用于用户供电的网元的系统和方法
【专利说明】用于用户供电的网元的系统和方法
[0001]本申请是PCT申请(PCT/US2011/026417)于2012年10月25日进入中国国家阶段的申请(申请号为201180020896.4，发明名称为“用于用户供电的网元的系统和方法”)的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请根据37C.F.R.§ 1.53(b) (2)作为部分接续申请申请，本申请根据35U.S.C.§120要求由相同发明人于2010年2月28日提交的名称为“用于用户供电的网元的系统和方法(System and Method For A Subscriber-Powered Network Element) ” 的第12/714，543号待决专利申请的权益，该申请根据37C.F.R.§ 1.53(b) (2)要求由相同发明人于2007年7月17日提交的名称为“用于用户供电的网元的系统和方法(System andMethod For A Subscriber-Powered Network Element) ”的第 11/764，228 号待决专利申请的权益，该申请根据37C.F.R.§ 1.53(b)⑵要求由相同发明人于2006年3月1日提交、现已废弃的第11/369，512号专利申请的权益，该申请根据35U.S.C.119(e)要求于2005年3月1日提交、现已到期、并且以全文引用方式并入本文中的第60/657，511号美国临时专利申请的权益。
技术领域
[0004]本发明大体涉及光纤通信网络，更具体地讲，涉及光接入网络、广域网、宽带通信或电信系统的供电结构。
【背景技术】
[0005]由于发射和接收日益增多的信息的客户或用户需求逐渐增大，促使电信和宽带电缆通信公司升级自己的广域网(WAN)或宽带接入通信网络基础结构。为了以较高速率提供更多视频、音频和电话形式的信息，需要进行较高带宽通信网络升级或新部署。双绞线电缆，例如用于普通老式电话服务中的双绞线电缆，不支持长距离上的高带宽；尽管同轴电缆，例如用于电缆电视服务中的同轴电缆，性能更佳，但也具有到达和带宽限制。光纤可提供几乎不受限的带宽，从而实现宽带和多媒体服务。
[0006]现代电话广域网接入基础结构，例如环状网络中的光纤(FITL)，使用光纤和双绞线的组合来发送数据通信到用户以及从用户接收数据通信。而现代电缆广域网接入基础结构，例如混合光纤同轴网络(HFC)，使用光纤和同轴电缆的组合来发送数据通信到用户以及从用户接收数据通信。通常，用户在电信网络的大约最后一英里内由双绞线提供服务，或在电缆网络的大约最后两到三英里内由同轴电缆提供服务。为了在用户位置处获得较大带宽速率，光纤网络必须更接近用户，以使铜阻电压降(例如，双绞线或同轴电缆)的距离足够短，且将能够支持增大的数据传送速率。
[0007]将光纤电缆置于用户位置的短距离内的一个主要问题是对铜阻电压降点维持大量光纤的额外负担。这些降点(drop site)是在电信网络中称作光网络单元(0NU)或光网络终端(0ΝΤ)的网元以及在混合光纤电缆网络中的光节点(或简称为节点)，并且通常用于在光纤的光域与绞合对或同轴电缆的电域之间转换信息。
[0008]服务提供商或他们的分支机构(例如，宽带接入服务提供商、应用服务提供商、互联网服务提供商、管理服务提供商、主管理服务提供商、管理互联网服务提供商、电信服务提供商、校园服务提供商、电缆服务提供商)提供和维护这些降点的重要部分是提供所需的电力。光纤本身不能携载电力以向这些降点供电。这就产生了设计、分布以及部署电力以满足降点能量需要的挑战。此外，如果对降点的主电力供应失败，则必须还提供备用电力，且该备用电力具有能够在数小时或者甚至数天内满足网络的性能和可靠性要求的足够备用供电量。这通常是普通老式电话服务网络中所需的生命线电话服务的情况。生命线电话意指用户电话必须在AC供电中断或用户驻地断电期间保持能量供应并且运行。
[0009]降点通常由服务提供商或分支机构的分散铜设备或位于降点群集附近的电力节点集中供电，或者由附近的商业或公用事业电源局部供电，或者通过太阳能光伏能量供电。
[0010]在集中供电的情况下，电力通常从中心局(C0)经由新的或现有铜设备提供。电力也可以在单独的双绞线或同轴电缆上提供，该双绞线或共轴电缆粘结到光纤电缆束外部、编织在光纤电缆束内，或者在从中心局安装光纤期间与光纤分开部署。但是，集中化电力是一种策略，它需要部署与信息网分开的单独电力网。由于中心局或头端到远程降点之间的距离逐渐增大，电力网上所需的电压也逐渐增大以馈送降点能量需要。电压增大将引起工艺安全问题。或者，电力网可随位于降点集群附近的电力节点扩大，但额外的金属外壳将增加对因闪电和电力线感应而引起的电涌的敏感性。此外，存在向电力网供应电力的24小时每天的成本，以及电力网本身的定期维护和支持，包括定期为生命线服务更换电池，这些电池通常位于C0或头端处。
