt beispielsweise ein, wenn eine Aufrüstung der Upstream-Bitrate in einem PON erfolgen soll. In diesem Beispiel wird zunächst die zentrale Netzeinheit OLT durch eine Version ersetzt, die zusätzlich zu Signalen mit einer ersten aktuellen Bitrate auch Signale mit einer zweiten höheren Bitrate empfangen kann. Anschließend werden eine, mehrere oder alle Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi gegen solche ausgetauscht, die entweder nur die höhere Bitrate unterstützen oder entsprechend der OLT eine zweite oder mehrere Bitraten unterstützen. Prinzipiell braucht nur die OLT für mehrere Bitraten und eine ONU für die im Folgenden beschriebenen Übertragungsprotokolle ausgelegt sein. Alle anderen Teilneh- mer-Netzeinheiten ONUi können nach wie vor dem Standard entsprechen .
Nach dem Austausch der Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi müssen diese zuerst notwendige Steuerinformationen bezüglich der von ihnen unterstützten Datenraten der OLT melden. Dies geschieht üblicherweise während der Betriebsaufnahme, und wird auch als „Serial Number Acquisition" bezeichnet. Der Meldungssprozess der Seriennummer der ONU wird von der OLT kontrolliert. Die Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi antworten auf Nachrichten, die von der OLT initialisiert oder veranlasst wurden. Damit eine Meldung einer ONU korrekt erfolgt, konfiguriert die OLT zu¬ erst über den Downstream-Rahmen den Upstream-Rahmen aller Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi. Dazu verwendet die OLT das PLOAMd-FeId im Steuerteil PCDd des Downstream-Rahmens . Das PLOAM-FeId existiert sowohl im Upstream- als auch im Downstream-Rahmen und stellt Informationen über das PON-Mana- gement wie z.B. den Ablauf des Ranging oder die Aktivierung einer ONU zur Verfügung. Innerhalb des PLOAMd-Feldes exis- tiert eine so genannte Downstream-Nachricht Upstream-
Overhead, die den Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi unter anderem mitteilt, welche Anzahl von Preamble-Bytes oder -Bits in Upstream-Richtung verwendet werden soll. Diese Nachricht wird (in der Regel) per Broadcast an alle Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi gesendet. Die Präambel ist eine Bitfolge zu Beginn eines Bursts, der von einer ONU gesendet wird, und befindet sich innerhalb des PLOu-Feldes (PLOu = Physical Layer Overhead upstream) des Upstream-Rahmens . Die Präambel dient dazu, dass sich der Empfänger der OLT auf die Datenrate und Amplitude des Upstream-Bursts einstellen kann. Somit ist eine Adaptie¬ rung auf unterschiedliche Signalstärken und Phasenlagen gegeben. Die Festlegung der Präambellänge innerhalb der Upstream- Overhead-Nachricht erfolgt im Standard G.984.3 in Bits der jeweiligen Upstreamdatenrate, d.h. die zeitliche Länge ist bitratenabhängig bei gleichen Werten. Erfindungsgemäß soll die Definition der zeitlichen Länge der Präambel für einen Burst bitratenunabhängig erfolgen. Bei einer Angabe der Präambel in Bits würde eine ONU, die eine höhere Bitrate unterstützt eine kürzere Präambel senden, d.h. die Adaptions¬ zeit würde mit steigender Bitrate abnehmen. Dies wäre unvor¬ teilhaft, weil der Empfänger einer OLT eine bestimmte Zeit¬ dauer braucht, um sich auf die Bitrate zu synchronisieren. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Präambel bitratenunabhängig zeitlich gleich lang zu definieren, da die Adaptionsdauer eines Burstmode-Empfängers auf neue Amplitu¬ denwerte zumeist nicht mit der Übertragungsbitrate steigt. Erfindungsgemäß werden nun die Werte in der Upstream- Overhead-Nachricht des PLOAMd-Feldes des Downstream-Rahmens als Zeitwerte definiert. Die Einheit für die in den Upstream- Overhead-Nachrichten angegebenen Zeitwerte beträgt beispielsweise (1/2488) μs, das entspricht der Übertragungsdauer eines Bits bei 2488 MBit/s.
