中继器、应用该中继器的上行链路及消除其光差拍干扰方法

摘要

本发明提供了一种上行链路，对光信号进行中继，可以解决上行链路中光衰减的问题，包括电缆调制解调器、RFoG光节点、上行光接收器、电缆调制解调终端系统，中继器，同时还提供了应用于上行链路的中继器，包括：光发射器、RF混合器和光接收模块、光接收模块包括分光器、光接收器、RF衰减器，此外还提供了消除上行链路中光差拍干扰的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及广播电视双向通信领域，尤其是涉及应用于DOCSIS3.0以上系统的中继器、应用该中继器的上行链路及消除其光差拍干扰方法。

背景技术

DOCSIS(DataOverCableServiceInterfaceSpecifications，有线电缆数据服务接口规范），是一个由有线电缆标准组织CableLabs制定的国际标准，其优良的QoS（QualityofService，服务质量）被业内所称道。DOCSIS的核心设备是CMTS（CableModemTerminalSystems电缆调制解调终端系统）和CM（CableModem电缆调制解调器），CMTS是DOCSIS系统的局端设备，CM是DOCSIS系统的终端设备。一般来说CMTS被安装在机房内，CM被安装在用户端（一般安装在用户家中）。从CMTS到CM之间双向通信链路分为下行链路和上行链路，下行链路是指从CMTS到CM的链路，反之是上行链路。

随着光进铜退不断推进，光节点不断细化，光节点不断向用户端推进、数量不断增加，导致主干光纤需求不断增加，机房的上行光收也不断增加。为了解决上行光收和主干光缆的成本问题，近几年RFOG（RFoverGlass，光纤射频传输）技术得到了广泛应用，使“上行光网络”能够采用和“下行光网络”类似的树形结构。RFOG是SCTE（SocietyofCableTelevisionEngineers美国有线电视工程师协会）制定的一个技术规范，RFOG光节点中的上行光发射模块可以根据CM的上行发射功率来打开和关闭激光器。在DOCSIS2.0时代，其上下行都是单通道，下行信道称为DS，上行信道称为US，上行信号控制技术主流为TDM（时分复用），也就是说同一时间内，“同一个CMTS的广播域内”最多只有一个CM发射信号，就表示同一时间内最多只有一个光节点的上行光发射机在工作。这样就很容易使用光混合器将来自多个光节点的光纤混合成一路送到机房，机房里面的上行光收数量也大大减少，成本明显降低。图1是RFOG光节点在DOCSIS2.0上行链路中的典型应用。这种直接使用普通光混合器进行混合的模式称为“直混模式”。

由于直混模式下，光链路衰减和分光比有直接关系。近年来随着光节点的细化，分光比越来越大，使得整个链路的光衰越来越大，到达机房的光功率开始接近光接收机接收能力的下限，甚至影响到链路的上行信噪比，如公告号为201270573Y的中国实用新型专利中提供了一种上行多路光混合中继站，通过将光信号通过分光器接收混合然后再发送的方法，提高上行链路的光功率，起到中继作用，然而这样的上行多路光混合中继站并不能够用于基于DOCSIS3.0的上行链路中，由于DOCSIS3.0使用了频道捆绑技术，允许“同一个CMTS的广播域内”多个上行的射频通道并发，虽然每个通道依旧使用TDM技术，但是这些射频通道之间是互相独立工作的。这意味着在“同一时间内”有多个CM同时发射信号，而上行多路光混合中继站因为存在光混合，所以存在OBI（OpticalBeatInterference光差拍干扰）发生的可能，OBI是由于两束激光的波长过于接近，汇聚后产生的干扰，将导致链路SNR（SignalNoiseRatio信噪比）严重劣化，是一种常见的光干扰现象，虽然那些同时发射的CM在射频上的频率是分开的，射频通道上是频分复用，但通过RFOG光节点调制后的激光波长确有可能是相同的，他们经过中继器的分光器混合后到达机房的同一个上行光收时，误码就立刻产生了，这就是OBI现象。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种上行链路，可以对光信号进行中继，解决上行链路中光衰减的问题，同时还提供了应用于上行链路的中继器，此外还提供了消除上行链路中光差拍干扰的方法。

