专利名称：用于无源光网络中改进的上游帧同步的方法和设备的制作方法
技术领域：
本公开涉及无源光网络(PON)，并且涉及用于改进PON中通信的系统和方法。
背景技术：
无源光网络(PON)是灵活的接入网络，其能够向商务和居民用户提供一系列的宽带和窄带服务。底层设备对于网络运营商来说被认为是相对不太昂贵的，因为它们不需要运营商的中心局(CO)和用户驻地(CP)之间任何的有源设备或电源。在图I所示的P0N10中，下游PON业务从驻留在CO中的光线路终端(OLT) 12经由光分路器去往驻留在CP中的多个光网络终端(ONT) 16 (或光网络单元(ONU)，未示出)。由于OLT 12是在下游方向上发送的仅有单元，在下游范围的分组之间并不存在冲突。上游PON业务和下游业务使用不同的波长来共享相同的光纤。因此，在下游和上游分组之间也不存在任何的冲突。然而，由于上游业务源自于所有的ONU 16，并且所有的ONU在相同的波长上传输，如果两个或更多的ONU 16同时进行传输，则可能发生分组冲突。为了阻止冲突，以时分复用(TDMA)的方式管理上游PON业务。OLT 12的功能之一是调度和对每个ONU 16授予单独的时隙，因此避免上游分组之间的冲突。每个ONU 16的发送器激光仅在它们的相应传输时隙期间可以被打开。OLT 12必须能够接收来自不同ONU的数据突发。典型的突发模式接收器包括光检器(ro)、跨阻放大器(TIA)、限幅放大器(LA)以及时钟和数据恢复(CDR)电路。ro执行接收到的光信号到电信号的转换。TIA和LA将后者恢复到标准数字电压水平，其中CDR恢复时钟并且从LA输出信号提取传输的数据内容。PON系统和它们的底层标准的演进见证了 PON比特率的稳定提高，范围从90年代中期的APON中的初始155Mb/s到2000年中期的支持吉比特的PON (GPON) [ITU-TG. 984]和以太网PON(EPON) [IEEE 802. 3ah]的I. 25Gb/s,达到当前正在起草的IEEE802. 3av(10GEP0N) [1-3]和ITU-T IOG GPON标准中规定的10Gb/s。高的比特率对于实现突发模式接收机造成持续增加的挑战，尤其是对其模拟电路。设计可以足够快速地恢复接收的信号的TIA和LA并且不会使其占空比失真，同时支持大的动态范围的输入信号是困难的。作为在上游帧开始处的较高信号失真的结果，相比较于上游帧的其他部分，比特错误的概率通常更高。该问题在更高的比特率处将被加重，在该更高的比特率处例如光色散的比特错误的其他原因是更为显著的。帧定界符是上游帧的最具有意义的字段，因为整个帧的接收取决于接收机成功接收到定界符。事实上定界符位于帧的最开始处，信号失真在该处最为可能，并且不像帧的所有其他部分，其并不受前向纠错(FEC)错误控制码的保护，使得其检测的问题变得更为严重。在典型的GPON部署中，上游业务中的整个订户分组损失由帧接收的损失主导，该帧接收的损失由失败的定界符检测造成，例如其中定界符过短，或其中检测算法不接受具有错误的定界符，或者可能仅处理有限数目的错误。新兴的PON标准(例如XGPON[FSAN]和IOGEP0N(IEEE 802. 3av))预计将展示涉及定界符检测的相同灵敏度。
用于定界符检测的当前解决方案围绕着对比特错误的更高容忍度。该解决方案是不足的，因为其无法免受更长的比特错误突发的影响并且因为这可以导致失败的定界符检测。所需要的是一种用于无源光网络中定界符检测的改进的系统和方法。
发明内容
在本公开的一个方面中,提供一种用于无源光网络中上游传输处理的方法。该方法包括产生指示上游传输帧的第二定界符的一个或多个参数的定界符方案，向至少一个光网络单元传送所述定界符方案，从所述至少一个光网络单元接收帧，并且处理所述帧以检测帧中的至少一个第二定界符。在本公开的一个方面中，提供一种无源光网络的光网络单元，其被配置用于产生
