CN1933368B - 用于操作无源光网络的方法、光线路终端和传输帧结构 - Google Patents

Abstract

一种用于操作无源光网络的方法，该无源光网络以至少两种信令模式将排列在通用传输帧中的数据子帧从光线路终端传输到多个光网络单元，该方法包括步骤：将以第一信令模式进行传输的第一数据子帧排列在以第二信令模式进行传输的第二数据子帧之前，其中第一信令模式要求光网络单元的较低规范，第二信令模式要求光网络单元的较高规范。本发明还被实现为一种包括用于执行该方法的装置的光线路终端，一种配备这种光线路终端的无源光网络，以及一种相应的传输帧结构。

Description

用于操作无源光网络的方法、光线路终端和传输帧结构

技术领域

本发明涉及：一种用于操作无源光网络的方法，该无源光网络以至少两种信令模式将排列在通用传输帧中的数据子帧从光线路终端传输到多个光网络单元；一种具有用于执行该方法的装置的光线路终端；以及一种相应的传输帧结构。

背景技术

具有生成多级信令模式(例如下行的2级模式和4级模式)方案的动态多级脉冲幅度调制(PAM)的无源光网络(PON)基本上以1244或2488兆符号每秒(MSps)的符号率连续地进行传输，并且在用于/来自每个光网络单元(ONU)的子帧(或分组，分别地)中动态地切换信令模式。这种PON通常具有“点到多点”的结构(树结构)，具有作为中心站的光线路终端(OLT)和下游的多个(常常是几十到几千)光网络单元(ONU)，ONU可以代表例如经由光纤线路连接到OLT的用户站。

通过执行具有增大的级别数(例如8级等)的新信令模式可以提高这种PON的性能。尽管可以以相对小的努力给作为中心站的OLT配备用于生成具有更多级的信号的适当装置，但是由于PON中的ONU的数量过多，替换所有的非规定用于处理较高级信号的接收机(下文中称为“传统接收机”)将引起极大的费用。尽管在下行中引入突发模式可能是一种变通方法，但是如果希望维持连续操作，则必须以向下兼容的方式来执行增加具有增大的级别数的新信令模式，即传输信号必须包含可由传统接收机进行处理的信号段和传统接收机必须能够容忍的较高级的段，传统接收机不能由于那些较高级段的可变长度而丢失同步。

在关键的下行路径中，这种多级段将仍包含足够的信号状态转换以使传统ONU的时钟数据恢复(CDR)保持锁定。平均的转换幅度确实是减少了，但是仍足以维持CDR锁定，并且甚至会以减小的概率出现全摆动转换。即使对于“传统”ONU并非所有的数据段都是可读的，但是保持在锁定状态的CDR允许对传输会聚(TC)层中的帧进行前进中的比特计算和导航。

典型的TC层传输帧常常具有预定的恒定长度，并且包括一个头(下行物理控制块(PCBd))和若干串联的具有可变长度的GEM(千兆PON封装方法)子帧(在下文中称为GEM帧)。为了保证不仅在物理媒体相关(PHY)层(例如CDR)中而且在TC层中的连续同步，必须将整个下行物理控制块严格地作为2级段进行传输。对于连续的GEM帧的传输，根据现有技术已知有下述方法。

GEM帧头总是以2级格式进行传输，以便GEM头对于“传统”ONU也是可读的。因此，同步、HEC(信头误码控制)、端口ID(标识)和长度指示符对于所有的ONU都是可读的，即对于那些具有最低规范的ONU(仅2级的ONU)也是可读的，那些ONU可以有条件地丢弃并非指定给它们的GEM帧。该方法存在缺点：信令模式(PAM模式)必须在GEM头与GEM有效载荷段之间频繁地进行切换。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于操作无源光网络的方法、一种光线路终端、一种无源光网络以及一种传输帧结构，它们都能够在相比现有技术进行较少的信令模式切换的情况下使得老式的ONU容忍以其没有规定使用的信令模式传输的数据子帧。

该目的通过如上所述的方法来实现，该方法包括步骤：将以第一信令模式进行传输的第一数据子帧排列在以第二信令模式进行传输的第二数据子帧之前，其中第一信令模式要求光网络单元的较低规范，第二信令模式要求光网络单元的较高规范。

