实现射频无源光网络提供DOCSIS服务的装置及方法

摘要

本发明提供一种实现射频无源光网络提供DOCSIS服务的装置，包括位于防护外壳内的RF检测模块、激光器驱动电路和激光器发射模块；所述RF检测模块，从同轴电缆上接收用户端发来的电信号，并对信号和噪声进行快速区分，产生控制信号；所述激光器驱动电路，由来自RF检测模块或SNMP网管的控制信号触发，产生突发式驱动电信号，驱动激光器；所述激光器发射模块，受控于激光器驱动电路，同时将HFC反向电信号变换成光信号，并发射光信号。优点是：通过一个RF-PON装置，允许有线电视运营商继续将传统的HFC后台设备应用于PON中；有线电视运营商可以继续使用现有的设备和计费系统，无需改动HFC同轴接入的最后一公里布线。

说明书

技术领域

本发明涉及广电领域，具体是一种实现射频无源光网络(RF-PON)提供有线电缆数据服务接口规范(DOCSIS)服务的装置及方法。

背景技术

在广电领域，光纤同轴混合网(Hybrid Fiber Coax：HFC)目前已普遍应用，其网络结构呈树型拓扑结构，意味着其数据通信的不对称性。当HFC回传通道(5-65MHz)仅用于传输视频点播的控制信号，或者HFC设备(放大器，光工作站等)的状态监控信号时，对回传通道的带宽要求并不高。然而，随着宽带接入服务和VOIP服务的深入开展，回传通道的利用率也日趋攀升。

随之而来的是光纤向小区，向楼栋和向用户的深入，既FTTx技术。光信号从头端通过一个光纤分配网络，比如无源光网络(PON)，到达用户端的光网络单元(ONU)，ONU提供光/电、电/光的转换。PON是一种纯介质网络，由于光信号在网络中传输无需电源或有源电子组件，所以光信号不易受到像同轴电缆上传输的射频信号那样所受的电磁干扰和雷电影响，并减少了网络及外部设备的故障率，同时在网络的使用寿命周期内节省维护成本。

DOCSIS(Data Over Cable Service Interface Specification)是一个由有线电缆标准组织CableLabs制定的国际标准。DOCSIS定义了在有线电缆上提供数据服务所需的通信和运营支撑的接口，它的制订使得在现有的有线电视系统上进行高速数据通信成为可能，它被许多有线电视运营商采用在现有HFC的基础设施上提供互联网接入。DOCSIS标准中，线缆调制解调器(Cable Modem：CM)的技术实现一般是从87-860MHz电视频道中分离出一条6MHz或8MHz的信道用于下行传送数据。通常下行数据采用64QAM(正交调幅)调制方式或256QAM调制方式。上行数据一般通过5-65MHz之间的一段频谱进行传送，为了有效抑制上行噪音积累，一般选用QPSK调制(QPSK比64QAM更适合噪音环境，但速率较低)。线缆调制解调器终端系统(Cable Modem TerminationSystem：CMTS)与CM的通信过程为：CMTS从外界网络接收的数据帧封装在MPEG-TS帧中，通过下行数据调制(频带调制)后与有线电视模拟信号混合输出RF信号到HFC网络，CMTS同时接收上行接收机输出的信号，并将数据信号转换成以太网帧传输给数据转换模块。用户端的CM的基本功能就是将用户计算机输出的上行数字信号调制成5-65MHz之间的一段射频信号进入HFC网的上行通道，同时，CM还将下行的RF信号解调为数字信号送给用户计算机。可见，基于DOCSIS的宽带接入服务，其上行信号是RF信号，和PON的架构是不兼容的。这使得广电运营商很难在使用新的FTTx技术提供超宽带互联网服务的同时，继续受益于现有的CMTS和CM以及后台应用系统的投资回报。换句话说，当有广电运营商准备为他们的住宅及商业用户提供更宽带的网络服务时，他们面临着一个需要考虑的重要因素-这种接入技术是否既能支持新开发的小区用户，同时又能满足老的小区的网络改造。

RF-PON(Radio Frequency-Passive Optical Network)为此提供了一个可行的解决方案，在现有的有线电视运营支撑系统(Operations and Support System：OSS)和一种新的宽带接入技术FTTx之间构架了一座桥梁。当前，RF-PON不仅可以充分利用现有的DOCSIS基础设施，同时结合一些带宽优化措施，如节点分割，频道捆绑(DOCSIS 3.0)，视频压缩等来轻而易举的满足住宅用户，特别是商业用户的带宽要求，又为未来提供了一个向更高带宽的干兆无源光网络(GPON)平滑过渡的便宜途径。

