用于用戶供電的網元的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于用戶供電的網元的系統(tǒng)和方法
[0001]本申請是PCT申請(PCT/US2011/026417)于2012年10月25日進入中國國家階段的申請(申請?zhí)枮?01180020896.4，發(fā)明名稱為“用于用戶供電的網元的系統(tǒng)和方法”)的分案申請。
[0002]相關申請的交叉引用
[0003]本申請根據37C.F.R.§ 1.53(b) (2)作為部分接續(xù)申請申請，本申請根據35U.S.C.§120要求由相同發(fā)明人于2010年2月28日提交的名稱為“用于用戶供電的網元的系統(tǒng)和方法(System and Method For A Subscriber-Powered Network Element) ” 的第12/714，543號待決專利申請的權益，該申請根據37C.F.R.§ 1.53(b) (2)要求由相同發(fā)明人于2007年7月17日提交的名稱為“用于用戶供電的網元的系統(tǒng)和方法(System andMethod For A Subscriber-Powered Network Element) ”的第 11/764，228 號待決專利申請的權益，該申請根據37C.F.R.§ 1.53(b)⑵要求由相同發(fā)明人于2006年3月1日提交、現已廢棄的第11/369，512號專利申請的權益，該申請根據35U.S.C.119(e)要求于2005年3月1日提交、現已到期、并且以全文引用方式并入本文中的第60/657，511號美國臨時專利申請的權益。
技術領域
[0004]本發(fā)明大體涉及光纖通信網絡，更具體地講，涉及光接入網絡、廣域網、寬帶通信或電信系統(tǒng)的供電結構。
【背景技術】
[0005]由于發(fā)射和接收日益增多的信息的客戶或用戶需求逐漸增大，促使電信和寬帶電纜通信公司升級自己的廣域網(WAN)或寬帶接入通信網絡基礎結構。為了以較高速率提供更多視頻、音頻和電話形式的信息，需要進行較高帶寬通信網絡升級或新部署。雙絞線電纜，例如用于普通老式電話服務中的雙絞線電纜，不支持長距離上的高帶寬；盡管同軸電纜，例如用于電纜電視服務中的同軸電纜，性能更佳，但也具有到達和帶寬限制。光纖可提供幾乎不受限的帶寬，從而實現寬帶和多媒體服務。
[0006]現代電話廣域網接入基礎結構，例如環(huán)狀網絡中的光纖(FITL)，使用光纖和雙絞線的組合來發(fā)送數據通信到用戶以及從用戶接收數據通信。而現代電纜廣域網接入基礎結構，例如混合光纖同軸網絡(HFC)，使用光纖和同軸電纜的組合來發(fā)送數據通信到用戶以及從用戶接收數據通信。通常，用戶在電信網絡的大約最后一英里內由雙絞線提供服務，或在電纜網絡的大約最后兩到三英里內由同軸電纜提供服務。為了在用戶位置處獲得較大帶寬速率，光纖網絡必須更接近用戶，以使銅阻電壓降(例如，雙絞線或同軸電纜)的距離足夠短，且將能夠支持增大的數據傳送速率。
[0007]將光纖電纜置于用戶位置的短距離內的一個主要問題是對銅阻電壓降點維持大量光纖的額外負擔。這些降點(drop site)是在電信網絡中稱作光網絡單元(0NU)或光網絡終端(0ΝΤ)的網元以及在混合光纖電纜網絡中的光節(jié)點(或簡稱為節(jié)點)，并且通常用于在光纖的光域與絞合對或同軸電纜的電域之間轉換信息。
