JP2012525771A - 連続する同一ディジットの低減のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

受動光ネットワークなどのデータ伝送ネットワークでは、連続する同一ディジット（ＣＩＤ）の処理要件が、伝送ストリームでのＣＩＤの数をモニタするＣＩＤモニタリングモジュールを、送信機端部に設けることにより低減され得る。ＣＩＤの数が、しきい値を超える場合は、誤り発生モジュールが、ＣＩＤをしきい値未満に低減するために、伝送ストリームに誤りを誘発する。次いで、修正された伝送ストリームが、受信機に伝送され得るとともに、受信機では、クロックリカバリが、改善された安定性で実行されることが可能になる。クロックリカバリが実現されると、受信機は、送信機端部で誘発された誤りを訂正するために、伝送ストリームを処理することができる。

Description

本出願は、参照により本明細書にその内容全体が組み込まれている、２００９年４月２８日に出願した米国仮特許出願第６１／２１４，７８０号の優先権を主張するものである。

本開示は、以下のものに限らないが、光ネットワーク、電気的インターフェース等を含む、データ伝送システムでの連続する同一ディジット（ＣＩＤ）の要件を低減するためのシステムおよび方法に関する。

受動光ネットワーク（ＰＯＮ）などの光ネットワークは、企業および住宅の顧客に対して、ある範囲のブロードバンドサービスおよびナローバンドサービスを提供可能であるフレキシブルなアクセスネットワークである。基礎となる機器は、ネットワークオペレータにとって、オペレータの中央局（ＣＯ）と顧客宅（ＣＰ）との間に、何らかのアクティブ機器または電源を必要としないので、比較的安価であると考えられている。図１のＰＯＮ１０に示されるように、ダウンストリームのＰＯＮのトラフィックは、ＣＯ内にある光回線終端装置（ＯＬＴ）１２から、光スプリッタ１４を介して、ＣＰ内にあるいくつかの光ネットワーク端末（ＯＮＴ）１６（または、図示されない、光ネットワークユニット（ＯＮＵ））に向けられるものである。

現在の（ＧＰＯＮと呼ばれる）ギガビットＰＯＮシステムは、デジタル伝送内の連続する１または０の数が過剰になる可能性を低減するために、スクランブル技術を利用する。これは、デジタル信号に対してロックされる受信機のクロックリカバリ機構を維持するために必要である。この規格は、受信機が、最高７２個の連続する同一ディジット（ＣＩＤ）を許容することを必要とする。ＧＰＯＮシステムのアップストリーム伝送は、バーストモードで動作し、それは、伝送の開始での高速のロッキング、および、バーストの残りに対して９６のＣＩＤを許容する能力を必要とする。バーストの開始は、これを受け入れるために、ＣＩＤ＝１のプリアンブルを含む。バーストモードの受信機は、連続モードの受信機と比較して、より複雑であり、より高価であり、利用可能性がより低い。

１つのオプションは、８Ｂ１０Ｂまたは９Ｂ１０Ｂの回線符号化技術を利用することである。これらの技術は、伝送でさらなるビット（帯域幅）を必要とする。９Ｂ１０Ｂ符号化の場合では、伝送媒体の帯域幅が１０パーセント犠牲になる。次世代の１０ギガビットの受動光ネットワーク（Ｘ−ＧＰＯＮ１）に関する提案の１つは、９Ｂ１０Ｂ符号化を使用する。９Ｂ１０Ｂで符号化されるべき信号は、順方向誤り訂正（ＦＥＣ）符号化を受ける。９Ｂ１０Ｂ符号化およびＦＥＣ符号化の複合的なオーバーヘッドは、２５％である。この提案はさらに、新しい伝送コンバージェンス（ＴＣ）層の規格を必要とする。

改善されたＣＩＤの処理のためのシステムおよび方法が望まれている。

本開示の一態様では、データ伝送ネットワーク上で伝送するための方法であって、伝送ストリームが、しきい値を超える数の連続する同一ディジットを含むかどうかを判定するために、伝送ストリームを伝送端部で解析するステップを含む方法が提供される。しきい値を超える数の連続する同一ディジットを含む伝送ストリームに対しては、連続する同一ディジットの数をしきい値未満に低減する誤りが、伝送ストリームに生成される。次いで、生成された誤りを含む伝送ストリームが、伝送される。

本開示の一態様では、伝送ストリームを、データ伝送ネットワークの受信機構成要素に伝送するように構成されている、データ伝送ネットワークの送信機構成要素が提供される。送信機構成要素は、伝送ストリームがしきい値を超える数の連続する同一ディジットを含むかどうかを判定するために、伝送ストリームをモニタするように構成された連続する同一ディジットモニタと、しきい値を超える数の連続する同一ディジットを有する伝送ストリームを修正し、連続する同一ディジットの数をしきい値未満に低減するように構成された誤り発生器と、修正された伝送ストリームを受信機に伝送するように構成された送信機とを備える。

