CN201374788Y

CN201374788Y - 综合业务光站

Info

Publication number: CN201374788Y
Application number: CN200920126648U
Authority: CN
Inventors: 曾喜华; 陈戎; 秦宗华; 钱克军
Original assignee: CHONGQING JINGHONG HI-TECH Co Ltd
Current assignee: Chongqing Jinghong optic Technology Co. Ltd.
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2009-12-30
Anticipated expiration: 2019-03-16

Abstract

本实用新型公开一种综合业务光站，其中集成模块集成有CMTS功能模块、射频信号光电转换功能模块和IP数据光电转换功能模块；接口包括由电视光接口和IP数据光接口组成的输入接口，以及同轴电缆射频输出接口；其中，电视光接口与射频信号光电转换功能模块相连；射频信号光电转换功能模块用于将电视光信号转换为电信号；IP数据光接口与IP数据光电转换功能模块相连；IP数据光电转换功能模块用于IP数据包的光电转换，并与CMTS功能模块的数据口相连；CMTS功能模块用于IP数据信号的调制、解调和转发。使用本综合业务站组建的有线电视网络宽带网，能够减少“漏斗噪声”干扰，提高用户上网户均带宽高，具有节省建网成本，易于维护等优点。

Description

综合业务光站

技术领域

本实用新型涉及一种基于广电HFC网的综合业务接入设备，具体涉及一种安装于有线电视网络光节点处，用于有线电视网络电视信号光电转换和IP宽带数据光电转换与数据转发的综合业务光站设备。

背景技术

有线电视网络采用HFC(Hybrid Fiber Coaxial)的网络结构形式。有线电视网络宽带技术是指基于DOCSIS(Data Over Cable Service Interface Specification)标准，使用CM(Cable Modem电缆调制解调器)、CMTS(Cable Modem Termination System电缆调制解调器局端***)等设备将因特网接入HFC有线电视网络中，从而向有线电视网络用户提供宽带网络服务的一项技术。HFC通常由前端机房、光纤干线及同轴电缆分配线网三部分组成。前端机房将众多电视信号经处理后混合，再转换成光信号通过光纤干线进行远距离传输，到了用户区域后，再进行光电转换，该点被称为“光节点”。转换出来的射频电信号经放大、分配后由同轴电缆送到千家万户。DOCSIS标准是指应用于HFC网传输数据业务的接口规范，定义如何通过电缆调制调解器提供双向数据业务，支持在计算机网与有线电视网前端与用户之间实现IP数据包的传输。CMTS属于头端(局端)设备，通常部署在有线电视网络的前端，其核心构件包括调制解调功能板和CPU控制板。它有数据端口和射频端口，分别连接Internet和HFC。CMTS接收从用户端CM发来的调制信号(称为上行信号)，解调出其中的IP数据包，并根据目的地址转发至Internet中；同时，CMTS也将来自于Internet的数据信号经调试后(称为下行信号)发送到用户端的CM，它在数据网与HFC网之间起网关桥梁的作用。CM作为用户端设备，介于HFC网的终端端口与用户端CPE(Customer Premises Equipment)设备之间。CPE可以是个人电脑，也可以是交互式机顶盒、IP电话机等。

现有的有线电视网络宽带接入方案，是将CMTS集中部署在前端机房内，如图1所示。这种接入方法在运营商开展数据业务初期是可以的，能短时间内覆盖整个网络，但是弊端也是很明显的。主要存在下列几方面的问题：

1、“漏斗噪声”干扰严重

由于前端机房内的CMTS需覆盖几个至几十个光节点，用户数达几千甚至几万户，来自于传输线路和用户家中的各种噪声信号会由上行通道汇聚到CMTS的射频输入端，业界称之为“漏斗噪声”。漏斗噪声有70％是来自于用户家中的各种家用电器或空间辐射，CMTS覆盖的用户数越多，“漏斗”越大，漏斗噪声也越大。当此噪声汇聚到一个较高水平时，将会影响CMTS工作的稳定性，严重时将无法正常通信。

