一种无源光网络保护系统及其装置的制作方法

本发明涉及通信技术领域中的接入系统，尤其涉及一种无源光网络(pon)保护系统及其装置，以及该系统于无线接入网络中的无线前端回传业务保护应用。

背景技术：

随着各类新应用的不断涌现，无线业务量持续迅速增长。云无线接入网络(c-ran)因其能够降低成本、简化网络结构、并共享资源的特点，被视为一种非常受欢迎的架构，用以满足日益增长的业务需求。在这种分布式无线接入网络(ran)架构中，基站(bs)功能被分离为两部分：主要射频组件位于远端射频单元(rrh)，处理和控制功能位于基带处理单元(bbu)。集中化的bbu和远端rrh之间的部分被称为无线前端回传(mfh)，是c-ran架构中的关键部分。由于地理覆盖区域的重合、经济上的考量，及自身具有的低时延特性，波分复用无源光网络(wdm-pon)被认为是一种非常适合承载mfh的架构。

前端回传通信通常基于通用公共无线接口(cpri)技术，通过二进制比特流传输数字基带信号。然而，cpri技术的带宽利用效率不高。例如：对于单个无线信道带宽为20mhz、8*8多进多出(mimo)的典型场景，需要高达10gb/s的前端回传数据速率。而对于3gpp标准定义的4⁺g基站部署，即：每基站部署3个rrh(对应3扇区)，单载波20mhz，5载波聚合，8*8mimo的部署场景，每基站的单程前端回传数据速率将达到150gb/s。

为避免过高的前端回传速率，有人提出采用包括频率转换、射频rf功率合成/拆分等技术在内的模拟信号处理方式，它将多个无线信道汇聚到同一个光波波长上传输。每个光波波长承载60个子载波，每个子载波携带一个20mhz带宽、64进制正交幅度调制(64-qam)的lte正交频分复用(ofdm)信号。仍以前述4⁺g基站部署场景为例，采用此项技术，每基站所需的承载波长数目将从使用cpri技术的30个光波波长(单波长10gb/s)降低为4个波长(上行2波长，下行2 波长)。图1示出模拟信号汇聚技术承载无线前端回传业务的pon网络系统架构，简单起见，这里以每个基站部署2个rrh，且以2个基站、单程业务为例进行说明，图例中，一个基站的基带处理单元bbu1产生的数字基带信号，通过聚合/拆分单元进行信道汇聚之后，分别通过olt端口1、2中的数字模拟转换、光调制、加载到下行光波波长λ1、λ2上输出，而另外一个基站基带处理单元bbu2产生的数字基带信号，通过聚合/拆分单元进行信道汇聚之后，分别通过光线路终端(olt)端口3、4数字模拟转换、光调制、加载到下行光波波长λ3、λ4上输出，上述光波波长通过波分复用器(wdm)复用到光分配网络(odn)传输至各光网络单元(onu)，其中，蜂窝小区1中的onu1-1、onu1-2分别选择光波波长λ1、λ2接收来自其基带处理单元bbu的下行信号，例如：onu1-1中的波长选择装置选择光波波长λ1，由接收单元rx接收λ1上承载的来自其bbu1的下行光信号、模数转换器adc将下行模拟信号转换为数字信号，通过聚合/拆分单元将各信道拆分后，再通过模数转换器dac转换为模拟信号，并经上变频，传输给相对应的远端射频单元rrh。同理，蜂窝小区2中的onu2-1、onu2-2分别选择光波波长λ3、λ4接收来自其bbu2的下行数据。相反，上行方向来自各rrh的回程数据通过各自上行光波波长以模拟方式发送给olt(图例中未示意出)。由于具有高带宽利用效率，这种模拟方案得到了来自设备商、运营商、和标准化组织越来越多的关注。