本開示の一態様では、誘発された誤りを含む、データ伝送ネットワークの伝送構成要素からの伝送ストリームを受信し、誘発された誤りを訂正するために、受信された伝送ストリームを処理するように構成されている、データ伝送ネットワークの受信機構成要素が提供される。

次に、単に例示の目的で、特定の実施形態に、および添付図面に対する参照が行われる。

受動光ネットワークの構成を図示する図である。 図１の受動光ネットワーク上で伝送するための処理を図示する図である。 図２の処理のための、一実施形態での送信機構成要素および受信機構成要素を図示する図である。 一実施形態での、ＣＩＤ低減の誤りを誘発する前および後の伝送ストリームを図示する図である。 図２の処理のための、代替の実施形態での送信機構成要素および受信機構成要素を図示する図である。 代替の実施形態での、ＣＩＤ低減の誤りを誘発する前および後の伝送ストリームを図示する図である。 ２５５バイトコードワードでのＣＩＤ出現の平均数を図示する図である。

図１のＰＯＮ１０などの、データ伝送ネットワーク上で伝送するための方法が、図２のフローチャート１００に図示される。ステップ１０１では、ネットワークの伝送端部、すなわち、ＯＬＴ１２またはＯＮＴ１６からの伝送のための伝送ストリームは、その伝送ストリームが、しきい値を超える数の連続する同一ディジットを含むかどうかを判定するために解析される。しきい値を超える数の連続する同一ディジットを含む伝送ストリームに対しては、連続する同一ディジットの数をしきい値未満に低減する誤りが、伝送ストリームに生成される（ステップ１０２）。次いで、生成された誤りを含む伝送ストリームが、ＰＯＮの受信機構成要素に伝送される（ステップ１０３）。

図３では、改善されたＣＩＤ性能をもたらすように修正され得る、ＧＰＯＮの送信機および受信機の構成要素の例が示される。上述の処理は、ダウンストリーム伝送に対して実施されることが可能であり、その場合には、送信機がＯＬＴ１２内にあることになり、受信機がＯＮＴ１６内にあることになるが、そうでなければ、アップストリーム通信に対して実施されることが可能であり、その場合には、送信機がＯＮＴ１６内にあり、受信機がＯＬＴ１２内にある。どちらの実施形態でも、送信機端部３０でのＦＥＣエンコーダ３１が、例えば（２５５、２３９）リードソロモン（ＲＳ）符号を使用して、伝送ストリームを符号化する。次いで、伝送ストリームは、スクランブラ３２によりスクランブルされる。次いで、シリアライザおよび光送信機３４が、ネットワーク３５を渡って、例えばＯＬＴからＯＮＴへ、またはその逆に、伝送ストリームを伝送する。伝送の間に、回線誤りが伝送ストリームに出現する可能性がある。受信機端部３６では、光受信機およびデシリアライザ３６が、伝送ストリームを受信し、スクランブル解除のために、ストリームをフレーミングおよびスクランブル解除ユニット３８に渡す。ＦＥＣデコーダ３９は、出現した何らかの回線誤りを訂正するために、復号化スキームを適用する。

通常の伝送端部システムの修正において、図３に複合モジュール３３で示されるＣＩＤモニタリングモジュールおよび誤り発生モジュールを追加することができ、これは許容レベルまたはしきい値レベルを超える、伝送ストリーム内の連続する１または０を回避する働きをする。ＣＩＤモニタおよび誤り発生モジュール３３は、ＦＥＣ符号化およびスクランブルの後の伝送ストリーム４１をモニタする。モジュール３３が、所定のしきい値を超えるＣＩＤを検出した場合、送信機は、ＣＩＤを制限するビット誤りを生成する。例示的なバイトストリームＡ ４１が、図４に示される。バイトストリーム４１は、バイトストリーム４１の各段階での連続する１の計数４２とともに示される。バイトストリーム４１は、１６進数値ＦＦを有する５つの連続するバイトのシーケンス４４を含む（各ＦＦ値は、そのバイトに関して、８つの連続する１のビットシーケンスに対応する）ことが留意されよう。図４の例では、ＣＩＤモニタリングモジュール３３は、２０を超える連続する１または０の場合に関してモニタし、最大２０のＣＩＤの基準を満たすように、最後の違反になるバイトの奇数ビットに誤りを加える。バイトストリーム４１内のバイト４３では、連続する１の計数が、２６に達している。ＣＩＤモニタリングモジュール３３は、この値が、認められるしきい値を超えているとして検出し、その結果、奇数ビットを反転させる（バイト値ＡＡを生じさせる）ことにより、バイト４３のビットパターンを変更する。ＣＩＤモニタリングおよび誤り発生モジュール３３の出力は、対応する連続する１の計数４７を有するバイトストリームＢ ４６としてに示されている。出力バイト４８は、入力バイト４３に対応し、１および０の交互のパターンに対応する１６進数値ＡＡを有しているところが示される。この誘発された誤りが、連続する１の計数をリセットし、その結果、このバイトのシーケンスでの連続する１（または０）の数は、所定のしきい値の２０を決して超えない。同様に、入力バイトストリーム４１内のバイト４５は、出力バイトストリーム４６では、バイト４９に訂正され得る。