[0008]服務提供商或他們的分支機構(例如，寬帶接入服務提供商、應用服務提供商、互聯(lián)網服務提供商、管理服務提供商、主管理服務提供商、管理互聯(lián)網服務提供商、電信服務提供商、校園服務提供商、電纜服務提供商)提供和維護這些降點的重要部分是提供所需的電力。光纖本身不能攜載電力以向這些降點供電。這就產生了設計、分布以及部署電力以滿足降點能量需要的挑戰(zhàn)。此外，如果對降點的主電力供應失敗，則必須還提供備用電力，且該備用電力具有能夠在數小時或者甚至數天內滿足網絡的性能和可靠性要求的足夠備用供電量。這通常是普通老式電話服務網絡中所需的生命線電話服務的情況。生命線電話意指用戶電話必須在AC供電中斷或用戶駐地斷電期間保持能量供應并且運行。
[0009]降點通常由服務提供商或分支機構的分散銅設備或位于降點群集附近的電力節(jié)點集中供電，或者由附近的商業(yè)或公用事業(yè)電源局部供電，或者通過太陽能光伏能量供電。
[0010]在集中供電的情況下，電力通常從中心局(C0)經由新的或現有銅設備提供。電力也可以在單獨的雙絞線或同軸電纜上提供，該雙絞線或共軸電纜粘結到光纖電纜束外部、編織在光纖電纜束內，或者在從中心局安裝光纖期間與光纖分開部署。但是，集中化電力是一種策略，它需要部署與信息網分開的單獨電力網。由于中心局或頭端到遠程降點之間的距離逐漸增大，電力網上所需的電壓也逐漸增大以饋送降點能量需要。電壓增大將引起工藝安全問題。或者，電力網可隨位于降點集群附近的電力節(jié)點擴大，但額外的金屬外殼將增加對因閃電和電力線感應而引起的電涌的敏感性。此外，存在向電力網供應電力的24小時每天的成本，以及電力網本身的定期維護和支持，包括定期為生命線服務更換電池，這些電池通常位于C0或頭端處。
[0011]在局部供電降點的情況下，電力源自降點附近，且備用電力通過降點處的電池提供。這種結構的主要能源是直接從電力公用事業(yè)的設備中抽出的商業(yè)AC電力。電源置于可與降點位于同一位置的小型環(huán)境硬化外殼中；但是，電池通常與降點在相同外殼中。這樣產生了大量的電池點和電力接入點。通常，這種類型系統(tǒng)的成本高昂，主要是由于將降點連接到商業(yè)電源的成本。區(qū)域性電力公用事業(yè)公司可能堅持使用計量連接到他們的電網，因而產生一次性ac電表安裝以及需要收取接線費。此外，無論使用與否，都可能收取最低每月儀表費用。這就在降點的每月能量消耗遠遠低于最低費用時產生嚴重的問題。
[0012]在用太陽能來局部地為通信網絡基礎結構供電的情況下，這種策略可最小化集中和局部供電的一些缺點，例如易受閃電損壞以及有限的電池儲備，從而讓光纖成為專用分配設備。太陽能電池板和大型電池共同位于降點處，在不連接到任何電網的情況下連續(xù)地向降點供電。但是，它的使用僅限于直接接受太陽光的地區(qū)，因為太陽能電池板的輸出隨入射太陽能的減少而減少。因此，該策略無法在每個地方使用。此外，太陽能需要安裝大容量(ffh)的電池。
[0013]因此，需要對將接入光纖置于用戶駐地或客戶位置的短距離內的光纖通信網元進行供電。供電策略或光纖廣域網的結構必須能夠以成本有效和可維護的方式支持并操作大量降點或網元。

【發(fā)明內容】

[0014]根據本發(fā)明，提供一種技術，涉及由用戶終端、適配器、路由器、服務器、網關或客戶駐地設備(CPE)對廣域接入網絡的網元或降點進行本地供電，其將可得自用戶主電源(例如，AC電力)的電力信號或電力與電氣數據通信作為組合式電氣WAN信號組合到相同通信媒體上，該通信媒體將網元或降點與用戶終端、適配器、路由器、服務器、網關或CPE相連。某些優(yōu)勢和/或益處可使用本發(fā)明的實施方案來獲得。例如，本發(fā)明的實施方案具有無需額外安裝儀表或繳納儀表接線費的優(yōu)勢。此外，本發(fā)明的實施方案具有減小勞工安裝時間和成本，并且實現用戶自行安裝的優(yōu)勢。此外，本發(fā)明的實施方案不會形成單獨的電力網。信息網和電力網是相同的網絡，因為它們共享相同的傳輸線(例如，絞合銅線對或雙絞線、同軸電纜或以太網電纜)，因此通信網絡能夠以成本有效和可維護的方式供電。
