CN102916746A - 无源光网络及其光网络单元光模块 - Google Patents

无源光网络及其光网络单元光模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无源光网络及其光网络单元光模块，所述光模块包括：激光接收单元，用于根据OLT发送的下行光信号，输出相应的电信号；MAC协议处理单元，用于对从所述激光接收单元接收到的电信号进行MAC协议处理后得到的数据进行输出；PHY单元，用于将从所述MAC协议处理单元接收的数据封装为数据帧后通过网络电缆向用户端设备发送。由于光网络单元光模块中集成了MAC协议处理单元和PHY单元，可以实现以太网的MAC协议转换和局域网的数据传输功能，从而光网络单元光模块可以直接与用户端设备相连，网络中不必再设置光网络单元***设备，从而大大降低了光网络的成本。

Description

无源光网络及其光网络单元光模块
技术领域
本发明涉及光纤通信技术，尤其涉及一种无源光网络及其光网络单元光模块。
背景技术
目前的国内市场以及国际市场，高带宽、高速率和多种业务融合的光纤通信方向已经开始应用；在众多的解决方案中，光纤到户（FTTH）的出现便被认为是宽带接入的终极解决方案。
然而目前国内已经大量铺设了FTTB（光纤到楼）或FTTC（光纤到路边）网络，FTTB/FTTC是一种光缆/铜缆混合***的网络，如图1所示，从中心局的OLT（Optical Line Terminator，光线路终端）到离家庭或办公室一千英尺以内的路边或楼边之间的信号传输采用光缆；通过交换机（Switch）以及同轴电缆再把信号从路边或楼边传递到家中或办公室里的用户端设备，如电脑、智能电视、或家中的局域网交换机等。
在将FTTB/FTTC网络升级为FTTH网络的过程中，由于用户端设备通常不能直接处理光信号，因此，通常升级的FTTH网络，如图2所示。中心局的OLT通过ODN（光馈线网络）与POS（Passive Optical Splitter，无源分光器）相连，POS通常简称为Splitter（分光器），一般有2N个均分端口，如果其上行端口输入的光强为1，则其每个下行端口输出的光强为1/N。对于一个FTTH网络，一般是1个OLT放在电信中心局，然后通过分光器，一般至少是1分32，或者1分64甚至1分128，即1个OLT带32或64或128个ONU光模块。每个ONU光模块都与一个ONU***设备相连，ONU***设备与家中或办公室里的用户端设备相连，用以接收用户端设备发送的电信号，通过ONU光模块转换为光信号后在上行方向上发送至OLT，并将ONU光模块接收的光信号转换为用户端设备可接收的电信号向用户端设备发送。
然而本发明的发明人发现，现有技术的FTTH网络由于在局端需要为每个ONU光模块配备一个ONU***设备，网络升级过程中投入的成本较高，并且，ONU***设备需要占用较大的外部空间。
发明内容
本发明的实施例提供了一种无源光网络及其光网络单元光模块，用以降低FTTH网络成本，节约网络占用空间。
根据本发明的一个方面，提供了一种光网络单元光模块，包括：
激光接收单元，用于接收无源光网络中的光线路终端OLT发送的下行光信号，并根据接收的下行光信号输出相应的电信号；
媒体访问控制MAC协议处理单元，用于接收所述激光接收单元输出的电信号，对从所述激光接收单元接收到的电信号进行MAC协议处理后得到的数据进行输出；
物理层PHY单元，用于接收所述MAC协议处理单元输出的数据，并将从所述MAC协议处理单元接收的数据封装为数据帧后通过网络电缆向用户端设备发送。
进一步，所述光模块还包括：激光发射单元；
所述PHY单元还用于接收到所述用户端设备发送的数据帧后，对该数据帧进行解析，将从该数据帧中解析出的数据发送给所述MAC协议处理单元；
所述MAC协议处理单元还用于将所述PHY单元发送的数据进行MAC协议处理后得到的电信号输出到所述激光发射单元；
所述激光发射单元用于接收所述MAC协议处理单元输出的电信号，根据接收的电信号向所述OLT发送相应的上行光信号。
其中，所述激光发射单元包括：激光器及其驱动电路；其中，所述驱动电路接收到所述MAC协议处理单元输出的电信号后，根据接收的电信号驱动所述激光器中的激光发射光源发射上行光信号；以及
所述激光接收单元包括：光电二极管、跨阻放大器TIA、限幅放大电路。所述光电二极管在探测到所述下行光信号后输出相应的响应电流到所述TIA，所述TIA输出相应的差分电信号到所述限幅放大电路，限幅放大电路将接收的差分信号进行限幅放大，输出相应的电信号到所述MAC协议处理单元。