一种上行链路，包括相连接的：

电缆调制解调器，用于将来自用户端的以太网信号转换为射频信号后经上行通道上传；

RFoG光节点，用于将来自所述电缆调制解调器的射频信号转化为光信号后上传；

上行光接收器，用于将来自来所述RFoG光节点的光信号转化为射频信号后上传；

电缆调制解调终端系统，用于将来自来所述上行光接收器的射频信号转化为以太网信号发送到城域网；

其特征在于：

在所述上行光接收器和所述RFoG光节点之间设置有权利要求1所述的中继器，所述中继器包括：光发射器、RF混合器和光接收模块，所述光接收模块的输出端连接所述RF混合器的接收端，所述RF混合器的输出端连接所述光发射器的接收端，光接收模块包括分光器、光接收器、RF衰减器，所述分光器的输出端连接所述光接收器的接收端，所述光接收器的输出端连接所述RF衰减器的接收端，所述RF衰减器的输出端连接所述RF混合器的接收端，所述光发射器的输出端连接所述上行光接收器，所述分光器的接收端连接所述RFoG光节点，每个所述RFoG光节点连接有一个所述电缆调制解调器，上行链路还包括控制单元，所述控制单元分别连接所述电缆调制解调器和所述RF衰减器，所述控制单元能够将所述电缆调制解调器的射频信号控制到不同上行通道中，所述控制单元能够通过所述RF衰减器改变所述光接收模块的衰减量，所述控制单元能够通过所述RF衰减器来检测信噪比。

所述RFOG光节点采用DFB激光器。

一种应用于上行链路的中继器，包括：光发射器、RF混合器和光接收模块，所述光接收模块的输出端连接所述RF混合器的接收端，所述RF混合器的输出端连接所述光发射器的接收端，其特征在于：光接收模块包括分光器、光接收器、RF衰减器，所述分光器的输出端连接所述光接收器的接收端，所述光接收器的输出端连接所述RF衰减器的接收端，所述RF衰减器的输出端连接所述RF混合器的接收端，所述RF衰减器电控连接有控制单元，所述控制单元能够改变所述光接收模块的衰减量。

一种消除上行链路中光差拍干扰的方法，其特征在于：获取光接收模块与电缆调制解调器的拓扑结构，以RFoG光节点为单位控制电缆调制解调器的上行通道，控制单元检测RFoG光节点上传光信号时的信噪比变化来确定将会产生光差拍干扰的光节点组合；控制单元将每个光接收模块中会产生光差拍干扰的光节点组合分配到同一个上行通道中。

进一步的，检测产生光差拍干扰的RFoG光节点组合以及分配产生光差拍干扰的光节点组合的步骤如下：

步骤（1）：将RFoG光节点逐个连接到每个光接收模块的分光器的输入口，控制单元逐个控制光接收模块的衰减器，改变光接收模块的衰减量，获取光接收模块与电缆调制解调器的拓扑结构，以RFoG光节点为单位控制电缆调制解调器的上行通道；

步骤（2）：选择一个光接收模块作为当前光接收模块，选择一个上行通道作为第一上行通道，控制单元将连接到当前光接收模块的RFoG光节点控制到第一上行通道中，其余上行通道为空闲上行通道；

