CN115606123A

CN115606123A - 无源光网络(pon)中的帧编码和光网络单元(onu)同步

Info

Publication number: CN115606123A
Application number: CN202080097649.3A
Authority: CN
Inventors: 沈云飞; 刘翔; 罗远秋; 弗兰克·埃芬博格
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2020-03-23
Filing date: 2020-08-04
Publication date: 2023-01-13
Also published as: EP4091271A1; WO2021194544A1; US20230019473A1

Abstract

一种方法由PON中的ONU实现。该方法包括从OLT接收编码后的DS PHY帧，编码后的DS PHY帧包括码字，码字包括SFC字段和有效载荷，SFC字段和有效载荷用相同的FEC编码；使用FEC对码字进行解码，以获得解码后的SFC字段和有效载荷；当同步状态机处于同步状态下时，对解码后的SFC字段执行第一验证；当第一验证成功时保持处于同步状态或当第一验证不成功时退出同步状态。

Description

无源光网络(PON)中的帧编码和光网络单元(ONU)同步

相关申请的交叉引用

本申请要求Futurewei技术公司于2020年3月23日提交的公开内容名称为“用于50G-PON的同步状态机(Synchronization State Machine for 50G-PON)”的第62/993,422号美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请通过引用并入本文。

技术领域

所公开的实施例大体上涉及光网络，具体涉及PON中的帧编码和ONU同步。

背景技术

光网络是使用光信号承载数据的网络。激光器等光源产生光信号。调制器用数据调制光信号，以产生调制光信号。各种部件发送、传播、放大、接收和处理调制光信号。光网络可以实现多路复用以实现高带宽。光网络实现数据中心、城域网、PON、长途传输系统和其他应用。

发明内容

在第一方面中，一种由PON中的ONU实现的方法，包括：从OLT接收编码后的DS PHY帧，编码后的DS PHY帧包括码字，码字包括SFC字段和有效载荷，SFC字段和有效载荷用相同的FEC编码；使用FEC对码字进行解码，以获得解码后的SFC字段和有效载荷；当同步状态机处于同步状态下时，对解码后的SFC字段执行第一验证；当第一验证成功时保持处于同步状态或当第一验证不成功时退出同步状态。

在第一方面的第一实现形式中，码字还包括PSync字段，其中，方法还包括：当在同步状态下时，对PSync字段执行第二验证；以及，当第二验证成功时保持处于同步状态或当第二验证不成功时退出同步状态。

在第一方面的第二实现形式或第一方面的上述实现形式中，方法还包括：使用K执行第二验证，其中，K≥7。

在第一方面的第三实现形式或第一方面的上述实现形式中，FEC使用LDPC码。

在第一方面的第四实现形式或第一方面的上述实现形式中，LDPC码基于大小为(17,664，14,592)的母码，其中，17,664是码字的比特长度，并且14,592是有效载荷的比特长度。

在第一方面的第五实现形式或第一方面的上述实现形式中，LDPC码的长度为17,280比特。

在第一方面的第六实现形式或第一方面的上述实现形式中，方法还包括：在同步状态机的搜寻状态下初始化；从搜寻状态进入同步状态机的预同步状态；从预同步状态进入同步状态。

在第一方面的第七实现形式或第一方面的上述实现形式中，方法还包括：基于PSync模式匹配和SFC验证，从搜寻状态进入预同步状态。

在第一方面的第八实现形式或第一方面的上述实现形式中，PSync模式匹配基于K，其中，K≥7。

在第一方面的第九实现形式或第一方面的上述实现形式中，SFC验证基于HEC字段中的附加奇偶校验位和BCH(63，12)。

在第一方面的第十实现形式或第一方面的上述实现形式中，方法还包括：基于PSync模式匹配和SFC验证，从预同步状态进入同步状态。

在第一方面的第十一实现形式或第一方面的上述实现形式中，PSync模式匹配基于K，其中，K≥7。

在第一方面的第十二实现形式或第一方面的上述实现形式中，SFC验证基于两个连续的有效SFC读数。

在第一方面的第十三实现形式或第一方面的上述实现形式中，方法还包括：仅基于PSync模式匹配从搜寻状态进入预同步状态；以及仅基于PSync模式匹配从预同步状态进入同步状态。

在第一方面的第十四实现形式或第一方面的上述实现形式中，PSync模式匹配基于K，其中，K≥7。

在第一方面的第十五实现形式或第一方面的上述实现形式中，PSync模式匹配基于64比特PSync。

在第一方面的第十六实现形式或第一方面的上述实现形式中，PSync模式匹配还基于K，其中，K＝7。

在第一方面的第十七实现形式或第一方面的上述实现形式中，PSync模式匹配基于128比特模式。

在第一方面的第十八实现形式或第一方面的上述实现形式中，PSync模式匹配还基于K，其中，18≤K≤28。

在第一方面的第十九实现形式或第一方面的上述实现形式中，128比特模式是[PSync PSync']，其中，PSync'与PSync相反，并且PSync是[0xC5E5 1840FD59 BB49]。

在第一方面的第二十实现形式或第一方面的上述实现形式中，方法还包括：仅基于PSync模式匹配从搜寻状态进入预同步状态；以及基于对第一FEC码字的第二验证从预同步状态进入同步状态。

在第一方面的第二十一实现形式或第一方面的上述实现形式中，方法还包括：当第二验证失败时，从预同步状态返回到搜寻状态。

在第一方面的第二十二实现形式或第一方面的上述实现形式中，PSync模式匹配基于K，其中，K≥7。

在第一方面的第二十三实现形式或第一方面的上述实现形式中，PSync模式匹配基于64比特模式[0xC5E5 1840FD59 BB49]。

在第一方面的第二十四实现形式或第一方面的上述实现形式中，PSync模式匹配还基于K，其中，K＝7。

在第一方面的第二十五实现形式或第一方面的上述实现形式中，PSync模式匹配基于128比特模式。

在第一方面的第二十六实现形式或第一方面的上述实现形式中，PSync模式匹配还基于K，其中，18≤K≤28。

在第一方面的第二十七实现形式或第一方面的上述实现形式中，128比特模式是[PSync PSync']，其中，PSync'与PSync相反，并且PSync是[0xC5E5 1840FD59 BB49]。

