CN115516816A - 帧同步系统、帧同步电路和帧同步方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的帧同步系统(1)包括：帧信号生成电路(20)，用于生成包括多个第一帧信号的帧信号，第一帧信号包括第一帧同步信号和第一有效载荷信号，第一帧同步信号包括至少一个符号并具有被设置为低于第一有效载荷信号的平均振幅；以及帧同步电路(60)，用于经由光传输路径(70)接收帧信号，从接收信号中检测第一帧同步信号，将接收信号划分为第一帧信号的符号长度的帧，在多个帧上将多个划分的帧的相同符号位置处的信号在IQ平面上的坐标值相加，并且确定通过基于相加结果在帧中进行大小比较识别的符号是第一帧同步信号。即使在高传输速率的情况下，也可以降低错误同步的概率，并且可以缩短帧同步之前的时间。

Description

帧同步系统、帧同步电路和帧同步方法

技术领域

本发明涉及数据通信中的帧同步系统、帧同步电路和帧同步方法。

背景技术

在相干光通信中，接收侧试图通过精确的定时同步补偿传输特性来增加容量，并且100Gbps或更高的传输目前是可以的。在定时同步中，使用针对接收信号的每一帧预先插入的帧同步模式，并且是否能够准确和快速地检测同步模式影响增加容量的性能。

由于在光通信中，由于色散、偏振色散、信噪比劣化等导致符号差错率变高，从而使传输特性劣化，因此即使在这种状态下，准确检测同步模式也很重要。具体地，在容量进一步增加(例如，1Tbps或更高)的系统中，即使在差错率高的状态下，可靠地检测同步模式并更快且更准确地建立帧同步也是重要的。

在光通信中，通常如果接收到信号，则通过在时间轴上将接收信号和在接收侧准备的固定模式相关来执行帧同步。当信号模式彼此一致时，相关值最大。注意，如果像在光通信中那样使用两个偏振，则针对每个偏振独立地执行相关。

在该同步方法中，在差错率增加的状态下，错误检测同步的概率较高。如果确定检测到的同步有差错，则再次执行建立同步的处理。因此，差错率越高，再次执行建立同步的处理的次数就越大。在这种状态下，最终建立正确同步需要时间。因此，即使在差错率高的状态下，也需要能够快速且可靠地建立同步的同步方法。

专利文献1公开了一种方法，该方法通过在时域中不发送至少1比特的光信号来生成帧模式，通过对在接收侧划分的帧中相同比特位置处的数据进行积分来生成直方图，并且从直方图中检测帧模式的位置。该方法与执行相干光通信之前的光通信系统相关联，并且用于通过打开/关闭光信号来执行通信的光脉冲传输。在光信号的开/关被确定为0/1数据之后，执行积分操作。在该方法中，在差错率低的状态下，数据的确定结果的可靠性高，因此可以相对可靠地建立同步。然而，在差错率增加的状态下，错误地检测同步的概率很高。

专利文献2公开了一种光通信系统，其使用被设置有比有效载荷区域的平均光强度低的平均光强度的同步信号模式来执行帧同步。在该帧同步方法中，从接收比特串中检测同步信号模式，从而确定帧的开始。在这种情况下，由于同步信号模式的平均光强度被设置为低于有效载荷区域的平均光强度，所以可以使同步信号模式的非线性失真变小，从而正确地确定帧的开始。然而，同步信号模式需要在信噪比没有显著劣化的状态下是可检测的。

根据专利文献3的帧同步装置通过检测同步模式的符号与接收信号之间在IQ平面上的距离的平均值最小的模式来检测同步模式。在相干光通信中，即使接收符号差错率高，也可以正确地确定同步状态。

相关技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开号2009-218744

专利文献2：日本专利申请公开号2016-019030

专利文献3：日本专利申请公开号2019-213218

发明内容

本发明要解决的技术问题

然而，上述常规的帧同步方法具有以下问题。根据专利文献1，在差错率劣化的状态下，错误同步的概率很高，并且帧同步方法不能用作在1Tbps或更高的增加的传输速率下的同步方法。在专利文献2中描述的帧同步方法中，难以在S/N比极大劣化的状态下检测同步信号模式，因此该方法不能用作在1Tbps或更高的增加的传输速率下的同步方法。此外，在专利文献3中描述的帧同步方法中，在差错率较高的状态下，错误同步增加，并且该方法难以在1Tbps或更高的增加的传输速率下使用。上述1Tbps是表示高传输速率程度的指标的示例。例如，500Gbps或更高的条件也包括在高传输速率中。