帧并且向光线路终端设备传输所述帧。该帧包括第一定界符、至少一个帧头部、至少一个帧净荷以及至少一个第二定界符。在本公开的一个方面中，提供一种无源光网络的光线路终端设备，其被配置用于接收来自至少一个光网络单元的帧，处理所述帧以检测所述帧中的第一定界符，并且处理所述帧以检测所述帧中的至少一个第二定界符。
现在将仅通过示例，对特定的实施方式和附图做出参考，其中图I示出PON上的时间复用业务；图2示出定界符检测窗口 ；图3示出GPON ONU上游路径的典型架构；图4示出上游帧结构；图5示出GPON OLT上游路径的典型架构；图6示出针对附加定界符的示例插入点；图7示出具有第二定界符和FEC的修改的上游帧结构；图8示出具有第二定界符而没有FEC的修改的上游帧结构；图9示出针对多定界符接收的GPON OLT上游路径架构；图10示出GPON ONU上游路径架构(在点A处具有多定界符插入)；图11示出GPON ONU上游路径架构(在点B处具有多定界符插入)；图12示出GPON ONU上游路径架构(在点C处具有多定界符插入)；图13示出在第二定界符后发送的帧头部；以及图14不出用于执行PON上的上游巾贞传输的方法。
具体实施例方式如图I中所示，来自于不同ONU 16的PON上游业务在时间上彼此隔开的帧中到达OLT 12。该隔开是OLT 12执行并且传送到所有ONU 16的调度和上游带宽分配的结果。对于设计得相当好的ONU 16和OLT 12，在OLT处的上游帧的预计和实际到达时间之间的最坏情况差别是很小的，并且通常不会超过1-2个字节周期。该特征允许OLT 12仅在窄的时间窗21中寻找定界符序列，如图2a中所示。该特征在本实施方式中使用，以利用相同的时间分辨率检测在帧中的其他已知位置处插入的附加定界符序列，并且不具有将净荷比特序列误认为定界符的风险。在图2b中示出多个定界符22、23的检测。在图14的流程图100中示出用于在图I的PON 10中提供上游通信的方法。在步骤101处，产生定界符方案，其指示用于上游传输帧的第二定界符的一个或多个参数。在步骤102处，向至少一个ONU 16传送该定界符方案，该ONU 16接着传送包括如在定界符方案中指定的第二定界符的帧。OLT 12接收此类的帧(步骤103)并且处理它们以检测帧中的任意第二定界符(步骤104)。在一个实施方式中，OLT 12向每个ONU 16发送各个物理层操作和维护(PLOAM)或OMCI (P0N标准的ITU-T系列中的OAM消息格式)，或同时向所有的ONU发送一个广播PLOAM或OMCI消息，以指定第二定界符方案的参数，例如由相应的ONU发送的需要嵌入在每个上
游帧中的每个各个定界符的号、位置、二进制模式和序列长度。所述的方法降低完整上游帧的损失概率。例如，如果OLT 12未能检测出上游帧中的第一定界符序列，但检测到第二定界符序列，则仅在第一定界符和第二定界符之间发送的净荷(或帧头部)数据将被丢失。可替代地，净荷可以被缓冲并且在帧同步后被处理。即，同步可以从帧的任意定界符发生，这允许整个帧被处理。在一个实施方式中，来自OLT 12的PLOAM或OMCI消息、或单独的单播或广播(PL0AM或0MCI)消息可以附加地向每个0NU16指定从帧的开始的偏移，以在该偏移处发送上游帧头部。该方法以两种方式最小化损失概率或头部的错误接收。首先，其延迟头部的传输直到减小在接收机处的上游信号的初始失真。此类的失真在PON中是常见的并且是由于接收机电子电路的慢反应造成的。第二，该方法允许包含在头部中的重要信息的多次传输。本公开的实施方式被认为是包括用于在上游帧中插入可编程的多个定界符的方法和ONU设备，以及用于到此类帧的OLT同步的方法和设备。在图3中示出GPON ONU上游路径(发射机)的典型架构。在上游传输的开始处，上游控制单元31保持扰码器32禁用，使得被定界符42所跟随的前导41在未加扰的情况下发送，如图4中所示。