步骤（3）：选择一个空闲上行通道作为当前上行通道，逐个选择当前光接收模块中的一个RFoG光节点作为当前光节点，控制单元将当前光节点控制到当前上行通道中，控制单元控制RF衰减器来检测当前光节点与当前光接收模块中余下的RFoG光节点是否存在信噪比劣化，若检测到信噪比劣化，则控制单元将发生信噪比劣化的RFoG光节点控制到当前上行通道中，已检测到发生信噪比劣化的RFoG光节不再作为当前光节点，再选择其他的一个空闲上行通道作为当前上行通道，并选择当前光接收模块中一个未发生信噪比劣化的RFoG光节点作为当前光节点，控制单元将当前光节点控制到当前上行通道中继续检测当前光接收模块中余下的RFoG光节点与当前光节点是否存在信噪比劣化；若未检测到信噪比劣化，直接选择另一个空闲上行通道作为当前上行通道，并选择当前光接收模块中一个未发生信噪比劣化的RFoG光节点作为当前光节点，控制单元将当前光节点控制到当前上行通道中继续检测余下的RFoG光节点与当前光节点是否存在信噪比劣化，直到当前光接收模块中的所有RFoG光节点都被分配到不同的上行通道中；

步骤（4）：重复步骤（2）、（3）直到所有光接收模块的RFoG光节点都被分配到不同的上行通道中。

进一步的，当对一个光接收模块中的所有RFoG光节点进行光差拍干扰检测以及的分配产生光差拍干扰的光节点组合时，若上行通道都被分配有RFoG光节点，第一个上行通道中还有至少两个未发生信噪比劣化RFoG光节点，选择拥有最少RFoG光节点的上行通道作为当前上行通道中，控制单元逐个将未发生信噪比劣化RFoG光节点逐个作为当前光节点上传到当前上行通道中，控制单元控制RF衰减器来检测余下的未发生信噪比劣化的RFoG光节点与当前光节点是否存在信噪比劣化，检测到信噪比劣化，则将发生信噪比劣化的RFoG光节点控制到当前上行通道中，重新选择拥有最少RFoG光节点的上行通道作为当前上行通道，已检测到发生信噪比劣化的RFoG光节不再作为当前光节点，并选择下一个未发生信噪比劣化的RFoG光节点作为当前光节点，控制单元将当前光节点控制到当前上行通道中继续检测余下的RFoG光节点与当前光节点是否存在信噪比劣化；反之则重新选择拥有最少RFoG光节点的上行通道作为当前上行通道，并选择下一个未发生信噪比劣化的RFoG光节点作为当前光节点，控制单元将当前光节点控制到当前上行通道中继续检测余下的RFoG光节点与当前光节点是否存在信噪比劣化，直到一个光接收模块中的所有RFoG光节点都被分配到不同的上行通道中。

进一步的，在所有的光接收模块中的RFoG光节点都分配到不同的上行通道后，对任一个光接收模块中的任意两个不同上行通道内的所有RFoG光节点进行互换，使得该任意两个不同上行通道内的RFoG光节点数量趋于均衡。

本发明的优点是：本发明的DOCSIS3.0以上系统的上行链路，实现了在DOCSIS3.0以上系统的上行链路中对光信号进行中继，解决了上行链路中光功率不足的问题，同时中继器中采用分光器进行混合接收，无须使用大量光接收器，节约了成本和整机功耗，有利于推广，消除DOCSIS3.0以上系统的上行链路中光差拍干扰的方法，避免了光差拍干扰，提高了上传链路信噪比。

附图说明

图1为现有的RFoG光节点在DOCSIS2.0系统的上行链路中的应用示意图；

图2为本发明实施例中的RFoG光节点的发射光波长测试数据表；

图3为本发明实施例中的RFoG光节点重新分配后的数据表；

图4本发明的中继器具有4个光接收模块的结构示意图；

图5为发明的对光信号进行中继的DOCSIS3.0系统的上行链路路的应用示意图。

具体实施方式

本实施方式中，在基于DOCSIS3.0技术的情况来具体描述本发明的中继器、上行链路和消除上行链路中光差拍干扰的方法，支持DOCSIS3.0的CMTS典型配置是16个下行RF通道，具有800MBPS的下行带宽，4个上行RF通道US1、US2、US3、US4，具有160MBPS的上行带宽。