2、户均带宽资源低

由于部署在前端机房的CMTS要覆盖很多用户，随着宽带用户入网率的增加，户均得到的带宽资源将越来越小，难以满足用户的上网需求。

3、网络结构复杂，组网成本高

从图1中可见网络结构较为复杂，从用户端CM到前端机房数据交换机的网络路径是：

CM——电缆分配网——光节点(光工作站，含下行光接收和上行光发射)——光纤——回传光接收机与下行光发射机——CMTS——交换机。

每个光节点都需要安装光工作站，并且在前端机房要与之对应安装上行光接收机，这使得每个光节点的双向改造仅设备成本将达5000～8000元。为满足每个上网用户的带宽需求，在前端机房还要安装大量的CMTS设备，而机房使用的CMTS设备价格一般在10～20万元。这样一来，有线电视宽带网络的建设成本就处于较高的状态。

而且，现有技术中使用的光工作站也仅仅针对电视信号，不具备对IP数据进行光电转换与数据转发的功能。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是为了克服上述现有技术的不足，通过将CMTS功能、射频信号光电转换功能、IP数据信号光电转换功能集成为一体，制造成一体化的设备——综合业务光站(ISON，Integrated Service Optical Node)，将该设备安装于HFC宽带网络的光节点，以达到降低噪声干扰、提高户均带宽、简化网络结构和节省建设成本，而且易于维护的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型的综合业务光站，包括机壳、位于机壳内的集成模块以及接口；所述集成模块集成有CMTS功能模块、射频信号光电转换功能模块和IP数据光电转换功能模块；所述接口包括由电视光接口和IP数据光接口组成的输入接口，以及同轴电缆射频输出接口；其中，电视光接口与射频信号光电转换功能模块相连；射频信号光电转换功能模块用于将电视光信号转换为电信号；IP数据光接口与IP数据光电转换功能模块相连；IP数据光电转换功能模块用于IP数据包的光电转换，并与CMTS功能模块的数据口相连；CMTS功能模块用于IP数据信号的调制、解调和转发；CMTS功能模块的射频分上行和下行两个通道，其中下行通道将调制后的IP数据信号传至混合器与经光电转换后的电视信号混合，混合信号再经过均衡、分配和放大处理后从双工滤波器输出；上行通道与双工滤波器相连，用于将来自用户端的上行信号从双工滤波器中取出并送至CMTS，CMTS将此上行信号经过调谐、放大、解调等处理后送至数据信号光电转换功能模块转化为光信号，最终发送到IP骨干网。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型采用无风扇设计，适合野外安装，具有防水能力。特别适合在野外光节点处安置。

作为本实用新型的优化后的实施方式，其内部集成的射频信号光电转换模块和IP数据信号光电转换模块是可拆卸式设计，以便用户自由选择是否需要该模块。因为如果用户HFC的光节点处已经安装了上述功能的整机设备，则可以不选用该模块。此时，即把原来的光输入接口改为电信号输入端口，具体说，其端口选择配置为：射频输入和射频输出接口(F型插座)、RJ45接口。

本实用新型同时具有普通的电视光接收机功能和IP数据转发功能，是一个综合的一体化的光-电转换设备。在其中是采用了成熟的电视光接收技术和DOCSIS技术标准，可远程监控、管理，安装和维护非常方便。就现有的光节点设备而言，只有光接收机、光工作站、光收发器和ONU几种，而本实用新型综合业务光站是一个全新的设备。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、采用本实用新型的综合业务光站，减少了网络漏斗噪声的干扰。因为安装于光节点，覆盖的用户数少，自然就减少了回传漏斗噪声，使得CMTS模块工作更稳定；另外，即使一个片区受到干扰也不至于影响其他片区用户的正常通信，使得整个***抗干扰能力增强。