进一步，所述光模块还包括：
MCU单元，用于与所述MAC协议处理单元通信，实现所述MAC协议处理单元的软件升级；以及
所述MCU单元还用于与所述PHY单元通信，用以控制所述PHY单元中的PHY芯片；以及
所述MAC协议处理单元还用于对从所述激光接收单元接收到的电信号进行MAC协议处理后，若判断出接收到所述OLT发送的信令，则将所述OLT发送的信令输出到所述MCU单元；所述MCU单元还用于获取所述OLT发送的信令后，根据从中解析出的指令进行相应操作。
较佳地，所述PHY单元中采用的PHY芯片的型号为RTL8201BL或VT6103；以及
所述MAC协议处理单元中采用的协议处理芯片的型号为Atheros8829。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种无源光网络，包括：无源分光器POS、与所述POS的上行端口通过光纤相连的光线路终端OLT，以及多个分别与所述POS的下行端口通过光纤相连的光网络单元ONU光模块；
其中，所述ONU光模块用于与局域网中的用户端设备通过网络电缆相连，在接收到所述OLT发送的下行光信号后，将下行光信号转换为电信号经MAC协议处理后得到的数据，发送给所述用户端设备。
其中，所述ONU光模块包括：
激光接收单元，用于接收无源光网络中的光线路终端OLT发送的下行光信号，并根据接收的下行光信号输出相应的电信号；
媒体访问控制MAC协议处理单元，用于接收所述激光接收单元输出的电信号，对从所述激光接收单元接收到的电信号进行MAC协议处理后得到的数据进行输出；
物理层PHY单元，用于接收所述MAC协议处理单元输出的数据，并将从所述MAC协议处理单元接收的数据封装为数据帧后通过网络电缆向用户端设备发送。
进一步，所述ONU光模块还用于接收所述用户端设备发送的数据，将所述用户端设备发送的数据经MAC协议处理后，转换为上行光信号向所述OLT发送。
进一步，所述ONU光模块还包括：激光发射单元；以及
所述PHY单元还用于接收到所述用户端设备发送的数据帧后，对该数据帧进行解析，将从该数据帧中解析出的数据发送给所述MAC协议处理单元；
所述MAC协议处理单元还用于将所述PHY单元发送的数据进行MAC协议处理后得到的电信号输出到所述激光发射单元；
所述激光发射单元用于接收所述MAC协议处理单元输出的电信号，根据接收的电信号向所述OLT发送相应的上行光信号。
进一步，所述ONU光模块还包括：
MCU单元，用于与所述MAC协议处理单元通信，对所述MAC协议处理单元进行软件升级；以及
所述MCU单元还用于与所述PHY单元通信，用以控制所述PHY单元中的PHY芯片；以及
所述MAC协议处理单元还用于对从所述激光接收单元接收到的电信号进行MAC协议处理后，若判断出接收到所述OLT发送的信令，则将所述OLT发送的信令输出到所述MCU单元；所述MCU单元还用于获取所述OLT发送的信令后，根据从中解析出的指令进行相应操作。
本发明实施例提供的光网络单元光模块中，由于集成了MAC协议处理单元和PHY单元，可以实现以太网的MAC协议转换和局域网的数据传输功能，从而光网络单元光模块可以直接与用户端设备相连，无源光网络中不必再设置光网络单元***设备，从而大大降低了光网络的成本，也节省了光网络所占用空间。
附图说明
图1为现有技术的FTTB/FTTC网络示意图；
图2为现有技术的FTTH网络示意图；
图3为本发明实施例的FTTH网络示意图；
图4为本发明实施例的光网络单元光模块内部电路示意图；
图5为本发明实施例的激光发射单元内部电路示意图；
图6为本发明实施例的激光探测单元内部电路示意图；
图7为本发明实施例的光网络单元光模块的SFP封装示意图；
图8为本发明实施例的光网络单元光模块的外接管脚示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
本申请使用的“模块”、“***”等术语旨在包括与计算机相关的实体，例如但不限于硬件、固件、软硬件组合、软件或者执行中的软件。例如，模块可以是，但并不仅限于：处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行程序、执行的线程、程序和/或计算机。
