СИСТЕМА И УЗЕЛ СВЯЗИ
COMMUNICATION SYSTEM AND NODE

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к системам связи, например к системам связи с подвижными объектами, содержащим множество базовых станций, обслуживающих соответствующие мобильные устройства. Более конкретно, варианты осуществления изобретения относятся к системе связи и к способу обеспечения прямого обмена информацией между ее соответствующими узлами, например между соответствующими базовыми станциями, а также между узлом или базовой станцией и оптическим мультиплексором/демультиплексором такой системы связи.
Для обмена информацией между узлами в системе связи множество узлов и центральное коммутационное устройство соединяются через транзитную сеть доступа. Однако в этом случае могут возникать обстоятельства, требующие непосредственного обмена информацией между соответствующими узлами, например между соответствующими базовыми станциями системы связи с подвижными объектами. Для систем связи с подвижными объектами в Проекте партнерства 3-го поколения (3GPP) предлагались, например, схемы скоординированной многоточечной передачи (СоМР) в связи с их потенциалом повышения скорости передачи пользовательских данных за счет возможности участия разных узлов в передаче и приеме пользовательских данных. Примеры таких схем рассмотрены в публикации "Схемы скоординированной многоточечной передачи/приема для усовершенствованных систем LTE", M.Sawahashi, Y.Kishiyama, A.Morimoto, D.Nishikawa и M.Tanno, IEEE wireless communications, том 17, выпуск 3, стр.26-34, 2010. Схемы СоМР требуют осуществлять обмен пользовательскими данными, а также обмен служебными данными соты, например информацией о состоянии канала (CSI), через транзитные сети связи с подвижными объектами, так что достижимое улучшение пропускной способности в значительной степени зависит от возможностей транзитной сети, как это указывается в публикации "Определение требований к полосе пропускания транзитной сети для сетей MIMO", EUSIPCO, Глазго, август, 2009 г. Во многих случаях обмен управляющей информацией и данными для передачи по схеме СоМР необходимо осуществлять между соседними узлами или базовыми станциями, поскольку соседние узлы обычно оказывают наиболее существенное влияние на взаимные помехи и уровень сигнала, принимаемого подвижными пользователями. Для такой связи интерфейс Х2 определяет логический интерфейс между двумя узлами, и он используется для обмена информацией для поддержки передачи в режиме СоМР. Интерфейс Х2, как он определяется в стандарте 3GPP, - это не физический, а логический интерфейс, который зависит от конкретной аппаратной реализации действительного физического интерфейса.
1
n
3
На фигуре 1 иллюстрируется пример физических и логических интерфейсов Х2 в транзитной сети доступа для подвижных объектов. Сеть содержит центральное коммутационное устройство 100 и множество базовых станций 102а, 102b, обслуживающих соответствующие мобильные устройства, например мобильное устройство 104. На фиг.1 представлена схема системы связи, которая в действительности содержит множество мобильных устройств, а также множество базовых станций, то есть количество базовых станций превышает 2. Центральное коммутационное устройство 100 и соответствующие базовые станции 102а и 102b связаны через транзитную сеть 106 доступа для подвижных объектов. Сеть 106 может быть оптической сетью, содержащей устройство 108 оптического мультиплексора/демультиплексора для уплотнения/разуплотнения сигналов, передаваемых через сеть 106. Сеть 106 содержит линию связи 110 (например, волоконно-оптический кабель) между центральным коммутационным устройством 100, устройством 108 оптического мультиплексора/демультиплексора и множеством ветвей 112-112 (например, волоконно-оптическими кабелями). Базовая станция 102а соединена с центральным коммутационным устройством 100 по линии 110 связи и ветви 1124, и базовая станция 112b соединяется с центральным коммутационным устройством 100 по линии 110 связи и ветви 112. Мобильное устройство 104 участвует в передаче по схеме СоМР, то есть устройство 104 осуществляет связь с базовой станцией 102а по первому каналу 114а и с базовой станцией 102b по второму каналу 114b. При этом должен осуществляться обмен информацией, например обмен управляющей информацией и данными, между соседними базовыми станциями 102а и 102b. Допустим, что базовая станция 102а является обслуживающей базовой станцией, а базовая станция 102b является взаимодействующей базовой станцией. Для обмена информацией между базовыми станциями 102а и 102b необходимо использовать вышеупомянутый интерфейс Х2, который является логическим интерфейсом, схематически показанным на фигуре 1 и обозначенным ссылочным номером 116. Логический интерфейс Х2 реализуется через физический интерфейс Х2, указанный на фигуре 1 ссылочными номерами 118а и 118b. Физический интерфейс Х2 содержит первый компонент 118а между обслуживающим узлом 102а и центральным коммутационным устройством 100, и второй компонент 118b между центральным коммутационным устройством 100 и взаимодействующим узлом 102b. Для передачи данных между узлами 102а и 102b, использующими логический интерфейс Х2 для поддержки передачи информации мобильным устройством 104 в режиме СоМР, необходимо передавать фактические данные из обслуживающего узла 102а через первый компонент 118а физического интерфейса Х2 в центральное коммутационное устройство 110 и из центрального коммутационного устройства 100 во взаимодействующий узел 102b через второй компонент 118b физического интерфейса Х2.
Компоненты 118а, 118b физического интерфейса Х2 реализуются с использованием сети 106, и для графиков S1 и Х2 используются совместно ресурсы сети 106. Хотя в этом случае могут минимизироваться или снижаться затраты на оборудование, однако возникает проблема, заключающаяся в том, что время ожидания и пропускная способность интерфейса Х2 может не соответствовать требованиям для обмена информацией в соответствии со схемой СоМР. Реализация логического интерфейса Х2 по схеме, показанной на фигуре 1, включает большую задержку, связанную с преобразованием ОЕО (оптический-электронный-оптический), с обработкой пакетов и с передачей по длинным волоконно-оптическим кабелям на соединениях 118а и 118b. Кроме того, на центральный шлюз (центральное коммутационное устройство 100) ложится большая нагрузка по обработке информации, связанной с преобразованием ОБО. Далее, поскольку интерфейс Х2 использует физическое соединение совместно с интерфейсом S1-U, пропускная способность ограничивается.