在完成定界符传输后，控制单元31启用加扰器32并且FEC编码器33开始传送上游GTC帧头部43。一旦整个头部43被传送，则GEM (净荷)帧44的传输开始。FEC编码器33和加扰器32保持活跃，直到上游帧传输的结束。在图5中示出GPON OLT上游路径(接收机)的典型架构。该架构与图3中的ONU发射机完全兼容并且能够接收图4中示出的上游帧。其如下操作。在上游帧接收开始前，接收机控制单元51保持帧解扰器52去激活，即，不传递接收机信号。控制单元51在时间窗的开始处打开定界符检测器53以用于定界符检测，如图2中所指示的。紧接在定界符检测之后，解扰器52被激活并且接收到的数据通过接收机FEC缓冲器55向FEC解码器54传送。纠错的帧数据被进一步传送到GTC头部解析器56和GEM头部解码器57以用于内容处理。在替代的实施方式中，定界符可以被加扰，使得OLT可以查找加扰的定界符序列而非未加扰的定界符序列。这就不需要如上所述激活以及去激活ONU的加扰器和OLT的解扰器。
图6示出在ONU上游路径中的针对附加的定界符的可能插入点61、62、63、64的例子。插入点的选择影响上游帧的结构(如图7和图8中所示出的)以及OLT中的帧接收流。在所有的这些情形中，OLT上游接收机的硬件架构是相同的并且在图9中示出。具体地，图9的OLT包括多定界符接收控制器59，其确定何时已经检测到帧的初始定界符，其可以是原始的帧定界符或者可以是被成功检测到的任意第二定界符的第一个定界符(如果原始定界符丢失)。多定界符接收控制器59也确定对于帧何时检测到附加的定界符，从而附加的定界符可以被合适地处理。然而，OLT接收机中的控制逻辑的操作依赖于选择的插入点而变化。此外，也可以确定定界符在搜索窗内的最有可能的位置(利用可能加权的系数以将更高的概率给予搜索窗中间)。接着，可以解码头部并且注意其是否是可解码的。除了定界符序列，也可以观察头部中的已知位置，并且使用定界符之前的前导的部分。通过这种方式，可以显著减小错误的同步检测。附加地，本公开的实施方式基于附加定界符的接收引入用于FEC和GEM帧同步的惯例，其总结如下。本领域技术人员将认识到可以存在多个其他可能的同步惯例。惯例I。如果使用上游FEC，则OLT应该从跟随在检测出的定界符后的第一 FEC块的开始接收帧。基于帧中定界符的已知位置和FEC块的已知大小，OLT应该已知下一 FEC块的开始从检测的定界符的偏移。ONU可以确保所述下一 FEC块中的第一个完整GEM帧的开始与FEC块的开始对齐。通过这种方式，定界符检测应该自动地确保OLT接机机的GEM帧同步。由该惯例所指定的FEC和GEM对齐在图7a-d中示出，分别针对于通过定界符插入和点A、B、C、D所获得的上游帧。惯例2。如果不使用上游FEC，则OLT应该开始接收这样的帧，该帧以跟随在检测的定界符后的第一字节开始。ONU应该确保跟随在该定界符后的第一个完整GEM帧在定界符后立即开始。在图8a中针对插入点A以及在图Sb中针对所有其他的插入点示出了通过该惯例所指定的GEM对齐。惯例3。当已经被同步并且正在接收上游帧的OLT接收附加的定界符时，其应该以与在ONU中实现的定界符插入方法对应的方式来从数据流中移除附加的定界符。进一步，OLT操作可以是动态地可调节的以便使用不同的定界符插入方法来正确地处理来自不同ONU的上游帧。尽管经由惯例I和2实现的OLT功能性是直接的并且独立于定界符被插入在帧中的方式，惯例3的实现根据插入类型变化。现在将描述与图6的每个插入点处的定界符插入相关联的帧结构和特定的ONU和OLT操作。插入点A :如图10中所示，在该点61处插入的定界符旁路ONU加扰器32、FEC编码器33和GEM成帧器34，意味着附加的定界符71未被加扰而传输并且位于FEC块和GEM帧之外，如图7a和图8a中所示。