In einem geplanten Amendment des Standards G.984.3 ist inner¬ halb des PLOAMd-Feldes des Downstream-Rahmens zusätzlich zur Downstream-Nachricht Upstream-Overhead eine Downstream-Nach- richt „Extended Burst Length" vorgesehen. Auch bei Verwendung dieser Extended Burst Length Nachricht wird die Präambel erfindungsgemäß bitratenunabhängig zeitlich gleich lang definiert .
Nach der Konfiguration der Präambel eines Bursts meldet eine neu hinzugefügte ONU ihre Seriennummer der zentralen Netzeinheit OLT. Dazu verwendet die ONU beispielsweise die nied¬ rigste von ihr unterstützte Bitrate oder in einem anderen Beispiel mehrere von ihr unterstützte Bitraten in aufeinander folgenden PLOAMu-Nachrichten . Neben der Seriennummer soll erfindungsgemäß auch die von der ONU unterstützten Bitraten der OLT mitgeteilt werden. Dies kann beispielsweise durch ein geeignetes Schema von Seriennummern innerhalb des PLOAMu- Feldes mit der Upstream-Nachricht Serial_number_ONU erfolgen oder durch eine zusätzliche neu zu definierende Upstream- Nachricht des PLOAMu-Feldes, die in der Initialisierungsphase der ONU der Nachricht Serial_number_ONU nachfolgt. Die OLT extrahiert anschließend die Seriennummer und Bitraten einer ONU und ist nun, basierend auf dieser Information, bereit, während des PON-Betriebs weitere Nachrichten von der ONU zu empfangen .
Während des PON-Betriebs ist die OLT nun in der Lage, jeder ONU für jeden Burst in Upstream-Richtung die zu benutzende Bitrate zuzuweisen. Dazu werden innerhalb des Downstream- Rahmens innerhalb der Bandbreitenzuteilungsstruktur Upstream BW map die Felder Flags, SStart und SStop gegenüber dem Standard G.984.3 neu belegt. Bei den Feldern SStart und SStop handelt es sich um die Start- und Stopzeiger, die die Lage der Upstream-Zeitschlitze (Bursts) im Upstream-Rahmen ange¬ ben. Das Flags-Feld hat die Aufgabe, bestimmte Nachrichten oder Übertragungsbitfolgen der ONU auszulösen oder die Upstream-Übertragungsmethode der ONU (mit/ohne Forward Error Correction FEC) zu steuern. All diese Einstellungen gelten jeweils nur für den innerhalb des BW map-Eintrags definierten Bursts .
Zusätzlich zu den im Standard G.984.3 definierten Aufgaben soll erfindungsgemäß im Flags-Feld die Festlegung der
Upstream-Datenrate erfolgen. Die Angaben der Start- und Stop¬ zeiger soll erfindungsgemäß bitratenunabhängig erfolgen. In der derzeitigen Standard-Version G.984.3 werden die Start- und Stopzeiger in Bytes des Upstream-Rahmens angegeben. Der Upstream-Rahmen ist stets 125 μs lang. Werden die Zeiger in Bytes angegeben, so hängt bei gleichen Werten die zeitliche Lage der Bursts im Upstream-Rahmen von der Bitrate ab. So ist der Upstream-Rahmen 19440 Bytes lang in einem PON-System mit einer Datenrate von 1,24416 GBit/s und 38880 Bytes lang in einem PON-System mit einer Datenrate von 2,48832 GBit/s. Dies bedeutet, dass die für gleiche Zeitpunkte erforderlichen Werte der Zeiger mit der Bitrate variieren. Gemäß dieser Erfindung soll die Angabe der Start- und Stoppzeiten eines Bursts nicht mehr in Bytes des Upstream-Rahmens und somit in Abhängigkeit von der aktuellen Bitrate erfolgen sondern bitratenunabhängig in Zeitwerten. Eine Einheit für die Angabe der Burstposition oder auch der zugewiesenen Zeitschlitze beträgt in diesem Fall beispielsweise (8/2488) μs, das ent¬ spricht der Übertragungsdauer eines Bytes bei 2488 MBit/s.