如上所述，在常规的帧同步方法中，如果传输速率高，则在差错率高的状态下，错误检测到同步的错误同步的概率增加。如果错误同步的概率很高，则重复同步处理直到正确检测到同步，因此建立同步花费很多时间。

本发明是为了解决上述问题而作出的，并且提供一种帧同步系统，即使传输速率很高，该帧同步系统也通过降低错误同步的概率来缩短直到建立帧同步的时间。

解决问题的方案

为了解决上述问题，根据本发明的帧同步系统包括：帧信号生成电路，其被配置为生成包括多个第一帧信号的帧信号，每个第一帧信号包括第一帧同步信号和第一有效载荷信号，其中，第一帧同步信号由至少一个符号形成，并被设置有比第一有效载荷信号的平均振幅低的平均振幅；以及帧同步电路，其被配置为经由光传输路径接收由帧信号生成电路生成的帧信号，并且从接收信号中检测第一帧同步信号，其中，接收信号被划分为具有第一帧信号的符号长度的帧，在划分的多个帧上将多个帧的相同符号位置处的信号在IQ平面上的坐标值的绝对值相加，并且将通过基于相加结果在帧中进行振幅比较指定的符号确定为第一帧同步信号。

为了解决上述问题，根据本发明的帧同步方法是在包括帧信号生成电路和帧同步电路的帧同步系统中的帧同步方法，该帧同步方法包括：帧信号生成步骤，其生成包括多个第一帧信号的帧信号，每个第一帧信号包括第一帧同步信号和第一有效载荷信号，其中，第一帧同步信号由至少一个符号形成，并被设置有比第一有效载荷信号的平均振幅低的平均振幅；以及帧同步步骤，其经由光传输路径接收由帧信号生成电路生成的帧信号，并且从接收信号中检测第一帧同步信号，其中，接收信号被划分为具有第一帧信号的符号长度的帧，在划分的多个帧上将多个帧的相同符号位置处的信号在IQ平面上的坐标值的绝对值相加，并且将通过基于相加结果在帧中进行振幅比较指定的符号确定为第一帧同步信号。

本发明的效果

根据本发明，可以提供一种帧同步系统，即使传输速率很高，该帧同步系统也通过降低错误同步的概率来缩短直到建立帧同步的时间。

附图说明

图1是示出了根据本发明实施例的帧同步系统的配置的示例的视图；

图2是用于说明根据本发明实施例的帧信号生成电路的操作的视图；

图3是示出了根据本发明实施例的短帧同步信号和有效载荷信号的信号点的视图；

图4是示出了根据本发明实施例的帧同步电路的布置的示例的视图；

图5是示出了根据本发明实施例的帧同步方法的流程图；

图6是用于说明根据本发明实施例的检测短帧同步信号的方法的视图；

图7是示出了根据本发明实施例的累积加法电路的输出的曲线图；

图8是示出了根据本发明实施例的在短帧同步检测中测量错误同步概率的结果的曲线图；以及

图9是用于说明根据本发明的检测长帧同步信号的方法的视图。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的实施例。本发明可以以许多不同的方式实施，但不限于下面将要描述的本发明实施例。

<本发明的概述>

根据本发明，在短帧同步和长帧同步的两个阶段中执行帧同步。短帧信号由包括短帧同步信号(第一帧同步信号)和有效载荷信号(第一有效载荷信号)的短帧信号(第一帧信号)形成。另一方面，长帧信号(第二帧信号)由多个短帧信号(第一帧信号)形成，并且表示长帧位置的长帧同步信号(第二帧同步信号)被设置在短帧的预定符号中。只要能够指定长帧的位置，长帧同步信号的设置位置可以是任意的。长帧同步信号通常被设置在第一个短帧信号中，但也可以设置在中心附近或最后一个短帧中。备选地，长帧同步信号可以被设置在多个短帧同步信号上，如稍后将描述的。