На настоящее время реализация интерфейса Х2, как это показано на фигуре 1, считается приемлемой, поскольку LTE, выпуск 8 (LTE - стандарты долговременного развития), требует только, чтобы время ожидания интерфейса Х2 не превышало 20 мс со средней величиной порядка 10 мс, что не является проблемой для схемы фигуры 1. Причина этого заключается в том, что при практической реализации связи между соответствующими узлами по интерфейсу Х2 обмен информацией между базовыми станциями ограничивался, например данными, передаваемыми для передачи соединения и для поддержки уровня управления при организации и управлении радиоресурсами. При такой реализации нет необходимости в малом времени ожидания, в диапазоне нескольких мс, как это требуется при передаче информации по схеме СоМР. Однако при реализации передачи информации по схеме СоМР время ожидания и ограниченная пропускная способность интерфейса Х2, реализованного по схеме фигуры 1, являются узким местом для СоМР, поскольку в общем случае схема СоМР требует обеспечения времени ожидания порядка нескольких мс и реального трафика порядка Гбит/с для обмена информацией между соответствующими базовыми станциями. Точные величины зависят от конкретно реализованной технологии СоМР (см., например, публикацию "Определение требований к полосе пропускания транзитной сети для сетей MIMO", EUSIPCO, Глазго, август, 2009 г., и "Конвергентные гетерогенные городские оптические сети", Т.Pfeiffer, ECOC 2010, Турин, сентябрь, 2010).
Кроме схем СоМР, также и другие возможности сетей связи с подвижными объектами выигрывают при прямой связи между соответствующими базовыми станциями. Например, увеличение числа передач соединений в сети с уменьшенными размерами сот в соответствии с усовершенствованным стандартом LTE потребует передачи по интерфейсу Х2 большего объема информации. При таком обмене увеличенными количествами информации непосредственное соединение, то есть прямой физический интерфейс Х2, между соответствующими базовыми станциями также может представлять интерес. Таким образом, непосредственное соединение для интерфейса Х2 может представлять интерес не только для работы в режиме СоМР, но также для передачи и других данных между соответствующими, например, соседними узлами или базовыми станциями.
Известны традиционные подходы к решению вышеуказанных проблем, в которых обеспечивается непосредственное соединение между базовыми станциями для реализации физического интерфейса Х2 вместо интерфейса, использующего сеть доступа для подвижных объектов, как это показано на фигуре 1. В одном из таких традиционных подходов обеспечиваются дополнительные линии связи, соединяющие напрямую базовые станции, например дополнительные волоконно-оптические линии между базовыми станциями, показанными на фигуре 1. Однако развертывание дополнительных волоконно-оптических линий для интерфейса Х2 непрактично по причине повышения стоимости системы.
В другом традиционном подходе, схема которого приведена на фигуре 2, обеспечивается непосредственное соединение между соответствующими базовыми станциями по линиям беспроводной связи, например, используя транзитные линии СВЧ-радиосвязи. Базовые станции 102а и 102b снабжены соответственно приемопередатчиками 120а, 120b СВЧ-радиосвязи, которые обеспечивают беспроводную связь между соответствующими базовыми станциями 102а и 102b, например, по линиям СВЧ-радиосвязи, работающим на частоте 7, 10, 13, 28 или 38 ГГц. Непосредственное соединение 122 между базовыми станциями 102а и 102b обеспечивает физический интерфейс Х2 для прямого обмена информацией в соответствии с логическим интерфейсом Х2. Непосредственное соединение 122 обеспечивает полосу пропускания больше 400 Мбит/с и время ожидания порядка 0,5 мс. Однако обеспечение физического интерфейса Х2 путем использования средств СВЧ-радиосвязи "точка-точка" между двумя базовыми станциями является очень затратным техническим решением, поскольку в этом случае необходимо использовать большое количество дополнительного оборудования для обеспечения беспроводной связи между всеми узлами. Кроме того, требуется дополнительное лицензирование используемого частотного диапазона. Следует также отметить, что такое решение не обеспечивает такого уровня качества, как волоконно-оптические линии, из-за зависимости качества радиосвязи от условий внешней среды, например от погоды.
Еще один известный подход заключается в использовании сетей TDM-PON (TDM - мультиплексирование с разделением времени; PON - пассивная оптическая сеть), имеющих физические линии Х2, как это описывается в публикации "Конвергентные гетерогенные городские оптические сети", Т.Pfeiffer, ECOC 2010, Турин, сентябрь, 2010. Пассивная оптическая сеть, в которой используется мультиплексирование с разделением времени (TDM-PON) и в состав которой входят сплиттеры, используется для обеспечения физических линий Х2 между соответствующими узлами. Таким образом, устраняется недостаток варианта, представленного на фигуре 1, в котором передача осуществляется через шлюз доступа. Однако в этом случае возможна только широковещательная передача информации, то есть невозможна связь по схеме "точка-точка", которая необходима для обеспечения прямой линии связи между соответствующими базовыми станциями или узлами (например, требуется для интерфейса Х2). Кроме того, использование сплиттеров увеличивает затраты и снижает величину отношения сигнал/шум, что критично при скоростях передачи информации в диапазоне нескольких Гбит/с. Далее, поскольку в этом случае нельзя предотвратить существенное снижение отношения сигнал/шум, скорость передачи данных на интерфейсе Х2 ограничивается, так что сети TDM-PON не могут поддерживать пропускную способность, превышающую 1 Гбит/с на один узел. Кроме того, требуется использовать множество сплиттеров для всех сетевых устройств в одной системе пассивной оптической сети, а также точную передачу сигналов для предотвращения конфликтов между различными передачами Х2.
Целью настоящего изобретения является улучшенное техническое решение для обеспечения прямой связи между узлами в системе связи, в которой предотвращаются вышеописанные проблемы известных решений и обеспечиваются достаточно высокая пропускная способность и достаточно малое время ожидания.
Эта цель достигается с использованием системы связи по п.1, узла по п.9, устройства оптического мультиплексора/демультиплексора по п.12 и способа по п.14.
