CN113132057A - 光线路终端和光网络单元及其方法 - Google Patents

Abstract

示例实施例描述了一种光线路终端OLT及其方法。根据示例实施例，OLT包括至少一个处理器和至少一个存储器，该至少一个存储器包括计算机程序代码，至少一个存储器和计算机程序代码被配置为与至少一个处理器一起使OLT执行：将用于ONU的数据单元分组成组，其中组包括用于ONU的子集的数据单元；将数据单元的组编码为至少一个码字的相应集合，将相应集合中的至少一个码字进行交织，从而获取码字的流；并且向ONU依次发送码字的流。其他示例实施例涉及光网络单元ONU及其方法。

Description

光线路终端和光网络单元及其方法

技术领域

各种示例实施例涉及光线路终端OLT及其方法。其他示例实施例涉及一种光网络单元ONU及其方法。

背景技术

在点对多点光网络(无源或有源)中，光线路终端OLT经由光分布网络(OpticalDistribution Network,ODN)耦合到相应光端点中的多个光网络单元ONU。ODN通常具有树和分支架构，并且包括光纤和无源分路器(splitter)/组合器，无源分路器/组合器在从OLT到ONU的下游方向上使光信号分路并且在从ONU到OLT的上游方向上复用光信号。从OLT到ONU的下游通信通过在单独的时隙中广播不同ONU的数据(称为时分复用；TDM)来执行。在上游方向，每个ONU被指配时隙以将其数据发送给OLT(称为时分多址；TDMA)，从而导致突发通信。注意，ONU通常被称为ONT(光网络终端)，并且术语ONU和ONT可以互换使用。

在无源光网络中，在下游传输中，OLT向所有ONU广播编码数据帧的流。然后，ONU必须将所接收的流进行解码，将解码后的数据帧进行解封装，选择寻址到它们的数据帧，并且丢弃其他数据帧。结果是，ONU的解码速率和解封装速率必须与PON的线速相匹配。

发明内容

本公开的实施例的目的尤其是提供一种用于在限制ONU的处理要求的同时支持复杂编码方案的高速PON的解决方案。

本发明的各种实施例所寻求的保护范围由独立权利要求提出。

在本说明书中描述的不落在独立权利要求的范围内的实施例和特征(如果有的话)将被解释为对理解本发明的各种实施例有用的示例。

根据本公开的第一示例方面，该目的通过一种光线路终端OLT来实现，该光线路终端OLT被配置为在无源光网络PON中与光网络单元ONU通信，该OLT包括至少一个处理器和包括计算机程序代码的至少一个存储器，至少一个存储器和计算机程序代码被配置为与至少一个处理器一起使OLT执行：

-将用于ONU的数据单元分组成组，其中组包括用于ONU的子集的数据单元；

-将数据单元的组编码为至少一个码字(CW)的相应集合；

-将相应集合中的至少一个码字进行交织，从而获取码字的流；以及-向ONU依次发送码字的流。

通过针对ONU的子集将数据单元分组成组并且对数据单元的组进行编码，从而码字的集合被得出。例如，数据单元可以被分组为两个、三个或四个组。然后，通过以特定方式交织不同集合的码字来构造码字的流。交织可以例如以随机方式进行，或者通过例如以循环方式交替来自码字的不同集合的码字来进行。以交替方式交织不同集合的码字允许最大化包含指定给同一ONU的数据帧的码字之间的时间。取决于ONU的子集的数目以及不同子集的码字如何被交织，ONU可以例如每隔第二或第四码字进行解码。这大大降低了ONU处的解码复杂度，因为ONU的解码器不需要以全线速操作，因为ONU不需要将所有码字进行解码。因此，由于解码器不需要以全线速操作，因此大大简化了ONU处的实现复杂性。这同样适用于ONU的帧解封装。因此，即使将OLT升级为以较高数据速率操作，也无需升级每个ONU以具有与OLT的高数据速率相匹配的解码和解封装能力，因为仍然允许ONU以较低数据速率解码和解封装。此外，这允许进一步节能。例如，在包含其他ONU子集的数据帧的码字被处理的时间期间，ONU的硬件的部分(诸如解码器)可以处于睡眠模式。备选地，代替节能，ONU可以可被设置为在其他子集的数据帧被接收到的时间期间执行更多次数的解码迭代。这样，ONU可以实现更好的误码性能。

ONU可以被分配给子集，使得子集中的ONU的信道属性相似。可以使用被适配对应ONU子集的信道属性的不同前向纠错(FEC)码来编码不同组的数据单元。例如，可以将具有降低码率的FEC码用作预算扩展器，而无需在ONU处对光学组件施加更严格的要求，这允许进一步降低ONU的成本。例如，它可以放宽对光电二极管的要求，或者可以消除对接收器输入级处的光学预放大的需求。具有增加的码率的FEC码可以被用于减少编码开销，从而增加净信息数据率。作为基于信道属性调节ONU子集和FEC码的结果，可以使每个ONU的净信息速率接近理论香农容量，从而提高数据的整体吞吐量。

通过将ONU分配给子集，使得子集中的ONU的信道属性相似，也可以每个子集调节物理层处理中的其他方面。例如，对具有更好信道属性的子集应用更高级别的脉冲幅度调制(PAM)可以大大提高那些子集的数据速率。在包括ONU的两个子集的示例中，第一子集可以包含其信道属性支持四级PAM(PAM-4)接收的ONU，而第二子集包含可以支持PAM-2或不返回零NRZ调制的所有其他ONU。ONU到子集的分配也可以基于ONU能力。这允许进行升级方案或成本优化部署，其中初始部署或对成本敏感的最终用户采用具有NRZ能力的ONU，并且在稍后阶段或对性能有要求的最终用户处无缝引入支持更高级PAM的ONU。必须注意，NRZ和更高级PAM可以使用相同的波特率或符号率，从而允许NRZ ONU保持其在由PAM-4调制的码字期间锁定的时钟和数据恢复CDR，反之亦然。