根据本发明，短帧同步信号由至少一个符号形成，并且被设置有比有效载荷信号的平均振幅低的平均振幅，以区别于有效载荷信号。关于通过在IQ平面上映射短帧同步信号的符号而获得的信号点，随机数据被临时设置在有效载荷信号中，在多个帧上执行振幅值的累积相加，并且振幅值的累积相加与通过短帧同步信号的振幅值的累积相加而获得的值进行比较，因此可以设置具有累积相加值的信号点，该累积相加值作为比有效载荷信号的平均振幅低的平均振幅。符号振幅的累积相加等同于平均，因此所获得的值可以被认为是平均振幅。因此，可以设置平均振幅比有效载荷信号的平均振幅低的短帧同步信号。

在接收侧，建立短帧同步，然后建立长帧同步。在短帧同步中，接收信号被划分为具有短帧的符号长度的多个帧，并且在多个帧上针对每个符号将划分的帧的符号振幅的绝对值累积相加。由于短帧同步信号被设置有比有效载荷信号的平均振幅低的平均振幅，因此可以将通过基于累积相加结果在短帧宽度中进行振幅比较指定的符号确定为短帧同步信号。

例如，如果短帧由一个符号形成，则具有最小累积相加结果的符号是短帧同步信号。由于在多个帧上的符号振幅的累积相加等同于平均，因此将符号振幅的累积相加的结果相互比较，从而可以检测平均振幅比有效载荷信号的平均振幅低的短帧同步信号。

要进行累积相加的振幅是IQ平面上I坐标值和Q坐标值的绝对值。这些值是在被确定为“0”或“1”的数据之前的数据，并且是在添加了表示可靠性的信息(似然信息)的状态下的值。接下来，在长帧同步中，针对每个短帧执行与长帧同步模式的核对(互相关同步)，从而检测长帧同步信号以建立长帧同步。

在短帧同步中，使用在IQ平面上平均振幅比有效载荷信号的平均振幅低的I坐标和Q坐标。由于可以通过累积相加I坐标值和Q坐标值的简单方法来观察平均振幅，因此可以可靠且稳定地检测同步模式。此外，通过使用在被确定为“0”或“1”的数据之前添加了可靠性的状态下的IQ平面上的坐标值，即使在差错率劣化的状态下，也能够以高可靠性检测短帧同步信号。

此外，在长帧同步中，以形成长帧的多个短帧为单位检测同步信号。因此，与如在常规方法中在移位一个符号的同时对所有符号执行相关的情况相比，可以大大缩短直到建立同步的时间。

<帧同步系统>

图1是示出了根据本发明实施例的帧同步系统的配置的示例的视图。帧同步系统1的发送侧包括发送信号处理电路10、帧信号生成电路20和光发送电路30。帧同步系统1的接收侧包括光接收电路40、接收信号处理电路50和帧同步电路60。接收侧的光接收电路40经由诸如光纤70之类的光传输路径接收在发送侧生成的帧信号。

发送信号处理电路10将发送数据划分为水平偏振信号(XI，XQ)和垂直偏振信号(YI，YQ)，并且针对每个信号执行纠错编码或其他处理。帧信号生成电路20基于水平偏振信号(XI，XQ)和垂直偏振信号(YI，YQ)中的每一个的发送数据生成帧信号。每个帧信号被添加有用于帧同步的帧同步信号。帧信号在光发送电路30中被转换成光信号，并且水平偏振信号和垂直偏振信号被组合并且提供给光纤70。作为本实施例中的发送数据的传输速率，例如，假设几百Gbps到1Tbps或更高。

经由光纤70接收的信号被提供给光接收电路40。光接收电路40将光信号分离成水平偏振信号(XI，XQ)和垂直偏振信号(YI，YQ)，并且所分离的光信号被转换成电信号，并且被提供给接收信号处理电路50。

水平偏振信号(XI，XQ)和垂直偏振信号(YI，YQ)中的每一个由IQ平面上的I分量和Q分量表示。XI和XQ分别表示水平偏振信号的I分量和Q分量，并且YI和YQ分别表示垂直偏振信号的I分量和Q分量。即，当接收信号由复数表示时，I分量和Q分量分别对应于I坐标和Q坐标。