В некоторых вариантах осуществления изобретения обеспечивается система связи, содержащая:
узлы, выполненные с возможностью обеспечения связи с одним или несколькими устройствами;
центральный узел;
пассивную оптическую сеть, содержащую устройство мультиплексора/демультиплексора, выполненное с возможностью разуплотнения первого оптического сигнала, передаваемого в узлы из центрального узла, и уплотнения вторых оптических сигналов, получаемых от одного или нескольких узлов, каждому из которых назначена длина волны, на которой он генерирует оптический сигнал;
причем для прямой передачи сигналов из одного узла по меньшей мере в один из других узлов указанный один узел выполнен с возможностью излучения на длине волны, назначенной указанному по меньшей мере одному другому узлу, оптического сигнала, содержащего сигнал, который должен передаваться; и
устройство мультиплексора/демультиплексора пассивной оптической сети выполнено с возможностью объединения оптического сигнала от указанного одного узла с первым оптическим сигналом.
В некоторых вариантах обеспечивается узел, выполненный с возможностью соединения через пассивную оптическую сеть с центральным узлом и с другими узлами системы связи,
причем узлу назначена длина волны для передачи оптического сигнала, которая отличается от длин волн, назначенных другим узлам,
узел содержит оптический источник, выполненный с возможностью формирования выходного сигнала по меньшей мере с одной из длин волн, назначенных другим узлам, и
для прямой передачи сигнала из узла по меньшей мере в один из других узлов узел выполнен с возможностью формирования оптического сигнала с требуемой одной или несколькими длинами волн, который содержит сигнал, подлежащий передаче.
В некоторых вариантах обеспечивается устройство оптического мультиплексора/демультиплексора для системы связи, которая содержит узлы и центральный узел, соединенные с помощью пассивной оптической сети, причем устройство оптического мультиплексора/демультиплексора содержит:
первый порт ввода/вывода, выполненный с возможностью соединения с центральным узлом;
группу вторых портов ввода/вывода, выполненных с возможностью соединения с соответствующими узлами, причем устройство мультиплексора/демультиплексора выполнено с возможностью разуплотнения первого оптического сигнала, передаваемого в узлы из центрального узла, и для уплотнения вторых оптических сигналов, получаемых от одного или нескольких узлов; и
пассивный оптрон, расположенный между группой вторых портов ввода/вывода и первым портом ввода/вывода, причем пассивный оптрон выполнен с возможностью направления одного или нескольких вторых сигналов, принимаемых группой вторых портов ввода/вывода, в первый порт ввода/вывода.
В некоторых вариантах обеспечивается способ прямой передачи сигналов между узлами системы связи, которая содержит: узлы, обеспечивающие беспроводную связь с одним или несколькими беспроводными устройствами; центральный узел и пассивную оптическую сеть, содержащую устройство мультиплексора/демультиплексора для разуплотнения первого оптического сигнала, передаваемого в узлы из центрального узла, и для уплотнения вторых оптических сигналов, получаемых от одного или нескольких узлов, каждому из которых назначена длина волны, на которой он излучает оптический сигнал; причем способ включает:
для прямой передачи сигналов из одного узла по меньшей мере в один из других узлов излучение указанным одним узлом на длине волны, назначенной указанному по меньшей мере одному другому узлу, оптического сигнала, содержащего сигнал, который должен передаваться; и
объединение оптического сигнала от указанного одного узла с первым оптическим сигналом на устройстве мультиплексора/демультиплексора.
В других вариантах обеспечивается компьютерный программный продукт, содержащий команды, записанные на машиночитаемом носителе, для осуществления способа в соответствии с вариантами осуществления изобретения при выполнении команд компьютером.
В соответствии с некоторыми вариантами для обеспечения связи по схеме "точка-точка" между двумя узлами один узел выполнен с возможностью выбора длины волны, назначенной другому узлу, и излучения оптического сигнала с выбранной длиной волны. В таких вариантах указанный один узел может содержать оптический источник с узким спектром излучения и может быть выполнен с возможностью задания излучения оптическим источником оптического сигнала с выбранной длиной волны, который модулируется сигналом, подлежащим передаче, для формирования оптического сигнала и передачи его в устройство мультиплексора/демультиплексора.
В соответствии с другими вариантами может потребоваться широковещательная передача из одного узла в другие узлы, и в этом случае указанный один узел выполняют с возможностью излучения оптического сигнала с длиной волны, назначенной другому узлу. Необходимо отметить, что такие варианты могут быть реализованы вместе с вариантами, обеспечивающими связь по схеме "точка-точка", или же могут быть реализованы отдельно от них. В соответствии с такими вариантами указанный один узел может содержать оптический источник с широким спектром излучения, включающим длины волн, назначенные узлам, и указанный один узел может быть выполнен с возможностью модуляции сигналом, который должен передаваться в режиме широковещательной передачи, выходного сигнала оптического источника с широким спектром излучения для формирования оптического сигнала и передачи его в устройство мультиплексора/демультиплексора.
В соответствии с некоторыми вариантами узел может содержать оптический датчик, выполненный с возможностью измерения оптического сигнала с длиной волны, назначенной узлу, а также оптический источник, выполненный с возможностью обеспечения сигнала с длиной волны, назначенной узлу, на основе которого формируется второй сигнал, который должен передаваться из узла в центральный узел.
В соответствии с некоторыми вариантами устройство мультиплексора/демультиплексора пассивной оптической сети включает первый порт ввода/вывода, выполненный с возможностью соединения с центральным узлом, и группу вторых портов ввода/вывода, выполненных с возможностью соединения с соответствующими узлами. Кроме того, может использоваться пассивный оптрон, расположенный между группой вторых портов ввода/вывода и первым портом ввода/вывода для направления одного или нескольких вторых сигналов, принимаемых группой вторых портов ввода/вывода, в первый порт ввода/вывода.
В соответствии с некоторыми вариантами система связи может быть системой беспроводной связи, в которой обеспечиваются узлы для беспроводной связи с одним или несколькими беспроводными устройствами, центральный узел представляет собой центральный коммутационный узел, и пассивная оптическая сеть формирует транзитные линии связи между центральным коммутационным узлом и узлами. Информация, которая должна передаваться между узлами, может быть информацией, содержащей данные Х2.