本发明的技术方案中，FTTH网络的光网络单元光模块，除了实现光信号与电信号之间进行转换的功能外，还通过采用集成IEEE 802.3ah协议的PMD层和GE MAC（Media Access Control，媒体访问控制）层（带有SERDES）的芯片实现以太网数据交换的功能，因此，光网络单元光模块可以不通过ONU***设备与用户端设备相连，而是直接通过电缆与用户端设备相连，节省了网络占用的空间以及生产成本。
下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。本发明实施例的无源光网络，如图3所示，其中包括：OLT301、POS302、多个ONU光模块303。
OLT301通过光纤与POS302的上行端口相连，每个ONU光模块303通过光纤分别与POS302的各下行端口相连，从而每个ONU光模块303通过光纤与POS402实现与OLT301的通信。
本发明实施例的ONU光模块303可以直接与用户端设备（如路由器、交换机、电脑、计算机等）直接通过电缆相连。即ONU光模块303可以与局域网内的用户端设备通过网络电缆相连，并进行通信：接收用户端设备发送的数据，将用户端设备发送的数据经MAC协议处理后，转换为上行光信号通过光纤向OLT301发送；ONU光模块303还可在接收OLT301发送的下行光信号后，将下行光信号转换为电信号，并经MAC协议处理后得到的数据通过网络电缆发送给用户端设备。
ONU光模块303的内部电路如图4所示，包括：激光发射单元401、激光接收单元402、MAC协议处理单元403、MCU（Microprogrammed ControlUnit，微程序控制器）单元404、PHY（物理层）单元405。
ONU光模块中通常包括激光发射单元，用以根据接收的电信号发射上行光信号，上行光信号经光纤、POS402后传输到OLT301；
ONU光模块中还包括激光接收单元，用以接收OLT发送的下行光信号，根据接收的下行光信号输出相应的电信号。OLT301发送的下行光信号经光纤、POS402后传输到ONU光模块303。
ONU光模块303中的激光接收单元402如图5所示，包括：光接收组件和限幅放大电路；光接收组件通常包括：光电二极管、跨阻放大器TIA。光电二极管在探测到OLT301发送的下行光信号后输出相应的响应电流到TIA，TIA则输出相应的差分电信号；该差分信号被送到限幅放大电路，限幅放大电路将该差分信号进行限幅放大，输出相应的电信号到MAC协议处理单元403。
MAC协议处理单元403与激光接收单元402相连，用以接收激光接收单元402的限幅放大电路输出的电信号（下行信号），对从激光接收单元402接收到的电信号进行MAC协议处理后得到的数据，输出到PHY单元405。具体地，MAC协议处理单元403的协议处理芯片在接收激光接收单元402输出的电信号后，经过芯片中内置的Gigabit SerDes将接收的串行数据转变为并行数据，并将并行数据经过MAC协议处理后再转换为串行数据输出到PHY单元405进行发送。协议处理芯片对下行信号的MAC协议处理具体可以包括：FEC（前向纠错）、802.3ah协议处理、802.1D协议处理、802.1ad协议处理、802.1Q协议处理、GE MAC（千兆以太网介质访问控制）、GE SERDES（千兆串并转换）处理。MAC协议处理单元403中的协议处理芯片具体可以采用Atheros8829芯片。
不管是在传统的有线局域网（LAN）中还是在目前流行的无线局域网（WLAN）中，MAC协议都被广泛地应用。在局域网中，各种传输介质的物理层对应到相应的MAC层，目前普遍使用的网络采用的是IEEE 802.3的MAC层标准。
PHY单元405的上行端口与MAC协议处理单元403相连，用于接收MAC协议处理单元403输出的数据。PHY单元405的下行端口通过电缆（或称网络电缆）与用户端设备相连，接收用户端设备发送的数据或向户端设备发送数据。
PHY指物理层，一般指与外部信号接口的芯片，即通常所指的网卡。网卡也称网络适配器，是电脑与局域网相互连接的设备。无论是普通电脑还是高端服务器或者其它设备，如果需要连接到局域网，就需要安装一块网卡。
PHY单元405即起到网络适配器的作用，将MAC协议处理单元403输出的数据封装为数据包（或称数据帧）后通过网络，即通过电缆向用户端设备发送。
PHY单元405在接收到用户端设备发送的数据帧后，解析数据帧，将从数据帧中解析出的数据发送给MAC协议处理单元403。PHY单元405中的PHY芯片具体可以采用RTL8201BL、VT6103等芯片。