RF-PON结合HFC技术，以及DOCISIS基础设施和新的FTTx技术，将使运营商以最具有成本效益的方式来部署FTTx。这使得任何运营商既能够继续受益于现有的CMTS和CM以及后台应用系统的投资回报，同时又能保持所提供的视频，VoIP和超宽带互联网接入服务的连续性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种实现射频无源光网络提供DOCSIS服务的装置及方法，允许广电运营商继续使用传统的HFC设备和部署新的FTTx。

按照本发明提供的技术方案，所述实现射频无源光网络提供DOCSIS服务的装置，包括位于防护外壳内的RF检测模块、激光器驱动电路和激光器发射模块；所述RF检测模块，从同轴电缆上接收用户端发来的电信号，并对信号和噪声进行快速区分，产生控制信号；所述激光器驱动电路，由来自RF检测模块或SNMP网管的控制信号触发，产生突发式驱动电信号，驱动激光器；所述激光器发射模块，受控于激光器驱动电路，同时将HFC反向电信号变换成光信号，并发射光信号。

所述激光器发射模块的光信号输出端连接波分复用器相应波长的分端口，波分复用器的另一波长分端口连接正向光接收模块的光信号输入端；所述波分复用器，允许两种不同波长的正向、反向光载波信号在同一根光纤中传输；所述正向光接收模块，从光纤上接收无源光网络发来的光信号，并将其转换为电信号后发送给用户端。

所述实现射频无源光网络提供DOCSIS服务的装置还包括SNMP网管和电源模块，所述SNMP网管连接在所述正向光接收模块的输出链路和所述激光器发射模块的输入链路上；所述SNMP网管，支持国标/SCTE HMS标准所规定的两种通信模式，完成对被监控设备的参数采集和控制功能；所述电源模块对RF检测，激光器驱动电路，激光器发射模块，正向光接收模块和SNMP网管进行电源配置和管理。

所述实现射频无源光网络提供DOCSIS服务的装置还包括双向滤波器，所述双向滤波器对CATV正、反向电信号进行分割或混合；所述双向滤波器的下行端口直接连接所述正向光接收模块的电信号输出端或经正向放大器再到所述正向光接收模块；双向滤波器的上行端口连接反向放大器后再至分支器或直接连接分支器，分支器的主路信号再至所述激光器发射模块，分支器的支路信号至RF检测模块。

所述实现射频无源光网络提供DOCSIS服务的方法，对光纤同轴混合网反向RF进行检测后触发反向的激光器驱动电路；激光器驱动电路驱动反向的激光器发射模块产生突发式激光发射。

本发明的优点是：本发明通过一个RF-PON装置，允许有线电视运营商继续将传统的HFC后台设备应用于PON中，可以通过光纤传输有线电视业务，就像在同轴电缆上传输一样；有线电视运营商可以继续使用现有的设备和计费系统，允许DOCSIS用户端设备CM和前端网络设备CMTS平台通信，无需改动HFC同轴接入的最后一公里布线；且使得有线电视运营商可以利用新的PON，在适当的时间以最具有成本效益的方式来部署FTTx，达到实现网络扩容的经济高效的升级途径。RF-PON提供的传输方法是完全透明的传输方法，透明即不限协议，如DOCSIS，SCTE-55-1或SCTE-55-2标准；不限调制方式，如FM或PM；RF-PON完全能满足运营商的多业务接入。

附图说明

图1为本发明RF-PON的一个典型组网结构图；

图2为本发明RF-PON的一个典型结构示意图；

图3为本发明RF-PON的一个MiniNode的结构框图；

图4为本发明实施例一个典型组网结构图；

图5为本发明实施例另一个典型组网结构图；

图6为本发明所述方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示为本发明具体实施RF-PON的一个典型组网结构图，其包括至少一个CATV(电缆电视系统)头端208，一个典型的光分配网络PON 209，至少一个MiniNode 211和与之相对应的用户端210。本发明所述装置即作为RF-PON的一个MiniNode。所述MiniNode 211至少包括反向激光器105，激光器驱动106，以及激光器驱动触发107。激光器驱动触发107受控信号来自RF检测或SNMP网管，触发激光器驱动106驱动反向激光器105发射突发式光信号，此光信号携带来自用户端的反向信号信息，经过PON 209传输到至少一个头端设备208。