见图5，本实施例的DOCSIS3.0系统的上行链路包含了调制解调终端系统1、上行光接收器2、RFoG光节点3、电缆调制解调器4、中继器5、控制单元6。

本实施例中，RFOG光节点采用DFB激光器，两个DFB激光器（DistributedFeedbackLaser，即分布式反馈激光器）的波长差异小于0.2nm时OBI对信噪比的影响比较明显，本实施例中的包含了32个RFoG光节点，图2为32个RFoG光节点的发射光波长数据，发射光波长数据已经按波长排序；图2的表格中还分析了能够产生OBI的RFoG光节点ID组合。

见图4，本发明的实施方式中的中继器，包括：光发射器7、RF混合器8和光接收模块9，光接收模块的输出端10连接RF混合器的接收端11，RF混合器的输出端12连接光发射器的接收端13，光接收模块9包括分光器14、光接收器15、RF衰减器16，分光器的输出端17连接光接收器的接收端18，光接收器的输出端19连接RF衰减器的接收端20，RF衰减器的输出端23连接RF混合器的接收端11，RF衰减器16连接有控制单元6，控制单元6能够改变光接收模块9的衰减量，图4中的中继器具有4个光接收模块9，光接收模块9采用8混1的结构，满足332个RFoG的输入，对应也可以换成4混1或16混1的光接收模块9，每个光接收模块9对应只要设置一个光接收器，无须使用大量光接收器，节约了成本和整机功耗，有利于推广。

见图4、图5，DOCSIS3.0系统的上行链路是从电缆调制解调器4到电缆调制解调终端系统1的信号传输链路，电缆调制解调器4将来自用户端的以太网信号转换为射频信号，在RFoG光节点3和电缆调制解调器4之间，上行射频信号和下行射频信号使用了频分复用技术,上下行信号在同一根电缆中传输互不干扰，上行射频信号经上行通道上传，RFoG光节点3将上行射频信号转化成光信号发送出去，上行光接收器2将来自RFoG光节点3的光信号再次转回射频信号，最后电缆调制解调终端系统4将上行射频信号转化为以太网信号发送到城域网。上行链路的信号转换是5个状态转换：以太网-射频-光-射频-以太网。

在本实施例的DOCSIS3.0系统的上行链路中，在上行光接收器2和RFoG光节点3之间设置中继器5，中继器5包括：光发射器7、RF混合器8和光接收模块9，光接收模块的输出端10连接RF混合器的接收端11，RF混合器的输出端12连接光发射器的接收端13，光接收模块9包括分光器14、光接收器15、RF衰减器16，分光器的输出端17连接光接收器的接收端18，光接收器的输出端19连接RF衰减器的接收端20，RF衰减器的输出端23连接RF混合器的接收端11，光发射器的输出端21连接上行光接收器2，分光器的接收端22连接RFoG光节点3，每个RFoG光节点3连接有一个电缆调制解调器4，控制单元6分别连接电缆调制解调器4和RF衰减器16，控制单元6能够将电缆调制解调器4的射频信号控制到不同上行通道中，控制单元6能够控制RF衰减器16改变光接收模块的衰减量，控制单元6能够通过RF衰减器16来检测信噪比，通过中继器的设置，实现了在DOCSIS3.0系统的上行链路中对光信号进行中继，解决了上行链路中光功率不足的问题。

见图4，上行链路刚刚上电时，所有电缆调制解调器4的射频信号可能分布在不同的上行通道中，开始自由上线。此时由于OBI现象的影响，会有一些电缆调制解调器4的上行信噪比很差，此时控制单元开始介入工作。

电缆调制解调终端系统为CableModemTerminalSystems，以下缩写为CMTS来表示；电缆调制解调器为CableModem，以下缩写为CM来表示；光差拍干扰为OpticalBeatInterference，以下缩写为OBI来表示。

为了解决OBI问题，需要采用本发明的消除DOCSIS3.0以上系统的上行链路的光差拍干扰的方法，获取光接收模块与电缆调制解调器的拓扑结构，以RFoG光节点为单位控制电缆调制解调器的上行通道，控制单元检测RFoG光节点上传光信号时的信噪比变化来确定将会产生光差拍干扰的光节点组合；控制单元将每个光接收模块中会产生光差拍干扰的光节点组合分配到同一个上行通道中。