当pon系统服务于家庭用户时，网络保护通常仅作为一个可选机制，其是否采用依赖于实际部署时经济上的考量。然而，当pon用于前端回传业务的承载时，由于多无线信道的汇聚及集中化的bbus处理，必须采用全冗余机制，以避免因光纤光缆或设备故障而导致数以千计用户的业务中断。

pon标准中定义了三种保护机制类型：类型a：仅备份馈线光纤，馈线光纤指位于olt和光功率分配器(spl)之间的光纤部分，以对合波后距离最长的这段光路进行保护。类型b：同时备份olt和所连接的馈线光纤。类型c：备份整个pon系统，包括olt、odn和onu。

出于经济上的考虑，通常pon系统会采用类型a或类型b的保护架构。不对引入光纤进行备份，引入光纤指位于spl和onu之间的光纤部分。由于发生在引入光纤段的故障只影响少数家庭用户，因此不对引入光纤加以保护。然而，对于商业用户场景和承载无线业务，如mfh场景，标准中要求采用全冗余机制以避 免对大规模和重要用户产生影响，例如：类型c保护机制。

对于类型c保护机制，如图2所示的pon网络系统全冗余链路保护架构中，它提供两套全冗余链路，系统中olt、馈线光纤、spl、引入光纤、onu任意一点发生的故障都能被恢复。这种架构保证了系统的高可靠性，特别是基于spl和onu之间的引入光纤是pon网络中最易受损的部分这一事实。然而，类型c保护由于引入了额外的spl，不能兼容于已有的pon基础设施，同时，对引入光纤的备份不仅使引入光纤成本加倍，也使建设施工成本加倍。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种改进的pon网络系统保护结构，它基于现有的光分配网络odn结构，通过在onu侧设置链路保护装置，使得相邻onu的引入光纤互为保护，该系统保护结构可以为无线接入网络提供一个具有弹性的无线前端回传mfh系统，避免由于olt或光纤故障而引起的业务中断。

根据本发明的一个方面，这里提供一种无源光网络系统，其包括：局端单元，包括若干光线路终端olt，通过各自馈线光纤向光分配网络odn发送被保护波长通道的下行光信号或接收来自用户侧光网络单元onu的上行光信号；光功率分配单元，其输入端口通过若干馈线光纤分别与前述若干olt相连，其输出端口分别通过引入光纤与用户侧的onu相连；光网络单元，具有链路保护装置，用于耦合其它onu，使被耦合onu相连的引入光纤可以作为该光网络单元引入光纤的备份。

优选地，前述光网络单元在所连接的引入光纤发生故障时，进行保护切换、通过所述链路保护装置与其耦合的onu所连接的引入光纤建立连接，以接收指定下行波长或发送上行波长。

优选地，前述下行光信号中，被保护下行波长以互补形式配置输出。

优选地，前述无源光网络系统中，一个olt在判断一个被保护下行波长的工作olt端口故障时，激活其它olt中相应的备份olt端口，输出该下行波长通道的光信号。

优选地，前述无源光网络系统中，一个olt在判断所连接馈线光纤故障时，激活其它olt中所有相应的备份olt端口，通过其它olt所连接的馈线光纤输出被保护下行波长通道。

根据本发明的另外一个方面，这里提供一种无源光网络系统中的局端单元，其包括：若干光线路终端olt，通过各自馈线光纤向光分配网络odn发送被保护 下行波长通道的下行光信号或接收来自用户侧光网络单元onu的上行光信号，其中，所述下行光信号中，被保护下行波长以互补形式配置输出。

优选地，前述局端单元中，一个olt在判断一个被保护下行波长端口故障时，激活其它olt中相应的备份olt端口，输出该下行波长通道的光信号。

优选地，前述局端单元中，一个olt在判断所连接馈线光纤故障时，激活其它olt中所有相应的备份olt端口，通过其它olt所连接的馈线光纤输出被保护下行波长通道

根据本发明的另外一个方面，这里提供一种光纤链路保护装置，其具有第一、第二引入光纤输入，包括：第一波分复用装置，与第一引入光纤相连，输出至少一个光波波长，作为第一波长耦合器的输入；第一波长耦合器，一个输入端口与第一波分复用装置相连，以接收第一光波波长作为工作波长，另一个输入端口与第一备份链路装置相连；第一备份链路装置，用于与第二引入光纤相耦合，输出所述第一光波波长的备份波长。