用户端210的反向信号既可以是符合DOCSIS的，也可以是符合电缆电信工程师协会(SCTE)制定的SCTE-55-1和SCTE-55-2标准的信号。

如图2所示，RF-PON的一种典型结构包括至少一个头端208，一个传输网PON209和至少一个用户端210。一个头端208包括一个CMTS 218为用户提供高速的数据服务，如提供Internet接入的IP前端217或VoIP服务。一个CATV前端216提供有线电视视频服务。一个1550nm激光发射机215将接受到的电信号调制成光信号输出，以及对光信号进行直接放大的光放大器，如掺铒光纤放大器(Erbium DopedOptical Fiber Amplifier：EDFA)214。波分复用器(Wavelength DivisionMultiplexing：WDM)213允许在同一根光纤上利用不同的波长传输2路或多路信号。在所述实施例中，允许WDM 213在同一根光纤中利用1550nm和1590nm分别传输上行和下行信号，同样可以不使用WDM 213，而允许上行和下行信号在不同的光纤中分别传输。与之对应的传输网络PON 209可以利用多达32路的光分路器212以允许连接更多的用户。每一路光分路器212出来的光纤通过一个MiniNode 211连接到用户端210，而用户端210可以是CM，机顶盒或提供VoIP的设备。MiniNode 211用于接收通过PON 209传输来的携带CMTS 218相关信息的光信号，例如1550nm，并将之转换成电信号传输给用户端210。同时接收用户端210的回传信号，将之调制到上行光信号，例如1590nm，通过PON 209传输到头端208，由WDM 213分离出，并通过回传通道接收机219接收之。回传通道接收机219接收回传光信号，将之转换成电信号传输给CMTS 218。

图3为本发明具体实施RF-PON的一个MiniNode 211的结构框图，如图3所示，其包括WDM 320，正向光接收321，正向放大器322，双向滤波器323，反向放大器324，分支器330，RF检测325，驱动电路326，APC/TDC 327，反向激光器发射模块328，SNMP网管329和电源模块331。其中，当使用2根光纤分别传输上行和下行信号时，可以不使用WDM 320。正向光接收321接收下行光信号，例如1550nm，并将之转换成电信号传输。正向放大器322放大正向光接收321出来的下行电信号，以加强传输距离，此组件为可选件。双向滤波器323对上下行信号进行分割/合成，其中上行电信号如果是长距离传输，可以通过反向放大器324进行放大后，通过分支器330取其主路信号，再利用向激光器发射模块328调制到反向光信号上传输，如1590nm，或者不用放大，直接利用向激光器发射模块328调制发射。同时，利用RF检测325检测出当前正在进行的RF传输经过分支器330的支路信号并且只在这种情况下才触发驱动电路326开启反向激光器发射模块328。而且，RF检测325可以区分合法的RF信号和非法信号(噪声)，只在合法的RF信号下才触发驱动电路326，这种开关工作在纳秒级，完全满足DOCSIS的要求。

APC/TDC 327光功率自动控制和时延动态补偿控制电路，利用快速APC稳定电路和激光器发射时延动态补偿控制(TDC)电路，保证激光器工作在突发模式时的功率输出的稳定性。

SNMP网管329支持国标/SCTE HMS标准所规定的两种通信模式，接收上位机网管发来的查询信息，如SNMP查询请求，解析该查询信息指定的组件和查询对象，获取MiniNode 211上的该查询对象针对的当前状态或统计状态，并将该状态信息返回给网管，从而完成对被监控设备的参数采集和控制功能；SNMP网管329还允许网管根据网络的实时状况发送控制信号触发驱动电路326，关闭反向激光器发射模块328的光信号发射，有效的控制光信号的发射，从而提高PON网络的受控性，改善HFC网络的汇集及浸入噪声。

图4为本发明利用MiniNode具体实施实现射频无源光网络(RF-PON)兼容DOCSIS的一个典型组网结构图，和图1、2和3相同组件不再累述，详细介绍参考上述实施例说明，其中，在头端的CMTS 218和CATV前端216的电信号通过1550nm激光发射机215调制成光信号输出，再通过EDFA 214对光信号进行直接放大后加强传输距离。利用WDM 213在同一根光纤中利用不同的波长分别传输上行和下行光信号。可以在同轴分配网330的前端利用RF-PON-MiniNode211将通过PON 209传输来的头端光信号转换成电信号，并且利用RF-PON-MiniNode 211将通过同轴分配网330传输来的反向电信号调制成光信号输出，通过PON 209传输到头端去。例如，可以将RF-PON-MiniNode 211安装在一个小区或楼宇的光节点处，再通过同轴分配网330传输到多个用户端210；同样可以将RF-PON-MiniNode 211直接安装到用户端，深入推进光纤到户技术。