在第一方面的第二十八实现形式或第一方面的上述实现形式中，方法还包括：从同步状态进入同步状态机的重新同步状态。

在第一方面的第二十九实现形式或第一方面的上述实现形式中，方法还包括：当PSync模式匹配或SFC验证失败时，从同步状态进入重新同步状态。

在第一方面的第三十实现形式或第一方面的上述实现形式中，方法还包括：当PSync模式匹配和SFC验证成功时，从重新同步状态返回到同步状态。

在第一方面的第三十一实现形式或第一方面的上述实现形式中，方法还包括：保持处于重新同步状态，达PSync模式匹配和SFC验证的至多(M–2)次连续失败。

在第一方面的第三十二实现形式或第一方面的上述实现形式中，方法还包括：当PSync模式匹配或SFC验证失败(M–1)次时，从重新同步状态返回到同步状态机的搜寻状态。

在第一方面的第三十三实现形式或第一方面的上述实现形式中，M≥2。

在第一方面的第三十四实现形式或第一方面的上述实现形式中，方法还包括：当PSync模式匹配和SFC验证成功时，从重新同步状态返回到同步状态。

在第一方面的第三十五实现形式或第一方面的上述实现形式中，码字还包括PSBd，并且其中，PSBd包括PSync字段和SFC字段。

在第一方面的第三十六实现形式或第一方面的上述实现形式中，PSBd没有被加扰。

在第一方面的第三十七实现形式或第一方面的上述实现形式中，在码字内，仅PSync字段没有被加扰。

在第一方面的第三十八实现形式或第一方面的上述实现形式中，在对码字进行解码之前，方法还包括使用解扰器对码字进行解扰。

在第一方面的第三十九实现形式或第一方面的上述实现形式中，方法还包括：使用加扰多项式x⁵⁸+x³⁹+1对码字进行进一步解扰。

在第一方面的第四十实现形式或第一方面的上述实现形式中，方法还包括：使用基于SFC字段的可变起始比特序列对码字进行解扰。

在第一方面的第四十一实现形式或第一方面的上述实现形式中，可变起始比特序列是[1 1 1 1 1 1 1 SFC]，并且其中，“SFC”表示SFC字段的比特。

在第一方面的第四十二实现形式或第一方面的上述实现形式中，方法还包括：使用基于固定比特模式的固定起始序列对码字进行解扰。

在第一方面的第四十三实现形式或第一方面的上述实现形式中，固定起始比特序列为58个“1”比特。

在第一方面的第四十四实现形式或第一方面的上述实现形式中，在对码字进行解码之后，方法还包括使用解扰器对有效载荷进行解扰。

在第一方面的第四十五实现形式或第一方面的上述实现形式中，方法还包括：使用加扰多项式x⁵⁸+x³⁹+1对有效载荷进行解扰。

在第一方面的第四十六实现形式或第一方面的上述实现形式中，解扰器还基于数据的自加扰。

在第一方面的第四十七实现形式或第一方面的上述实现形式中，解扰器基于使用以固定起始比特序列起始的已知比特模式进行加扰。

在第一方面的第四十八实现形式或第一方面的上述实现形式中，固定起始比特序列为58个“1”比特。

在第一方面的第四十九实现形式或第一方面的上述实现形式中，解扰器基于使用具有可变起始比特序列的已知比特模式进行加扰，可变起始比特序列包括解码后的SFC字段。

在第一方面的第五十实现形式或第一方面的上述实现形式中，可变起始比特序列是[1 1 1 1 1 1 1 SFC]，并且其中，“SFC”表示解码后的SFC字段的比特。

在第一方面的第五十一实现形式或第一方面的上述实现形式中，可变起始比特序列是[1 0 1 0 1 0 1 SFC]，并且其中，“SFC”表示解码后的SFC字段的比特。

在第一方面的第五十一实现形式或第一方面的上述实现形式中，PON是50G-PON。

在第二方面中，一种ON包括：存储器，用于存储指令；处理器，耦合到存储器并用于执行指令以执行第一方面或第一方面的上述实现形式中的任一个。

在第三方面中，一种计算机程序产品，包括存储在非瞬时性介质中的计算机可执行指令，计算机可执行指令在由处理器执行时，使ON)执行第一方面或第一方面的上述实现形式中的任一个。

上述实施例中的任何一个可以与上述其他实施例中的任何一个结合以创建新的实施例。从结合附图和权利要求书的以下详细描述中，将更清楚地理解这些和其他特征。

附图说明

为了更全面地理解本公开内容，现在参考以下结合附图和具体实施方式进行的简要描述，其中，相似的附图标记表示相似的部件。

图1是PON的示意图。

图2是一种装置的示意图。

图3是PON通信的消息序列图。

图4是XG-PON中DS PHY帧的示意图。

图5是同步状态机的图。

图6是50G-PON中DS PHY帧的示意图。

图7是编码后的DS PHY帧的示意图。

图8是第一实施例提供的同步状态机的图。

图9是第二实施例提供的同步状态机的图。

图10是第三实施例提供的同步状态机的图。

图11是示出实施例提供的编码后的DS PHY帧的生成方法的流程图。

图12是示出实施例提供的编码后的DS PHY帧的解码方法的流程图。

图13是示出实施例提供的同步方法的流程图。

图14是示出另一实施例提供的同步方法的流程图。

具体实施方式

首先应当理解，尽管下文提供了一个或更多个实施例的说明性实现方式，但所公开的系统和/或方法可以使用任意数量的技术来实现，无论这些技术是当前已知的还是现有的。本公开内容决不应限于下文所说明的说明性实施方案、图式和技术，包括本文所说明并描述的示范性设计和实施方案，而是可以在所附权利要求书的范围以及其均等物的完整范围内修改。

以下缩写适用：

ASIC：专用集成电路(application-specific integrated circuit)

BCH：Bose–Chaudhuri–Hocquenghem

BER：误码率(bit error ratio)

CO：中心局(central office)

CPU：中央处理单元(central processing unit)

DS：下行(downstream)

DSP：数字信号处理器(digital signal processor)

EO：电光(electrical-to-optical)

FEC：前向纠错(forward error correction)

FPGA：现场可编程门阵列(field-programmable gate array)

FtS：先FEC再加扰(FEC then scramble)