以这种方式，能够以由接受方ONU和链路的容量规定的模式来完整地传输数据子帧，特别是GEM帧格式(包括GEM帧头)的数据子帧。由于GEM帧具有可变的长度，困难在于所有ONU的TC层需要关于后续GEM帧的开始的信息。根据G.984标准，有效载荷长度指示符(PLI)被用作GEM头中的指针值，指示后续GEM帧的开始。如果以个别ONU没有规定使用的多级模式传输该信息，则结果是该特定ONU的同步丢失(TC层)。这仅当例如2级数据子帧跟着4级数据子帧的情况下会成为问题，原因是规定为仅读取2级数据的ONU可能在4级子帧之后丢失同步并且因此不能处理后续的没有前导码信号的2级子帧。因此，在本发明方法中，数据子帧根据其信令级(2级，4级，8级)进行分类，并且以这样的方式进行串联，即在传输帧内较低级信令模式的数据子帧不能跟着具有较高级信令模式的数据子帧。因此，较早部署的接收机可以忽略下行的较高级信号段，而不会丢失TC层上的同步。不必花费任何开销来对那些不理解较高级信号段的远程哑接收机进行重新同步。在该方式中不需要下行的前导码，并且可以因此省略其开销。同样，避免了信令模式之间的过多的来回切换。

在一个高度优选的变型中，将通用传输帧选择为具有预定的帧长度。由于恒定的帧长度，“丢失的”接收机能够立即重新同步到后续的TC层传输帧(又称为TC帧)，即传统ONU能够在下一个TC帧的开始处(可以用例如在前一TC帧开始之后的19440或38880字节相当于155520或311040比特的间隔期来预测)立即重新捕获TC层和GEM的同步。该变型特别地适合于针对千兆PON的ITU-T标准，该标准定义了恒定的TC帧长度，并且得到保留的多级概念的符号率的支持。作为替代，在因特网PON(EPON)中可能使用具有可变帧长度的传输帧，在该情况下传输帧之间的重新同步需要使用下行的前导码或适当的编码。

在一个优选的变型中，还包括步骤：以恒定符号率将至少一个传输帧从光线路终端传输到光网络单元，并且以相应的信令模式完整地传输每个数据子帧。以恒定长度和比特率连续地传输TC帧，使得CDR比较简单，因为到达ONU的连续TC帧之间的时间间隔是相等的(例如125μs)。此外，因为所有的多级GEM段被合并而且联合排列到上述TC帧的末端，所以还可以允许以多级格式来传输GEM头。

在一个高度优选的变型中，通过脉冲幅度调制的级别数来定义信令模式，其中级别代表所传输的符号被映射到的幅度值的数量。例如，4级PAM每次采用两个比特，并且将信号幅度映射到四个可能的级别之一。

本发明还被实现为一种可操作用于以至少两种信令模式将排列在通用传输帧中的数据子帧传输到多个光网络单元的光线路终端，其包括：传输帧生成装置，其用于通过将以第一信令模式进行传输的第一数据子帧排列在以第二信令模式进行传输的第二数据子帧之前来生成传输帧，其中第一信令模式要求所述光网络单元的较低规范，第二信令模式要求所述光网络单元的较高规范。这种光线路终端优选地还包括切换装置，其用于当传输数据子帧时动态地切换信令模式。以这种方式，能够以由接受方ONU和链路的容量规定的信令模式(2级，4级等)来完整地传输每个数据子帧。

一种无源光网络，其包括如上所述的光线路终端和经由光纤链路连接到光线路终端的多个光网络单元，因此可以实现具有对规定仅用于处理具有较低级信令模式的数据的ONU的向下兼容性的多级信令。

本发明还被实现为一种用于无源光网络的传输帧结构，其包括：多个数据子帧，每个数据子帧以至少两种信令模式之一进行传输，其中将以第一信令模式进行传输的第一数据子帧排列在以第二信令模式进行传输的第二数据子帧之前，其中第一信令模式要求所述无源光网络的光网络单元的较低规范，第二信令模式要求所述无源光网络的光网络单元的较高规范。优选地，该传输帧结构还包括以要求光网络单元的最低规范/能力的信令模式进行传输的头结构。根据该概念，通过GEM分区中的附加的“2级”/“m级”簇结构扩展了具有头/GEM分区的TC帧的当前的通用结构，保留了对传统ONU的向下兼容性。

在一个高度优选的实施例中，头结构包含信号复杂度图，其指示传输帧结构中需要切换信令模式的位置。以这种方式，那些能够处理较高信令模式的子帧的ONU可以预见切换，并且相应地准备它们的处理设备。

根据说明和附图，可以提取另外的优点。上文和下文提到的特征可以根据本发明单独地或者以任意的组合共同地进行使用。所述实施例不应该理解为穷尽的枚举，而是具有用于描述本发明的示例性特性。