优选地，前述第一备份链路装置包括：第二波分复用装置，与第二引入光纤相连，输出至少两个光波波长，其中一个光波波长为所述第一光波波长的备份波长；第一光开关装置，其一端与被第二波分复用器指定端口相连，以将第二引入光纤中第一光波波长作为备份波长。

优选地，前述光纤链路保护装置进一步包括：第二波长耦合器，一个输入端口与第二波分复用装置相连，以接收第二光波波长作为工作波长；另一个输入端口与第二备份链路装置相连；第二备份链路装置，用于与第一引入光纤相耦合，输出所述第二光波波长的备份波长。

前述第二备份链路装置包括：第二光开关装置，其一端与被第一波分复用器指定端口相连，以将第一引入光纤中第二光波波长作为备份波长。

根据本发明的另外一个方面，这里提供一种无源光网络单元，其包括：链路保护装置，用于耦合其它光网络单元onu，使被耦合onu相连的引入光纤可以作为该光网络单元引入光纤的备份。

优选地，前述链路保护装置包括：波分复用装置，与该onu所连接的引入光纤相连，输出至少第一光波波长；波长耦合器，一个输入端口与所述波分复用装置相连，以接收第一光波波长作为工作波长，另一个输入端口与光开关装置相连；

前述光开关装置与其它onu的相耦合，以从其它onu所连接的引入光纤输出所述第一光波波长的备份波长。

优选地，前述波分复用装置还输出第二光波波长，作为其它onu引入光纤的备份。

根据本发明实施例所提供的系统及其装置，它可以基于现有的光分配网络为无线接入网络提供一个具有弹性的无线前端回传mfh全面的保护系统，无论是olt故障、馈线光纤故障、还是靠近用户侧的引入光纤故障都可以得到双重冗余保护，根据配置的不同、甚至可以做到多重冗余保护；对于用户侧受保护的onu，相对于全冗余机方式下类型c保护机制，它无需要铺设冗余的引入光纤备份，仅仅在onu端设置保护装置，利用邻近onu的引入光纤作为其备份光纤，其成本可予以接受，尤其是相对于服务成千上万的移动用户。

进一步地，根据本发明的实施方式，局端若干光线路终端olt通过各自馈线光纤向odn发送被保护波长通道的下行光信号，下行光信号中被保护下行波长以互补形式配置输出，这对于无线前端回传mfh而言，使得一个蜂窝系统下的rrh即使在发生传输故障时，也仅仅只有部分业务量受到影响，且可以得到快速恢复。

附图说明

通过下面提出的结合附图的详细描述，本发明的特征、性质和优点将变得更加明显，附图中相同的元件具有相同的标识，其中：

图1是使用模拟信号汇聚技术承载无线前端回传业务的pon网络系统架构；

图2是现有方式下pon网络系统全冗余链路保护架构；

图3是本发明使用模拟信号汇聚技术承载无线前端回传业务的pon网络全保护架构实施例；

图4a是本发明提供的一种光纤链路保护装置实施例之一；

图4b是本发明提供的一种光纤链路保护装置实施例之二；

图5是本发明提供的使用模拟信号汇聚技术承载无线前端回传业务的pon网络系统中olt故障下的保护倒换实施例；

图6是本发明提供的使用模拟信号汇聚技术承载无线前端回传业务的pon网络系统中馈线光纤故障下的保护倒换实施例；

图7是本发明提供的使用模拟信号汇聚技术承载无线前端回传业务的pon 网络系统中引入光纤故障下的保护倒换实施例。

具体实施方式

在在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。需要说明的是，尽管本文中以特定顺序描述了本发明中有关方法的步骤，但是这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果，相反，本文中所描述的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