Gb/s：每秒千兆比特(gigabit(s)per second)

HEC：混合差错控制(hybrid error control)

IEEE：电气与电子工程师协会(Institute of Electrical and ElectronicsEngineers)

LDPC：低密度奇偶校验(low-density parity-check)

ODN：光分配网络(optical distribution network)

OE：光电(optical-to-electrical)

OLT：光线路终端(optical line terminal)

ONT：光网络终端(optical network terminal)

ONU：光网络单元(optical network unit)

PHY：物理层(physical layer)

PON：无源光网络(passive optical network)

PON-ID：PON标识符(PON identifier)

PSBd：DS物理同步块(DS physical synchronization block)

PSync：物理同步(序列)(physical synchronization(sequence))

P2MP：一点到多点(point-to-multipoint)

RAM：随机存取存储器(random-access memory)

RF：射频(radio frequency)

ROM：只读存储器(read-only memory)

RX：接收单元(receiver unit)

SFC：超帧计数器(superframe counter)

SRAM：静态RAM(static RAM)

StF：先加扰再FEC(scramble then FEC)

sync：同步(synchronization)

TCAM：三态内容可寻址存储器(ternary content-addressable memory)

TX：发送单元(transmitter unit)

US：上行(upstream)

XG-PON：支持10千兆比特的PON(10-gigabit-capable PON)

μs：微秒(microsecond)

50G-PON：支持50千兆比特的PON(50-gigabit-capable PON)

图1是PON 100的示意图。PON 100包括OLT 110、ONU 120和将OLT 110耦合到ONU120的ODN 130。PON 100是可以不需要有源组件来在OLT 110与ONU 120之间分发数据的通信网络。而是，PON 100可以使用ODN 130中的无源光组件来分发数据。

OLT 110与另一个网络和ONU 120通信。例如，OLT 110将数据从另一个网络转发到ONU 120，并将数据从ONU 120转发到另一个网络。OLT 110通常位于中心位置，例如CO，但它也可以位于其他合适的位置。

ODN 130是数据分发网络，包括光缆、耦合器、分离器、分配器和其他合适的组件。这些组件包括不需要电力来在OLT 110与ONU 120之间分发数据的无源光组件。ODN 130可以按照所示的分支配置从OLT 110延伸到ONU 120，或者可以以任何其他合适的P2MP配置来配置。

ONU 120与OLT 110和客户通信。例如，ONU 120将数据从OLT 110转发到客户，以及将数据从客户转发到OLT 110。ONU 120和ONT类似，并且这些术语可以互换使用。ONU 120通常位于分布式位置，例如客户场所，但它们也可以位于其他合适的位置。

图2是装置200的示意图。装置200可以实现OLT 110和ONU 120。装置200包括：入端口210和用于接收数据的RX 220或接收装置；用于处理数据的处理器230或处理装置，或逻辑单元、基带单元或CPU；用于发送数据的TX 240或发送装置和出端口250；用于存储数据的存储器260或数据存储装置。装置200还可以包括耦合到入端口210、RX 220、TX 240和出端口250的OE组件、EO组件或RF组件，以提供光信号、电信号或RF信号的入口和出口。

处理器230是硬件、中间件、固件或软件的任何组合。处理器230包括一个或更多个CPU芯片、核、FPGA、ASIC或DSP的任何组合。处理器230与入端口210、RX 220、TX 240、出端口250和存储器260通信。处理器230包括实现所公开的实施例的同步组件270。同步组件270可以包括FEC编码器和加扰器/解扰器。在一些实施例中，同步组件270包括由处理器230执行以执行FEC编码器和加扰器/解扰器操作或功能的指令。因此，包括同步组件270使得装置200的功能得到了显著改进，并且实现了装置200向不同状态的变换。或者，存储器260将同步组件270存储为指令，并且处理器230执行这些指令。

存储器260包括磁盘、磁带驱动器或固态驱动器的任何组合。装置200可以使用存储器260作为溢出数据存储设备，以在装置200选择程序以供执行时存储这些程序，并存储装置200在这些程序执行期间读取的指令和数据。存储器260可以存储本文未提及的额外的或其他数据。存储器260可以是易失性的或非易失性的，并且可以是ROM、RAM、TCAM或SRAM的任何组合。

计算机程序产品可以包括存储在非瞬时性介质中的计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由处理器执行时，使装置执行任一实施例。非瞬时性介质可以是存储器260，处理器可以是处理器230，装置可以是装置200。

图3是PON通信的消息序列图300。在步骤310中，OLT 110生成DS PHY帧。DS PHY帧可以如图4所示。在步骤320中，OLT 110向ONU 120发送信号流。信号流包括DS PHY帧。在步骤330中，ONU 120执行每个DS PHY帧的同步。ONU 120可以如下文所述执行同步。在步骤340中，ONU 120处理每个DS PHY帧。例如，ONU 120可以处理DS PHY帧的有效载荷，以提供给客户。在步骤350中，ONU 120生成US PHY帧。例如，ONU 120使用来自客户的数据生成US PHY帧。最后，在步骤360中，ONU 120发送突发信号(burst)。突发信号包括US PHY帧。

图4是XG-PON中DS PHY帧400的示意图。DS PHY帧400具有155,520字节，对应于在XG-PON中在9.95328Gb/s数据速率下125μs。DS PHY帧400包括24字节的PSBd 410和155,496字节的有效载荷490。PSBd 410促进ONU 120中的同步。PSBd 410包括8字节的PSync字段420、8字节的SFC结构字段430和8字节的PON-ID结构字段440。PSync字段420用重复的64比特模式固定。SFC结构字段430包括51比特的SFC字段450和13比特的HEC字段460。PON-ID结构字段440包括51比特的PON-ID字段470和13比特的HEC字段480。有效载荷490包括意图用于ONU 120的客户的数据。