利用有限数目的码字集合，即，利用具有小数目的ONU的子集，可以实现上述优点。例如，利用ONU的两个子集可以实现上述优点。

根据示例实施例，OLT还可以被配置为执行提供标识ONU的子集的子集信息。

在例如以25Gbit/s和50Gbit/s线速操作的光网络的高速光网络中，所有ONU必须将所接收的流进行解码，将解码后的数据帧进行解封装，选择寻址到它们的数据帧，并且分别以25Gbit/s或50Gbit/s的全线速丢弃其他数据帧。此外，数据速率的增加还需要增加解码强度，这进一步在ONU处引入了相当量的附加复杂性。通过提供子集信息，向ONU提供信息，使得它们中的每个仅可以将流中可能包含寻址到它的数据帧的码字进行解码。

子集信息可以包括子集中的相应ONU的唯一标识符。备选地，子集信息可以包括标识ONU子集而不是子集内的每个ONU的信息。子集信息还可以包括用于唯一地标识打算用于ONU子集的码字的集合的位置的部件。如果交织图案以一定周期规则地重复自身，则子集信息可以对应于交织后的码字的流中的第一码字的位置以及集合中的码字之间的距离。子集信息还可以标识应当用于将相应码字进行解码的FEC码；或要使用的解调格式。子集信息还可以指示改变，诸如宣布来自子集的一个或多个ONU将被移动到另一子集的信息；宣布交织图案、码率或调制将改变的信息。因此，这样的子集信息可以包括时间同步信息，诸如在其中应用了改变的码字的流的索引，或者通过对所接收的码字的流进行向下计数直到接收到在其中应用了改变的码字的流。可以将新激活的ONU最初分配给子集，该子集以允许在宽松条件下(诸如最高时段或最低FEC码率)成功通信的设置被操作，并且可以利用更适合ONU的特定信道或能力的条件的设置而后续被重新分配给另一子集。为此目的，如果帧的第一码字对应于在宽松条件下操作的子集，则是有益的。

根据示例实施例，交织还包括将码字的相应集合中的两个连续码字在码字的流中移位(displace)至少P个码字。以这种方式将码字进行交织允许最大化包含指定给同一ONU的数据帧的码字之间的时间。以这种方式，可以在设计时针对特定时段P优化ONU实现。不同ONU可以支持不同时段值P。例如，低复杂度(即，低端)ONU可以仅支持较高时段(诸如P＝4)，而高复杂度(即，高端)ONU也可以支持较低值(低至P＝1)。ONU可以例如在启动或初始化阶段期间向OLT通告其能力，即其支持的时段值P。因此，当创建ONU子集和/或指配交织图案时，OLT考虑到ONU能力。ONU子集中功能最差的ONU支持的最小时段P确定了码字的相应集合中的两个连续码字应当在码字的流内移位的最小距离。

根据示例实施例，交织图案有规律地重复其自身。例如，在码字的流内，子集的连续码字之间的时段将始终精确地为P。以这种方式，可以通过减少所需要的处理灵活性来针对时段P优化和简化ONU处理流水线(pipeline)。在另一示例中，时段可以不是P，但是图案在连续帧中重复其自身。在这种情况下，可以使ONU子集的码字数与子集的ONU所需要的下游数据速率成比例，该下游数据速率受子集中所有ONU支持的最小时段P的限制。所需要的下游数据速率可以由运营商基于服务级别协议SLA在统计上配置，或者可以基于观察到的下游提供的负载被更新，或两者的组合。

根据示例实施例，交织基于预定图案来执行。通过将交织图案包括到子集信息中，可以将交织图案传送给ONU。交织图案可以由OLT预确定并且传送给ONU，或者可以由外部控制实体预确定并且传送给OLT，OLT再通过子集信息通知ONU。又备选地，预定交织图案可以由标准化推荐、系统供应商或网络运营商来指定。基于预定图案，ONU可以标识ONU的相应子集的码字的集合。对于码字的不同集合，构成交织图案所基于的码字的数目可以不同。例如，对于四个码字的重复图案，第一和第三码字可以对应于码字的第一集合，第二码字对应于第二集合，第四码字对应于第三集合。以这种方式，具有不同能力的ONU可以参与同一光网络，而不会将性能限制为功能最差的ONU的性能；或者具有不同速率需求的ONU子集可以参与同一光网络，而不会对其他子集施加相同的速率能力。

根据示例实施例，ONU到子集的分配可以由光网络的运营商或系统供应商预配置。这样，可以实现更简单的分配技术。根据其他示例实施例，ONU到子集的分配可以由OLT基于光网络的不同特性来确定。备选地，分配可以由外部控制实体确定，该外部控制实体将分配传送给OLT。这允许更复杂、更智能的分组技术。根据示例实施例，确定ONU到子集的分配的控制实体可以物理上驻留在OLT内部，但是它也可以在外部控制实体中从OLT完全或部分地解聚合(disaggregate)。在逻辑上，这样的外部控制实体仍然被视为OLT和OLT功能性的一部分。

在上文中，在用于ONU的数据单元的分组(其是数据路径功能)与ONU到子集的分配(其是控制功能)之间进行区分。用于ONU的数据单元的分组与ONU在子集中的分组直接相关。

根据其他示例实施例，ONU到子集的分配可以基于相应ONU的能力。例如，ONU的分配可以基于时段P、ONU支持的解码速率或解调格式来执行。备选地，ONU的分配可以基于OLT与子集的相应ONU之间的信道属性(或信道特性)。不同信道特性可以用作分配准则，诸如OLT与相应ONU之间的通信信道的质量度量(例如，比特错误率)、OLT与相应ONU之间的光路损耗、或OLT与相应ONU之间的链路利用率。可以执行ONU的分配以便改进可以向ONU提供或保证的服务级别协议SLA。当ONU解激活或新ONU激活或当SLA或下游提供的负载改变时，可以动态改变ONU到子集的分配。为了提供后一实施例的示例，当若干子集每个具有时段P并且每个被指配全线速的1/P时，ONU可以从具有提供的大负载的子集中被删除，然后被移动到具有提供的较小负载的子集中。以这种方式，所提供的负载在子集上进行平衡。