本发明的消除对光信号进行中继的DOCSIS3.0系统的上行链路中光差拍干扰的方法，检测产生光差拍干扰的RFoG光节点组合以及分配产生光差拍干扰的光节点组合，包括准备步骤具体的：

准备步骤：消除OBI：控制单元控制所有CM全部限制在上行通道US1中，然而上传带宽只能使用四分之一，但OBI不再存在，所有CM可以无丢包通信，所有的CM都工作在US1中，则将导致其他3个上行通道的浪费，效率低下，准备步骤1是为了方便后续控制。

获取CM和光接收模块之间的拓扑结构：控制单元通过逐个控制光接收模块的RF衰减器，来增大或减小光接收模块的衰减量，将导致上行链路衰减的增大或减小，DOCSIS的上行链路对衰减非常敏感，CM的发射电平将做出快速响应。控制单元很容易从CMTS的管理信息中，通过采集CM的发射电平的变化量获取这些CM。经过这一步，控制单元得到所有CM和光接收模块的对应关系，RFoG光节点是不受控的，RFoG光节点发现CM有射频上行，就打开激光器发射，故控制单元10控制RFoG光节点到上行通道中实际为控制CM到上行通道，完成准备步骤1、准备步骤2后开始以光节点为单位控制CM的上行通道，每一个光节点都可以选择US通道（可选US1、US2、US3、US4）。

检测产生光差拍干扰的RFoG光节点组合以及分配产生光差拍干扰的光节点组合的步骤如下：

步骤（1）：将RFoG光节点逐个连接到每个光接收模块的分光器的输入口，控制单元逐个控制光接收模块的衰减器，改变光接收模块的衰减量，获取光接收模块与电缆调制解调器的拓扑结构，以RFoG光节点为单位控制电缆调制解调器的上行通道；

步骤（2）：选择一个光接收模块作为当前光接收模块，选择一个上行通道作为第一上行通道，控制单元将连接到当前光接收模块的RFoG光节点控制到第一上行通道中，其余上行通道为空闲上行通道；

步骤（3）：选择一个空闲上行通道作为当前上行通道，逐个选择当前光接收模块中的一个RFoG光节点作为当前光节点，控制单元将当前光节点控制到当前上行通道中，控制单元控制RF衰减器来检测当前光节点与当前光接收模块中余下的RFoG光节点是否存在信噪比劣化，若检测到信噪比劣化，则控制单元将发生信噪比劣化的RFoG光节点控制到当前上行通道中，已检测到发生信噪比劣化的RFoG光节不再作为当前光节点，再选择其他的一个空闲上行通道作为当前上行通道，并选择当前光接收模块中一个未发生信噪比劣化的RFoG光节点作为当前光节点，控制单元将当前光节点控制到当前上行通道中继续检测当前光接收模块中余下的RFoG光节点与当前光节点是否存在信噪比劣化；若未检测到信噪比劣化，直接选择另一个空闲上行通道作为当前上行通道，并选择当前光接收模块中一个未发生信噪比劣化的RFoG光节点作为当前光节点，控制单元将当前光节点控制到当前上行通道中继续检测余下的RFoG光节点与当前光节点是否存在信噪比劣化，直到当前光接收模块中的所有RFoG光节点都被分配到不同的上行通道中；

步骤（4）：重复步骤（2）、（3）直到所有光接收模块的RFoG光节点都被分配到不同的上行通道中。

检测产生光差拍干扰的RFoG光节点组合以及分配产生光差拍干扰的光节点组合的其他步骤借用光接收模块A为例进行说明。

光接收模块A接入RFoG光节点编号为1~8，由于每个RFoG光节点连接了一个CM，所以CM编号也是1~8，所有CM上行通道为US1，将这些CM组成一个清单，便于描述CM从清单中移除的操作。