图3示出了本发明提供的使用模拟信号汇聚技术承载无线前端回传业务的pon网络全保护架构，这里以4⁺g部署场景为例对系统架构和工作机制进行说明。根据前述分析，当单波长承载60个子载波时，只需要2个上行波长(和2个下行波长)即可满足一个基站的数据承载需求。因此，只用2个onu即可服务一个基站，且这两个onu在地理上相互靠近。

在局端olt侧，一个基站的基带处理单元bbu产生的数字基带信号，通过聚合/拆分单元进行信道汇聚之后，经由数模转换器转换为模拟信号，60个子载波的模拟数据被调制到同一个连续光激光器上，并使用此激光器的出射波长进行传输。为满足4⁺g部署场景下2个基站的承载需求，在olt端共需使用4个olt端口。出于系统弹性考虑，图例中，两套olt设备olt1、olt2均配备有所有olt端口，并以互补形式各自开启一半数量的olt端口，即：每个基站所接收到的两个波长分别由位于不同的olt设备上的两个olt端口出射，例如”λ1由olt1上的olt端口1-1出射，而λ2由olt2上的olt端口2-2出射；同时，对应λ1保护波长的olt2上的olt端口2-1、对应λ2保护波长的olt1上的olt端口1-2保持关闭状态。出射的波长在olt中完成波长复用后，与olt1相连的馈线光纤1上传输波长λ1和λ3；而与olt2相连的馈线光纤2上传输波长λ2和λ4。

值得说明的是，pon系统中被保护的onu需要在两套olt设备olt1、olt2上均完成注册。这样，“工作olt端口”的逻辑状态能够在最短的时间内复制到“备份olt端口”上。同时，根据itu-tg.984.1标准建议，两套olt设备olt1、olt2之间应具有数据通信通道，以分享所有需要重新建立链接的onu的服 务配置参数。

在光分配网络odn中，使用一个2×n光功率分配器spl来替换现有网络中的1×n光功率分配器，2×n光功率分配器的每个输入端口均通过一条馈线光纤与局端一套olt设备相连接。2×n光功率分配器的每个输出端口均通过一条引入光纤与用户侧onu相连接，图例中，下行光信号在经过spl完成波长复用和功率分配后，4条引入光纤的每一条上均传输所有波长λ1-λ4给与之相连的onu。

在用户侧，通常情况下由于连接onu的引入光纤没有备份，引入光纤段不能被保护，然而引入光纤段却是网络中最易发生故障的部分。因此在本发明实施例中，我们在同一蜂窝小区的两个onu之间建立连接，使得与这两个onu相连接的引入光纤可以互为备份。

一种情况下，蜂窝小区1中的无源光网络单元onu1-1服务于无线前端回传mfh，它可以使用相邻的onu1-2的引入光纤作为备份链路，无源光网络单元onu1-1包括一个波分复用装置，一个波长耦合器wc，以及链路保护装置，其中：

波分复用装置wdm，与onu1-1所连接的引入光纤相连，输出至少一个光波波长λ1，作为波长耦合器wc的输入；波长耦合器wc的一个输入端口与所述波分复用装置wdm相连，以接收光波波长λ1作为工作波长，另一个输入端口与第一备份链路装置相连。第一备份链路装置耦合其它onu1-2，使被耦合的onu1-2相连的引入光纤可以作为该光网络单元onu1-1引入光纤的备份。

根据本发明所提供的优选实施方式，第一备份链路装置包括一个光开关os1，光开关os1与onu1-2相耦合，以获取onu1-2所连接的引入光纤中的光波波长λ1作为备份波长。

另外一种情况下，蜂窝小区2中的无源光网络单元onu2-1、onu2-1同时服务于无线前端回传mfh，无源光网络单元onu2-1包括前述波分复用装置、波长耦合器wc，以及链路保护装置，区别于前述onu1-1，其波分复用装置输出至少两个光波波长λ3，λ4，其中一个波长λ3作为自身onu波长耦合器wc的输入，另外一个光波波长λ4作为其它onu2-2链路备份，如此使得同一蜂窝小区2中的两个onu可以互为备份。