图5是同步状态机500的图。ONU 120实现同步状态机500。同步状态机500包括搜寻状态510、预同步状态520、同步状态530和重新同步状态540。

当ONU 120检测到有效DS信号时，ONU 120进入搜寻状态510。在搜寻状态510下，ONU 120在第一DS PHY帧400中搜索本地存储的预定PSync。具体地，ONU 120在PSync字段420中搜索PSync。如果没有精确的PSync匹配，则ONU 120保持处于搜寻状态510。如果存在精确的PSync匹配，则ONU 120确定紧跟在PSync之后的8个字节是否形成可用的SFC，可用的SFC表示HEC指示其没有不可纠正错误的有效HEC保护的SFC。如果是，则ONU 120本地存储8字节作为SFC，并进入预同步状态520。如果否，则ONU 120保持处于搜寻状态510。

在预同步状态520下，ONU 120在第二DS PHY帧400中搜索PSync。ONU 120使用最大允许错误比特数K匹配PSync。在XG-PON中，K＝2，使得ONU 120只需要匹配PSync的64比特中的62比特。如果没有PSync匹配，则ONU 120返回搜寻状态510。如果存在PSync匹配，则ONU120确定紧跟在PSync之后的8个字节是否被验证为SFC，被验证为SFC表示该8个字节形成HEC指示其没有不可纠正错误的有效HEC保护的SFC。如果是，则ONU 120前进到同步状态530。如果否，则ONU 120返回搜寻状态510。

在同步状态530下，ONU 120继续针对附加的DS PHY帧400来匹配PSync并验证SFC。同样，ONU 120使用K匹配PSync。如果存在PSync匹配和经过验证的SFC，则ONU 120保持处于同步状态530。如果没有PSync匹配或没有经过验证的SFC，则ONU 120进入重新同步状态540。

在重新同步状态540下，ONU 120继续针对附加的DS PHY帧400来匹配PSync并验证SFC。同样，ONU 120使用K匹配PSync。如果存在PSync匹配和经过验证的SFC，则ONU 120返回同步状态530。如果M–1个连续帧没有PSync匹配或没有经过验证的SFC，则ONU 120返回搜寻状态510。M是正整数，表示从同步状态起始允许的最大验证失败次数。例如，M＝3。

在XG-PON中，OLT 110使用FEC对有效载荷490进行编码。XG-PON中FEC的目标BER阈值约为1e–3。这导致在约8个DS PHY帧400内获得同步，并且大约每10年发生一次假同步丢失。与在XG-PON中相比，在50G-PON中FEC可能更强大。50G-PON中FEC的目标BER阈值可以为约3e–2，远高于XG-PON中的1e–3BER阈值。在50G-PON中的较高BER阈值下，HEC字段460可能无法可靠地保护SFC字段450。具体地，获得同步可能需要100个DS PHY帧400，这比XG-PON中的8个DS PHY帧400多得多，并且不到一秒发生一次假同步丢失，这比每10年一次频繁地多。因此，需要以下述方式改进DS PHY帧400和同步状态机500：提供快速同步和不频发的同步丢失，同时保持3e–2的BER。

本文公开了PON中的帧编码和ONU同步的实施例。这些实施例提供了OLT使用与OLT对有效载荷进行编码所用的相同FEC对SFC字段进行编码。ONU对SFC进行解码，并在同步状态机中使用SFC。ONU还通过增大K、在搜寻状态下使用K、在搜寻状态或预同步状态中不考虑SFC来修改同步状态机。这些实施例和其他实施例提供了快速同步，表示通过足够少数量的DS PHY帧实现同步，同时这些实施例和其他实施例保持或提高假同步丢失和假同步锁定的概率，并同时提供合理的BER。

图6是50G-PON中DS PHY帧600的示意图。DS PHY帧600类似于图4中的DS PHY帧400。具体地，DS PHY帧600包括PSBd 610和有效载荷690，它们分别类似于PSBd 410和有效载荷490。PSBd 610包括PSync字段620、SFC结构字段630和PON-ID结构字段640，它们分别类似于PSync字段420、SFC结构字段430和PON-ID结构字段440。SFC结构字段630包括SFC字段650和HEC字段660，它们分别类似于SFC字段450和HEC字段460。PON-ID结构字段640包括PON-ID字段670和HEC字段680，它们分别类似于PON-ID字段470和HEC字段480。

然而，与DS PHY帧400为155,520字节不同，DS PHY帧600为777,600字节。与有效载荷490为155,496字节不同，有效载荷690为777,576字节。

第一实施例

在第一实施例中，第一，OLT 110使用FEC对包括SFC字段650的PSBd 610进行编码，以获得图7所示的码字。ONU 120接收码字并对码字进行解码。FEC可以是OLT 110用以编码有效载荷690的同一个FEC。FEC可以使用LDPC码。LDPC码可以基于大小为(17,664，14,592)的母码，其中，17,664是码字长度，14,592是有效载荷长度。母码可以与IEEE 802.3ca中使用的码相同，IEEE 802.3ca中使用的码的码矩阵是循环大小为256的12×69准循环矩阵，对应码字长度为17,664比特。每个码字的有效载荷长度为256×57比特，或14,592比特，并且每个码字的奇偶校验长度为(12×69)比特，或3,072比特。LDPC码可以是母码的缩短版本或删余版本。当从奇偶校验位中删去384比特时，LDPC码字长度变为17,280比特，使得每个DSPHY帧600包括360个码字。所得LDPC码(17,280，14,592)的码率为0.844。

图7是编码后的DS PHY帧700的示意图。编码后的DS PHY帧700由对DS PHY帧600进行编码产生。类似地，DS PHY帧600由对编码后的DS PHY帧700进行解码产生。编码后的DSPHY帧700包括码字1 710、码字2 720、码字359 730和码字360 740。码字2 720与码字359730之间的省略号指示存在码字3至358。每个码字710至740为17,280比特。

码字1 710包括PSBd 610、有效载荷750和奇偶校验760。PSBd 610包括PSync字段620、SFC结构字段630和PON-ID结构字段640。SFC结构字段630包括SFC字段650和HEC字段660。PON-ID结构字段640包括PON-ID字段670和HEC字段680。有效载荷750包括OLT 110希望传递给ONU 120的数据，例如用户数据。有效载荷750可以是有效载荷690的一部分。奇偶校验760包括确保准确的数据传输的比特。

码字360 740包括类似于码字1 710中的有效载荷750的有效载荷770，并包括类似于码字1 710中的奇偶校验760的奇偶校验780。然而，码字360 740不包括类似于码字1 710中的PSBd 610的PSBd。类似地，其余码字720至730都不包括PSBd 610。