2、采用本实用新型的综合业务光站，提高了户均带宽。因为与传统CMTS设备具有同样带宽容量的CMTS模块覆盖的用户数大大减少，所以户均能得到的带宽资源得以增加。

3、采用本实用新型的综合业务光站，简化了HFC宽带网络结构，降低了建网成本。因为不再需要传统的光工作站与回传光接收机，平均每个光节点可节省5000～8000元。

4、采用本实用新型的综合业务光站，使得网络维护更加简单、方便。

附图说明

图1为传统的HFC宽带接入技术的网络拓扑结构图；

图2为采用本实用新型——综合业务光站构建的HFC宽带网络拓扑结构图；

图3为本实用新型——综合业务光站的内部电路原理框图；

图4为本实用新型——综合业务光站中CMTS模块的内部原理框图

具体实施方式

如图3所示，基于HFC宽带网络的综合业务传输装置，包括机壳、位于机壳内的集成模块以及接口；所述集成模块集成有CMTS功能模块、射频信号光电转换功能模块和IP数据光电转换功能模块；所述接口包括由电视光接口和IP数据光接口组成的输入接口，以及同轴电缆射频输出接口；其中，电视光接口与光接收功能模块相连；射频信号光电转换功能模块用于将电视光信号转换为电信号信号；IP数据光接口与IP数据光电转换功能模块相连；IP数据光电转换功能模块用于IP数据包的光电转换，并与CMTS功能模块的数据口相连；CMTS功能模块用于IP数据信号的调制、解调和转发；CMTS功能模块的射频分上行和下行两个通道，其中下行通道将调制后的IP数据信号传至混合器与经光电转换后的电视信号混合，混合信号再经过均衡、分配和放大处理后从双工滤波器输出；上行通道与双工滤波器相连，用于将来自用户端的上行信号从双工滤波器中取出并送至CMTS，CMTS将此上行信号经过调谐、放大、解调等处理后送至数据信号光电转换功能模块转化为光信号，最终发送到IP骨干网。

本实用新型的工作原理是：

参见图2，综合业务光站设备的作用是统一实现电视与数据光信号的光电转换，并将数据经调制或解调处理后与电视的射频信号混合在电缆中一起传输。该设备有电视与数据两个光接口，两个射频端口。

如图3所示，该设备承担着光电转换的任务，其中既包含电视信号，又包含IP数据信号。前者通过光电转换功能模块进行光电转换，后者通过数据光电转换功能模块实现光电转换，由CMTS模块完成数据信号的调制、解调以及转发，使其能在电缆网中传输，最终两种电信号混合后经同轴电缆到达各用户。具体地说，该设备包括机壳、位于机壳内的集成模块以及接口；所述集成模块集成有CMTS功能模块、射频信号光电转换功能模块和IP数据光电转换功能模块；所述接口包括由电视光接口和IP数据光接口组成的输入接口，以及同轴电缆射频输出接口；其中，电视光接口与光接收功能模块相连；射频信号光电转换功能模块用于将电视光信号转换为电信号信号；IP数据光接口与IP数据光电转换功能模块相连；IP数据光电转换功能模块用于IP数据包的光电转换，并与CMTS功能模块的数据口相连；CMT8功能模块用于IP数据信号的调制、解调和转发；CMTS功能模块的射频分上行和下行两个通道，其中下行通道将调制后的IP数据信号传至混合器与经光电转换后的电视信号混合，混合信号再经过均衡、分配和放大处理后从双工滤波器输出；上行通道与双工滤波器相连，用于将来自用户端的上行信号从双工滤波器中取出并送至CMTS，CMTS将此上行信号经过调谐、放大、解调等处理后送至数据信号光电转换功能模块转化为光信号，最终发送到IP骨干网。

图4是CMTS模块的原理框图。CMTS的基本作用就是对数据信号进行调制、解调，以便能在HFC网中传输。现在从数据的接收与发送过程来解释CMTS的工作过程：根据DOCSIS协议，从用户PC机网卡发出的数据信号进入CM，经过QPSK(或QAM)调制后变成带宽为0.2～6.4MHz不等的上行信号进入HFC网的上行通道(5～65MHz)，在综合业务光站中由双工滤波器分离出此信号，交给CMTS，先进行放大、调谐、滤波等处理后进行解调，解调出来的数据包再送到CMTS的核心——DOCSIS MAC处理芯片，由它决定此数据包的去向：经PCI总线到CPU、到100M以太网卡，与光收发器相连传至Internet；或经由下行通道传给其它CM。而来自于Internet的数据经光收发模块(或ONU)转换为以太网电信号，经100M以太网卡接收后送至CPU，再经PCI总线与DOCSIS MAC芯片连接。在CPU的控制下，MAC芯片将此数据包送至下行调制芯片，经QAM调制后输出中频信号，再滤波、放大后变频至88～860MHz内的任意一个带宽为8MHz(或6MHz)的射频信号，与来自光电转换后的射频电视信号相混合，从双工滤波器的高频端输入，从公共端输出接入HFC的电缆分配网。用户端CM接收到此下行信号后解调并回复数据包，从CM的网卡接口接入到PC机。这样就完成了从用户PC机发送数据到Internet、再接收来自Internet的数据整个通信过程。