在正常工作状态下，每个onu中的光开关均处于“断开”状态，onu只接收来自其onu对应的引入光纤中的“正常光纤链路”中承载的下行波长。接收后，此波长上的数据被解调，并传输给此基站中相应的rrh。

本领域技术人员可以理解，本发明所提出的光纤链路保护装置可以作为一个独立的装置而存在，结合图例4a提供的一种光纤链路保护装置实施例之一进行说明，图例中光纤链路保护装置，其具有第一、第二引入光纤输入，它包括第一波分复用装置wdm1、第一波长耦合器wc1、以及由第一光开关装置os1和第二波分复用装置wdm2所构成的第一备份链路装置，该链路保护装置仅仅提供对第一波长λ1的单边保护，而第二波长λ2不作为保护波长，其中：

第一波分复用装置wdm1，与onu1-1所连接的引入光纤相连，输出至少一个光波波长λ1，作为波长耦合器wc1的输入；

第一波长耦合器wc1，具有两个输入端口，其中一个输入端口与所述第一波分复用装置wdm1相连，以接收第一光波波长λ1作为工作波长，另一个输入端口与第一备份链路装置相连；

第一备份链路装置，它与第二引入光纤相耦合，输出所述第一光波波长λ1的备份波长。

根据本发明所提供的优选实施方式，第一备份链路装置中：第二波分复用装置wdm2与第二引入光纤相连，输出至少两个光波波长λ1、λ2，其中一个光波波长为所述第一光波波长λ1的备份波长；而第一光开关装置os1，其一端与被第二波分复用器wdm2指定端口相连，以将第二引入光纤中第一光波波长λ1作为备份波长。

而某种情况下，光纤链路保护装置也可以具备双边保护功能，结合图例4b提供的一种光纤链路保护装置实施例之一进行说明，图例中光纤链路保护装置，其具有第一、第二引入光纤输入，其结构上除了前述第一波长耦合器wc、第一备份链路装置和第一波分复用装置wdm1以提供对第一波长λ1的保护之外，还包括第二波长耦合器wc2、以及由第二光开关装置os2和第一波分复用装置wdm1所构成的第二备份链路装置，该链路保护装置不仅提供对第一波长λ1的保护，而第二波长λ2也可作为保护波长，其中：

第二波长耦合器wc2，一个输入端口与第二波分复用装置wdm2相连，以接收第二光波波长λ2作为工作波长，另一个输入端口与第二备份链路装置相连；第二备份链路装置与第一引入光纤相耦合，输出第二光波波长λ2的备份波长。

根据本发明所提供的优选实施方式，第二备份链路装置中：第一波分复用装置wdm1与第一引入光纤相连，输出至少两个光波波长，其中一个波长λ1作 为第一波长耦合器wc的输入，另外一个光波波长作为所述第二光波波长λ2的备份波长；第二光开关装置os2，其一端与被第一波分复用器wdm1指定端口相连，以将第一引入光纤中第二光波波长λ2作为备份波长。

图5提供的使用模拟信号汇聚技术承载无线前端回传业务的pon网络系统中olt故障下的保护倒换实施例，该系统实施例中，olt设备及其供电系统和安装处所发生灾难时则可能引起整套olt设备发生故障，而光/电器件的失效可能引起某个olt端口发生故障，具体地说：

局端olt采用的是改进的“双父母型”保护，局端olt设备olt1、olt2同时工作，olt1激活其olt端口1-1、olt端口1-3输出被保护下行波长λ1、λ3；olt2激活其olt端口2-2、olt端口2-4输出被保护下行波长λ2、λ4，如此而来，下行光信号中被保护下行波长以互补形式配置输出。