根据另外的示例实施例，ONU被分配给ONU的多个子集。例如，可以将ONU分配给ONU的两个或更多子集。

通过将ONU分配给多个子集，使得ONU能够以增加的线速接收码字，而PON中的其他ONU仍然以减少的线速操作。例如，可以将承载高端服务的ONU(诸如，用于企业或用于往返移动小区站点的业务的后程、前传或中程(统称为xHaul)的ONU)分配给多个子集，使它们能够以高达全线速操作。这允许以低复杂度的ONU(诸如用于住宅使用的ONU)与全性能ONU(诸如用于企业使用或移动xHaul的ONU)在同一光网络中共存。用于特定ONU的一些数据单元可以被分组在第一组中，而用于该ONU的其他数据单元可以被分组在第二组中。因此，ONU必须将码字的多于一个集合进行解码，从多个组中提取寻址到ONU的数据单元，并且将数据单元的组绑定(bond)在一起。

必须执行绑定以确保数据单元的顺序被保留或可以被恢复。确保数据单元的顺序被保留(即，由ONU接收数据单元的顺序与OLT已经从网络接收数据单元的顺序相同)的一种方法是OLT可以如下所述构造码字。例如，这可以通过在(逻辑或物理)输入缓冲器中组织数据单元来实现，每个ONU的子集一个输入缓冲器。这样的输入缓冲器可能驻留在OLT内部，但备选地可以驻留在附接到OLT的网络处理器中。输入缓冲器可以根据对应码字将被发送的顺序依次被填充。输入缓冲器接收数据单元，直到它包括足够的信息比特来完成码字。最后的数据单元是分段的。第一片段在当前码字中结束并且第二片段在集合中的下一码字中结束，即使ONU被分配给一个以上的子集。通过这种方法，根据数据单元的第一比特何时被发送，指配给多个子集的ONU的数据单元将按时间顺序散布在码字的不同集合上。这有利于ONU以正确的顺序对数据单元进行重新排序。备选地，可以针对ONU提供用以标识数据单元序列中的每个数据单元的顺序的部件，诸如编码在附加到数据单元的报头中的数据单元计数器。基于数据单元计数器，ONU可以按正确的顺序对数据单元进行排名。为了这种重新排序的目的，ONU可以包括用作重新排序缓冲器的存储器。

根据其他示例实施例，OLT还被配置为执行从数据单元的相应组构造子集帧。特别地，从数据帧构造子集帧，该数据帧通过封装相应组的数据单元并且向其附加报头而形成。报头可以包括关于数据帧的目的地(即，数据帧被寻址到的子集的ONU)的信息。报头可以可选地包括数据单元计数器。

根据其他示例实施例，构造还可以包括将消息传递信道附加到包括子集信息的子集帧。因此，按每数据帧的租获取子集帧，该子集帧可以包括子集信息。子集信息可以以不同格式提供。子集信息还可以包括用于ONU标识码字的正确集合的部件，并且可以指示子集的改变或子集的配置的改变，如上所述。消息传递信道可以对应于物理层操作、管理和维护(PLOAM)信道，或者可以是其一部分。

根据示例实施例，构造还包括提供用于ONU的子集的控制信息。根据示例实施例，控制信息可以在消息传递信道中提供。

控制信息可以包括用于控制ONU的子集内的相应ONU的操作的单播控制信息。此外，控制信息可以包括用于控制ONU的相应子集内的ONU的操作的广播控制信息。这样，仅包括相关控制信息。此外，避免了子集帧的每个消息传递信道中的单播信息的复制。这使附加的控制消息传递开销最小化，因为在每个子集帧的每个消息信道中仅重复广播信息。

根据其他示例实施例，编码可以对子集帧执行。可以应用纠错码。例如，可以应用线性前向纠错FEC码，诸如里德所罗门码或低密度奇偶校验LDPC码。也可以应用其他众所周知的纠错码、检错码、编码调制码或调制码，诸如循环冗余校验、网格编码调制、概率星座整形、极化码、turbo码、混合自动重复请求(HARQ)、Bose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH)、双二进制编码、格雷编码的PAM-4调制等。

子集帧的编码可以被定义为具有相同大小的码字。这将允许简化ONU端的同步。

可以针对数据单元的不同组使用不同FEC码来执行编码。这表示，可以使用具有不同纠错能力的码来编码与相应子集帧相对应的数据帧的不同组。可以从预定义列表中选择用于不同子集帧的FEC码。备选地，FEC码可以由OLT确定。例如，可以使用具有较低码率的FEC码来编码包括寻址到以较差通信信道为特征的ONU的子集的数据帧的子集帧。光通信信道可能比其他通信信道差，例如，由于包括具有较大色散或衰减的较长光纤、或者较大功率分路因子(power split factor)、或者光纤连接器或接合处不完善、或者ONU中的光接收器性能较低。这样，可以以更高的开销为代价提供更强的纠错保护。对于不同子集帧使用不同FEC码并不排除针对码字的所有集合都保持相同的码字长度的能力。

根据第二示例方面，公开了一种被配置为在包括光线路终端OLT的无源光网络PON中通信的光网络单元ONU，ONU包括至少一个处理器和包括计算机程序代码的至少一个存储器，至少一个存储器和计算机程序代码被配置为与至少一个处理器一起使ONU执行以下：

-从OLT接收码字的流(340)；

-基于标识ONU子集的子集信息确定流中的码字的集合，该码字的集合具有用于ONU的子集的数据单元；以及

-将码字的集合进行解码。

通过基于子集信息确定码字的集合，ONU变得知道它必须将哪些码字进行解码，即，哪些码字包括寻址到它的数据帧。取决于ONU到子集的分组，某些ONU可能必须例如每隔第二或第四码字进行解码。这样可以大大降低ONU处的解码复杂度，因为ONU的解码器不需要以全线速操作，因为ONU不需要将所有码字进行解码。此外，这允许节能。例如，在处理包含数据帧的码字的时间期间，可以将ONU的一部分置于睡眠模式，该数据帧包含寻址到其他ONU子集的数据单元。备选地，代替将ONU置于睡眠模式，可以将ONU设置为在接收其他子集的数据帧期间执行更多次数的迭代。这样，ONU可以实现更好的误码性能。