回到第一实施例，第二，OLT 110对有效载荷490进行加扰。ONU 120在解码之前或之后执行解扰。当ONU 120在预同步状态下验证了SFC时，ONU 120使用XG-PON解扰器，该解扰器使用具有可变起始比特序列[1 1 1 1 1 1 1 SFC]的加扰多项式x⁵⁸+x³⁹+1，其中，“SFC”表示在预同步状态下验证的SFC的比特。当ONU 120在预同步状态下未验证SFC时，ONU120使用不同的解扰器，该解扰器包括具有固定起始比特序列的加扰多项式x⁵⁸+x³⁹+1。固定起始比特序列可以包括58个“1”比特。

第三，ONU 120将K增大到合适的值。例如，ONU 120增大K，使得K≥7。此外，ONU 120在搜寻状态下使用K。

图8是第一实施例提供的同步状态机800的图。同步状态机800类似于图5中的同步状态机500。具体地，同步状态机800包括搜寻状态810、预同步状态820、同步状态830和重新同步状态840，它们分别类似于搜寻状态510、预同步状态520、同步状态530和重新同步状态540。

但是，与在搜寻状态510下ONU 120精确匹配PSync不同，在搜寻状态810下，ONU120使用K匹配PSync。与在预同步状态520、同步状态530和重新同步状态540下ONU使用K＝2不同，在预同步状态820、同步状态830和重新同步状态840下，ONU 120如上所述增大K。与在同步状态530和重新同步状态540下ONU 120验证未解码的SFC不同，在同步状态830和重新同步状态840下，ONU 120验证解码后的SFC。因此，ONU 120直到同步状态830才对SFC解码。

当N＝64，M＝3，BER阈值为1e^–3时，XG-PON提供约10^–13的假同步丢失概率，约10^–46的假同步锁定概率，在假丢失同步之间约10年，在假锁定同步之间约10³⁴年，以及发生同步所需的约8个DS PHY帧600。N表示PSync字段620和本地存储的预定PSync中的比特数。相比之下，在BER阈值为2e^–2的情况下，第一实施例提供了约10^–3至10^–22的假同步丢失概率，约10^–42至10^–26的假同步锁定概率，在假同步丢失之间约10^–9至10¹⁰年，在假同步锁定之间约10³⁰至10¹⁴年，以及发生同步所需的约30至10个DS PHY帧600。范围对应于将K从2增大至10。因此，与XG-PON相比，第一实施例在更差的BER 2e^–2情况下保持甚至提高了假同步丢失和假同步锁定的概率，同时提供同步所需的合理数量的DS PHY帧600。同步所需的DS PHY帧600数量的增加是由于在同步状态830下进行解码之前难以获得可用和经过验证的SFC。

第二实施例

在第二实施例中，OLT 110和ONU 120实现第一实施例的各方面。具体地，第一，OLT110对PSBd 610进行编码，ONU 120对码字进行解码。第二，OLT 110对PSBd 610进行加扰，ONU 120执行解扰。第三，ONU 120增大K。

第四，除了第一实施例的那些方面之外，在搜寻状态或预同步状态下，ONU 120不考虑SFC。而是，在同步状态下，ONU 120首次考虑SFC。这使得ONU 120快速进入同步状态，从而减少同步发生所需的DS PHY帧600的数量。

第五，OLT 110和ONU 120增大N。例如，OLT 110和ONU 120增大N，使得N≥128。PSync字段620可以包括64比特PSync，后跟64比特PSync'，其中，PSync'与PSync相反。64比特PSync可以是[0xC5e5 1840fd59 bb49]。为了适应增大的N，OLT 110和ONU 120可以相应地减少有效载荷690中的比特数量。

图9是第二实施例提供的同步状态机900的图。同步状态机900类似于图8中的同步状态机800。具体地，同步状态机900包括搜寻状态910、预同步状态920、同步状态930和重新同步状态940，它们分别类似于搜寻状态810、预同步状态820、同步状态830和重新同步状态840。

但是，与在搜寻状态810下ONU 120确定紧跟在PSync之后的8字节是否形成可用SFC不同，在搜寻状态910下，ONU 120不进行该确定。与在预同步状态820下ONU 120确定紧跟在PSync之后的8字节是否被验证为SFC不同，在预同步状态920下，ONU 120不进行该确定。与在搜寻状态810、预同步状态820、同步状态830和重新同步状态840下ONU 120使用N＝64不同，在搜寻状态910、预同步状态920、同步状态930和重新同步状态940下，ONU 120使用N≥128。

当N＝64，M＝3，BER阈值为2e^–2时，第二实施例提供了约10^–3至10^–22的假同步丢失概率，约10^–25至10^–9的假同步锁定概率，在假同步丢失之间约10^–9至10¹⁰年，在假同步锁定之间约10¹³至10^–3年，以及发生同步所需的约20至2个DS PHY帧600。范围对应于将K从2增大至10。当K＝7时，假同步丢失概率和假同步锁定概率大致相同。此外，当K≥7时，发生同步需要2个DS PHY帧600。由于这些原因，K＝7可以提供最佳性能。因此，与XG-PON相比，当N＝64时，第二实施例可以提高假同步丢失的概率，并提供合理的假同步锁定概率，同时减少同步所需的DS PHY帧600的数量。与第一实施例相比，第二实施例减少了同步所需的DS PHY帧600的数量，同时提供了合理的假同步丢失概率。

当N＝128，M＝3并且BER阈值为5e^–2时，第二实施例提供了约10^–14至10^–34的假同步丢失概率，约10^–27至10^–14的假同步锁定概率，在假同步丢失之间约10²至10²²年，在假同步锁定之间约10¹⁵至10²年，以及发生同步所需的约2个DS PHY帧600。范围对应于将K从18增大至28。因此，与XG-PON相比，当N＝128时，第二实施例可以提高假同步锁定概率，并提供合理的假同步锁定概率，同时减少同步所需的DS PHY帧600的数量。与第一实施例相比，第二实施例减少了同步所需的DS PHY帧600的数量，同时提供了合理的假同步锁定概率。与N＝64时的第二实施例相比，N＝128时的第二实施例进一步降低了假同步丢失和假同步锁定的概率。