接收信号处理电路50针对在传输期间接收信号中出现的失真执行补偿处理，并且执行解码处理。补偿处理可以包括例如色散补偿、偏振色散补偿和频率偏移补偿。解码处理可以包括例如纠错处理。

信号分量XI、XQ、YI和YQ被提供给帧同步电路60，并且经历帧同步建立处理。帧同步的结果用于接收信号处理电路50中的各种补偿处理和解码处理。

注意，本实施例已经说明了光信号被划分为水平偏振信号和垂直偏振信号然然后被发送的情况。然而，本发明不限于此，并且可以应用于仅发送水平偏振信号和垂直偏振信号中的一个的情况。

<帧生成电路的操作>

图2是用于说明根据本发明实施例的帧信号生成电路20的操作的视图。在图2所示的示例中，将描述针对水平偏振信号X和垂直偏振信号Y设置公共帧同步信号的情况。然而，也可以以不同的形式设置帧同步信号。

本实施例中描述的“符号”指示相干光通信中的调制方案中IQ平面上信号点(星座)的变化定时。例如，在64QAM中，信号点每6比特转换一次，并且转换的定时是一个符号。即，一个符号的周期是6比特。

在图2所示的示例中，定义了短周期短帧信号和由多个短帧信号形成的长周期长帧信号。短帧信号由一个符号的短帧同步信号(以下称为SFS信号)和128个符号的有效载荷信号形成。长帧信号由多个短帧信号(例如几百个短帧信号)形成。例如，如图2所示，长帧信号的长帧同步信号(以下称为LFS信号)可以由第一个短帧信号的有效载荷信号的一些数据形成。

SFS信号被设置有比有效载荷信号的平均振幅低的平均振幅。在本实施例中，在IQ平面上的信号点中，具有低振幅的信号点被用作SFS信号。例如，对于64QAM信号，原点周围的16个信号点被用作SFS信号。对于16QAM信号，原点周围的四个信号点被用作SFS信号。在这种情况下，相同的信号点可以用作任何短帧的SFS信号。只要能够区分平均振幅和有效载荷信号的平均振幅，不同的信号点可以用于每个短帧。也可以使用具有相同振幅的不同信号点。通过缩短帧长度和促进区分同步信号和有效载荷信号，即使在高差错率情形中也能可靠地执行短帧同步。

SFS信号不限于一个符号，并且可以由多个符号形成。从数据传输效率的角度来看，一个符号是更优选的，但是当SFS信号由多个符号形成时，可以改进同步的可靠性。通过适当选择SFS信号的符号数量，可以同时考虑同步可靠性和传输效率来形成SFS信号。在接收侧的同步检测中，当SFS信号由多个符号形成时，作为对在多个帧上累积相加符号振幅的结果的振幅比较的结果具有相对低值的多个连续符号被检测和指定，并且这些符号被确定为SFS信号。

LFS信号可以由一个或多个短帧信号的预定符号形成。类似于SFS信号，如果LFS信号的符号数量较大，则可以改进同步的可靠性。然而，使用一个完整的短帧信号作为LFS信号在同步处理方面是有效的。

LFS信号可以由多个SFS信号形成，而不是由短帧的有效载荷信号形成。在SFS信号中，不是IQ平面上的单个信号点而是多个信号点可以被转换。因此，通过使用多个SFS信号转换信号点，可以形成LFS信号的同步模式。当LFS信号由多个SFS信号形成时，没有必要将短帧的有效载荷信号设置为LFS信号，因此可以进一步改进数据传输效率。

SFS信号可以与常规相位补偿导频信号(PS)共享。这也可以用于巷(lane)识别和传输路径变化补偿。作为LFS信号，可以设置常规长帧同步信号(TS)。常规上，具有不同调制方案的相位补偿导频信号(PS)或长帧同步信号(TS)被插入到有效载荷中。然而，由于可靠的短帧同步可以通过SFS信号建立，因此不需要使用具有不同调制方案的PS或TS。

<短帧同步信号的信号点>

图3是示出了根据本发明实施例的短帧同步信号和有效载荷信号的信号点的视图。将参考图3举例说明64QAM的情况。在64QAM中，64个信号点保持在IQ平面上。在图3所示的示例中，仅位于中心处的16个信号点被用作SFS信号。另一方面，由于所有64个信号点都被用作有效载荷信号，因此可以使SFS信号的平均振幅低于有效载荷信号的平均振幅。