MAC协议处理单元403与PHY单元405之间具体可以通过SGMII（SerialGigabit Media Independent Interface，串行千兆位媒质独立接口）接口传输数据。
MAC协议处理单元403还与激光发射单元401相连，MAC协议处理单元403在接收到PHY单元405发送的数据后，对接收的数据进行MAC协议处理后得到的电信号输出到激光发射单元401。具体地，MAC协议处理单元403在接收到PHY单元405发送的数据后，进行上行信号的MAC协议处理：GE SERDES（千兆串并转换）、GE MAC（千兆以太网介质访问控制）、802.1Q协议处理、802.1ad协议处理、802.1D协议处理、802.3ah协议处理、FEC（前向纠错）；MAC协议处理单元403将从PHY单元405接收的数据经协议处理芯片中内置的Gigabit SerDes转变为并行数据后进行MAC协议处理，将经过MAC协议处理后的数据转换为串行数据的电信号后，输出到激光发射单元401。
激光发射单元401接收到MAC协议处理单元403输出的电信号后，根据接收的电信号向OLT301发送相应的上行光信号。具体地，激光发射单元401如图6所示，包括：激光器及其驱动电路。激光发射单元401的驱动电路接收到MAC协议处理单元403输出的电信号后，根据接收的电信号驱动激光器中的激光发射光源发射特定波长的激光作为上行光信号。
MCU单元404中主要包括MCU芯片，通过MCU芯片实现如下功能：
MCU单元404可以通过IIC总线或其它串行总线或并行总线与驱动电路通信，用以控制驱动电路，或配置驱动电路的参数，实现对激光发射单元401的数字监控和控制功能；
MCU单元404也可以通过IIC总线或其它串行总线或并行总线与限幅放大电路通信，用以控制限幅放大电路，或配置限幅放大电路的参数，实现对激光接收单元402的数字监控和控制功能；
此外，MCU单元404还可通过IIC总线或其它串行总线或并行总线与MAC协议处理单元403通信，用以实现MAC协议处理单元403的软件升级、命令测试、串口信息获取等功能；
MCU单元404还可通过IIC总线、或SGMII接口或其它串行总线或并行总线与PHY单元405通信，用以实现对PHY芯片的控制。
MCU单元404还可识别获取OLT301发送的指令。具体地，MAC协议处理单元403在对下行信号的MAC协议处理后，若判断、识别出接收的下行信号为OLT301发送的信令，则将该信令发送给MCU单元404，MCU单元404从接收的信令中解析获取OLT301发送的指令。MCU单元404根据OLT301发送的指令进行相应操作，具体可以包括：控制本光模块的激光发射单元401、激光接收单元402、MAC协议处理单元403、PHY单元405，或向OLT301返回相应数据，从而实现OLT301对本ONU光模块的远程控制。
MCU单元404中的MCU芯片可以是单片机、微处理器、CPU、FPGA等。
上述的MAC协议处理单元403与MCU单元404可以分别采用分立的芯片：协议处理芯片和MCU芯片来实现，也可集成到一个芯片中实现。
此外，ONU光模块303中还可包括存储单元406。MCU单元404与存储单元406相连，存储单元406用以存储参数或指令等。
上述集成了IEEE 802.3ah EPON MAC芯片和数字监控功能及长距离通讯的ONU光模块303可以采用SFP光模块的封装外壳，SFP封装外壳的示意图如图7所示；从图7中可以看出，集成了MAC功能的光模块占用空间非常小。图8示出了本发明实施例的ONU光模块的外接引脚示意图。
本发明实施例提供的光网络单元光模块中，由于集成了MAC协议处理单元和PHY单元，可以实现以太网的MAC协议转换和局域网的数据传输功能，从而光网络单元光模块可以直接与用户端设备相连，无源光网络中不必再设置光网络单元***设备，从而大大降低了光网络的成本，也节省了光网络所占用空间。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光网络单元光模块，包括：
激光接收单元，用于接收无源光网络中的光线路终端OLT发送的下行光信号，并根据接收的下行光信号输出相应的电信号；
媒体访问控制MAC协议处理单元，用于接收所述激光接收单元输出的电信号，对从所述激光接收单元接收到的电信号进行MAC协议处理后得到的数据进行输出；
物理层PHY单元，用于接收所述MAC协议处理单元输出的数据，并将从所述MAC协议处理单元接收的数据封装为数据帧后通过网络电缆向用户端设备发送。