Aus einer bitratenunabhängigen Angabe von Zeitpunkten inner- halb des Upstream-Rahmens folgt vorteilhaft, dass die OLT für gleiche Zeitpunkte gleiche Werte in die BW-Map einsetzen kann, wobei die OLT die Zeitwerte innerhalb eines Upstream- Rahmens immer derart wählt, dass Burst-Kollisionen ausge¬ schlossen sind. Des Weiteren müssen die SStart und SStop-Fel- der innerhalb des Feldes BW-Map des Downstream-Rahmens nicht vergrößert werden, wenn mit wachsenden Bitraten die im Standard G.984.3 verwendeten Zeitangaben in Bytes über die maximal mögliche Länge von 65635 Bytes hinausgeht. (Die Felder für Start- und Stopzeiger sind gemäß Standard G.984.3 gerade 16 Bit lang, d.h. ein maximal darstellbarer Wert entspricht 2Λ16=65635) .
Im Folgenden soll ein Betrieb mit verschiedenen Datenraten in Downstream-Richtung betrachtet werden. Dabei wird zunächst der Fall betrachtet, dass zunächst die zentrale Netzeinheit OLT gegen eine Variante ausgetauscht wird, die sowohl Downstream-Signale einer ersten als auch mindestens Downstream-Signale einer zweiten Datenrate senden kann. In diesem Fall müssen auch die Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi ge- genüber dem Standard erweiterte Übertragungsprotokolle unter¬ stützen können und der Downstream-Rahmen muss verändert werden .
Gemäß dem Standard G.984.3 ist das Downstream-Signal ein kon- tinuierlicher Bitstrom. Die Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi synchronisieren sich auf den Downstream-Rahmen auf, indem sie das periodisch und rahmensynchron gesendete Rahmenkennwort PSync (PSync = Physical synchronization field) suchen und an¬ schließend weitere Rahmenkennwörter jeweils im Rahmenabstand. Gemäß dem Standard befindet sich das PSync-Feld am Beginn je¬ des Downstream-Rahmens zu Beginn des PCDd-Steuerfeldes . Es ist daher erforderlich, dass die Empfänger in den Teilnehmer- Netzeinheiten ONUi kontinuierlich auf das Downstream-Signal synchronisiert bleiben, um den Rahmenbeginn auszählen zu können .
Soll ein Betrieb mit verschiedenen Datenraten in Downstream- Richtung unterstützt werden und damit mehrere Bitraten von einer Teilnehmer-Netzeinheit ONU ausgelesen werden, muss sich die ONU auf die jeweils von der OLT verwendete Bitrate auf¬ synchronisieren. Erfindungsgemäß - wie in Fig. 2 dargestellt - unterteilt dazu die OLT den Downstream-Rahmen in zwei oder mehrere Zeitblöcke oder Zeitspannen und sendet innerhalb dieser Zeitspannen mit unterschiedlichen Bitraten. In Fig. 2 ist eine erste Datenrate als Bitrate a und eine zweite Daten¬ rate als Bitrate b gekennzeichnet. Alternativ ist auch eine Änderung der Bitrate von Rahmen zu Rahmen möglich. Erkennt allerdings der Empfänger einer ONU den Downstream-Rahmen nicht, weil er beispielsweise nicht für die höhere Downstream-Bitrate des aktuellen Zeitblocks geeignet ist, wirkt sich das empfangene Signal auf die CDR-Einheit (CDR=Clock and Date Recovery) des Empfängers wie Rauschen aus, aus dem keine Phaseninformation extrahierbar ist.
Dadurch werden Empfänger, die nicht für die höhere Bitrate ausgelegt sind, in den Abschnitten mit höherer Bitrate die Synchronisation verlieren, sobald die zur Synchronisation notwendige Zeitspanne des Empfängers (beispielsweise einige Tausend Bits) überschritten ist. Daher wird erfindungsgemäß jedem der Zeitblöcke, innerhalb der die OLT mit unterschied¬ lichen Datenraten sendet, ein in Fig. 2 als PSyncBa und PSyncBb bezeichnetes eigenes Synchronisationsfeld vorange¬ stellt, das dafür sorgt, dass ein Empfänger Abschnitte mit höherer Bitrate erkennt. Ein Scrambler gemäß Abschnitt 8.1.2. des Standards G.984.3 arbeitet in jedem Zeitblock individu¬ ell.