附图说明

在附图中示出了本发明。

图1示出了根据本发明的无源光网络的实施例的示意图，以及

图2示出了根据本发明的两个连续的传输帧结构，每个传输帧结构都具有多个数据子帧。

具体实施方式

图1示出了具有光线路终端(OLT)2的无源光网络(PON)1的示意图，其中光线路终端(OLT)2直接连接到1×N无源光分布网络(ODN)9，光分布网络(ODN)9自身经由相应的光纤线路4.1-4.7连接到多个光网络单元(ONU)3.1-3.7，因此构成了一个具有“点到多点”结构的PON 1的分布拓扑。PON 1使用混合模式的数据传输，从而以连续信令的格式传输下行(例如从OLT 2到ONU 3.1-3.7)数据，而以突发模式的格式传输上行(从ONU 3.1-3.7到OLT 2)数据。诸如PON 1之类的千兆每秒的PON已经被标准化为包括执行例如时钟数据恢复(CDR)的物理媒体相关层(PHY)和定义用于待传输数据的帧和子帧结构的传输会聚(TC)层，下面的讨论集中在后者上。

OLT 2支持三种信令模式，即脉冲幅度调制(PAM)的2级、4级和8级信令模式。OLT 2还包括用于当必要时在信令模式之间进行动态切换的切换装置8，因此可以根据规定的信令模式来传输每个数据段。

第一ONU 3.1和第二ONU 3.2被规定为仅以2级模式处理数据，第三ONU 3.3和第四ONU 3.4被规定为以2级和4级模式处理数据，而剩余的ONU 3.5-3.7能够以所有的三种信令模式处理信号。ONT 1将同一信号传输给所有的ONU 3.1-3.7，每个ONU选择指定给其的那部分信号(数据子帧7.1-7.7，以下将结合图2对其进行详细描述)。因为并非所有的ONU 3.1-3.7都能够处理由OLT 1以要求较高规范的模式(例如8级模式)传输的那些子帧，所以必须保证这些ONU 3.1、3.2不会由于子帧的可变长度而丢失同步性。换言之，OLT 2的传输形式必须选择为向下兼容的方式，允许具有较低规范的ONU 3.1-3.4接收和处理指定给它们的所有的数据子帧。

为了生成这样的传输，OLT 2具有传输帧生成装置5，生成具有恒定长度L_T的传输帧结构的串联(在下面也称为TC帧)，其中的两个6.1、6.2示出在图2中。因为PON 1是根据ITU-T标准构造的，其在下行传输中具有恒定的符号率(比特率)，从而每个传输帧6.1、6.2都以恒定的持续时间(125μs)进行传输。因此，每个ONU 3.1-3.7能够同步到例如第二传输帧6.2的开始，原因是其可以用在前一传输帧6.1开始之后的典型地19440或38880字节相当于155520或311040比特的持续时间的长度来预测。因为所有的ONU 3.1-3.7都能够同步于传输帧6.1、6.2的级别上，所以剩下的有待解决的问题在于：生成传输帧6.1、6.2的子帧结构，使得保证每个ONU 3.1-3.7都能够读取和处理传输帧6.1中指定给其的所有的数据子帧7.1-7.8。

在该情况中的数据子帧7.1-7.8是GEM(GPON封装格式)帧(包括GEM帧头)，其以由接收者ONU和链路的容量规定的模式完整地进行传输。此处的困难在于：出于同步目的，所有ONU的TC层必须知道包括在GEM头中的PLI指针值，该PLI指针值指向后续GEM帧的开始。如果该指针是以多级模式传输的，则结果是对于不满足用于读取较高信号格式所需规范的“传统”ONU会丢失同步(在TC层)。这仅当例如在TC帧结束之前2级段跟着4级段的情况下会成为问题。

因此，如图2中所示的传输帧6.1具有避免上述问题的结构。该结构以又称为下行物理控制块(PCBd)的头7开始，该PCBd严格地以2级信令模式进行传输，以确保不仅在物理层(用于CDR)中而且在TC层中的连续同步。头7后面跟着第一数据子帧7.1-7.3，第一数据子帧7.1-7.3以要求所有ONU 3.1-3.7都满足的最低规范的第一(2级)信令模式2L进行传输。第一数据子帧7.1-7.3被排列在第二数据子帧7.4-7.6之前，第二数据子帧7.4-7.6以要求仅ONU 3.3-3.7满足的较高规范/能力的第二(4级)信令模式4L进行传输，其后跟着第三数据子帧7.7、7.8，第三数据子帧7.7、7.8以要求仅ONU 3.5-3.7满足的最高规范的第三(8级)信令模式8L进行传输。所有的数据子帧7.1-7.8包括GEM头中的表示子帧长度的指针值，正常情况下各子帧的子帧长度是不同的，出于简化的目的，在图2中仅表示了第一数据子帧7.1的子帧长度L_G.无需赘言，尽管PON 1仅可以以三种信令模式进行操作，上述概念还可以应用于可以以不同数目的(例如，2或4)信令模式进行操作的PON。