如上所述，LFS信号可以由多个SFS信号形成。在图3所示的示例中，SFS信号的振幅可以在I轴方向和Q轴方向上以四个级别变化。利用这一点，IQ平面上的坐标值被转换以形成同步模式。通过将该同步模式用作LFS信号，在形成短帧的多个SFS信号中，预定的SFS信号可以被用作LFS信号。

注意，具有低振幅的信号点不限于图3所示的16个点。如果可以检测到平均振幅低于有效载荷的振幅，则可以使用任何信号点。在X偏振和Y偏振中，SFS信号和LFS信号的信号点不需要相同。此外，SFS信号的信号点不需要在IQ平面上对称。检测具有低平均振幅的符号就足够了。

<帧同步电路>

图4是示出了根据本发明实施例的帧同步电路的布置的示例的视图。在图4所示的布置的示例中，光接收电路40向接收信号处理电路50提供分别作为水平偏振信号X的I分量和Q分量的接收信号XI和XQ、以及分别作为垂直偏振信号Y的I分量和Q分量的接收信号YI和YQ。

接收信号XI、XQ、YI和YQ分别被提供给帧同步电路XI、XQ、YI和YQ，并且这些电路分别执行短帧同步处理和长帧同步处理。帧同步电路XI、XQ、YI和YQ中的每一个都包括累积加法电路61、短帧同步信号检测电路62和长帧同步信号检测电路63。

累积加法电路61以短帧的长度(在图1所示的示例中，每129个符号)划分所提供的接收信号XI、XQ、YI和YQ中的每一个，并且在多个帧上累积相加多个划分的帧的相同符号位置处的符号中的IQ平面上的坐标值的绝对值。此时，累积加法电路61将IQ平面上的值(I坐标、Q坐标)的绝对值相加，该值是在被确定为“0”或“1”之前的值。

短帧同步信号检测电路62基于累积加法电路61的累积相加结果来检测SFS信号。在多个帧上将短帧宽度的各个符号的振幅的绝对值累积相加，并且将通过基于累积相加结果在帧中进行振幅比较指定的符号确定为SFS信号。例如，如果SFS信号由一个符号形成，则具有最小累积相加结果的符号被检测为SFS信号。

长帧同步信号检测电路63使用短帧同步信号检测电路62的SFS信号检测结果从接收信号XI、XQ、YI和YQ中的每一个检测LFS信号。在长帧同步中，将接收信号和参考长帧同步信号针对通过SFS信号划分的每个短帧进行相关，从而检测LFS信号。作为与参考长帧同步信号相关的短帧同步之后的接收信号，IQ平面上的坐标值可以原封不动地使用，但是也可以使用被确定为“0”或“1”之后的数据(稍后描述)。

接收信号XI、XQ、YI和YQ也作为IQ平面上的值被提供给长帧同步信号检测电路63。也可以提供在将信号确定为“0”或“1”之后获得的数据。通过使用在将信号确定为“0”或“1”之后获得的数据，可以通过与参考长帧同步信号进行比较来执行相关。由于在建立短帧同步之后检测LFS信号，与使用IQ平面上的坐标值的处理相比，通过将被确定为“0”或“1”之后获得的数据与参考信号进行比较，可以更有效地检测LFS信号。例如，如果LFS信号较长，则通过比较数据“0”或“1”，执行比较时的计算处理可以变得更有效。

注意，可以针对接收信号XI、XQ、YI和YQ中的每一个独立执行上述短帧同步处理和长帧同步处理。然而，通过将信号XI和XQ作为复数共同处理，并且将信号YI和YQ作为复数共同处理，可以针对水平偏振信号X和垂直偏振信号y的两个信号执行同步处理。

<帧同步方法>

将参考图5至图9描述根据本发明实施例的帧同步方法。根据本发明实施例的帧同步方法包括：帧信号生成步骤，其生成包括多个短帧信号的帧信号，每个短帧信号包括SFS信号和有效载荷信号；以及帧同步步骤，其从所接收的帧信号中检测SFS信号，并且通过检测SFS信号来建立短帧同步。在帧信号生成步骤中，在短帧信号的预定符号中设置LFS信号。在帧同步步骤中，通过检测LFS信号建立长帧同步。