噪声功率比(NPR)是决定CMTS能否正确识别CM上行信号并稳定工作的重要参数，在本实施例中，允许回传通道接收机219在高灵敏度的环境下接收，例如，NPR(dB)/动态范围(dB)@接收光功率(dBm)为：30/10@-20。

图5为本发明利用MiniNode数字化反向信号，直接控制激光器具体实现射频无源光网络(RF-PON)兼容DOCSIS的一个典型组网结构图，图中所述和图1、2、3和4相同组件不再累述，详细介绍参考上述实施例说明，其中，使用数字化电路532代替RF检测325来触发驱动电路326，利用数字反向放大器531(可选)放大数字化的反向信号，并通过反向激光器发射模块328调制后发射光信号通过PON 209传输到头端208，由头端设备-回传通道数字接收机533接收并将其转换成电信号传输给CMTS 218。允许回传通道数字接收机533在高灵敏度的环境下接收，例如，NPR(dB)/动态范围(dB)@接收光功率(dBm)为：40/11@-3～-18。

另外，本发明实施例，还包括：双向滤波器：对CATV正、反向电信号进行分割或混合。电源模块，对RF检测，激光器驱动电路，激光器发射模块，WDM模块，正向光接收模块和SNMP网管进行电源配置和管理。

另外，本发明实施例中，在设计时，就可以把所述WDM 320，正向光接收321，正向放大器322，双向滤波器323，反向放大器324，分支器330，RF检测325，驱动电路326，APC/TDC 327，反向激光器发射模块328，SNMP网管329和电源模块331分别做成模块化组件，为RF-PON-MiniNode 211做一个防护外壳。这样，可以根据网络状况方便的选用组件，便于灵活组网和工程施工。

本领域技术人员可以理解实施例中的模块中的单元可以按照实施例描述分布于实施例的模块中，也可以进行相应的变化位于不同于本实施例的一个或多个模块中。上述实施例的单元可以合并为一个单元，也可以进一步拆分成多个子单元。

如图6所示为本发明具体实施的一个典型方法，在至少一个头端和一个用户端之间传输信号的方法。MiniNode接收来自用户端的反向RF信号634，触发反向激光器驱动电路635，驱动反向激光器发射模块通过PON传输光信号到头端636。

所述方法中，触发信号来自RF检测，当RF检测出当前正在进行的RF传输并且只在这种情况下才触发驱动电路开启反向激光器发射模块；并且，触发信号还可以来自网管根据网络的实时状况发送的控制信号。在另外的实施例中，触发信号还可以是反向RF信号数字化后的信号。

所述方法中，通过PON传输到头端的反向信号调制方式是允许在一个很低的SNR(信噪比)环境下接收的，例如FM，PM或类似的一些数字调制方式。

所述方法中，MiniNode接收到的用户端信号可以是遵循DOCSIS标准的，也可以是遵循DVB(数字视频广播)/DAVIC(数字音视频理事会)标准的；或者MiniNode接收到的用户端信号还可以是双向STB(机顶盒)的回传信号，例如VOD(视频点播)。

由以上技术方案可以看出，本发明所提供的方法和装置在对HFC反向RF进行检测后触发反向激光器驱动电路，或通过上位机软件经SNMP网管触发，从而驱动反向激光器发射模块产生突发式激光发射。所述RF-PON装置工作在RF突发模式，采用时分控制技术检测用户端信号来控制激光器的突发式开启/关闭，达到在PON上传输以RF为基础业务的接入服务，还能阻止/关闭用户住所的同轴电缆上的寄生信号(即所谓的回传噪声)传输至光纤网络。达到在任何一时间点，只允许一个光节点或用户端与CMTS保持通讯，从而通过减少连接至分前端的光纤上行通道传输噪声的累加量，可以最大限度地延长传输距离并提高上行接收端的信噪比，极大的改善网络汇集及浸入噪声。

另外，本发明将RF检测，激光器驱动电路和激光器发射模块单独做一模块化设计，根据用户实际组网灵活选用，同时实现了设备高集成度和灵活性需求。

本发明对RF-PON-MiniNode封装防护外壳，可以实现室外直接安装。