Alle Zeitblöcke gemäß der Erfindung sind gleich aufgebaut. Der Aufbau eines Zeitblocks Ba ist in Fig. 2 verdeutlicht. Demnach behält jeder Zeitblock Ba die Struktur eines Downstream-Rahmens gemäß Standard G.984.3 bei, d.h. jeder Zeitblock Ba besteht aus einem eigenen Steuerblock Physical Control Block PCDd und einem Payload-Teil . Die Struktur des PCDd-Teils eines Zeitblocks stimmt ebenfalls mit der eines Downstream-Rahmens überein, mit Ausnahme des 4 Bytes langen PSync-Feldes . Dieses Synchronisationsfeld PSyncBa soll erfin- dungsgemäß ein Präambel-Feld P, ein so genanntes Synchronisa¬ tionswort SW und zwei weitere Felder Fl und F2 enthalten. Letztere stellen eine Art - Stop- und Startzeiger für die zeitliche Position des betrachteten Zeitblocks auch im Hinblick auf einen folgenden Zeitblock dar.
Die Präambel P eines Zeitblocks eines Downstream-Rahmens erfüllt die gleiche Funktion wie die Präambel des PLOu-Feldes des Upstream-Rahmens . Die Präambel P erlaubt dem ONU-Empfän- ger, sich in jedem Block des Downstream-Rahmens neu zu syn- chronisieren . Nach einem eventuellen Verlust der Phase des Downstream-Signals in den Abschnitten höherer Bitrate soll sich der Empfänger wieder auf die Phasenlage eines neuen Abschnitts des Downstream-Signals mit für ihn verarbeitbarer Bitrate einzustellen. Das ist notwendig, damit die ONU das folgende Synchronisationswort SW erkennen und anhand dessen wieder ihre Synchronität mit dem Downstream-Rahmen herstellen kann. Eine Adaptierung auf die Signalamplitude ist im Downstream-Betrieb nicht notwendig, da es sich um ein konti¬ nuierliches Signal handelt. Die Präambel P kann eine variable Länge besitzen. Sie kann während des Betriebs von der OLT geändert werden. Die Länge der Präambel P richtet sich nach den Erfordernissen der angeschlossenen Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi. Die OLT erkennt die Erfordernisse jeder ONU auf¬ grund der zuvor übermittelten Seriennummer oder aufgrund einer die ONU-Eigenschaften angebenden PLOAM-Nachricht (siehe Mischbetrieb in Upstream-Richtung) . Erfolgt die Takt- und Datenrückgewinnung am ONU-Eingang mittels Überabtaktung, Speicherung der Abtastwerte und nachträglicher Entscheidung der Phasenlage des Empfangssignals wie in einer älteren Anmeldung angegeben ist, so ist keine Präambel erforderlich und die Präambellänge kann gleich null gesetzt werden. Bei dem Synchronisationswort SW handelt es sich im Prinzip um ein „Zeitblock-Rahmenkennwort", das jetzt erfindungsgemäß nicht nur am Beginn jedes Downstream-Rahmens sondern am Beginn jedes Zeitblocks hinter der Präambel P eingesetzt wird. Die Funktionsweise dieses Synchronisationswortes SW entspricht dem Delimiter des PLOu-Feldes des Upstream- Rahmens . Das Synchronisationswort SW enthält ein definiertes Muster einer Bitfolge, das von der ONU erkannt werden muss, um genaue Zeitblockpositionen feststellen zu können. Die Syn- chronisierung des Empfängers muss mittels dieses Synchronisa¬ tionswortes erfolgen und abgeschlossen werden. Der Empfänger kann hier nicht auf das nochmalige Auftreten eines Synchronisationswortes im nächsten Zeitblock oder Rahmen warten.