[0011]在局部供电降点的情况下，电力源自降点附近，且备用电力通过降点处的电池提供。这种结构的主要能源是直接从电力公用事业的设备中抽出的商业AC电力。电源置于可与降点位于同一位置的小型环境硬化外壳中；但是，电池通常与降点在相同外壳中。这样产生了大量的电池点和电力接入点。通常，这种类型系统的成本高昂，主要是由于将降点连接到商业电源的成本。区域性电力公用事业公司可能坚持使用计量连接到他们的电网，因而产生一次性ac电表安装以及需要收取接线费。此外，无论使用与否，都可能收取最低每月仪表费用。这就在降点的每月能量消耗远远低于最低费用时产生严重的问题。
[0012]在用太阳能来局部地为通信网络基础结构供电的情况下，这种策略可最小化集中和局部供电的一些缺点，例如易受闪电损坏以及有限的电池储备，从而让光纤成为专用分配设备。太阳能电池板和大型电池共同位于降点处，在不连接到任何电网的情况下连续地向降点供电。但是，它的使用仅限于直接接受太阳光的地区，因为太阳能电池板的输出随入射太阳能的减少而减少。因此，该策略无法在每个地方使用。此外，太阳能需要安装大容量(ffh)的电池。
[0013]因此，需要对将接入光纤置于用户驻地或客户位置的短距离内的光纤通信网元进行供电。供电策略或光纤广域网的结构必须能够以成本有效和可维护的方式支持并操作大量降点或网元。
【发明内容】
[0014]根据本发明，提供一种技术，涉及由用户终端、适配器、路由器、服务器、网关或客户驻地设备(CPE)对广域接入网络的网元或降点进行本地供电，其将可得自用户主电源(例如，AC电力)的电力信号或电力与电气数据通信作为组合式电气WAN信号组合到相同通信媒体上，该通信媒体将网元或降点与用户终端、适配器、路由器、服务器、网关或CPE相连。某些优势和/或益处可使用本发明的实施方案来获得。例如，本发明的实施方案具有无需额外安装仪表或缴纳仪表接线费的优势。此外，本发明的实施方案具有减小劳工安装时间和成本，并且实现用户自行安装的优势。此外，本发明的实施方案不会形成单独的电力网。信息网和电力网是相同的网络，因为它们共享相同的传输线(例如，绞合铜线对或双绞线、同轴电缆或以太网电缆)，因此通信网络能够以成本有效和可维护的方式供电。
[0015]通常，一方面，本发明的实施方案包括一种向光纤广域网的网元供电的系统，该光纤广域网例如环状网络中的光纤，其在中心局(C0)与用户终端或客户驻地设备之间传输通信数据。除了其他功能以外，具有至少一个光端口和至少一个电气端口的该网元，例如降点，用于在来自中心局的光纤与通向用户终端的双绞线之间转换携载信息的光到电(0-E)和电到光(E-0)信号。用户终端或远程用户装置还包括:DC电源；通信装置，例如高速客户端调制解调器；以及电气耦合装置，例如，用户线接口电路(SLIC)装置，其包括用于将客户端调制解调器的通信和DC电源的DC电力输出耦合到相同物理通信媒体上的装置。网元还包括:通信装置，例如高速C0调制解调器；DC到DC功率变换器；以及电气耦合装置，例如数据存取安排(DAA)装置，其包括的装置用于耦合C0调制解调器的电通信，并且将DC电力从用户终端递送到网元的DC到DC电力供应转换器。在用户终端与网元之间电通信的双绞线用作将DC电力传送到网元并进行调制解调器通信的媒体。这样，网元经由双绞线电缆由用户驻地供电，且调制解调器经由相同双绞线电缆进行通信。
[0016]本发明的实施方案的各方面可包括一个或多个以下特征。光纤广域网是环状网络中的光纤，例如，光纤到路边(FTTC)网络、光纤到驻地(FTTP)网络、光纤到节点(FTTN)网络、光纤到底层(FTTB)网络、光纤到基地台网络或它们的某些组合。此外，环状网络中的光纤可以是点到点网络或点到多点网络，例如无源光网络(Ρ0Ν)。例如，环状网络中的光纤可以是点到点光纤到路边网络(FTTC-P2P)，或无源光纤到路边网络(FTTC-P0N)实施形式。根据本发明的实施方案，通信装置或调制解调器可以是数字用户线(xDSL)类型的调制解调器，例如非对称数字用户线(ADSL)调制解调器，甚高比特率数字用户线(VDSL)调制解调器，或甚高比特率数字用户线2(VDSL2)调制解调器。这些通信装置或调制解调器还可以是电力线，也称为电力线通信或电力线载波(PLC)调制解调器。此外，这些通信装置或调制解调器可以是ITU-T G.hn调制解调器。