第三实施例

在第三实施例中，OLT 110和ONU 120实现第二实施例的各方面。具体地，第一，OLT110对PSBd 610进行编码，ONU 120对码字进行解码。第二，OLT 110对PSBd 610进行加扰，ONU 120执行解扰。第三，ONU 120增大K。第四，在搜寻状态或预同步状态下，ONU 120不考虑SFC，而在同步状态下首次考虑SFC。第五，OLT 110和ONU 120增大N。

第六，除了第二实施例的那些方面之外，ONU 120在预同步状态下验证第一FEC码字而不是PSync。就位置而言，第一FEC码字可以是ONU 120识别为用FEC编码的第一码字。例如，第一FEC码字是码字1 710。

图10是第三实施例提供的同步状态机1000的图。同步状态机1000类似于图9中的同步状态机900。具体地，同步状态机1000包括搜寻状态1010、预同步状态1020、同步状态1030和重新同步状态1040，它们分别类似于搜寻状态910、预同步状态920、同步状态930和重新同步状态940。

但是，与在预同步状态920下ONU 120匹配PSync不同，在预同步状态1020下，ONU120验证第一FEC码字是无错误的或无不可纠正错误的。如果ONU 120验证了第一FEC码字，则ONU 120进入同步状态1030。如果ONU 120无法验证第一FEC码字，则ONU 120返回搜寻状态1010。这使得ONU 120以相对较低的假同步锁定概率进入同步状态1030。

当N＝64，M＝3，并且BER阈值为2e^–2时，第三实施例提供了约10^–3至10^–22的假同步丢失概率，约10^–86至10^–78的假同步锁定概率，在假同步丢失之间约10^–9至10¹⁰年，在假同步锁定之间约10⁷³至10⁶⁵年，以及发生同步所需的约5至1个DS PHY帧600。范围对应于将K从2增大至10。当K≥7时，只需要一个DS PHY帧600，ONU 120可以匹配PSync，并使用相同的DSPHY帧600验证第一FEC码字。

线路调节、FEC对齐、数据成帧和层排序替代方案

OLT 110和ONU 120可以实现各种调节、编码和加扰替代方案。例如，OLT 110和ONU120可以实现块编码的自同步加扰器或帧同步加扰器线路调节。OLT 110和ONU 120可以实现块编码的帧同步或基于分组的FEC对齐。OLT 110和ONU 120可以实现周期性模式或块编码数据成帧。最后，OLT 110和ONU 120可以实现FtS或StF层排序。上述替代方案提供了36种设计实现组合。

图11是实施例提供的编码后的DS PHY帧的生成方法1100的流程图。OLT 110实现方法1100。在步骤1110中，使用FEC对SFC字段和有效载荷进行编码，以形成码字。例如，OLT110对SFC字段650和有效载荷750进行编码，以形成码字1 710。在步骤1120中，使用码字生成编码后的DS PHY帧。例如，OLT 110使用码字1 710生成编码后的DS PHY帧700。最后，在步骤1130中，发送编码后的DS PHY帧。例如，OLT 110将编码后的DS PHY帧700发送到ONU 120。

图12是实施例提供的编码后的DS PHY帧的解码方法1200的流程图。ONU 120实现方法1200。在步骤1210中，接收编码后的DS PHY帧。例如，ONU 120从OLT 110接收编码后的DS PHY帧700。在步骤1220中，解析编码后的DS PHY帧，以获得码字。例如，ONU 120解析编码后的DS PHY帧700，以获得码字1 710。最后，在步骤1230中，使用FEC对码字进行解码，以获得SFC字段和有效载荷。例如，ONU 120对码字1 710进行解码，以获得SFC字段650和有效载荷750。

图13是实施例提供的同步方法1300的流程图。ONU 120实现方法1300。在步骤1310中，在搜寻状态下初始化同步状态机。例如，ONU 120在搜寻状态810下初始化同步状态机800，在搜寻状态910下初始化同步状态机900，或在搜寻状态1010下初始化同步状态机1000。在步骤1320中，接收编码后的DS PHY帧。例如，ONU 120从OLT 110接收编码后的DSPHY帧700。最后，在步骤1330中，当PSync字段以K个错误比特匹配本地存储的PSync时，搜寻状态进入同步状态机的预同步状态。例如，当PSync字段620匹配本地存储的PSync时，ONU120从搜寻状态810进入预同步状态820、从搜寻状态910进入预同步状态920或从搜寻状态1010进入预同步状态1020。

图14是另一个实施例提供的同步方法1400的流程图。ONU 120实现方法1400。在步骤1410中，从OLT接收编码后的DS PHY帧。编码后的DS PHY帧包括码字。码字包括SFC字段和有效载荷。使用相同的FEC对SFC字段和有效载荷进行编码。例如，ONU 120从OLT 110接收编码后的DS PHY帧700。在步骤1420中，使用FEC对码字进行解码，以获得解码后的SFC字段和有效载荷。例如，ONU 120对码字1 710进行解码，以获得SFC字段650和有效载荷750。

在步骤1430中，当同步状态机处于同步状态时，对解码后的SFC字段执行第一验证。例如，当处于同步状态830、930或1030时，ONU 120验证SFC字段650。最后，在步骤1440中，当第一验证成功时保持处于同步状态，或者当第一验证不成功时退出同步状态。例如，ONU 120保持处于同步状态830、930或1030或进入重新同步状态840、940或1040。

方法1400可以实现附加实施例。例如，码字还包括PSync字段，并且方法还包括：当在同步状态下时，对PSync字段执行第二验证；进一步当第二验证成功时保持处于同步状态；进一步当第二验证不成功时退出同步状态。该方法还包括使用K执行第二验证，其中，K≥7。

FEC使用LDPC码。LDPC码基于大小为(17,664，14,592)的母码，其中，17,664是码字的比特长度，14,592是有效载荷的比特长度。LDPC码的长度为17,280比特。