图5是示出了根据本发明实施例的帧同步方法的流程图。将参考图5说明帧同步方法的上述帧同步步骤。

在累积相加处理(步骤S1)中，累积加法电路61以短帧的长度(在图1所示的示例中，每129个符号)划分所提供的接收信号XI、XQ、YI和YQ中的每一个，并且在多个帧信号上累积相加多个划分的帧的相同符号位置处的信号在IQ平面上的值的绝对值。

在短帧同步处理(步骤S2)中，短帧同步信号检测电路62基于步骤S1中的累积相加处理的结果来检测SFS信号。将短帧宽度的各个符号的振幅的绝对值在多个帧上累积相加，并且将通过基于相加结果在帧中进行振幅比较指定的符号确定为SFS信号。例如，如果SFS信号由一个符号形成，则具有最小累积相加结果的符号被检测为SFS信号。

在长帧同步处理(步骤S3)中，长帧同步信号检测电路63使用通过步骤S2中的短帧同步处理中的SFS信号检测的短帧同步处理的结果，从接收信号XI、XQ、YI和YQ中的每一个检测LFS信号。

如上所述，在本实施例的帧同步方法中，检测短帧同步信号以建立短帧同步，并且检测长帧同步信号以针对已经建立短帧同步的接收信号执行长帧同步处理。

<短帧同步>

图6是用于说明根据本发明实施例的检测短帧同步信号的方法的视图。如图5的步骤S1中所述，为了检测短帧同步信号，提供给累积加法电路61的接收信号XI、XQ、YI和YQ中的每一个以短帧的长度进行划分，并且将多个划分的帧的相同符号位置处的信号的值的绝对值在多个帧上相加。

在图6所示的示例中，该长度的短帧由129个符号形成，因此，如图6中最上层所示，接收信号XI、XQ、YI和YQ中的每一个针对每129个符号进行划分。在多个帧上针对从第一个符号(符号A)到第129个符号的129个符号中的每一个将符号的振幅的绝对值累积相加，然后各个符号的相加结果被表示为振幅相加值1、振幅相加值2、……、振幅相加值129。由于SFS信号是由一个符号形成的，因此具有振幅相加值1、振幅相加值2、……、振幅相加值129中的最小值的符号被确定为SFS信号。

要相加的帧数可以是例如大约30，但不限于此。可以根据传输路径的状态等适当地确定要相加的帧数。

在本实施例的短帧同步检测中，要相加的值是接收信号XI、XQ、YI和YQ中的每一个在IQ平面上的坐标值的绝对值。这些值是指示IQ平面上的坐标的值，并且是被确定为“0”或“1”之前的值。IQ平面也称为复平面。

通常，当将IQ平面上的坐标值确定为“0”或“1”时，需要复杂的纠错电路。然而，在根据本实施例的短帧同步检测中，由于使用指示IQ平面上的坐标的值，因此不需要这种复杂的纠错电路。此外，在被确定为“0”或“1”的值中，丢失指示值的可靠性的信息(也称为似然信息)，例如，“0”接近“1”或“1”接近“0”。通过使用保留似然信息的IQ平面上的坐标值，即使在差错率高的状态下，也可以获得高可靠性的同步信号检测结果。

图7是示出了根据本发明实施例的累积加法电路的输出的曲线图。横坐标表示划分时符号的顺序。纵坐标表示累积相加值，并且绘制了参考图6描述的振幅相加值1至129。参考图7，累积相加的帧数是32。注意，纵坐标上的累积相加值是归一化值。

在图7中，由于SFS信号由一个符号形成，因此检测到具有振幅相加值1至129中的最小值的符号。如图7所示，由于第126个符号的振幅相加值是最小值，因此划分的帧中的第126个符号可以被估计为SFS信号。

在图6和图7所示的示例中已经说明了SFS信号由一个符号形成的情况。如果SFS信号由多个符号形成，则检测并且指定作为对在多个帧上累积相加符号振幅的结果的振幅比较的结果具有相对较小值的多个连续符号，并且将这些符号确定为SFS信号。例如，如果存在多个具有最小累积相加值的符号，则该符号可以被确定为SFS信号。备选地，在最小值周围的预定值范围中包括的多个符号可以被确定为SFS信号。可以根据传输路径的状态等适当地确定SFS信号的确定条件。