SLIC和DAA装置等电气耦合装置可包括耦合电容器、耦合变压器、阻塞电感器，或者执行电感耦合。此外，SLIC和DAA装置可包括用于低通滤波、带通滤波，和/或高通滤波的元件。SLIC装置将针对无防护人类接触的可能，将所传输DC电力的电流限制到无危险水平。双绞线是双绞线线，例如22、24或26规格的双绞线，但还可以是3类电缆的单对，或者5类电缆的单对。由用户供电的网元可以是光网络单元(0NU)或光网络终端(0ΝΤ)。用户终端、客户驻地设备或远程用户装置还可包括一个或多个以下用于远程用户使用的特征:以太网局域网(LAN)、WiFi网络、IP承载语音(VoIP)服务、IPTV服务、交互式宽带通信服务或它们的组合。用户终端、客户驻地设备或远程用户装置还可提供普通老式电话服务(POTS)或电话转接器(ΑΤΑ)功能，并且包括在用户主电源丢失时使用的备用电池，以提供生命线支持。电池可由用户、客户或用户进行更换。该电池还可位于网元处。用户或客户驻地处的DC电源可以是DC到DC电源，或AC到DC电源，并且电力可通过DC到DC或AC到DC电源得自用户主电源。
[0017]通常，另一方面，本发明的实施方案包括一种向光纤广域网的网元供电的系统，该光纤广域网例如光纤到驻地(FTTP)网络，其实现C0与用户或客户之间的宽带通信。ONUS0ΝΤ等通常处于高电平的网元用于将从C0到该网元的光纤的光域的信息转换成双绞线或在网元与用户终端或客户驻地设备之间延伸的线上的电信号。该0NU或0ΝΤ位于用户或客户驻地处，尤其是边界或网络接口装置(NID)的点处。或者，当本地规范允许时，该0ΝΤ可以位于用户或客户驻地内(即，在NID的用户侧)。尽管未显示在本发明的以下实施方案中，可存在和隐含0ΝΤ在用户驻地内的替代实施方案。用户终端或远程用户装置还包括以太网供电(PoE)供电设备(PSE)等电气耦合装置以及以太网PHY装置等通信装置。该PSE连接到两个或四个线对，例如5类电缆中的线对，进而在NID处连接到0NU或ONT。0NU或0ΝΤ还包括电气耦合装置，例如PoE受电装置(PD)，该装置从PSE接收电力并向0NU或0ΝΤ供电。此外，该0NU或0ΝΤ包括第二通信装置，例如，以太网PHY装置，用于实现用户终端或远程用户装置与NID处的0UN或0ΝΤ之间的以太网通信。这样，网元从用户或客户驻地通过以太网供电而获取电力，并且能够经由相同线对与用户终端通信。用户终端、客户驻地设备或远程用户装置还可包括一个或多个以下用于远程用户使用的特征:以太网局域网(LAN)、WiFi网络、IP承载语音(VoiP)服务、IPTV服务或交互式宽带通信服务，或它们的组入口 ο
[0018]通常，一方面，本发明的实施方案包括一种向光纤广域网的第一网元供电的系统，该光纤广域网例如混合光纤同轴网络，其在头端与用户终端或客户驻地设备之间传输通信数据。该第一网元，例如降点，用于在来自头端的光纤与通向用户终端的同轴电缆之间转换光到电(0-Ε)和电到光(Ε-0)信号。用户终端或远程用户装置还包括:DC电源；通信装置，例如高速客户端调制解调器或客户端网络装置；以及第一电气耦合装置，其包括用于将客户端调制解调器或客户端网络装置的通信耦合到DC电源的DC电力输出的装置。网元还包括通信装置，例如高速头端调制解调器或接入网络控制器装置，DC到DC功率变换器，以及第二电气耦合装置，该装置包括的装置用于耦合头端调制解调器或网络接入控制装置的通信并且将DC电力递送到DC到DC功率变换器，连接在用户终端与网元之间的同轴电缆用作将DC电力传送到网元并且进行网络通信的媒体。这样，第一网元经由同轴电缆由用户终端供电，并且调制解调器或网络装置经由相同同轴电缆通信。
[0019]本发明的实施方案的各方面可包括一个或多个以下特征。根据本发明的实施方案，通信装置或调制解调器可以是电缆数据服务接口规范(DOCSIS)调制解调器。这些通信装置或调制解调器可以是电力线，也称为电力线通信或电力线载波(PLC)调制解调器。这些通信装置或网络装置还可以是家庭网络(HomePNA)、同轴电缆多媒体联盟(MoCA)或ITU-T G.hn功能装置。第一和第二电气耦合装置可包括耦合电容器、耦合变压器、隔离变压器、中心抽头变压器、阻塞电感器、共式扼流圈，或者执行电感耦合。此外，第一和第二电气耦合装置可包括用于低通滤波、带通滤波，和/或高通滤波的元件。第一电气耦合装置将传送到网元的DC电力的电流限制到无危险水平。由用户终端供电的第一网元可能是光节点、网络节点，或仅仅是节点。用户终端、客户驻地设备或远程用户装置还可包括一个或多个以下用于远程用户使用的特征:以太网局域网(LA