如上所述，将ONU分组为子集可以基于相应ONU的能力。例如，分组可以基于ONU支持的时段P或速率来执行。备选地，分组可以基于在OLT与子集的相应ONU之间的信道属性(或信道特性)。不同信道特性可以用作分组准则，诸如OLT与相应ONU之间的通信信道的质量、OLT与相应ONU之间的光路损耗、或OLT与相应ONU之间的链路利用。

根据示例实施例，ONU还被配置为执行向OLT提供其用于将ONU分配给ONU的相应子集的处理能力。通过将该信息提供给OLT，OLT能够确定子集中ONU的分配，进而执行数据单元的分组。

根据示例实施例，处理能力可以包括ONU的解码速率、或码字的集合中的两个连续码字之间的码字的流中的最小支持移位。

根据示例实施例，ONU可以被配置为执行解码码字的集合；具有用于ONU的相应子集的数据单元的码字的相应集合；并且其中ONU还可以被配置为对在码字的集合中被编码的数据单元执行重新排序。

当指配给多个子集的ONU的数据单元因此散布在码字的不同集合上时，可能需要对码字的集合进行解码和重新排序。在这种情况下，所提取的数据单元需要被绑定在一起。必须执行绑定，以便数据单元的顺序被保留或可以被恢复。确保保留数据单元的顺序(即，由ONU接收数据单元的顺序与OLT已经从网络接收数据单元的顺序相同)的一种方法是在(逻辑或物理)输入缓冲器中组织数据单元，每个ONU的子集一个输入缓冲器。这样的输入缓冲器可能驻留在OLT内部，但备选地可以驻留在附接到OLT的网络处理器中。输入缓冲器根据对应码字将被发送的顺序依次被填充。输入缓冲器接收数据单元，直到它包括足够的信息比特来完成码字。最后的数据单元是分段的。第一片段在当前码字中接收并且第二片段在集合中的下一码字中结束，即使ONU参与一个以上的子集。通过这种方法，根据数据单元的第一比特何时被发送，指配给多个子集的ONU的数据单元将按时间顺序散布在不同集合上。这有利于ONU以正确的顺序对数据单元进行重新排序。备选地，可以针对ONU提供用以标识数据单元序列中的每个数据单元的顺序的部件，诸如编码在附加到数据单元的报头中的数据单元计数器。基于数据单元计数器，ONU可以按正确的顺序对数据单元进行排名。为了这种重新排序的目的，ONU可以包括用作重新排序缓冲器的存储器。

根据第三示例方面，公开了一种方法，该方法包括：

-由被配置为在无源光网络PON中与光网络单元ONU通信的光线路终端OLT将用于ONU的数据单元分组成组，其中组包括用于ONU的子集的数据单元；

-将数据单元的组编码为至少一个码字的相应集合；

-将相应集合中的至少一个码字进行交织，从而获取码字的流；以及

-向ONU依次发送码字的流。

根据第四示例方面，公开了一种方法，该方法包括：

-从被配置为在无源光网络PON中与光网络单元ONU通信的光线路终端OLT接收码字的流；

-基于标识ONU的子集的标识信息确定流中的码字的集合，该码字的集合具有用于ONU的子集的数据单元；以及

-对码字的集合进行解码。

第一示例方面的各种示例实施例可以作为示例实施例应用于其他示例方面。

附图说明

现在将参考附图描述一些示例实施例。

图1示出了根据本公开的示例实施例的采用OLT的PON；

图2示出了帧的常规构造方式；

图3示出了根据本公开的帧和子集帧的构造的示例实施例；

图4示出了根据本公开的帧和子集帧的示例实施例；

图5示出了根据本公开的ONU的示例实施例；

图6至图10示出了根据本公开的数据单元的分组的各种示例实施例；以及

图11示出了用于执行发明的实施例中的一个或若干步骤的合适的计算系统的示例实施例。

具体实施方式

以下实施例中描述的技术可以应用于任何类型的基于时分复用TDM的PON技术，诸如吉比特PON、G-PON、以太网PON、E-PON、和甚至更高速度的PON，诸如10吉比特对称PON、XGS-PON、50吉比特PON等。

图1示出了可以根据特定PON标准或技术可操作的光网络100的示例架构。光网络100经由光分布网络ODN 120包括OLT 110和多个端点或ONU 131-133。在该示例中，OLT 110耦合到三个端点。ODN具有树形结构，并且该ODN包括光馈线光纤(optical feeder fibre)121、无源光分路器/复用器122、以及将分路器122连接到相应ONU 131-133的N个光光分布光纤(optical distribution fibres)或分接光纤(drop fibres)123-125。在下游，无源分路器将来自OLT的光信号分路为去往N个ONU 131-133的N个较低功率的光信号。实际上，ODN可以包括OLT与任何ONU之间的多个无源分路器或无源光抽头的级联。

图2示出了受XGS-PON中使用的帧结构及其在OLT 110中的构造启发的PON帧250的示例结构。下游PON帧250具有125μs的固定长度并且包括物理同步块下游PSBd 251和物理层(PHY)有效载荷数据252。PSBd 251可以包括同步图案Psync、超帧计数器和操作控制结构，从而允许ONU等获取帧定界、时间同步和操作设置，包括用于FEC的那些。PHY有效载荷252还可以包括成帧子层报头FSH222和成帧子层有效载荷220。FSH可以包括带宽映射BWmap以及多个多播或单播PLOAM消息。BWmap字段向ONU 131-133通知上游带宽分配。它指定每个ONU的上游时隙的开始和结束，从而确保所有ONU使用由OLT 110分配给它们的时隙将其数据发送给OLT，以防止数据冲突。有效载荷数据252包括FEC码字233，每个FEC码字233包括信息比特231和奇偶校验比特232。可以对有效载荷比特进行加扰(或随机化)以避免不期望的比特序列，诸如全0、全1比特序列，或者避免不希望的周期性比特序列。