通过首先根据数据子帧的信令级别(例如2级、4级、8级)对数据子帧进行分类以及给传输帧6.1提供上述结构，保证了没有任何具有较低(例如，2级)信令模式的数据子帧会跟在具有较高(例如，分别是4级、8级)信令模式的数据子帧之后。通过这种子帧顺序，即使当例如ONU 3.1和3.2因为其不能处理第二数据子帧7.4-7.6而丢失子帧同步时，也没有任何另外的指定给ONU 3.1和3.2的数据子帧出现在剩余的第一传输帧6.1中，因此不会丢失任何数据子帧。ONU 3.1和3.2在第二传输帧6.2的开始处立即回到同步状态，其中第二传输帧6.2具有与第一传输帧6.1相同的第一、第二和第三数据子帧的顺序，只是其中少数子帧具有较大子帧长度。

因此，如图2中所示的传输帧结构6.1、6.2通过进一步分段到编译同等信号复杂度的信号的级别段而与现有技术的TC帧不同。此外，头7可以包含信号复杂度图(未示出)，其指示传输帧6.1中需要切换信令模式的位置，例如在子帧7.3与7.4之间，因此允许给予那些能够执行切换的ONU 3.1-3.7足够的准备时间。

通过附加的2级/m级簇结构扩展了具有头和GEM分区的标准通用结构，保留了对较旧的ONU的向下兼容性。通过使用上述传输帧结构，能够允许以多级格式传输完整的数据子帧(包括包含表示子帧长度的PLI值的GEM头)，从而可以避免以2级格式传输4级或8级子帧的GEM头导致较高级别的PAM模式之间的切换。同样，在这种方法中不需要下行前导码，并且可以因此省略其开销。

显然，本发明不局限于上述的GPON，而是可以同样有利地应用在具有不同标准的其他无源光网络中，诸如BPON(宽带无源光网络)，以及应用于不具有恒定传输帧长度L_T的标准，诸如EPON(以太无源光网络)。

Claims (9)

1.一种用于操作无源光网络(1)的方法，所述无源光网络(1)以至少两种多级信令模式(2L、4L、8L)将排列在通用传输帧(6.1、6.2)中的可变帧长度的数据子帧(7.1-7.8)从光线路终端(2)传输到多个光网络单元(3.1-3.7)，

所述方法的特征在于步骤：

将以第一多级信令模式(2L)进行传输的第一数据子帧(7.1-7.3)排列在以第二多级信令模式(4L)进行传输的第二数据子帧(7.4-7.6)之前，其中所述第一多级信令模式(2L)要求所述光网络单元(3.1-3.7)的较低信令级别，所述第二多级信令模式(4L)要求所述光网络单元(3.1-3.7)的较高信令级别。

2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述通用传输帧(6.1、6.2)选择为具有预定的帧长度(L_T)。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括步骤：以恒定符号率将至少一个传输帧(6.1、6.2)从所述光线路终端(2)传输到所述光网络单元(3.1-3.7)，并且以相应的多级信令模式(2L、4L、8L)完整地传输每个数据子帧(7.1-7.8)。

4.根据权利要求1所述的方法，其中通过脉冲幅度调制的级别数来定义所述多级信令模式(2L、4L、8L)。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述通用传输帧(6.1、6.2)还包括以多级信令模式(2L)进行传输的头结构(7)，所述多级信令模式(2L)要求所述光网络单元(3.1-3.7)的最低信令级别。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述头结构(7)包含指示所述传输帧结构(6.1、6.2)中需要切换所述多级信令模式(2L、4L、8L)的位置的信号复杂度图。

7.一种可操作用于以至少两种多级信令模式将排列在通用传输帧(6.1、6.2)中的可变帧长度的数据子帧(7.1-7.8)传输到多个光网络单元(3.1-3.7)的光线路终端(2)，其特征在于：

传输帧生成装置(5)，其用于通过将以第一多级信令模式(2L)进行传输的第一数据子帧(7.1-7.3)排列在以第二多级信令模式(4L)进行传输的第二数据子帧(7.4-7.6)之前来生成传输帧(6.1)，其中所述第一多级信令模式(2L)要求所述光网络单元(3.1-3.7)的较低信令级别，所述第二多级信令模式(4L)要求所述光网络单元(3.1-3.7)的较高信令级别。

8.根据权利要求7所述的光线路终端(2)，还包括切换装置(8)，其用于当传输所述数据子帧(7.1-7.8)时动态地切换所述多级信令模式(2L、4L、8L)。

9.一种无源光网络(1)，其包括根据权利要求7所述的光线路终端(2)和经由光纤链路(4.1-4.7)连接到所述光线路终端(2)的多个光网络单元(3.1-3.7)。