此类定界符插入并不对ONU上游流水线的操作干扰，ONU上游流水线如没有发生插入的那样操作。在附加定界符的传输期间，该流水线的输出存储在迷你缓冲器67中，如图10中所示。通过这种方式,可以保持加扰模式、FEC块和GEM帧的连续性。对于使用上游FEC和不使用上游FEC时的情形，分别在图7a和图8a中示出对应的帧结构。如果与在点A处的插入兼容的OLT已经被同步于先前检测到的定界符，其控制逻辑应该-在每个附加定界符的接收期间停止解扰器，如由多定界符接收控制器59所确定的那样，-禁止将定界符写入接收缓冲器(当FEC使用时的FEC缓冲器，或者当不使用FEC时的净荷缓冲器)，以及-通过在接收缓冲器中写入所有其他接收的字来持续地接收帧。插入点B :如图11中所示，在点B 26处插入的附加定界符旁路FEC编码器33和GEM成帧器34，但经过加扰器32。如果插入的定界符将被加扰，则对于ONU必需要插入值，这在针对其在帧中的相应位置使用加扰模式进行加扰时将导致与定界符相同的比特序列。
通过这种方式，在OLT处检测的定界符无论其在帧中的位置如何将总是相同的。在附加定界符的传输期间，ONU GEM-FEC流水线的输出存储在迷你缓冲器68中，也如图11中所示。如果与在B点的定界符插入兼容的OLT已经同步于先前检测到的定界符，则其控制逻辑应该-保持解扰器运行，-禁止将定界符写入在接收缓冲器(当使用FEC时为FEC缓冲器，或当不使用FEC时为净荷缓冲器)中，以及-通过将所有其他接收的字写入接收缓冲器来持续接收帧。插入点C :在点C 63插入的定界符旁路GEM成帧器34。然而，其确实通过加扰器32加扰并且应该以如在点B处插入的定界符相同的方式来指定。此外，在点C处插入的定界符经历FEC编码器33并且成为FEC码字的一部分。FEC编码无论如何不变改变定界符。在附加的定界符正在被插入时，迷你缓冲器69再次用于存储GEM成帧器的输出。如果与在C点处的定界符插入兼容的OLT已经同步于先前检测到的定界符，则其逻辑应该-保持解扰器运行，-保持对FECRX缓冲器的写入是启用的，-禁止将定界符写入在净荷接收缓冲器中，以及-通过将所有接收到的净荷字写入到净荷接收缓冲器来持续接收帧。插入点D :在点D 64处插入的定界符经历ONU上游数据路径的所有构建块。像在点C处插入的定界符，其被加扰并且也用作FEC块的一部分。附加地，在该情形中，定界符成为上游GEM帧的一部分。这可以通过以下的两种方式实现a)通过在净荷数据之间插入定界符并且调节GEM头部中的帧长度指示符，以反映增加了定界符长度的帧长度，或者b)通过创建仅包含定界符的单独GEM帧作为净荷。如果与在点D处的定界符插入兼容的OLT已经同步于先前检测到的定界符，则其逻辑应该-保持解扰器运行，-保持对FECRX缓冲器的写入是启用的，-禁止将定界符写入在净荷接收缓冲器中，-通过将所有接收到的净荷字写入到净荷接收缓冲器来持续接收帧，以及-从GEM头部中指示的值减去定界符长度。
针对从点B处的定界符插入得到的帧结构，在图13a中示出除帧的开始以外的位置中的GTC帧头部的插入。在此情况下，ONU开始在跟随在第二定界符133后的第一完整FEC块132的开始处传输帧头部131。很清楚，帧中选择用于定界符插入的位置可以在某种程度上改变帧结构。例如，如图13b中所示，如果第二定界符134添加在紧接整个FEC块135完成后的插入点B处，如果帧头部136被指定用于跟随在该定界符后，则其将在定界符后以与原始GPON上游帧相同的方式立即被传输，其中头部紧紧跟随在初始定界符后。这里所述的实施方式支持显著减小由于失败的定界符检测所造成的分组损失，并且在当定界符检测失败确实发生时支持部分帧接收。这可以通过在上游帧中的可编程位置处插入可编程数目的定界符来实现。对于每个0NU，可以定制定界符插入方案，从而每个ONU可以被单独地编程，从而执行对于其正在传输的信号的质量合适的定界符插入。实施方式包括用于同步PON OLT的上游接收机的方法，这可以应用于PON标准(GP0N、XGP0N)的