受信機端部３６（図３）では、伝送媒体によりもたらされる誤りを訂正するＦＥＣデコーダ３９の機構はさらに、送信機により生成かつ誘発されたビット誤りを訂正する。ＲＳ（２５５、２３９）を用いると、１コードワード当たり最高８バイトが訂正され得る。デコーダは、回線誤りか、ＣＩＤの誘発された誤りかの違いが分からないので、ＦＥＣデコーダ３９が回線誤りを訂正する能力は、この場合は、２つのＣＩＤの誤りの起こされたバイトにより低減されている。誤り訂正の前および後で、ビットストリームを比較することにより、受信機は、真の回線誤りと、人工的に挿入された誤りとの間の違いを調整する。受信機は、送信機が誤りを挿入するために使用しているＣＩＤしきい値を知っているであろう。回線誤りと誘発された誤りとの間の違いを調整する１つの方法は、デコーダの出力から、誤りの起こされた信号を再現し、それをデコーダの入力と比較することであり、その違いが、回線誤りである。

図５に図示される代替の実施形態では、受信機端部３６は、フレーミング５３の後、およびデスクランブラ３８の前に、ＣＩＤ誤り検出器およびＣＩＤ誤り除去モジュール５１を伴って構成される。ＣＩＤ誤りモニタリングおよび挿入モジュール３３は、所定のレベルより多い連続する１または連続する０を含むことが知られている、決まったバイトシーケンスを検出するように構成される場合がある。例えば、図６に示されるように、図５の誤り挿入モジュール３３は、入力バイトストリームＣ ６１でＦＦ、ＦＦ、ＦＦのバイトシーケンス６４を検出し、それを、出力バイトストリームＤ ６６で、バイトシーケンスＦＦ、ＦＦ、ＡＡ ６５で置換するように構成される場合がある。図５内の受信機端部３６でのＣＩＤ誤り検出器および誤り除去モジュール５１は、知られている誘発された誤りを表す、受信されるバイトストリームでのＦＦ、ＦＦ、ＡＡのバイトシーケンスを検出し、そのようなバイトシーケンスを、ＦＦ、ＦＦ、ＦＦのバイトの、知られている元のバイトシーケンスで置換するように構成される場合があり、それによって、挿入される誤りを訂正する。ＦＦ、ＦＦ、ＡＡのシーケンスは、誘発された誤りではない可能性があるので、ＣＩＤ誤り除去が形成するＦＦ、ＦＦ、ＦＦは、ＦＥＣデコーダにより修復されることになり、それによって、コードワードに対する訂正性能を低減する。ＦＥＣデコーダの入力を出力と比較することにより、当業者であれば、ＣＩＤ訂正器により誘発される誤りと真の回線誤りとを区別する方法を理解することができる。

当業者は、他のバイトシーケンスが、連続する１または０の許される数に応じて、検出かつ置換され得ることを容易に認識するであろう。例えば、前のＣＩＤシーケンスが置換された後に残され、２０のＣＩＤの計数を生じさせるＡＡ、ＦＦ、ＦＦ、ＦＣのシーケンスもまた、例えば、ＣＩＤの最大限が２０未満の何らかの値に設定されている場合、修正され得る。さらに、当業者は、本明細書で説明される連続する１の例に対して、等価な連続する０の例を容易に認識するであろう。