信息比特231从数据单元(SDN)210构造而成。数据单元可以具有可变大小。在IP网络中，每个数据单元可以是以太网分组。为了确保PON帧的固定长度，可以将一些数据单元分段为数据片段211、222。然后对数据单元SDU 210和数据片段211、222进行封装以形成数据帧217。包括标识数据帧217寻址到的ONU的标识信息的报头216在封装期间被附加(例如，预添加)到相应数据单元。这样获取的数据帧218被称为EM(封装方法)帧。在XGS-PON中，它们称为XGEM(支持10吉比特的封装方法)帧。

然后，构造成帧子层(FS)帧230，该FS帧230包括称为FS有效载荷数据220的一组后续数据帧221和包括消息传递信道222的FS报头。消息传递信道222包括ONU的控制信息。控制信息可以包括寻址到所有ONU的广播控制消息、或包括寻址到特定ONU的控制消息的单播控制消息。此外，消息传递信道可以包括针对所有ONU的其他物理层操作、管理和维护PLOAM以及带宽映射BWmap信息。FS帧还可以设置有尾部223(图中未示出)。在较早的PON技术中，FS尾部包含奇偶校验信息，以允许ONU标识错误帧。但是，对于采用FEC的高速PON，尾部可以被删除。FS帧230然后被分成相等大小的数据块231。通过应用FEC码或错误检测码来对每个数据块231进行编码，该FEC码或错误检测码将奇偶校验比特232附加到每个数据块231以获取码字233。这样形成的码字的流形成附加(预添加)有PSBd 251以形成PON帧的PHY有效负载数据252。

OLT 110将PON帧250广播给PON 100中的所有ONU 131-133。ONU 131-133接收PSBd251并且基于PSBd中包含的信息执行操作。然后，每个ONU必须将所接收的数据帧进行解码，然后仅选择寻址到它的数据帧并且丢弃其余数据帧。然而，仅在检查解码后的数据帧的报头之后才可以选择数据帧。因此，每个ONU必须将GPON帧进行解码，解封装EM帧以标识哪个EM帧包含寻址到它的数据。在高速光网络中(例如，以25Gbit/s和50Gbit/s线速操作的光网络)，ONU必须先将所有数据帧进行解码和解封装，然后才能标识数据帧是否寻址到它们。除此之外，高速光网络采用具有增强的纠错能力的FEC码。因此，除了能够以全线速执行上述步骤，ONU还必须将利用更强纠错码编码的码字的流进行解码。所有这些在ONU处引入了相当大的附加复杂性，并且浪费了能量消耗。

图3示出了根据本公开的示例实施例的PON帧的构造。类似地，对于图2的PON架构，根据示例实施例的PON帧可以具有125μs的固定长度，并且包括物理控制块下游PSBd 351和PHY有效载荷数据352。PSBd 351包括与以上参考图2描述的相同的数据。注意，图3示出一个PON帧，而图2示出两个PON帧。虽然图3示出了在第一码字外部的PSBd 351，但是PSBd 351备选地可以是第一码字的一部分。PHY有效载荷数据352还包括FS报头FSH 322和FS有效载荷320。与图2的PON帧相反，FS报头322还包括指示哪些码字包括寻址到相应ONU的数据帧的子集信息。此外，本文中的FS有效载荷数据320以不同方式构造。以下将详细说明FSH 322内容和FS有效载荷数据320的构造。

根据示例实施例，PON中的ONU被分配给ONU子集。例如，ONU 131和132可以被分配给第一子集141，并且ONU 133被分配给第二子集142。获取两个ONU子集。根据ONU的子集分配，根据分组并且如箭头所示，数据单元310被分组为数据单元314、315的组。尽管未在图中示出，但是数据单元310可以具有各种大小。每个组的最后数据单元可以被分段，并且第一片段结束于图3所示的PHY帧中的相应组314、315的最后数据帧中。第二片段结束于图3中未示出的下一PHY帧中的相应组的第一数据帧中。同样，通常对于每个组，PHY帧350中的第一数据帧仅包括数据单元的片段。因此，数据单元310被分组为组314和315。然后，将数据单元SDU 310被封装以形成数据帧317。在封装期间，报头316被附加到其上，该报头包括标识数据帧317寻址到的ONU的标识信息。因此，获取了数据帧318的两个集合323和324，两个子集帧330和340从两个集合323和324被构造。

每个子集帧包括数据帧的相应集合323和324(即，FS有效载荷数据320)和包括消息传递信道322的相应FS报头322。消息传递信道322包括ONU的相应子集的控制信息。控制信息可以包括寻址到ONU子集的广播控制消息，包括寻址到子集的特定ONU的控制消息的单播控制消息。当广播控制消息被寻址到PON中的所有ONU时，广播消息被包括在相应子集帧的消息传递信道322中。此外，消息传递信道322可以包括ONU的子集的物理层操作、管理和维护PLOAM以及带宽映射BWmap信息。在PSBd在第一集合的第一码字外部的情况下，如图3所示，可以将广播PLOAM消息全部或部分地附加到PSBd。这样允许避免在子集帧的消息传递信道中报告PLOAM消息。然后将子集帧分为大小相等的数据块331，PHY帧的最后的块可能有例外，其大小可以不同以匹配PHY帧的长度。通过应用FEC或错误检测码对相应数据块进行编码，该FEC或错误检测码在其上附加有奇偶校验比特332，以获取包括信息比特331和奇偶校验比特232的码字333。从而获取码字的两个集合342和343。然后，如箭头所示，两个集合342和343的码字333被交织，以形成码字的流，即PHY有效载荷数据352。可以对该流中的比特进行加扰(或随机化)以避免不希望的比特序列，诸如全0、全1的比特序列，或者避免不希望的周期性比特序列。这样形成的码字的流形成有效载荷数据352，PSBd 351被附加到该有效载荷数据352以形成PON帧。