该方法还包括：在同步状态机的搜寻状态下初始化；从搜寻状态进入同步状态机的预同步状态；从预同步状态进入同步状态。该方法还包括基于PSync模式匹配和SFC验证从搜寻状态进入预同步状态。PSync模式匹配基于K，其中，K≥7。SFC验证基于HEC字段中的附加奇偶校验位和BCH(63，12)。该方法还包括基于PSync模式匹配和SFC验证从预同步状态进入同步状态。PSync模式匹配基于K，其中，K≥7。SFC验证基于两个连续的有效SFC读数。该方法还包括：仅基于PSync模式匹配从搜寻状态进入预同步状态；仅基于PSync模式匹配从预同步状态进入同步状态。PSync模式匹配基于K，其中，K≥7。PSync模式匹配基于64比特PSync。PSync模式匹配还基于K，其中，K＝7。PSync模式匹配基于128比特模式。PSync模式匹配还基于K，其中，18≤K≤28。128比特模式是[PSync PSync']，其中，PSync'与PSync相反，并且其中，PSync是[0xC5E5 1840FD59 BB49]。该方法还包括：仅基于PSync模式匹配从搜寻状态进入预同步状态；基于对第一FEC码字的第二验证从预同步状态进入同步状态。该方法还包括当第二验证失败时，从预同步状态返回到搜寻状态。PSync模式匹配基于K，其中，K≥7。PSync模式匹配基于64比特模式[0xC5E5 1840FD59 BB49]。PSync模式匹配还基于K，其中，K＝7。PSync模式匹配基于128比特模式。PSync模式匹配还基于K，其中，18≤K≤28。128比特模式是[PSync PSync']，其中，PSync'与PSync相反，并且其中，PSync是[0xC5E51840FD59 BB49]。

该方法还包括从同步状态进入同步状态机的重新同步状态。该方法还包括当PSync模式匹配或SFC验证失败时，从同步状态进入重新同步状态。该方法还包括当PSync模式匹配和SFC验证成功时，从重新同步状态返回到同步状态。该方法还包括：保持处于重新同步状态，达PSync模式匹配和SFC验证的至多(M–2)次连续失败。该方法还包括当PSync模式匹配或SFC验证失败(M–1)次时，从重新同步状态返回到同步状态机的搜寻状态。M≥2。该方法还包括当PSync模式匹配和SFC验证成功时，从重新同步状态返回到同步状态。

码字还包括PSBd，并且其中，PSBd包括PSync字段和SFC字段。PSBd没有被加扰。在码字中，只有PSync字段没有被加扰。

在对码字进行解码之前，该方法还包括使用解扰器对码字进行解扰。该方法还包括使用加扰多项式x⁵⁸+x³⁹+1进一步对码字进行解扰。该方法还包括使用基于SFC字段的可变起始比特序列进一步对码字进行解扰。可变起始比特序列是[1 1 1 1 1 1 1 SFC]，并且其中，“SFC”表示SFC字段的比特。该方法还包括使用基于固定比特模式的固定起始序列对码字进行解扰。固定起始比特序列为58个“1”比特。

在对码字进行解码之后，该方法还包括使用解扰器对有效载荷进行解扰。该方法还包括使用加扰多项式x⁵⁸+x³⁹+1对有效载荷进行解扰。解扰器基于数据的自加扰。解扰器基于使用以固定起始比特序列起始的已知比特模式进行加扰。固定起始比特序列为58个“1”比特。解扰器基于使用具有可变起始比特序列的已知比特模式进行加扰，该可变起始比特序列包括解码后的SFC字段。可变起始比特序列是[1 1 1 1 1 1 1 SFC]，并且其中，“SFC”表示解码后的SFC字段的比特。可变起始比特序列是[1 0 1 0 1 0 1 SFC]，并且其中，“SFC”表示解码后的SFC字段的比特。

PON为50G-PON。

PON中的ONU包括接收装置和耦合到接收装置的处理装置。接收装置用于从OLT接收编码后的DS PHY帧。编码后的DS PHY帧包括码字。码字包括SFC字段和有效载荷。使用相同的FEC对SFC字段和有效载荷进行编码。处理装置用于：使用FEC对码字进行解码，以获得解码后的SFC字段和有效载荷；当同步状态机处于同步状态时，对解码后的SFC字段执行第一验证；当第一验证成功时保持处于同步状态；当第一验证不成功时退出同步状态。

除非另有说明，否则术语“约”意指包括后续数字±10％的范围。虽然本公开内容提供了若干个实施例，但应当理解，在不脱离本公开内容的精神或范围的情况下，所公开的系统和方法可以通过其他多种具体形式实施。当前的这些示例应被认为是说明性的而非限制性的，并且意图不限于本文给出的细节。例如，各种元件或组件可以组合或集成在另一个系统中，或者可以省略或不实现。

此外，在各种实施例中描述和示出为分立的或分开的技术、系统、子系统和方法，在不背离本公开内容的范围的情况下，可以与其他系统、组件、技术或方法组合或集成。展示或描述为耦合的其他项可以是直接耦合或可以采用电方式、机械方式或其他方式通过某种接口、设备或中间组件间接耦合或通信。本领域技术人员可以确定改变、替换和更改的其他示例，并在不背离本公开内容的精神和范围的情况下作出改变、替换和更改。

Claims

1.一种由无源光网络(PON)中的光网络单元(ONU)实现的方法，所述方法包括：

从光线路终端(OLT)接收编码后的下行(DS)物理层(PHY)帧，所述编码后的DS PHY帧包括码字，所述码字包括超帧计数器(SFC)字段和有效载荷，并且所述SFC字段和所述有效载荷用相同的前向纠错(FEC)编码；

使用所述FEC对所述码字进行解码，以获得解码后的SFC字段和所述有效载荷；

在同步状态机处于同步(sync)状态下时，对所述解码后的SFC字段执行第一验证；

当所述第一验证成功时保持处于所述同步状态或当所述第一验证不成功时退出所述同步状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述码字还包括物理同步序列(PSync)字段，并且其中，所述方法还包括：

当在所述同步状态下时，对所述PSync字段执行第二验证；

当所述第二验证成功时保持处于所述同步状态或当所述第二验证不成功时退出所述同步状态。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括使用最大允许错误比特数(K)执行所述第二验证，其中，K≥7。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述FEC使用低密度奇偶校验(LDPC)码。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述LDPC码基于大小为(17,664，14,592)的母码，其中，17,664是所述码字的比特长度，并且14,592是所述有效载荷的比特长度。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述LDPC码的长度为17,280比特。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在所述同步状态机的搜寻状态下初始化；