Die beiden dem Synchronisationswort SW folgenden Felder Fl und F2 fungieren als Zeiger für die Lage des Zeitblocks in¬ nerhalb eines Downstream-Rahmens oder im Vergleich zu einem anderen Zeitblock, der mit der gleichen Datenrate gesendet wird. Das Feld Fl enthält die Länge des aktuellen Zeitblocks. Es soll verhindern, dass der Empfänger versucht, auch nach
Ende des Zeitblocks Daten zu lesen, die aber wegen der geänderten Bitrate nicht erkennbar sind. Das Feld F2 enthält den Abstand zum Beginn des nächsten Zeitblocks gleicher Bitrate oder dessen Differenz zu einer vollen Rahmenlänge. Durch das Feld F2 wird vorteilhaft eine Änderung der Aufteilung der
Zeitblöcke auf den Downstream-Rahmen ermöglich ohne dass die Zeitblocksynchronisation verloren geht. Ohne diese informa- tion würde der Empfänger den Beginn des nächsten für ihn bestimmten Zeitblocks in genau einem Rahmen vermuten und bei einer Änderung erst den Synchronisationsverlust erkennen und eine neue Synchronisationswortsuche starten, was zu erhebli¬ chen Datenverlusten führen würde. Die werte in den Feldern Fl und F2 werden vorteilhaft wie bei den BW-Map-Zeigern SStart und SStop bitratenunabhängig angegeben, um zu vermeiden, dass bei Erhöhungen der Bitrate die Größe der Felder nicht mehr ausreicht . Im Gegensatz zum Mischbetrieb in Upstream-Richtung funktioniert der beschriebene Mischbetrieb in Downstream-Richtung nur, wenn nach Austausch der zentralen Netzeinheit OLT auch die Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi die gegenüber dem Standard erweiterten Übertragungsprotokolle unterstützen können. Dann ist es unerheblich, ob eine ONU nur eine erste niedrigere Bitrate oder nur eine zweite höhere Bitrate oder beide Bitra¬ ten unterstützt, da durch die angegebene Konfiguration des Downstream-Rahmens sich jede ONU auf die Bitrate aufsynchro- nisiert, welche sie unterstützen kann. Befindet sich jedoch noch eine ONU gemäß Standard im Netz, so würde diese dem neuen Betriebsmodus mit Phasen einer höheren Bitrate nicht folgen können und den Anschluss an den Betrieb verlieren. Sind alle Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi in der Lage das gegenüber dem Standard erweiterte Übertragungsprotokoll zu unterstützen, so ist es sofort möglich, eine höhere Datenrate zu nutzen, wenn beispielsweise eine Aufrüstung des PON- Betriebs auf eine höhere Datenrate vorgesehen ist.
Im Folgenden wird der Fall eines Mischbetriebs in Downstream- Richtung beschrieben, wenn zunächst die Teilnehmer-Netzeinheiten Teilnehmer-Netzeinheiten ONUi mit einem Empfangsteil ausgerüstet werden, welches sowohl die gerade verwendete niedrige Bitrate als auch die höhere Bitrate unterstützt, und die zentrale Netzeinheit OLT noch gemäß dem Standard mit nur einer Datenrate arbeitet. In diesem Fall kann der Betrieb bei der niedrigeren Bitrate einfach fortgesetzt werden, ohne dass der Downstream-Rahmen verändert wird. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die höhere Bitrate ein ganzzahliges Viel- faches der niedrigeren Bitrate ist. Dann kann sich die CDR oder PLL des optischen Empfangsmoduls höherer Bitrate auch auf die niedrigere Bitrate aufsynchronisieren, da die zur Taktregenerierung benötigte Phaseninformation auch in den Bitwechseln des langsameren Signals enthalten ist. Der ONU- Empfänger wird das langsamere Signal mit seiner Bitrate abtakten und in einer nachfolgenden Analyse die Downstream- bitrate des Signals beispielsweise durch eine Analyse der mittleren Bitwechselfrequenz bestimmen. Durch diese Überab- taktung wird jeder Signalwert als eine Folge gleicher Bits gelesen und in einer folgenden Auswertung beispielsweise mittels Mehrheitsentscheid oder Suche nach optimalen (d.h. fehlerminimierenden) Bitpositionen werden die Datenbits des Downstream-Signals gefunden. Eine weitere Möglichkeit zur
Erkennung der Bitrate besteht darin, das Rahmenkennwort PSync innerhalb des Downstream-Rahmens und dessen „gedehnte" Vari¬ anten (z.B. statt 10110110 wird 1100111100111100 verwendet) zu suchen. Auf diese Weise erkennt der ONU-Empfänger eine halb so große Datenrate. Voraussetzung ist, dass die Empfind¬ lichkeit des ONU-Empfängers auch mit der für die höhere Datenrate erforderlichen höheren Bandbreite ausreichend ist, um ohne Erhöhung der Sendeleistung der OLT die benötigte Reichweite zu erzielen.