[0015]通常，一方面，本發(fā)明的實施方案包括一種向光纖廣域網的網元供電的系統(tǒng)，該光纖廣域網例如環(huán)狀網絡中的光纖，其在中心局(C0)與用戶終端或客戶駐地設備之間傳輸通信數據。除了其他功能以外，具有至少一個光端口和至少一個電氣端口的該網元，例如降點，用于在來自中心局的光纖與通向用戶終端的雙絞線之間轉換攜載信息的光到電(0-E)和電到光(E-0)信號。用戶終端或遠程用戶裝置還包括:DC電源；通信裝置，例如高速客戶端調制解調器；以及電氣耦合裝置，例如，用戶線接口電路(SLIC)裝置，其包括用于將客戶端調制解調器的通信和DC電源的DC電力輸出耦合到相同物理通信媒體上的裝置。網元還包括:通信裝置，例如高速C0調制解調器；DC到DC功率變換器；以及電氣耦合裝置，例如數據存取安排(DAA)裝置，其包括的裝置用于耦合C0調制解調器的電通信，并且將DC電力從用戶終端遞送到網元的DC到DC電力供應轉換器。在用戶終端與網元之間電通信的雙絞線用作將DC電力傳送到網元并進行調制解調器通信的媒體。這樣，網元經由雙絞線電纜由用戶駐地供電，且調制解調器經由相同雙絞線電纜進行通信。
[0016]本發(fā)明的實施方案的各方面可包括一個或多個以下特征。光纖廣域網是環(huán)狀網絡中的光纖，例如，光纖到路邊(FTTC)網絡、光纖到駐地(FTTP)網絡、光纖到節(jié)點(FTTN)網絡、光纖到底層(FTTB)網絡、光纖到基地臺網絡或它們的某些組合。此外，環(huán)狀網絡中的光纖可以是點到點網絡或點到多點網絡，例如無源光網絡(Ρ0Ν)。例如，環(huán)狀網絡中的光纖可以是點到點光纖到路邊網絡(FTTC-P2P)，或無源光纖到路邊網絡(FTTC-P0N)實施形式。根據本發(fā)明的實施方案，通信裝置或調制解調器可以是數字用戶線(xDSL)類型的調制解調器，例如非對稱數字用戶線(ADSL)調制解調器，甚高比特率數字用戶線(VDSL)調制解調器，或甚高比特率數字用戶線2(VDSL2)調制解調器。這些通信裝置或調制解調器還可以是電力線，也稱為電力線通信或電力線載波(PLC)調制解調器。此外，這些通信裝置或調制解調器可以是ITU-T G.hn調制解調器。SLIC和DAA裝置等電氣耦合裝置可包括耦合電容器、耦合變壓器、阻塞電感器，或者執(zhí)行電感耦合。此外，SLIC和DAA裝置可包括用于低通濾波、帶通濾波，和/或高通濾波的元件。SLIC裝置將針對無防護人類接觸的可能，將所傳輸DC電力的電流限制到無危險水平。雙絞線是雙絞線線，例如22、24或26規(guī)格的雙絞線，但還可以是3類電纜的單對，或者5類電纜的單對。由用戶供電的網元可以是光網絡單元(0NU)或光網絡終端(0ΝΤ)。用戶終端、客戶駐地設備或遠程用戶裝置還可包括一個或多個以下用于遠程用戶使用的特征:以太網局域網(LAN)、WiFi網絡、IP承載語音(VoIP)服務、IPTV服務、交互式寬帶通信服務或它們的組合。用戶終端、客戶駐地設備或遠程用戶裝置還可提供普通老式電話服務(POTS)或電話轉接器(ΑΤΑ)功能，并且包括在用戶主電源丟失時使用的備用電池，以提供生命線支持。電池可由用戶、客戶或用戶進行更換。該電池還可位于網元處。用戶或客戶駐地處的DC電源可以是DC到DC電源，或AC到DC電源，并且電力可通過DC到DC或AC到DC電源得自用戶主電源。