从所述搜寻状态进入所述同步状态机的预同步状态；

从所述预同步状态进入所述同步状态。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括基于物理同步序列(PSync)模式匹配和SFC验证从所述搜寻状态进入所述预同步状态。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述PSync模式匹配基于最大允许错误比特数(K)，并且其中，K≥7。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述SFC验证基于混合纠错(HEC)字段中的附加奇偶校验位和Bose–Chaudhuri–Hocquenghem(BCH)(63，12)。

11.根据权利要求7所述的方法，还包括基于物理同步序列(PSync)模式匹配和SFC验证从所述预同步状态进入所述同步状态。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述PSync模式匹配基于最大允许错误比特数(K)，并且其中，K≥7。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述SFC验证基于两个连续的有效SFC读数。

14.根据权利要求7所述的方法，还包括：

仅基于物理同步序列(PSync)模式匹配从所述搜寻状态进入所述预同步状态；

仅基于所述PSync模式匹配从所述预同步状态进入所述同步状态。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述PSync模式匹配基于最大允许错误比特数(K)，并且其中，K≥7。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述PSync模式匹配基于64比特PSync。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述PSync模式匹配还基于最大允许错误比特数(K)，并且其中，K＝7。

18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述PSync模式匹配基于128比特模式。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述PSync模式匹配还基于最大允许错误比特数(K)，并且其中，18≤K≤28。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述128比特模式是[PSync PSync']，其中，PSync'与PSync相反，并且其中，PSync是[0xC5E5 1840FD59 BB49]。

21.根据权利要求7所述的方法，还包括：

基于对第一FEC码字的第二验证从所述预同步状态进入所述同步状态。

22.根据权利要求21所述的方法，还包括当所述第二验证失败时，从所述预同步状态返回到所述搜寻状态。

23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述PSync模式匹配基于最大允许错误比特数(K)，并且其中，K≥7。

24.根据权利要求21所述的方法，其中，所述PSync模式匹配基于64比特模式[0xC5E51840FD59 BB49]。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述PSync模式匹配还基于最大允许错误比特数(K)，并且其中，K＝7。

26.根据权利要求21所述的方法，其中，所述PSync模式匹配基于128比特模式。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述PSync模式匹配还基于最大允许错误比特数(K)，并且其中，18≤K≤28。

28.根据权利要求26所述的方法，其中，所述128比特模式是[PSync PSync']，其中，PSync'与PSync相反，并且其中，PSync是[0xC5E5 1840FD59 BB49]。

29.根据权利要求1所述的方法，还包括从所述同步状态进入所述同步状态机的重新同步状态。

30.根据权利要求29所述的方法，还包括当物理同步序列(PSync)模式匹配或SFC验证失败时，从所述同步状态进入所述重新同步状态。

31.根据权利要求29所述的方法，还包括当PSync模式匹配和SFC验证成功时，从所述重新同步状态返回到所述同步状态。

32.根据权利要求29所述的方法，还包括保持处于所述重新同步状态，达物理同步序列(PSync)模式匹配和SFC验证的至多(M–2)次连续失败。

33.根据权利要求29所述的方法，还包括当物理同步序列(PSync)模式匹配或SFC验证失败(M–1)次时，从所述重新同步状态返回到所述同步状态机的搜寻状态。

34.根据权利要求33所述的方法，其中，M≥2。

35.根据权利要求29所述的方法，还包括当物理同步序列(PSync)模式匹配和SFC验证成功时，从所述重新同步状态返回到所述同步状态。

36.根据权利要求1所述的方法，其中，所述码字还包括DS物理同步块(PSBd)，并且其中，所述PSBd包含物理同步序列(PSync)字段和所述SFC字段。

37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述PSBd没有被加扰。

38.根据权利要求36所述的方法，其中，在所述码字内，仅所述PSync字段没有被加扰。

39.根据权利要求1所述的方法，其中，在对所述码字进行解码之前，所述方法还包括使用解扰器对所述码字进行解扰。

40.根据权利要求39所述的方法，还包括使用加扰多项式x⁵⁸+x³⁹+1对所述码字进行解扰。

41.根据权利要求39所述的方法，还包括使用基于所述SFC字段的可变起始比特序列对所述码字进行解扰。

42.根据权利要求41所述的方法，其中，所述可变起始比特序列是[1 1 1 1 1 1 1SFC]，并且其中，“SFC”表示所述SFC字段的比特。

43.根据权利要求39所述的方法，还包括使用基于固定比特模式的固定起始序列对所述码字进行解扰。

44.根据权利要求43所述的方法，其中，所述固定起始比特序列为58个“1”比特。

45.根据权利要求1所述的方法，其中，在对所述码字进行解码之后，所述方法还包括使用解扰器对所述有效载荷进行解扰。

46.根据权利要求45所述的方法，还包括使用加扰多项式x⁵⁸+x³⁹+1对所述有效载荷进行解扰。

47.根据权利要求45所述的方法，其中，所述解扰器基于数据的自加扰。

48.根据权利要求45所述的方法，其中，所述解扰器基于使用以固定起始比特序列起始的已知比特模式进行加扰。

49.根据权利要求48所述的方法，其中，所述固定起始比特序列为58个“1”比特。

50.根据权利要求45所述的方法，其中，所述解扰器基于使用具有可变起始比特序列的已知比特模式进行加扰，所述可变起始比特序列包含所述解码后的SFC字段。

51.根据权利要求50所述的方法，其中，所述可变起始比特序列是[1 1 1 1 1 1 1SFC]，并且其中，“SFC”表示所述解码后的SFC字段的比特。

52.根据权利要求50所述的方法，其中，所述可变起始比特序列是[1 0 1 0 1 0 1SFC]，并且其中，“SFC”表示所述解码后的SFC字段的比特。

53.根据权利要求1所述的方法，其中，所述PON是支持50千兆比特的PON(50G-PON)。

54.一种光网络单元(ONU)，包括：

存储器，用于存储指令；

处理器，与所述存储器耦合，并且用于执行所述指令，以执行根据权利要求1至53中任一项所述的方法。

55.一种计算机程序产品，包括存储在非瞬时性介质中的计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由处理器执行时，使光网络单元(ONU)执行根据权利要求1至53中任一项所述的方法。