Sind bei dieser Variante des Mischbetriebs alle Teilnehmer- Netzeinheiten ONUi ausgetauscht, wird auch die OLT ersetzt und das PON mit der höheren Downstream-Datenrate betrieben. Der Vorteil liegt darin, dass der Austausch der Teilnehmer- Netzeinheiten ONUi langsam erfolgen kann, der Betrieb des PON aber bei der Umrüstung nur für wenige 100 μs unterbrochen wird. Dazu wird vorteilhafterweise eine Protection-OLT mit höherer Downstream-Datenrate verwendet, die ohne Verkehrs¬ unterbrechung hochgerüstet werden kann. Die Umschaltung auf diese und damit auf die höhere Downstream-Datenrate erfolgt mit einer Protection-Umschaltung, die den Betrieb nur für wenige 100 μs unterbricht.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Übertragung von Signalen in Systemen mit Punkt-zu-Multipunkt-Verbindungen, wobei von einer zentralen Netzeinheit (OLT) Downstream-Signale (DS) in Downstream- Richtung zu einer Vielzahl von Teilnehmer-Netzeinheiten (ONUl, ONU2, ...ONUN) übertragen werden und von den Teilnehmer-Netzeinheiten (ONUl, ONU2, ...ONUN) Upstream-Signale (US) in Upstream-Richtung zu der zentralen Netzeinheit (OLT) über- tragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass in Downstream-Richtung innerhalb von Downstream-Rahmen jeweils Downstream-Signale (DS) mit mindestens zwei unter¬ schiedlichen Bitraten übertragen werden und/oder dass in Upstream-Richtung innerhalb von Upstream-Rahmen Upstream-Signale (US) mit mindestens zwei unterschiedlichen Bitraten übertragen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Downstream-Richtung innerhalb von Downstream-Rahmen jeweils Downstream-Signale (DS) mit mindestens zwei unter¬ schiedlichen Bitraten übertragen werden und in Upstream-Richtung innerhalb von Upstream-Rahmen
Upstream-Signale (US) mit einer Bitrate übertragen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Upstream-Richtung innerhalb von Upstream-Rahmen
Upstream-Signale (US) mit mindestens zwei unterschiedlichen
Bitraten übertragen werden und in Downstream-Richtung innerhalb von Downstream-Rahmen
Downstream-Signale (US) mit einer Bitrate übertragen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Downstream-Richtung die zentrale Netzeinheit (OLT) den Downstream-Rahmen in mindestens zwei Zeitblöcke (Ba, Bb) aufteilt, wobei innerhalb des ersten Zeitblocks (Ba) die
Downstream-Signale einer ersten Bitrate (DSl) übertragen wer¬ den und innerhalb des zweiten Zeitblocks (Bb) die Downstream- Signale einer zweiten Bitrate (DS2) übertragen werden und dass jede Teilnehmer-Netzeinheit (ONUl, 0NU2, ...ONUN) anhand einer innerhalb jedes Zeitblocks (Ba, Bb) übermittelten Syn¬ chronisationsinformation die Downstream-Signale der ersten Bitrate (DSl) oder die Downstream-Signale der zweiten Bitrate (DS2) erkennt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge jedes Zeitblocks (Ba, Bb) variabel ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem passiven optischen Netz innerhalb des Downstream-Rahmens jeder Zeitblock (Ba, Bb) innerhalb eines Steuerblocks über ein Synchronisationsfeld (PsyncBa, PSyncBb) verfügt, dass das Synchronisationsfeld (PsyncBa, PSyncBb) mindestens vier Felder umfasst, wobei
- das erste Feld eine Präambel (P) umfasst, die einem Emp¬ fänger der Teilnehmer-Netzeinheit (ONU) zur Erkennung der jeweiligen Bitrate dient, - das zweite Feld ein Synchronisationswort (SW) umfasst, das zur Synchronisation des Empfängers der Teilnehmer- Netzeinheit (ONU) auf die jeweilige Bitrate dient,
- das dritte (Fl) und vierte Feld (F2) als Zeiger für die Lage des Zeitblocks innerhalb des Downstream-Rahmens oder im Vergleich zu einem Zeitblock eines folgenden Downstream-Rahmens dienen und die Werte innerhalb der Felder (Fl) und (F2) bitratenunabhängig angegeben werden .