[0017]通常，另一方面，本發(fā)明的實施方案包括一種向光纖廣域網的網元供電的系統(tǒng)，該光纖廣域網例如光纖到駐地(FTTP)網絡，其實現C0與用戶或客戶之間的寬帶通信。ONUS0ΝΤ等通常處于高電平的網元用于將從C0到該網元的光纖的光域的信息轉換成雙絞線或在網元與用戶終端或客戶駐地設備之間延伸的線上的電信號。該0NU或0ΝΤ位于用戶或客戶駐地處，尤其是邊界或網絡接口裝置(NID)的點處?；蛘撸敱镜匾?guī)范允許時，該0ΝΤ可以位于用戶或客戶駐地內(即，在NID的用戶側)。盡管未顯示在本發(fā)明的以下實施方案中，可存在和隱含0ΝΤ在用戶駐地內的替代實施方案。用戶終端或遠程用戶裝置還包括以太網供電(PoE)供電設備(PSE)等電氣耦合裝置以及以太網PHY裝置等通信裝置。該PSE連接到兩個或四個線對，例如5類電纜中的線對，進而在NID處連接到0NU或ONT。0NU或0ΝΤ還包括電氣耦合裝置，例如PoE受電裝置(PD)，該裝置從PSE接收電力并向0NU或0ΝΤ供電。此外，該0NU或0ΝΤ包括第二通信裝置，例如，以太網PHY裝置，用于實現用戶終端或遠程用戶裝置與NID處的0UN或0ΝΤ之間的以太網通信。這樣，網元從用戶或客戶駐地通過以太網供電而獲取電力，并且能夠經由相同線對與用戶終端通信。用戶終端、客戶駐地設備或遠程用戶裝置還可包括一個或多個以下用于遠程用戶使用的特征:以太網局域網(LAN)、WiFi網絡、IP承載語音(VoiP)服務、IPTV服務或交互式寬帶通信服務，或它們的組入口 ο
[0018]通常，一方面，本發(fā)明的實施方案包括一種向光纖廣域網的第一網元供電的系統(tǒng)，該光纖廣域網例如混合光纖同軸網絡，其在頭端與用戶終端或客戶駐地設備之間傳輸通信數據。該第一網元，例如降點，用于在來自頭端的光纖與通向用戶終端的同軸電纜之間轉換光到電(0-Ε)和電到光(Ε-0)信號。用戶終端或遠程用戶裝置還包括:DC電源；通信裝置，例如高速客戶端調制解調器或客戶端網絡裝置；以及第一電氣耦合裝置，其包括用于將客戶端調制解調器或客戶端網絡裝置的通信耦合到DC電源的DC電力輸出的裝置。網元還包括通信裝置，例如高速頭端調制解調器或接入網絡控制器裝置，DC到DC功率變換器，以及第二電氣耦合裝置，該裝置包括的裝置用于耦合頭端調制解調器或網絡接入控制裝置的通信并且將DC電力遞送到DC到DC功率變換器，連接在用戶終端與網元之間的同軸電纜用作將DC電力傳送到網元并且進行網絡通信的媒體。這樣，第一網元經由同軸電纜由用戶終端供電，并且調制解調器或網絡裝置經由相同同軸電纜通信。
[0019]本發(fā)明的實施方案的各方面可包括一個或多個以下特征。根據本發(fā)明的實施方案，通信裝置或調制解調器可以是電纜數據服務接口規(guī)范(DOCSIS)調制解調器。這些通信裝置或調制解調器可以是電力線，也稱為電力線通信或電力線載波(PLC)調制解調器。這些通信裝置或網絡裝置還可以是家庭網絡(HomePNA)、同軸電纜多媒體聯(lián)盟(MoCA)或ITU-T G.hn功能裝置。第一和第二電氣耦合裝置可包括耦合電容器、耦合變壓器、隔離變壓器、中心抽頭變壓器、阻塞電感器、共式扼流圈，或者執(zhí)行電感耦合。此外，第一和第二電氣耦合裝置可包括用于低通濾波、帶通濾波，和/或高通濾波的元件。第一電氣耦合裝置將傳送到網元的DC電力的電流限制到無危險水平。由用戶終端供電的第一網元可能是光節(jié)點、網絡節(jié)點，或僅僅是節(jié)點。用戶終端、客戶駐地設備或遠程用戶裝置還可包括一個或多個以下用于遠程用戶使用的特征:以太網局域網(LA