标识流中的码字如何分布的子集信息可以被包括在消息传递信道中。子集信息可以包括关于流中的码字的集合的所有码字的位置的信息。例如，子集信息可以包括码字的数目、第一码字的索引和码字的集合的码字时段P。索引可以指示在PHY帧中将由ONU解码的第一码字，并且码字时段P可以指示流中的码字的集合中的两个码字之间的移位。例如，索引等于零，即idx＝0，并且时段等于二，即P＝2，表示ONU需要从流中的第一码字开始将每个第二码字进行解码。在该示例中，子集信息被包括在子集帧中。以这种方式，例如在一个或多个较早帧中，需要提前传送对子集信息的一些改变，诸如索引、码字结构，或将ONU移动到另一子集。为了鲁棒性，即，为了确保ONU保持与OLT同步，可以在OLT和ONU处同步实现改变之前，在若干帧上重复这种改变通知。备选地，子集信息被附加到PSBd。PSBd可以在第一码字外部，也可以被包括在第一码字中，第一码字可以由默认码进行编码。

通过如上所述分布码字，在以50Gbit/s操作的PON中，较低复杂度的ONU仍可以在PON中以降低线速操作。在该示例中，ONU131-132被指配给第一组141，因此以组合的25Gbit/s操作，或者每个ONU平均以线速的四分之一操作，即每个ONU 12.5Gbit/s。ONU 133被指配给第二组142，并且以线速的一半操作，即，25Gbit/s。

图4示出了包括根据本公开而构造的码字的流的PHY有效载荷数据352的示例实施例。如图所示，码字的流具有如下码字，该码字包括寻址到在该流内分布的相应ONU的数据帧。例如，指配给第一组141的第一ONU 131需要将第一组(即组1)的码字进行解码，指配给第一组141的第二ONU 132必须将相同码字进行解码，并且指配给第二组142的第三ONU 133必须将第二组(即组2)的码字进行解码。通过以这种方式将相应集合的码字进行交织，包含寻址到相应ONU的数据帧的码字之间的时间被最大化。再次注意，PSBd被绘制在第一码字外部，但是备选地，它可以被包括在第一组的第一码字内。

图5示出了根据示例实施例的ONU的实现。ONU 131-133每个可以包括在数据路径中的光电二极管510、一组放大器520(包括例如跨阻、线性或限幅放大器)、连续时间线性均衡器CTLE块530、时钟和数据恢复CDR块540、均衡器EQ 550和解码器570。ONU以相反顺序(即，从下到上)执行由参考图3说明的OLT执行的步骤。在解码器之后，ONU将对帧进行解封装。ONU还可以包括解析物理恢复块下游PSBd的块、同步块560和控制块580。可以是雪崩光电二极管或pin二极管的光电二极管510将所接收的入射光转换成模拟电流信号。然后，520中的跨阻放大器将模拟电流信号转换成电压信号。然后，电压信号在CTLE块540中被处理以改进信号质量或恢复带宽限制。然后，由此处理的模拟电压信号被馈送到CDR块550，CDR块550将后者转换为数字信号并且保持符号同步。CDR可以使用常规方法构造，或替代地可以采用模数转换器ADC构造。然后，数字信号将被馈送到EQ 550，从而进一步改进信号质量。所得到的数字信号(无论是数据比特还是对数似然比)都形成码字的流352。然后，码字的流被馈送到解码器570，解码器570基于由控制块580提供的控制信息将码字进行解码。在一些实施例中，PSBd同步块560可以被包括在EQ 550中，反之亦然，某种形式的均衡可以被包括在PSBd同步块560中。PSBd同步560从PSBd 351中提取帧同步信息以及关于帧开始和帧边界的信息。控制块580控制解码器570以及随后解帧器的操作，解帧器对解码后的数据帧进行解封装(图中未示出)。可以包括在FS报头中的消息传递信道包括子集信息，该子集信息指示哪些码字包括寻址到相应ONU的数据帧。该信息随后被用于控制流中的码字352的解码。控制块580控制流的哪些码字将由解码器570解码。因此，控制块保持例如关于集合中的码字的时段P的信息等。本公开允许均衡、解码、解封装等操作将以较低速度执行，而光电二极管、放大器、CTLE和CDR通常将保持全速操作，以保持时钟和数据恢复在整个下游PHY帧中锁定。

数据单元的分组可以改变。但是，改变必须在较慢的时间范围内进行；这表示，分组应当在帧被构造之前已知，并且在帧的持续时间内被固定。一旦ONU锁定到PSBd上，它就可以确定要解码的码字。

图6示出了如何在FS帧中分布ONU的码字。在该示例中，码字的每个集合中的码字被规则地隔开。每个奇数编号的码字可以包含指定给(或寻址到)ONU 133(在图中表示为ONU1)的数据，每个第一偶数编号的码字可以包含寻址到ONU 131(表示为ONU2)的数据，并且每个第二偶数编号的码字可以包含寻址到ONU 132(表示为ONU3)的数据。

根据组的数目，可以支持不同ONU实现。换言之，ONU可以支持不同码字时段P。时段P＝2表示ONU能够对于相距一个码字的码字进行解码，这表示ONU能够以一半的线速操作。ONU支持为4的时段(P＝4)，表示ONU能够以线速的四分之一操作。ONU可以被配置为支持不同码字时段P。

例如，PON中的所有ONU可以支持P＝4的时段，而它们中只有少数还可以支持P＝1或P＝2的时段。对于以50Gbit/s操作的光网络，P等于1、2和4对应于50Gbit/s、25Gbit/s和12.5Gbit/s。P＝4实现每个ONU的超过10Gibt/s的有效峰值速率。这允许以有限的复杂度缩放PON。此外，它允许具有支持全线速的ONU并且具有最小时延，即P＝1。