此外，针对32帧的上述累积相加处理和最小值检测处理被视为一个SFS信号估计处理，并且该处理被重复多次。因此，如果连续N次(例如，两次)获得相同的结果，则正式确定已经建立同步，并且该符号被设置为SFS信号的最终确定的符号，并且被确定为短帧的边界。

另一方面，如果此后一直重复上述SFS信号估计处理，并且连续M次(例如，五次)获得不同的结果，则确定同步丢失。例如，如果连续估计不同的符号，如第123个符号、第96个符号、第56个符号、第3个符号和第45个符号，则确定同步丢失。例如，在检测到同步丢失之后，响应于来自接收信号处理电路的指令，再次执行同步建立处理。

注意，在检测累积相加值的最小值的处理中，在64QAM中，累积相加值不能取64个信号点的坐标的最大值或更大值。如果累积相加值取等于或大于最大值的值，则即使在差错率高的状态下，也可以例如通过设置最大值或设置阈值作为检测条件来执行尽可能改进检测可靠性的发明设计。

图8示出了根据本发明实施例的在短帧同步检测中测量错误同步概率的结果。横坐标表示要累积相加的帧数，并且纵坐标表示错误同步的概率。在给定差错率的状态下，错误同步的概率是最终确定建立同步的结果(例如，连续N次获得相同的结果)是错误的次数相对于执行短帧同步处理的次数的比率。例如，如果检测处理被执行100次，然后不能检测到同步的次数是10，可以正确检测到同步的次数是10，并且错误检测到同步的次数是80，则错误同步的概率是0.8。一般地，在相同的检测条件下，差错率越高，错误同步的概率越大。

针对BER＝4.5e-1、4.5e-2和4.5e-3的三种差错率执行测量。差错率＝4.5e-1指示在100个符号中平均有45个符号出错的劣化状态。

如图8所示，当使用短帧同步检测时，如果要累积相加的帧数是32或更大，则即使在差错率＝4.5e-1的劣化状态下，也可以将错误同步的概率抑制到0.01或更小。在根据本实施例的短帧同步中，即使在差错率劣化的状态下，也可以稳定地检测同步。这可以减少重试同步处理的次数，从而减少直到建立同步的时间。例如，可以将同步时间减少到常规同步时间的大约1/100。

<长帧同步>

将参考图9描述检测LFS信号的方法。在本实施例中，基于通过检测SFS信号建立同步的短帧来建立长帧同步。参考图9，在建立短帧同步之后，检测插入到短帧的有效载荷中的LFS信号，从而建立长帧同步。在图9所示的示例中，LFS信号被设置在由多个短帧形成的长帧的第一个短帧的有效载荷中。

在长帧同步中，作为同步方法，针对通过SFS信号划分的每个短帧，将设置有LFS信号的有效载荷信号和参考长帧同步信号相关，从而检测LFS信号。作为与参考长帧同步信号相关的短帧同步之后的接收信号，可以使用IQ平面上的坐标值，并且将其与参考长帧同步信号进行比较。

IQ平面上的坐标值可以用于将接收信号确定为“0”或“1”的数据，并且可以将“0”或“1”的数据与参考长帧同步信号进行比较。在长帧同步处理中，在建立短帧同步之后，针对每个短帧执行与参考信号的比较。因此，通过将“0”或“1”的数据与参考信号进行比较的方法，可以更有效地执行相关检测。例如，如果LFS信号较长，则通过将“0”或“1”的数据与参考信号进行比较，执行比较时的计算处理可以变得更有效。

与常规帧同步不同，在根据本实施例的长帧同步中，由于不需要在移位一个符号的同时针对所有符号执行相关，并且针对每个短帧执行核对，因此可以大大减少直到建立帧同步的时间。例如，如果短帧由129个符号形成，则针对长帧的同步处理的执行次数实际上可以减少到常规次数的1/129。

注意，已经参考图9说明了检测插入到短帧的有效载荷中的LFS信号以建立长帧同步的情况。然而，如上所述，LFS信号可以由多个SFS信号形成。通过在SFS信号满足的条件下转换IQ平面上的坐标值来形成同步模式，并且将该同步模式用作LFS信号，形成短帧的多个SFS信号可以用作LFS信号。