Узел в соответствии с вариантами осуществления изобретения может содержать оптический источник с узким спектром излучения, выполненный с возможностью перестройки на одну из длин волн, назначенных другим узлам, и/или оптический источник с широким спектром, содержащим длины волн, назначенные другим узлам. Оптический источник с узким спектром излучения может быть лазером с перестройкой частоты, и оптический источник с широким спектром может быть светодиодом.
В соответствии с некоторыми вариантами в качестве устройства мультиплексора/демультиплексора может использоваться дифракционная решетка на массиве волноводов.
В соответствии с некоторыми вариантами обеспечиваются технические решения, которые обеспечивают прием/передачу с использованием схемы скоординированного многоточечного доступа (СоМР), например, для усовершенствованных приложений LTE, благодаря возможности обеспечения повышенной скорости передачи пользовательских данных путем взаимодействия с несколькими базовыми станциями. Характеристики в значительной степени зависят от пропускной способности, времени ожидания и других особенностей транзитной сети доступа для подвижных объектов, в особенности интерфейса Х2. Поскольку интерфейс Х2 является логическим интерфейсом, он не в состоянии осуществлять полную поддержку схем СоМР, если не используется физическая линия Х2. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения обеспечивается физический интерфейс Х2 для связи по схемам "точка-точка" и для широковещательной передачи в сетях доступа на волоконно-оптических линиях с использованием мультиплексирования с разделением по длинам волн, причем обеспечиваются более высокие скорости передачи и уменьшенное время ожидания по сравнению с традиционными логическими интерфейсами Х2. Таким образом предлагаемое техническое решение имеет положительный эффект и полностью поддерживает схемы СоМР с повышенной скоростью передачи пользовательских данных. По сравнению с транзитными радиолиниями СВЧ/миллиметрового диапазонов, используемыми в настоящее время для реализации физических линий интерфейса Х2, предлагаемое в изобретении техническое решение обеспечивает более высокую пропускную способность, лучшее качество линий и меньше подвержено действию помех внешней среды. Поскольку в предложенном решении используются ранее развернутые волоконно-оптические линии с низкими потерями, то это решение является более экономичным по сравнению с транзитными линями радиосвязи, которые требуют использования дополнительного оборудования и дополнительного лицензирования частотного диапазона.
Таким образом, варианты осуществления изобретения эффективны, поскольку они обеспечивают высокую пропускную способность и низкое время ожидания для физического интерфейса Х2, что позволяет получить высокую скорость передачи пользовательских данных за счет полного использования возможностей схем СоМР и повысить эффективность процесса передачи соединения, а также улучшить обмен информацией управления с использованием интерфейса Х2, вместе со схемами СоМР или независимо от них. Кроме того, реализация физического интерфейса Х2 по настоящему изобретению более эффективна с экономической точки зрения по сравнению с известными техническими решениями, особенно с беспроводными транзитными линями, в результате чего снижаются затраты на реализацию интерфейса Х2.
В вариантах осуществления изобретения для обеспечения транзитных линий связи с подвижными объектами используется сеть доступа с разделением по длинам волн (WDM), имеющая физический интерфейс Х2 для приложений СоМР (схемы "точка-точка"). Ниже описывается дальнейшее развитие транзитного соединения сети связи на основе сети доступа WDM-PON (пассивной оптической сети, использующей мультиплексирование с разделением по длинам волн). Это представляет ценность для мобильных сетей нового поколения, в которых требуется "прямой" обмен информацией между базовыми станциями с достаточно высокой скоростью передачи данных и малым временем ожидания, например, используя интерфейс Х2. В соответствии с техническим решением по настоящему изобретению используются подходящие возможности сети доступа WDM-PON, в результате чего исключаются лишние затраты на реализацию прямых каналов передачи информации между базовыми станциями и обеспечивается требуемая пропускная способность и другие характеристики передачи информации. Требуются лишь минимальные изменения соответствующих базовых станций или узлов и мультиплексора/демультиплексора сети WDM-PON. Устройство мультиплексора/демультиплексора обеспечивается дополнительным пассивным оптроном, обеспечивающим возврат сигналов, получаемых от множества узлов на вход устройства мультиплексора/демультиплексора для перераспределения сигнала по узлам. Узлы или базовые станции снабжаются дополнительным оптическим источником, который может быть оптическим источником с возможностью настройки на длину волны, используемую получающим узлом, или же это может быть оптический источник с широким спектром, излучающий оптический сигнал, содержащий все длины волн, используемые узлами в системе. В случае необходимости обмена информацией между соответствующими узлами инициируется широковещательная передача или передача по схеме "точка-точка".
Для широковещательной передачи в вариантах осуществления изобретения используется светодиод, и выходной сигнал такого светодиода содержит все длины волн, используемые узлами системы связи или некоторой ее части, соединенными сетью доступа WDM-PON. Сигналом, подлежащим передаче, модулируется выходной сигнал светодиода и передается в устройство мультиплексора/демультиплексора, которое подает этот сигнал на свой вход, в результате чего обеспечивается передача на все узлы. Поскольку сигнал содержит все длины волн, то все узлы получают информацию широковещательной передачи, которая может быть принята соответствующими фотодатчиками узлов. В случае передачи по схеме "точка-точка" в вариантах осуществления изобретения обеспечивается лазер с перестройкой частоты, который используется для выбора одной из множества длин волн, используемых узлами, подсоединенными к пассивной оптической сети. Лазер с перестройкой частоты генерирует оптический сигнал, который модулируется информацией, подлежащей передаче, и затем передается в устройство мультиплексора/демультиплексора, более конкретно, через оптрон на его вход, так что он снова передается в сеть и направляется в нужный узел.