本实用新型的技术实施，采用以下设计：

①使CMTS模块化：

传统的CMTS设备是由CPU控制、调制解调、上变频等多块电路板(卡)组成的，体积庞大。本实用新型首先要将CMTS实现模块化，以缩小体积，降低功耗。在此采用了ETXCPU模块。ETX是一种微型化的CPU模板，是嵌入式控制领域近年来得到推广应用的标准之一。ETX模块是在95x114mm尺寸上集成了声卡、LVDS显示、网口、USB和标准I/O功能的CPU子***，而***的接口部分和客户特殊功能扩展则设计在任意形状尺寸的载板上，ETX模块通过4个100pin的高密度连接器与载板连接。这样的设计使得其扩展更加灵活，***升级也轻而易举，并且最大限度地减少线缆连接。ETX的X86架构完全能够满足本实用新型的要求。由于该模板采用了标准接口，CPU的载板设计也比较容易，并且可以同时将调制解调功能板与之设计在一张PCB板上，制成独立的CMTS模块，实现一体化。此外，选择ETX结构模板，可以选择功耗低的CPU，有利于降低整机的功耗。

此外，将上变频器的功能直接设计在同一张PCB板上，并注意加强屏蔽隔离。

在进行一体化设计时，PCB板的布线要注意ETX连接座的PCI引脚线应遵循等长原则，同时要使模拟电路地线与数字电路地线分开，降低干扰。

②远程监控模块的设计：

远程监测的参数是机内的主要供电电压、机箱内部温度、信号功率、CM工作状态，要控制的参数是射频信号功率的调整、CMTS下行信号频率的设定、整机的重新启动，要配置的参数主要是CMTS的工作模式、CM的授权、故障报警门限等等。所有的监控数据以IP数据包的形式通过数据光纤传输到前端机房，在网管软件界面下实现对网内所有综合业务光站及其所带用户的集中监控、管理。

③集成各个功能模块：

将CMTS模块、射频信号光电转换模块、IP数据光电转换模块和监控模块集成为一体。其中的电视信号光电转换模块是传统的电视光接收机中的核心构件，IP数据信号光电转换模块是以太网光收发器(或ONU)的核心构件，这两者均是成熟产品，可通过采购来配套，再与CMTS模块和远程监控模块集成在一个机箱内。

④散热设计：

首先是电路设计阶段就贯穿降低功耗的思想，减少热量的产生，选择低功耗芯片。在散热方面，利用铝合金散热片型材制成密闭防水机壳，在壳底相应位置安装导热柱，以将电路板上的发热器件产生的热量直接传到至整个壳体，以达到快速散热之目的。

⑤软件设计：

在现有CMTS软件基础上，增加对设备的远程监控功能，再对驱动、通信、界面等进行整合。使网络管理员在远方机房即可掌控各光节点处集成功能模块的工作情况。其远程监控管理模块，采用了基于SNMP标准网管协议，可将三个模块集成为一体后使其于同一个网管平台上进行管理。

Claims

1、一种综合业务光站，其特征在于，包括机壳、位于机壳内的集成模块以及接口；所述集成模块集成有CMTS功能模块、射频信号光电转换功能模块和IP数据光电转换功能模块；所述接口包括由电视光接口和IP数据光接口组成的输入接口，以及同轴电缆射频输出接口；其中，电视光接口与射频信号光电转换功能模块相连；射频信号光电转换功能模块用于将电视光信号转换为电信号；IP数据光接口与IP数据光电转换功能模块相连；IP数据光电转换功能模块用于IP数据包的光电转换，并与CMTS功能模块的数据口相连；CMTS功能模块用于IP数据信号的调制、解调和转发；CMTS功能模块的射频分上行和下行两个通道，其中下行通道将调制后的IP数据信号传至混合器与经光电转换后的电视信号混合，混合信号再经过均衡、分配和放大处理后从双工滤波器输出；上行通道与双工滤波器相连，用于将来自用户端的上行信号从双工滤波器中取出并送至CMTS，CMTS将此上行信号经过调谐、放大、解调等处理后送至数据信号光电转换功能模块转化为光信号，最终发送到IP骨干网。

2、如权利要求1所述的综合业务光站，其特征在于，所述机壳采用铝合金散热片型材制成密闭防水机壳，在壳底对应电路板的位置安装导热柱；所述电路板为由CPU控制单元、调制解调单元和上变频单元一体化设计后构成的CMTS电路板。

3、如权利要求1所述的综合业务光站，其特征在于，内部集成的电视光信号接收模块和IP数据信号收发模块是可拆卸式。