ITU-T系列，以及通过IEEE应用在IOG EPON上。进一步，通过将头部重新定位到帧的指定部分，实施方式提高了在上游帧中递送(通常作为其头部的一部分递送)的重要信息接收的可靠性。尽管在附图中以及上述的描述中示出了本发明的实施方式，将理解到本发明不限于所公开的实施方式，而是在不偏离由下面的权利要求所陈述和限定的本发明的精神下，能够存在多种重新设置、修改和替换。例如，本发明的能力可以通过一个或多个块、模块、处理器和存储器来完全和/或部分地执行。另外，这些能力可以以当前的方式或分布式的方式来执行，并且在能够提供和/或接收信息的任意设备上执行或经由这样的设备来执行。进一步，尽管以特定的方式来绘出，各种模块或块可以被重新定位而不偏离当前发明的范围。仍然进一步，尽管以特定的方式来绘出，可以结合本发明使用更多或更少数目的模块和连接以实现本发明，对本发明提供额外已知的特征，和/或使得本发明更为有效。另外，在各种模块之间发送的信息可以经由数据网络、因特网、网际协议网络、无线源和有线源的至少一个以及经由多个协议在模块之间发送。
权利要求
1.一种无源光网络的光线路终端设备，配置用于 接收来自至少一个光网络单元的帧； 处理所述帧以检测所述帧中的第一定界符；以及 处理所述帧以检测所述帧中的至少一个第二定界符。
2.根据权利要求I所述的光线路终端设备，包括 定界符检测器模块；以及 接收机控制单元，配置用于在用于所述第一定界符的定界符检测的时间窗的开始处和用于所述至少一个第二定界符的检测的时间窗的开始处激活所述定界符检测器模块。
3.根据权利要求I所述的光线路终端设备，配置用于向所述至少一个光网络单元指示从所述帧的开始处的偏移，在所述偏移处发送上游帧头部。
4.根据权利要求I所述的光线路终端设备，配置用于向所述至少一个光网络单元传送第二定界符方案。
5.根据权利要求4所述的光线路终端设备，其中所述第二定界符方案指示以下至少一个第二定界符的数目，一个或多个第二定界符的帧位置，以及一个或多个第二定界符的比特模式。
6.根据权利要求I所述的光线路终端设备，包括 接收缓冲器； 定界符接收控制器，配置用于确定何时在帧内检测到多个定界符；以及 上游接收机控制器，配置用于禁止将在所述帧中的定界符的初始检测后接收到的每个附加定界符写入到所述接收缓冲器。
7.根据权利要求6所述的光线路终端设备，包括解扰器，其中所述上游接收机控制器配置用于在所述帧中的初始定界符的初始检测之后的每个附加定界符的接收期间停止所述解扰器。
8.根据权利要求I所述的光线路终端设备，包括 净荷接收缓冲器；以及 定界符接收控制器，配置用于确定在帧中何时检测到多个定界符。
9.根据权利要求8所述的光线路终端设备，包括上游接收机控制器，配置用于禁止将在所述帧中的定界符的初始检测后接收到的每个附加定界符写入到所述净荷接收缓冲器中。
10.根据权利要求I所述的光线路终端设备，配置用于从头部中指示的长度值减去所述至少一个第二定界符的长度。
全文摘要
在无源光网络中，从ONU到OLT的上游传输帧可以包括附加定界符，该附加定界符辅助克服在帧的开始处的、可能使初始帧定界符不清楚的高信号失真。第二定界符可以在OLT已知的各种位置处被插入帧内，使得OLT可以在用于定界符检测的定时窗的开始处激活定界符检测器。通过确保帧头部紧紧跟随在第二定界符后或出现在跟随在第二定界符后的第一FEC码块的开始处，ONU可以辅助OLT对帧进行同步。取决于ONU在帧产生处理中插入第二定界符的位置，第二定界符可以被加扰和/或可以形成FEC的一部分。
文档编号H04L7/04GK102804652SQ201080025891
公开日2012年11月28日 申请日期2010年6月8日 优先权日2009年6月10日
发明者D·萨瓦科维克 申请人:阿尔卡特朗讯