Таким образом, в вариантах осуществления изобретения обеспечивается физический интерфейс Х2, позволяющий осуществлять не только связь по схеме "точка-точка", но также и широковещательную передачу в сети доступа WDM для связи с подвижными объектами. Варианты осуществления изобретения позволяют обеспечить очень малое время ожидания и высокую скорость передачи данных интерфейса Х2, что очень ценно для передач по схемам СоМР. Кроме того, исключаются дополнительные затраты на развертывание дополнительных оптических линий или СВЧ-радиолиний, необходимых только для интерфейса Х2, в результате чего снижаются затраты на построение системы. Таким образом, варианты осуществления изобретения обеспечивают новую систему WDM-PON с физическими линиями Х2, которая поддерживает не только связь по схеме "точка-точка", то также и широковещательную передачу информации между узлами.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения физический интерфейс Х2 реализуется с использованием архитектуры системы WDM-PON, и все компоненты, используемые в соответствии с предлагаемым техническим решением, полностью соответствуют известной системе WDM-PON, так что предлагаемое решение является экономически эффективным.
Варианты осуществления изобретения описываются ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано:
фигура 1 - блок-схема физического и логического интерфейсов Х2 в транзитной сети доступа для подвижных объектов;
фигура 2 - блок-схема транзитной линии радиосвязи СВЧ-диапазона для непосредственной связи между соответствующими базовыми станциями;
Фиг.3А - блок-схема пассивной оптической сети, использующей мультиплексирование с разделением времени (TDM-PON);
Фиг.3В - блок-схема пассивной оптической сети, использующей мультиплексирование с разделением по длинам волн (WDM-PON);
фигура 4 - более подробная схема традиционной сети доступа WDM-PON;
фигура 5 - архитектура сети WDM-PON с физическим интерфейсом Х2 в соответствии с вариантами осуществления изобретения;
фигура 6 - схема одного из вариантов осуществления изобретения, включающая сеть доступа WDM с физическим соединением Х2 по схеме "точка-точка";
фигура 7 - схема, иллюстрирующая принципы широковещательной передачи по интерфейсу Х2 в соответствии с настоящим изобретением.
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
На примерах схем фигур 3 рассматриваются отличия между сетями TDM-PON и WDM-PON. На фигуре 3А приведена блок-схема пассивной оптической сети, использующей мультиплексирование с разделением времени (TDM-PON). Сеть TDM-PON включает центральное коммутационное устройство 100 (OLT - терминал оптической линии) и сплиттер 108, соединенный с OLT 100 по линии 110, которая является оптической линией. Сплиттер 108 соединен также с базовыми станциями (ONU - устройство оптической сети) 102-102. Каждое из устройств 102-102 оптической сети подсоединено к сплиттеру 108 через соответствующее ответвление 112-112, сформированное соответствующей волоконно-оптической линией. В качестве сплиттера 108 может использоваться сплиттер 1:32, обеспечивающий возможность обслуживания 32 различных устройств 102-102 оптической сети, то есть n=32. Сеть TDM-PON работает в диапазоне длин волн 1260-1280 нм для линии восходящей связи, то есть для передачи данных от одного или нескольких устройств 102-102 оптической сети в терминал 100 оптической линии. Для линии нисходящей связи, от устройства 100 на соответствующие устройства 102-102 оптической сети, используется длина волны в диапазоне от 1575 нм до 1580 нм. Информационные пакеты распределяются в линиях восходящей и нисходящей связи в соответствии с принципом мультиплексирования с разделением времени, как показано на схеме фигуры 3А.
1
3
1
3
1
3
1
3
D1
D3
1
3
1
3
U1
U3
1
3
На фигуре 3В приведена блок-схема пассивной оптической сети, использующей мультиплексирование с разделением по длинам волн (WDM-PON). Сеть WDM-PON содержит терминал 100 оптической линии и множество блоков 102-102 оптической сети. Сплиттер 108 содержит дифракционную решетку на массиве волноводов, обеспечивающую 32 канала, так что сеть PON может обслуживать 32 блока оптической сети. Также показаны соответствующие волоконно-оптические линии 110 и 112-112 между терминалом 100 оптической линии и блоками 102-102. Блокам оптической сети или базовым станциям 102-102 назначаются длины волн λ-λ, соответственно, для линии нисходящей связи. Первые длины волн находятся в L-диапазоне, так что сигналы, передаваемые из терминала 100 оптической линии в соответствующие блоки 102-102 оптической сети, передаются на одной из первых длин волн или длин волн линии нисходящей связи. Сигналы автоматически направляются в нужный блок оптической сети через дифракционную решетку 108 на массиве волноводов. Кроме того, для блоков 102-102 оптической сети используются длины волн λ-λ (в С-диапазоне), соответственно, в линии восходящей связи для передачи данных из блоков 102-102 оптической сети в центральное коммутационное устройство 100.
1
1
5
1
5
1
5
5
1
4
1
5
1
5
1
5
1
5
1
5
5
1
5
1
5
1
1
1
1
1
D1
1
1
На фигуре 4 показана более подробная схема традиционной сети WDM-PON доступа, на которой показаны некоторые детали дифракционной решетки 108 на массиве волноводов и блока оптической сети или базовой станции 102. Дифракционная решетка 108 на массиве волноводов имеет порты 130-130 ввода и порты 132-132 вывода. Из портов 130-130 ввода только порт 130 ввода соединен с волоконно-оптической линией 110 для подсоединения дифракционной решетки 108 на массиве волноводов (AWG) к терминалу оптической линии или к центральному узлу 100 (на фигуре 4 не показан). Остальные порты 130-130 ввода не используются. Порты 132-132 вывода устройства AWG 108 соединяются через соответствующие волоконно-оптические кабели 112-112 с соответствующими блоками оптической сети или базовыми станциями. На фигуре 4 показан только блок 102. Устройство AWG 108 распределяет оптические сигналы, полученные на его входе 130, в зависимости от длины волны полученного сигнала по соответствующим портам 132-132 вывода, как это показано стрелками, указывающими соответствующие сигналы S-S, переданные между портом 130 ввода и соответствующими портами 132-132 вывода. Между портом ввода и каждым из портов вывода возможна двухсторонняя передача сигналов S-S для передачи данных из центрального блока 100 в соответствующие блоки оптической сети и для передачи данных от одного или нескольких блоков оптической сети в центральное устройство 100. Соответствующие оптические сигналы имеют заданную длину волны, связанную с каждым блоком оптической сети, для линии нисходящей связи и для линии восходящей связи. Блок оптической линии содержит также лазер 134, который обеспечивает выходной сигнал на длине волны λU, который модулируется информацией, подлежащей передаче в канал восходящей связи из блока 102 в центральный узел 100. Блок 102 содержит также фотодатчик 136 для измерения оптического сигнала на длине волны λ в линии нисходящей связи, связанной с блоком 102 оптической сети, для измерения оптических сигналов, переданных из OLT 100 в блок 102 по линии нисходящей связи.