选中清单中的第一个RFoG光节点，将第一个RFoG光节点对应的CM的上行通道变为一个空闲的通道US2，并控制单元检测清单中其他CM的上行信噪比变化情况。如果发现清单中某些CM信噪比劣化就预示OBI的产生，将这些发生信噪比劣化的CM全部移入空闲通道US2；如果未发现信噪比劣化就表示当前CM不和任何CM同簇，将当前CM分配到空闲通道后从清单中移除。

第1次检测信噪比劣化后，图2中的光节点1、7、8共3个节点将被分配到US2，其他5个节点仍旧在US1。

第2次检测信噪比劣化后，图2中的光节点2将被分配到US3，其他4个节点仍旧在US1，光节点2不和清单中其他光节点产生OBI。

第3次检测信噪比劣化后，图2中的光节点3、4、6共3个节点将被分配到US4，只有节点5留在US1中。

经过3次检测信噪比劣化，光接收模块A中的所有RFoG光节点都被分配完。

当对一个光接收模块中的所有RFoG光节点进行光差拍干扰检测以及的分配产生光差拍干扰的光节点组合时，若上行通道都被分配有RFoG光节点，第一个上行通道中还有至少两个未发生信噪比劣化RFoG光节点，选择拥有最少RFoG光节点的上行通道作为当前上行通道中，控制单元逐个将未发生信噪比劣化RFoG光节点逐个作为当前光节点上传到当前上行通道中，控制单元控制RF衰减器来检测余下的未发生信噪比劣化的RFoG光节点与当前光节点是否存在信噪比劣化，检测到信噪比劣化，则将发生信噪比劣化的RFoG光节点控制到当前上行通道中，重新选择拥有最少RFoG光节点的上行通道作为当前上行通道，已检测到发生信噪比劣化的RFoG光节不再作为当前光节点，并选择下一个未发生信噪比劣化的RFoG光节点作为当前光节点，控制单元将当前光节点控制到当前上行通道中继续检测余下的RFoG光节点与当前光节点是否存在信噪比劣化；反之则重新选择拥有最少RFoG光节点的上行通道作为当前上行通道，并选择下一个未发生信噪比劣化的RFoG光节点作为当前光节点，控制单元将当前光节点控制到当前上行通道中继续检测余下的RFoG光节点与当前光节点是否存在信噪比劣化，直到一个光接收模块中的所有RFoG光节点都被分配到不同的上行通道中。

在光接收模块B中，第1次检测信噪比劣化后，图2中的光节点9共1个光节点将被分配到US2，其他7个节点仍旧在US1，光节点9不和清单中其他光节点产生OBI。

第2次检测信噪比劣化后，图2中的光节点10、14共2个光节点将被分配到US3，其他5个节点仍旧在US1。

第3次检测信噪比劣化后，图2中的光节点12、13、15将被分配到US4，其他2个节点仍旧在US1。

此时通道已经全部占用，选择US2作为当前上行通道，将光节点16和光节点9放在一个通道中，光节点16不和清单中其他光节点产生OBI，剩余的光节点11也不和清单中其他光节点产生OBI，保留在US1中。

通过和处理光接收模块A中RFoG光节点同样的方法，将光接收模块B、C、D中的RFoG光节点分配到不同的上行通道中，为了实现上行通道的均衡，在所有的光接收模块中的RFoG光节点都分配到不同的上行通道后，对任一个光接收模块中的任意两个不同上行通道内的所有RFoG光节点进行互换，使得该任意两个不同上行通道内的RFoG光节点数量趋于均衡。

目前本领域内，本发明也适用于DOCSIS3.1标准，DOCSIS3.1标准可以使本发明的应用前景更广，因为DOCSIS3.1支持更高的上行带宽。单个上行通道RFoG光节点内的造成单个上行通道的RFoG光节点拥挤的问题，DOCSIS3.1的单个上行通道拥有更大的带宽，这将使拥挤问题显得不那么严重，未来的DOCSIS3.1以上标准能够同样适用。