PON可以支持以不同数据速率(诸如50Gbit/s、25Gbit/s、16.6Gbit/s或12.5Gbit/s)操作的ONU。例如，PON可以支持三个ONU的操作；如图6所示，一个ONU以25Gbit/s操作，另外两个ONU以12.5Gbit/s操作。一般而言，图6(以及图7至图10)中描绘的每个矩形对应于ONU的子集，每个ONU共享子集的数据速率。在图6的示例中，可以将ONU分配给三个子集，即，不同子集中的每个ONU。因此，ONU的第一子集(即，ONU1是其成员)共享25Gb/s，ONU的第二子集(即，ONU2是其成员)共享12.5Gbit/s，以及第三子集(即，ONU3是其成员)共享剩余的12.5Gbit/s。因此，流中的第一码字将是第一子集的码字，流中的第二码字将是第二子集的码字，以此类推。

图7示出了一个示例，其中ONU1必须以时段P＝1(即，高达50Gb/s或以低时延)操作，而ONU2和ONU3可以以时段P＝2操作。在这种情况下，需要ONU的两个子集。为了允许ONU1以高达50Gbit/s操作，必须将ONU1指配给每个子集。为了允许ONU2和ONU3以25Gbit/s操作，必须将ONU2和ONU3指配给不同子集。例如，可以将ONU1和ONU2指配给第一子集，并且可以将ONU1和ONU3指配给第二子集。

图8示出了以高达50Gbit/s操作的ONU1和以高达25Gbit/s操作的ONU2、以及以高达12.5Gbit/s操作的ONU3和ONU 4的另一示例。在这种情况下，ONU可以被组合为三个子集，其中ONU1将被指配给每个子集，ONU2将被指配给第一子集，ONU3将被指配给第二子集，ONU4将被指配给第三子集。

图9示出了以高达50Gbit/s操作的ONU1和以高达16.6Gbit/s操作的ONU2至ONU4的另一示例。在该图中，ONU被分为三个子集。例如，ONU1和ONU2可以被分配给第一子集，ONU1和ONU3可以被分配给第二子集，ONU1和ONU4可以被分配给第三子集。这样，ONU1可以以高达50Gbit/s操作，其他三个ONU可以以高达16.6Gbit/s操作。

图10示出了一个示例，其中ONU1、ONU2和ONU3具有以时段P＝2操作的能力，并且其中交织图案不是周期性的而是被调节。例如，时段可以基于ONU的下游提供的负载来调节。在示例开始时，ONU均以时段P＝3操作，并且均匀地共享信道。由于ONU1的负载增加并且ONU2和ONU3的负载减小，因此继而交织图案改变，使得ONU1以P＝2操作，而ONU2和ONU3以P＝4操作。修改后的交织图案以及应当更新图案的时间由OLT预先确定和传送。

如上所述，所提出的技术可以应用于时分复用TDM PON技术，诸如吉比特PON、G-PON、以太网PON、E-PON、10吉比特对称PON、XGS-PON和更高速度的PON。此外，所提出的技术也可以应用于时分复用和波分复用TWDM PON技术，其中以不同波长的TDM系统堆叠在同一PON系统上。TWDM PON系统中的一个或多个波长然后按照本公开进行操作。

图11示出了计算系统600，计算系统600通常可以被形成为合适的通用计算机并且包括总线610、处理器602、本地存储器604、一个或多个可选输入接口614、一个或多个可选输出接口616、通信接口612、存储元件接口606、和一个或多个存储元件608。总线610可以包括允许计算系统600的组件之间的通信的一个或多个导体。处理器602可以包括解译和执行编程指令的任何类型的常规处理器或微处理器。本地存储器604可以包括随机存取存储器RAM或存储供处理器602执行的信息和指令的另一种类型的动态存储设备、和/或只读存储器ROM或存储供处理器602使用的静态信息和指令的另一种类型的静态存储设备。输入接口614可以包括允许操作方或用户向计算设备600输入信息的一种或多种常规机件，诸如键盘620、鼠标630、笔、语音识别和/或生物机件、相机等。输出接口616可以包括向操作方或用户输出信息的一种或多种常规机件，诸如显示器640等。通信接口612可以包括使得计算系统600能够与其他设备和/或系统(例如，与其他计算设备650、660、670)通信的任何收发器类机件，诸如例如一个或多个以太网接口。计算系统600的通信接口612可以借助于局域网LAN或诸如例如互联网的广域网WAN连接到这样的另一计算系统。存储元件接口606可以包括诸如例如串行高级技术附件SATA接口或小型计算机系统接口SCSI的存储接口，存储接口用于将总线610连接到一个或多个存储元件608，诸如一个或多个本地磁盘，例如，SATA磁盘驱动器，并且控制向这些存储元件608写入和/或从这些存储元件608读取数据。尽管上述(多个)存储元件608被描述为本地磁盘，但是通常可以使用任何其他合适的计算机可读介质(诸如可移动磁盘)、光学存储介质(诸如CD或DVD)、ROM磁盘、固态驱动器、闪存卡等。计算系统600可以被实现为或可以包括专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、现场可编程门阵列(FPGA)、基于数字信号处理器(DSP)的系统或其组合。

根据本公开的各种实施例，这样的计算系统600适合于在光网络中执行由光线路终端OLT执行的各种步骤。根据本公开，通信接口612允许根据本公开的各种实施例的OLT与PON中的ONU交换控制信息和数据。根据示例实施例，处理器可以正在运行计算机程序代码，该计算机程序代码允许OLT控制子集帧330和340的构造。更具体地，该程序代码执行以下步骤：基于分组信息将数据单元310分组成组；从数据单元310形成数据帧318，从而获取数据帧的集合323、324；从数据帧的集合323，324构造子集帧334、335；对子集帧中的数据块331进行编码，从而获取码字333的集合342、343；以及最后，将不同集合342、343中的码字333进行交织，从而获取码字的流350。