如上所述，本实施例的帧同步系统被配置成在短帧同步中使用简单的同步信号可靠地在IQ平面上执行同步检测处理。因此，即使在差错率高的状态下，也可以减少错误同步的检测，并且可以可靠且稳定地执行短帧同步。

此外，由于在短帧同步和长帧同步的两个阶段中执行帧同步，即，在建立短帧同步之后针对每个短帧执行长帧同步，因此与直接执行长帧同步的常规方法相比，可以在非常短的时间内建立长帧同步。

由于本实施例的短帧同步信号被设置有比有效载荷信号的平均振幅低的的平均振幅，因此低振幅的符号被周期性地插入以减小平均振幅值，从而获得省电效果。通过称为概率整形的编码可以获得类似的效果，该编码可以使IQ平面上的信号点的振幅值的出现概率接近正态分布，以改进噪声容限。

工业实用性

本发明可以用作帧同步装置，用于确定相干光通信的光通信装置中的帧同步状态。

附图标记的说明

1...帧同步系统，10...发送信号处理电路，20...帧信号生成电路，30...光发送电路，40...光接收电路，50...接收信号处理电路，60...帧同步电路，70...光纤。

Claims (8)

1.一种帧同步系统，包括：

帧信号生成电路，被配置为生成包括多个第一帧信号的帧信号，每个第一帧信号包括第一帧同步信号和第一有效载荷信号，其中，所述第一帧同步信号包括至少一个符号，并被设置有比所述第一有效载荷信号的平均振幅低的平均振幅；以及

帧同步电路，被配置为经由光传输路径接收由所述帧信号生成电路生成的所述帧信号，并且从接收信号中检测所述第一帧同步信号，所述帧同步电路将所述接收信号划分为均具有所述第一帧信号的符号长度的帧，在划分的多个帧上将所述多个帧中的每一个的相同符号位置处的信号在IQ平面上的坐标值的绝对值相加，以及将通过在帧中基于相加结果进行振幅比较指定的符号确定为所述第一帧同步信号。

2.根据权利要求1所述的帧同步系统，其中，所述第一帧同步信号由一个符号形成，并且通过在帧中进行振幅比较指定的具有最小相加结果的符号被确定为所述第一帧同步信号。

3.根据权利要求1或2所述的帧同步系统，其中，

所述帧信号生成电路被配置为：形成包括预定数量的所述第一帧信号的第二帧信号，所述预定数量是两个或更多个；并且将用于指定所述第二帧信号的第二帧同步信号设置为所述第二帧信号中的所述第一帧信号的预定符号，以及

所述帧同步电路针对通过确定所述第一帧同步信号获得的所述第一帧信号中的每一个检测所述第二帧同步信号。

4.根据权利要求3所述的帧同步系统，其中，所述第二帧同步信号被设置为所述第一有效载荷信号的符号中的至少一些。

5.根据权利要求3所述的帧同步系统，其中，所述第二帧同步信号被设置为多个第一帧同步信号的符号。

6.根据权利要求5所述的帧同步系统，其中，通过从所述第一帧同步信号转换所述IQ平面上的坐标值来形成所述第二帧同步信号的同步模式。

7.一种根据权利要求1至6中任一项所述的帧同步系统的帧同步电路。

8.一种帧同步系统中的帧同步方法，所述帧同步系统包括帧信号生成电路和帧同步电路，所述帧同步方法包括：

帧信号生成步骤，生成包括多个第一帧信号的帧信号，每个第一帧信号包括第一帧同步信号和第一有效载荷信号，其中，所述第一帧同步信号包括至少一个符号，并被设置有比所述第一有效载荷信号的平均振幅低的平均振幅；以及

帧同步步骤，经由光传输路径接收由所述帧信号生成电路生成的所述帧信号，并且从接收信号中检测所述第一帧同步信号，所述帧同步步骤包括以下步骤：将所述接收信号划分为均具有所述第一帧信号的符号长度的帧，在划分的多个帧上将所述多个帧中的每一个的相同符号位置处的信号在IQ平面上的坐标值的绝对值相加，以及将通过在帧中基于相加结果进行振幅比较指定的符号确定为所述第一帧同步信号。

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