1
1
1
1
1
1
4
5
Варианты осуществления изобретения основываются на традиционных системах WDM-PON, описанных, например, на фигурах 3В и 4. На основе этой известной архитектуры реализуется физический интерфейс Х2. На фигура 5 показана архитектура сети WDM-PON, имеющей физический интерфейс Х2 в соответствии с вариантами осуществления изобретения. Каждый узел модифицируется путем добавления к лазеру 134 и фотодатчику 136 вспомогательного оптического источника 140 и вспомогательного фотодатчика 142. Источник 140i и фотодатчик 142 обеспечивают передачу/прием данных Х2. Вспомогательный оптический источник 140 может иметь форму лазера 140а с перестройкой частоты или светодиода 114b. В соответствии с различными вариантами в узле 102 может быть реализован лазер 140а с перестройкой частоты или светодиод 140b. В альтернативных вариантах, если необходима связь по схеме "точка-точка" и широковещательная передача, в блоке 102 могут быть обеспечены и лазер 140а с перестройкой частоты, и светодиод 140b. Кроме того, дифракционная решетка 108 на массиве волноводов снабжается пассивным оптроном 144 для передачи сигналов в портах 130-130 обратно в порт 130 ввода. Таким образом, в соответствии с вариантами осуществления изобретения для изменения маршрутизации сигналов Х2 обеспечивается дополнительный лазер 140а с перестройкой частоты и/или оптический источник 140b с широким спектром для передачи сигналов Х2, а также пассивный оптрон 144 в дифракционной решетке 108 на массиве волноводов.
1
1
1
3
3
3
Для обеспечения обмена информацией по интерфейсу Х2 в схеме "точка-точка" источник, базовая станция eNB 102 формирует сигнал с длиной волны, назначенной получающей базовой станции eNB, с использованием лазера 140а с перестройкой частоты, модулирует этот сигнал сигналами Х2 и передает модулированный сигнал по волоконно-оптическому кабелю 112 в порт 132 устройства AWG 108, которое направляет сигнал, например, в порт 130. Поскольку порт 130 устройства AWG 108 объединяется и подается на основной порт 1305 ввода через пассивный оптрон 144, то оптические сигналы Х2, формируемые на узле-источнике, автоматически маршрутизируются на узел-получатель, то есть с порта 1305 ввода в порт, связанный с длиной волны, например в порт 132. Эта маршрутизация осуществляется в пассивном устройстве AWG 108, так что нет необходимости во введении каких-либо активных компонентов, в результате чего исключаются дополнительные затраты. Это соединение Х2 "точка-точка" обеспечивает передачу большого объема данных, и при этом обеспечивается более высокое отношение сигнал/шум, чем в случае широковещательной передачи. Скорость модуляции лазера 140а с перестройкой частоты обычно превышает 2,5 Гбит/с.
Кроме того, может быть реализована широковещательная передача Х2, то есть передача данных Х2 от одного узла на все узлы, входящие в систему PON. В таком случае используется светоизлучающий диод 140b с широким спектром вместо лазерного источника 140а с перестройкой частоты. Как уже указывалось, в состав узла могут входить оба оптических источника, так что можно осуществлять переключение между связью по схеме "точка-точка" и широковещательной передачей, и в зависимости от выбранного режима будет использоваться лазер с перестройкой частоты или светодиод. Поскольку светодиоды существенно дешевле лазерных источников с перестройкой частоты, то установка на узлах светодиодов вместе с лазерами является экономически оправданным решением. Однако в других вариантах в зависимости от требований в системе может использоваться только один оптический источник. Излучение светодиода содержит все длины волн, назначенные узлам, входящим в систему PON, и поэтому сигналы Х2 распространяются через устройство AWG 108 на все узлы.
Новая архитектура сети WDM-PON, имеющая физический интерфейс Х2, обеспечивает улучшение характеристик схемы СоМР, в результате чего повышается скорость передачи пользовательских данных. Схема СоМР накладывает несколько ограничений на мобильные транзитные сети в части пропускной способности и времени ожидания. Эти ограничения должны сниматься благодаря архитектуре сети, в особенности благодаря обеспечению интерфейса Х2, поскольку в ином случае улучшение характеристик режима СоМР будет ограниченным, или даже использование схемы СоМР может оказаться невозможным. Оказалось, что без прямой физической линии Х2 между узлами интерфейс Х2 может быть недостаточен для полной поддержки схем СоМР, однако предлагаемое в изобретении решение обеспечивает физические линии Х2 как для связи "точка-точка", так и для широковещательной передачи в оптических сетях доступа с мультиплексированием, использующим разделение по длинам волн, в результате чего обеспечивается повышение пропускной способности и улучшение качества линий по сравнению с транзитными линиями СВЧ-радиосвязи, которые обычно использовались для обмена информацией между узлами. Поэтому схемы СоМР полностью поддерживаются в техническом решении, предлагаемом в настоящем изобретении, что в конечном счете приводит к повышению скорости передачи пользовательских данных. Кроме того, обеспечиваются дополнительные функциональные возможности, а именно широковещательная передача данных Х2, что невозможно при использовании транзитных радиолиний, так что объем управляющей информации для схем СоМР может быть дополнительно сокращен.