此外，根据本公开的各种实施例，计算系统600还适于执行由光网络中的光网络单元ONU执行的各种步骤。根据本公开，通信接口612允许根据本公开的各种实施例的ONU接收控制信息并且与PON中的OLT交换数据。根据示例实施例，处理器可以正在运行计算机程序代码，该计算机程序代码允许ONU控制所接收的帧340的解码。因此，处理被配置为控制时钟和数据恢复电路系统540、EQ电路550、PSBd同步电路系统560和解码电路系统570的操作。更具体地，程序代码执行以下步骤：基于标识ONU被指配给的ONU的子集的分组信息确定所接收的帧350中的码字的集合342；343；以及将具有ONU被指配给的ONU的子集的数据单元310的码字的集合进行解码。

尽管已经通过参考特定实施例对本发明进行了说明，但是对于本领域技术人员而言很清楚的是，本发明不限于前述说明性实施例的细节，并且在不脱离其范围的情况下，本发明可以通过各种改变和修改来实施。因此，本发明的实施例在所有方面都应当被认为是说明性的而不是限制性的，本发明的范围由所附权利要求书而不是前述说明书来指示，因此，落入权利要求书范围内的所有改变均旨在被包括在其中。

此外，本专利申请的读者将理解，词语“包括”或“包含”不排除其他元件或步骤，词语“一”或“一个”不排除多个，并且单个元件(诸如计算机系统、处理器或另一集成单元)可以实现权利要求中记载的若干部件的功能。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制有关的相应权利要求。当在说明书或权利要求书中使用时，术语“第一”、“第二”、“第三”、“a”、“b”、“c”等被引入以区分相似的元件或步骤，而不一定描述顺序或时间顺序。类似地，术语“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等是出于描述目的而引入的，而不必表示相对位置。在适当的情况下，这样使用的术语是可以互换的，并且本发明的实施例能够根据本发明以其他顺序或者以与上面描述或示出的一个或多个方位不同的方位来操作。

Claims (15)

1.一种光线路终端OLT(110)，被配置为在无源光网络PON中与光网络单元ONU通信，所述OLT包括至少一个处理器和至少一个存储器，所述至少一个存储器包括计算机程序代码，所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为与所述至少一个处理器一起使所述OLT执行：

-将用于所述ONU(131-133)的数据单元(310-312)分组成组，其中组包括用于所述ONU的子集(131-132；133)的数据单元(314)；

-将数据单元的所述组编码为至少一个码字的相应集合(342，343)；

-将所述相应集合中的所述至少一个码字进行交织，从而获取码字的流；以及

-向所述ONU循序地发送码字的所述流。

2.根据权利要求1所述的光线路终端OLT(110)，其中所述OLT还被配置为执行向所述ONU提供标识ONU的所述子集的子集信息。

3.根据权利要求1或2所述的光线路终端OLT(110)，其中所述交织还包括将码字的相应集合中的两个连续码字在码字的所述流中移位至少P个码字。

4.根据权利要求1或2所述的光线路终端OLT(110)，其中所述交织是基于预定图案来执行的。

5.根据权利要求1或2所述的光线路终端OLT(110)，其中ONU基于所述OLT与所述ONU之间的信道属性被分配给ONU的相应子集。

6.根据权利要求1或2所述的光线路终端OLT(110)，其中ONU被分配给ONU的多个所述子集。

7.根据权利要求2所述的光线路终端OLT(110)，其中所述OLT还被配置为执行从数据单元的相应组构造子集帧；所述构造还包括将消息传递信道(322)附加到所述子集帧，其中所述消息传递信道(322)包括所述子集信息。

8.根据权利要求7所述的光线路终端OLT(110)，其中所述编码是对所述子集帧执行的。

9.根据权利要求1或2所述的光线路终端OLT(110)，其中所述编码是针对数据单元的不同组使用不同前向纠错FEC码来执行的。

10.一种光网络单元ONU(131-133)，被配置为在包括光线路终端OLT(110)的无源光网络PON中进行通信，所述ONU(131-133)包括至少一个处理器和至少一个存储器，所述至少一个存储器包括计算机程序代码，所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为与所述至少一个处理器一起使所述ONU执行：

-从所述OLT(110)接收码字的流(350)；

-基于标识所述ONU的子集(131-132；133)的子集信息确定所述流中的码字的集合(342；343)，码字的所述集合具有用于ONU的所述子集的数据单元(310)；以及

-将码字的所述集合进行解码。

11.根据权利要求10所述的光网络单元ONU(131-133)，其中所述ONU还被配置为执行向所述OLT提供用于将所述ONU分配给ONU的相应子集的所述ONU的处理能力。

12.根据权利要求11所述的光网络单元ONU(131-133)，其中所述处理能力包括码字的所述集合中的两个连续码字之间的码字的所述流中的解码速率或最小支持移位。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的光网络单元ONU(131-133)，其中所述ONU被配置为执行将码字的集合进行解码码字的相应集合具有用于ONU的相应子集的数据单元；并且其中所述ONU还被配置为对在码字的所述集合中被编码的数据单元执行重新排序。

14.一种光通信的方法，包括：

-由被配置为在无源光网络PON中与光网络单元ONU通信的光线路终端OLT(110)将用于所述ONU(131-133)的数据单元(310-312)分组成组，其中组包括用于所述ONU的子集(131-132；133)的数据单元(314)；

-将数据单元的所述组编码为至少一个码字的相应集合(342，343)；

-将所述相应集合中的所述至少一个码字进行交织，从而获取码字的流；以及

-向所述ONU依次发送码字的所述流。

15.一种光通信的方法，包括：

-从被配置为在无源光网络PON中与光网络单元ONU(131-133)通信的光线路终端OLT(110)接收码字(331)的流(350)；

-基于标识所述ONU的子集(131-132；133)的子集信息确定所述流中的码字的集合(342；343)，码字的所述集合具有用于ONU的所述子集的数据单元(310)；以及

-将码字的所述集合进行解码。

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