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Downstream-Richtung die zentrale Netzeinheit (OLT) die Downstream-Signale der ersten Bitrate (DSl) innerhalb eines ersten Downstream-Rahmens sendet und die Downstream- Signale der ersten Bitrate (DS2) innerhalb eines zweiten Downstream-Rahmens sendet und dass jede Teilnehmer-Netzeinheit (ONUl, ONU2, ...ONUN) anhand einer innerhalb jedes Downstream-Rahmens übermittelten Syn¬ chronisationsinformation die Downstream-Signale der ersten Bitrate (DSl) oder die Downstream-Signale der zweiten Bitrate (DS2) erkennt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Upstream-Richtung von den Teilnehmer-Netzeinheiten (ONUl, ONU2, ...ONUN) die Upstream-Signale mit zuvor von der zentralen Netzeinheit (OLT) innerhalb des Downstream-Rahmens zugewiesenen Bitraten übertragen werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor Inbetriebnahme die zentrale Netzeinheit (OLT) mittels der Downstream-Signale innerhalb des Downstream-Rahmens den Upstream-Rahmen konfigu¬ riert, indem eine Synchronisationsinformation für jede Bitrate annähernd gleich lang eingestellt wird, dass anschließend jede Teilnehmer-Netzeinheit (ONUl, ONU2, ...ONUN) an die zentrale Netzeinheit (OLT) neben einer Seriennummer ihre Bitrateninformation übermittelt, welche die Bitrate angibt, für die ihre Sendeeinheit ausgebildet ist, und dass im Betrieb die zentrale Netzeinheit (OLT) innerhalb des Downstream- Rahmens jedem von den Teilnehmer-Netzeinheiten (ONUl, 0NU2, ...ONUN) ausgesendetem Upstream-Signal die zuvor übermittelte Bitrate zuweist, indem innerhalb des Upstream-Rahmens die Zeitangaben des Upstream-Signals mit bitratenunabhängigen Werten belegt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem passiven optischen Netz vor Inbetriebnahme die zentrale Netzeinheit (OLT) in einem PLOAMd-FeId des Steuerblocks (PCDd) des Downstream-Rahmens die Länge der
Präamble des Upstream-Overheads bitratenunabhängig festlegt und für jede Bitrate annähernd gleich lang einstellt, dass jede der Teilnehmer-Netzeinheiten (ONUl, ONU2, ...ONUN) neben ihrer Seriennummer ihre von der Sendeeinheit unter- stützte Bitrate innerhalb des Steuerblocks (PCDu) des
Upstream-Rahmens, vorzugsweise innerhalb eines PLOAMu-Feldes übermittelt, und dass während des Betriebs die zentrale Netzeinheit (OLT) jeder Teilnehmereinheit (ONU) vorzugsweise innerhalb der Bandbreitenzuteilungsstruktur (BW- Map) des Steuerblocks (PCBd) des Downstream-Rahmens die Bit¬ rate für jedes Upstream-Signal zuweist, wobei die Start- und Stopzeiger mit bitratenunabhängigen Zeitwerten angegeben werden .
PCT/EP2007/054384 2006-06-02 2007-05-07 Verfahren zur übertragung von signalen in systemen mit punkt-zu-multipunkt-verbindungen WO2007141100A1 (de)

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