Другим достоинством предложенного в изобретении технического решения является обеспечение физических линий Х2 при сниженных затратах на оборудование и его установку. Как уже указывалось, традиционным способом формирования физических интерфейсов Х2 являются транзитные линии СВЧ-радиосвязи, однако в дополнение к недостатку, заключающемуся в том, что такие линии характеризуются низким качеством и низкой пропускной способностью по сравнению с волоконно-оптическими линиями, основная проблема заключается в высокой стоимости оборудования такой беспроводной системы транзитной передачи информации и в необходимости в получении дополнительной лицензии на частотный диапазон. Достоинством предлагаемого технического решения является то, что на базовых станциях необходимо использовать дополнительно только один или два оптических источника, лазерный диод и/или светодиод, и один дополнительный фотодатчик. Кроме того, на сплиттере 108 должен использоваться дополнительный элемент оптической связи, однако без дополнительных активных элементов. Дополнительные элементы, необходимые для реализации предложенного технического решения, являются хорошо известными компонентами, которые могут быть приобретены по низким ценам, так что стоимость создаваемой системой будет существенно ниже, чем стоимость оборудования, необходимого для формирования беспроводных транзитных линий Х2. Кроме того, обеспечивается гораздо более высокое качество обслуживания по сравнению с беспроводными транзитными линиями, поскольку для формирования физического интерфейса Х2 используются высококачественные волоконно-оптические линии.
Еще одним достоинством предлагаемого технического решения является высокая степень гибкость в реконфигурировании сети. Например, линии Х2 могут также использоваться в качестве линий S1-U, когда требуемый трафик данных для интерфейса S1 будет слишком большим. В этом случае лазер с подстройкой частоты излучает свет с назначенной ему длиной волны. Так же, как и в интерфейсе S1, передача из устройства оптической сети в терминал оптической сети осуществляется, не затрагивая интерфейс Х2. Эта дополнительная линия может обеспечивать почти такую же пропускную способность, как и линия S1, и поэтому в идеальном случае в такой конфигурации скорость передачи данных удваивается. Это повышает степень гибкости сети благодаря возможности реконфигурирования линий.
1
5
1,DN
1
2,DN
1,UP
1,UP
1,DN
1
1,UP
1
1
1,UP
На фигуре 6 приведена схема одного из вариантов осуществления изобретения, включающая сеть доступа WDM с физическим соединением Х2 по схеме "точка-точка". На фигуре 6 представлены детали архитектуры сети WDM-PON, в которой обеспечиваются линии Х2 по схеме "точка-точка". Дифракционная решетка 108 на массиве волноводов представляет собой пассивное устройство с соединениями на оптических линиях, которое может уплотнять или разуплотнять оптические сигналы, имеющие разные длины волн. Устройство 108 используется как оптический мультиплексор/демультиплексор, так же как и в традиционных системах WDM-PON. В случае линии нисходящей связи оптические сигналы с разными длинами волн разделяются и направляются в разные порты 132-132. Пусть длина λ волны назначена для нисходящей передачи информации в узел 102 (eNB1). Длина λ волны назначена второму узлу eNB1 и т.д. Для линии восходящей связи могут использоваться разные длины волн, поскольку устройство AWG 108 характеризуется повторяемостью в части разделения длин волн. Более конкретно, в линии восходящей связи для узла eNB1 может использоваться другая длина λ волны, отделенная от диапазона частот нисходящей связи заданным спектральным интервалом, как это показано на фигуре 6. Длина λ волны узла eNB1 имеет такие же характеристики мультиплексирования, что и длина λ волны линии нисходящей связи. Лазер 134 может представлять собой лазер с перестройкой частоты и может использоваться для передачи в линии восходящей связи на длине λ волны. Лазер устанавливают на нужную длину волны, и его выходной сигнал модулируется данными линии восходящей связи, которые передаются по волоконно-оптической линии 112 в устройство 108. После того как лазер 134 с перестройкой частоты установлен в режим излучения на длине λ волны, она не меняется, поскольку в этом нет необходимости. В соответствии с другими вариантами в линии восходящей связи может использоваться передатчик без перестройки частоты.
1
1
1
1
3,X2
3,X2
3,X2
1
1
3,X2
3
3,X2
5
3,X2
3
3
В соответствии с предлагаемым техническим решением используется дополнительный лазер 140 с перестройкой частоты для обеспечения физического интерфейса Х2, и его характеристики по перестройке частоты используются полностью в сочетании с модифицированной дифракционной решеткой 108, имеющей встроенный пассивный оптрон 144. Для предотвращения возможности конфликтов оптических сигналов в линиях нисходящей или восходящей связи соединение Х2 использует другой диапазон, в котором дифракционная решетка 108 имеет такие же спектральные характеристики. Как показано на фигуре 6, для передачи в линиях восходящей и нисходящей связи используются разные диапазоны частот. В том случае, когда узел-источник eNB 102 должен передать данные Х2 в узел-получатель, например узел eNB3, лазер 140 с перестройкой частоты устанавливается в режим излучения света с длиной волны, назначенной для узла-получателя eNB. Например, для передачи данных Х2 на узел eNB3 лазер с перестройкой частоты в узле 102 (eNB1) излучает свет с длиной волны λ. Сигнал, излучаемый лазером, модулируется данными для формирования выходного сигнала S. Этот сигнал S направляется по линии восходящей связи через оптическую линию 112 в порт 132 устройства AWG 108. Устройство AWG 108 направляет сигнал S в порт 130. Встроенный пассивный оптрон 144 устройства AWG 108 направляет сигнал S в основной порт 130 ввода устройства AWG 108 и затем в соответствии с характеристиками устройства AWG 108 этот сигнал S автоматически направляется через порт 132 и оптическую линию 112 в узел eNB3.
В соответствии с вариантами осуществления изобретения все узлы имеют информацию о назначении длин волн другим узлам eNB, которые входят в одну систему PON. Таким образом, каждый узел eNB "знает", какую длину волны необходимо использовать для передачи данных Х2 на другие узлы eNB. Все это осуществляется путем оптической обработки, в результате чего время ожидания имеет очень низкую величину, обеспечиваемую интерфейсом Х2. Кроме того, обеспечивается более высокая пропускная способность интерфейса Х2, поскольку оптическая линия совершенно не зависит от пропускной способности в линии восходящей и/или нисходящей связи.