連続する同一ディジットの許される数は、システムの要件およびＦＥＣの符号化／復号化の性能に従って構成され得る。図７は、２５５バイトコードワードでのＣＩＤ発生の平均数を示す。一実施形態では、ＣＩＤの許される数は、５０未満である場合があり、または、３２以下に設定される場合がある。洗練された実施形態では、上述のように、ＣＩＤの許される数は、２０である場合がある。本発明者による予備テストは、伝送媒体の誤りについての誤り訂正能力の低下をほとんど伴わずに、受信機のＣＩＤの要件が、７２ビットから１６ビットに低減され得ることを示した。図７は、誘発された誤りおよびそれに続く訂正を必要とするビットパターンの発生率が、約１４未満のＣＩＤの値に対してかなり増大することを示す。受信機端部での、導入された誤りの誤り訂正のより大きな程度は、回線誤り訂正を犠牲にして出現する。本明細書で提供される数は、有用なＣＩＤの限度に関する何らかの指針を提供する場合がある一方で、他の限度が、当業者によりもたらされる場合がある。具体的には、ＧＰＯＮの規格により規定されないネットワークでは、より適切なＣＩＤの限度が設定される場合がある。

非光ネットワークの実施形態の例では、データ伝送ネットワークは、例えばシリアルインターフェース上で８Ｂ１０ＢおよびＦＥＣを使用する、ディスクドライブインターフェースに基づく場合がある。スクランブル、ＦＥＣを使用し、上述のＣＩＤ検出の原理を適用することにより、より広い帯域幅が、インターフェース上で得られ得る。この例では、許されるＣＩＤの数は、ネットワークに応じたレベルに設定される場合があり、ＧＰＯＮネットワークに関して上記で指定された数とはかなり異なる場合がある。

本発明の実施形態は、添付図面に図示され、前述の説明で説明されたが、本発明は、開示された実施形態には限定されず、後続の特許請求の範囲により説明かつ定義されるような、本発明の趣旨から逸脱することなく、多数の再構成、修正、および交替が可能であることが理解されよう。例えば、本発明の性能は、ブロック、モジュール、プロセッサもしくはメモリの１つまたは複数により、完全に、および／または部分的に実行され得る。さらに、これらの性能は、本方法で、または分散型の方法で、情報を提供および／もしくは受信することができる任意のデバイス上で、またはそのデバイスを介して実行され得る。さらに、特別の方法で示されているが、様々なモジュールまたはブロックは、本発明の範囲から逸脱することなく、再配置され得る。その上さらに、特別の方法で示されているが、本発明を実現するために、本発明にさらなる知られている機能を与えるために、ならびに／または、本発明をより効率的に、もしくは効果的にするために、より多い、またはより少ない数のモジュールおよび接続部が、本発明に関して利用され得る。さらに、様々なモジュール間で送出される情報は、データネットワーク、インターネット、インターネットプロトコルネットワーク、無線電源、および有線電源の少なくとも１つを介して、ならびに、複数のプロトコルを介して、モジュール間で送出され得る。

Claims (10)

1. 伝送ストリームを、データ伝送ネットワークの少なくとも１つの受信機構成要素に送信するように構成されている、データ伝送ネットワークの送信機構成要素であって、
   伝送ストリームがしきい値を超える数の連続する同一ディジットを含むかどうかを判定するために、伝送ストリームをモニタするように構成された連続する同一ディジットモニタと、
   しきい値を超える数の連続する同一ディジットを有する伝送ストリームを修正し、連続する同一ディジットの数をしきい値未満に低減するように構成された誤り発生器と、
   修正された伝送ストリームを少なくとも１つの受信機構成要素に伝送するように構成された送信機と
   を備える、送信機構成要素。
2. 順方向誤り訂正符号化スキームを伝送ストリームに適用するように構成された順方向誤り訂正エンコーダを備える、請求項１に記載の送信機構成要素。
3. 順方向誤り訂正符号化スキームが、伝送ストリームが連続する同一ディジットモニタに渡される前に、伝送ストリームに適用される、請求項２に記載の送信機構成要素。
4. 連続する同一ディジットモニタが、伝送ストリームでの連続する同一ディジットの数を計数するように構成されている、請求項１に記載の送信機構成要素。
5. 誤り発生器が、伝送ストリームのバイトのビットパターンを修正するように構成されている、請求項１に記載の送信機構成要素。
6. 誤り発生器が、連続する同一ディジットの数がしきい値を超える伝送ストリームのバイトのビットパターンを修正するように構成されている、請求項５に記載の送信機構成要素。
7. 連続する同一ディジットモニタが、バイトパターンを検出するように構成されている、請求項１に記載の送信機構成要素。
8. 連続する同一ディジットモニタが、しきい値を超える数の連続する同一ディジットを有するバイトパターンを検出するように構成されている、請求項７に記載の送信機構成要素。
9. 誤り発生器が、検出されるバイトパターンを置換するように構成されている、請求項７に記載の送信機構成要素。
10. 誤り発生器が、検出されるバイトパターンを、代替のバイトパターンと置換するように構成されている、請求項９に記載の送信機構成要素。

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