一种情形，当一套olt设备损坏时，另一套olt设备上与之相对应的olt端口将全部被激活，以提供保护备份。例如：当图例中olt1设备损坏时，另一套设备olt2激活其所有olt端口，通过馈线光纤2向odn网络发送被保护波长通道的下行光信号λ1-λ4。对于这种情况，olt1的所有端口均检测到告警信息，例如：olt发射机失效、olt发射机没有正常的后向电流或驱动电流过大，此时，可以判定为olt设备故障，可以激活备份olt所有端口以提供备份保护。在这种架构中，onu侧接收到的波长将不受olt故障的影响。同时，这对于无线前端回传mfh而言，使得一个蜂窝系统下的rrh即使在发生传输故障时，也仅仅只有部分业务量受到影响，且可以得到快速恢复。

另一种情形，即某一套olt设备上的某一个olt端口出现故障，例如：olt端口1-1发生故障。此时，仅需激活另一套olt设备olt2上相应的olt端口，例如：olt端口2-1即可，此时，馈线光纤1所承载的波长由故障发生前的λ1和λ3变为λ3，而馈线光纤2所承载的波长由故障发生前的λ2和λ4变为λ1、λ2和λ4。经过2×2spl完成波长复用和功率分配后，每条引入光纤仍然承载全部“λ1-λ4”波长，与正常工作状态时相同。对于这种情况，olt1端口1-1检测到告警信息，例如：olt发射机失效、olt发射机没有正常的后向电流或驱动电流过大，此时，可以判定为olt端口1-1故障，可以激活备份olt相应的端口，即olt端口2-1以提供备份保护。在这种架构中，onu侧接收到的波长将不受olt故障的影响。同时，这对于无线前端回传mfh而言，使得一个蜂窝系统下 的rrh即使在发生传输故障时，也仅仅只有部分业务量受到影响，且可以得到快速恢复。

图6是本发明提供的使用模拟信号汇聚技术承载无线前端回传业务的pon网络系统中馈线光纤故障下的保护倒换实施例，在馈线光纤段发生故障会影响几乎所有的终端用户，因此应该严格避免。假设olt1所连接的馈线光纤1发生故障，则其承载的被保护下行波长λ1和λ3丢失，这意味着在onu侧每个基站都有一半的数据无法接收。这种情况下，由局端olt判断是否馈线光纤发生了故障，需要另一套olt设备olt2激活其上所有空闲的olt端口，例如：olt端口2-1，olt端口2-3以提供备份，通过馈线光纤2输出对应的被保护下行波长通道λ1和λ3。如此而来，馈线光纤2将承载所有被保护下行波长“λ1-λ4”。与前述情形类似，在经过2×2spl完成波长复用和功率分配后，每条引入光纤仍然承载全部“λ1-λ4”波长，与正常工作状态时相同。在这种架构中，onu侧接收到的波长将不受olt故障的影响。

对于上述情况，局端olt设备olt1的所有olt端口均检测到告警信息，例如：信号丢失los，olt1的所有olt端口在若干个上行帧内没有接收到有效光信号。此时，可以判定为该olt对应的馈线光纤1发射故障，可以激活备份olt2设备相应的所有互补端口以提供备份保护。

图7是本发明提供的使用模拟信号汇聚技术承载无线前端回传业务的pon网络系统中引入光纤故障下的保护倒换实施例，引入光纤段是网络中最易发生故障的部分。假设与onu1-1所连接的引入光纤1发生故障。在这种情况下，onu1-1将无法像正常状态下一样从其“工作光纤”中接收到被保护下行波长λ1信号，由此而来，该蜂窝小区1所对应的基站处理单元的一半数据将丢失。发生引入光纤故障，由该引入光纤所对应的onu1断定是否引入光纤发生了故障。之后，onu1-1将其光开关os1切换到“闭合”状态，与onu1-2建立备份连接。由于每条引入光纤均承载完全相同的被保护下行波长λ1-λ4，因此onu1-1能够从onu1-2的wdm后接收到属于onu1-1的下行波长λ1，同时并不影响onu1-2的工作。

对于上述情况，omu1-1检测到告警信息，例如：信号丢失，连续若干个帧内无有效下行光信号，此时，可以判定为该onu对应的引入光纤发射故障，此onu将其光开关os1切换到“闭合”状态，与onu1-2建立备份连接。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。