1
1
1
1
4
1
4
5
На фигуре 7 приведена схема, иллюстрирующая принципы широковещательной передачи по интерфейсу Х2 в соответствии с настоящим изобретением. Для реализации широковещательной передачи по интерфейсу Х2 обеспечивают узел или базовую станцию 102, в состав которой входит оптический источник 140b с широким спектром излучения вместо оптического источника с узким спектром излучения, использованного на схеме фигуры 6. Вместо лазера с перестройкой частоты в качестве оптического источника с широким спектром излучения может использоваться светодиод (или S-LED). На фигуре 6 представлена архитектура системы WDM-PON с линиями для широковещательной передачи. Оптический источник 140b с широким спектром излучает сигнал, содержащий все длины волн, назначенные всем узлам eNB в PON. Таким образом, широковещательная передача с одного из узлов на все остальные узлы может осуществляться путем модуляции широковещательными данными Х2 выходного сигнала оптического источника с широким спектром. В примере, показанном на фигуре 7, узел eNB1 формирует широковещательный сигнал, который передается по оптической линии 112 в порт 132 устройства AWG 108. Устройство AWG 108 распределяет соответствующие компоненты сигнала по портам 130-130. Оптрон 144 направляет компоненты сигнала из портов 130-130 во входной порт 130, так что осуществляется распределение сигналов по соответствующим узлам eNB. Оптические источники с широким спектром излучения, такие как светодиоды, имеют ограниченную скорость модуляции с максимальными величинами порядка сотен Мбит/с, однако в общем случае это не является проблемой, поскольку широковещательный режим используется для передачи управляющей информации, а не для обмена данными. Также возможности передачи "точка-точка" и широковещательной передачи могут объединяться, поскольку оптические источники с широким спектром излучения достаточно дешевы.
1
Хотя были описаны варианты, в которых каждому узлу назначается только одна длина волны, однако в других вариантах каждому узлу может назначаться несколько длин волн. Кроме того, некоторые варианты могут обеспечивать связь по схеме "точка-точка" с использованием лазера 134 с возможностью перестройки частоты. В таких вариантах для графика S1 и графика Х2 используется один и тот же оптический источник. В то время как были рассмотрены варианты в отношении схем СоМР, однако при прямой связи между соответствующими базовыми станциями выигрывают также и другие возможности сетей связи с подвижными объектами. Например, увеличение числа передач соединений в сети с уменьшенными размерами сот в соответствии с усовершенствованным стандартом LTE потребует передачи большего объема информации по интерфейсу Х2. Таким образом, непосредственное соединение для интерфейса Х2 может представлять интерес не только для работы в режиме СоМР, но также для передачи и других данных между соответствующими, например, соседними узлами или базовыми станциями.
Хотя некоторые аспекты изобретения были описаны на примере системы, однако понятно, что эти аспекты также представляют описание соответствующего способа, в котором блок оборудования или устройство соответствует стадии способа или признаку стадии способа. Аналогичным образом, аспекты, описанные в отношении стадии способа, также представляют собой описание соответствующего блока оборудования или элемента или признака соответствующего устройства.
В зависимости от некоторых требований к реализации варианты осуществления изобретения могут быть реализованы аппаратными или программными средствами. Варианты могут быть реализованы с использованием носителя цифровой информации, например гибкого диска, DVD- или CD-диска, ПЗУ, ППЗУ, ЭППЗУ, ЭСППЗУ или флэш-устройства, на котором записана управляющая информация, считываемая электронными средствами, которые взаимодействуют или могут взаимодействовать с программируемой вычислительной системой, так что может выполняться соответствующий способ. Некоторые варианты осуществления изобретения включают носитель данных, содержащий управляющую информацию, считываемую электронными средствами, которые взаимодействуют или могут взаимодействовать с программируемой вычислительной системой, так что может выполняться один из способов, раскрытых в настоящей заявке. В общем случае варианты осуществления изобретения могут быть реализованы как программный продукт, содержащий программы, которые могут выполняться для осуществления одного из способов, когда программный продукт выполняется компьютером. Программы могут храниться, например, на машиночитаемом носителе. Другие варианты содержат компьютерную программу для выполнения одного из способов, раскрытых в настоящей заявке, причем программа записана на машиночитаемом носителе.
Иначе говоря, один из вариантов предлагаемого способа представляет собой компьютерную программу, содержащую команды, для осуществления одного из способов, раскрытых в настоящей заявке, когда компьютерная программа выполняется компьютером. Другой вариант предлагаемого в изобретении способа представляет собой носитель данных (или носитель цифровой информации, или машиночитаемый носитель), содержащий записанную на нем компьютерную программу для осуществления одного из способов, раскрытых в настоящей заявке. Другой вариант предлагаемого в настоящем изобретении способа является потоком данных или последовательностью сигналов, представляющих собой компьютерную программу для осуществления одного из способов, раскрытых в настоящей заявке. Поток данных или последовательность сигналов может быть, например, такой, что ее можно передавать по линии передачи данных, например, через Интернет. Другой вариант содержит средства обработки, например компьютер, или программируемое логическое устройство, сконфигурированное или приспособленное для осуществления одного из способов, раскрытых в настоящей заявке. Другой вариант содержит компьютер, на котором установлена компьютерная программа для осуществления одного из способов, раскрытых в настоящей заявке.
В некоторых вариантах для осуществления некоторых или всех функциональных возможностей способов, раскрытых в настоящей заявке, может использоваться устройство с программируемой логикой работы (например, логическая матрица, программируемая пользователем). В некоторых вариантах для осуществления способов, раскрытых в настоящей заявке, используемая логическая матрица, программируемая пользователем, может взаимодействовать с микропроцессором. В общем случае в предпочтительных вариантах для выполнения предлагаемых способов используются аппаратные средства.
Варианты, рассмотренные в настоящем описании, являются всего лишь иллюстрациями принципов изобретения. Необходимо понимать, что специалистам в данной области техники будут очевидны различные модификации и изменения схем, рассмотренных в описании, и частей. Поэтому объем изобретения ограничивается только прилагаемой формулой, а не конкретными деталями вариантов, рассмотренных в настоящем описании в качестве иллюстраций и пояснения принципов изобретения.