2.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，还包括：激光发射单元；
所述PHY单元还用于接收到所述用户端设备发送的数据帧后，对该数据帧进行解析，将从该数据帧中解析出的数据发送给所述MAC协议处理单元；
所述MAC协议处理单元还用于将所述PHY单元发送的数据进行MAC协议处理后得到的电信号输出到所述激光发射单元；
所述激光发射单元用于接收所述MAC协议处理单元输出的电信号，根据接收的电信号向所述OLT发送相应的上行光信号。
3.如权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述激光发射单元包括：激光器及其驱动电路；其中，所述驱动电路接收到所述MAC协议处理单元输出的电信号后，根据接收的电信号驱动所述激光器中的激光发射光源发射上行光信号；以及
所述激光接收单元包括：光电二极管、跨阻放大器TIA、限幅放大电路。所述光电二极管在探测到所述下行光信号后输出相应的响应电流到所述TIA，所述TIA输出相应的差分电信号到所述限幅放大电路，限幅放大电路将接收的差分信号进行限幅放大，输出相应的电信号到所述MAC协议处理单元。
4.如权利要求2所述的光模块，其特征在于，还包括：
MCU单元，用于与所述MAC协议处理单元通信，实现所述MAC协议处理单元的软件升级；以及
所述MCU单元还用于与所述PHY单元通信，用以控制所述PHY单元中的PHY芯片；以及
所述MAC协议处理单元还用于对从所述激光接收单元接收到的电信号进行MAC协议处理后，若判断出接收到所述OLT发送的信令，则将所述OLT发送的信令输出到所述MCU单元；所述MCU单元还用于获取所述OLT发送的信令后，根据从中解析出的指令进行相应操作。
5.如权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述PHY单元中采用的PHY芯片的型号为RTL8201BL或VT6103；以及
所述MAC协议处理单元中采用的协议处理芯片的型号为Atheros8829。
6.一种无源光网络，包括：无源分光器POS、与所述POS的上行端口通过光纤相连的光线路终端OLT，以及多个分别与所述POS的下行端口通过光纤相连的光网络单元ONU光模块；
其中，所述ONU光模块用于与局域网中的用户端设备通过网络电缆相连，在接收到所述OLT发送的下行光信号后，将下行光信号转换为电信号经MAC协议处理后得到的数据，发送给所述用户端设备。
7.如权利要求6所述的光网络，其特征在于，所述ONU光模块包括：
激光接收单元，用于接收无源光网络中的光线路终端OLT发送的下行光信号，并根据接收的下行光信号输出相应的电信号；
媒体访问控制MAC协议处理单元，用于接收所述激光接收单元输出的电信号，对从所述激光接收单元接收到的电信号进行MAC协议处理后得到的数据进行输出；
物理层PHY单元，用于接收所述MAC协议处理单元输出的数据，并将从所述MAC协议处理单元接收的数据封装为数据帧后通过网络电缆向用户端设备发送。
8.如权利要求7所述的光网络，其特征在于，
所述ONU光模块还用于接收所述用户端设备发送的数据，将所述用户端设备发送的数据经MAC协议处理后，转换为上行光信号向所述OLT发送。
9.如权利要求8所述的光网络，其特征在于，所述ONU光模块还包括：激光发射单元；以及
所述PHY单元还用于接收到所述用户端设备发送的数据帧后，对该数据帧进行解析，将从该数据帧中解析出的数据发送给所述MAC协议处理单元；
所述MAC协议处理单元还用于将所述PHY单元发送的数据进行MAC协议处理后得到的电信号输出到所述激光发射单元；
所述激光发射单元用于接收所述MAC协议处理单元输出的电信号，根据接收的电信号向所述OLT发送相应的上行光信号。
10.如权利要求9所述的光网络，其特征在于，所述ONU光模块还包括：
MCU单元，用于与所述MAC协议处理单元通信，对所述MAC协议处理单元进行软件升级；以及
所述MCU单元还用于与所述PHY单元通信，用以控制所述PHY单元中的PHY芯片；以及
所述MAC协议处理单元还用于对从所述激光接收单元接收到的电信号进行MAC协议处理后，若判断出接收到所述OLT发送的信令，则将所述OLT发送的信令输出到所述MCU单元；所述MCU单元还用于获取所述OLT发送的信令后，根据从中解析出的指令进行相应操作。
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