专利名称：通信系统中提供保护和dc平衡的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及通信系统，并且更具体来说涉及用于在通信系统中提供改进的加扰、保护和DC平衡的方法和设备。
背景技术：
一些通信系统是数字系统，其中使用时分复用(TDM)协议通过介质传送二进制数据。此类系统可以将二进制数据编码为不归零(NRZ)，且可以不利用任何线路编码。传送介质可以是光纤，但是也可以是铜或任何其它类型的物理媒体。为了确保频谱的较低部分中包含足够低的信号内容，可以采用线路编码或加扰。这潜在地改进了信号的直流(DC)平衡，并且潜在地降低有长时间的连续相同数字(Contiguous Identical Digit, CID)的风险。一些系统对信号加扰,而必须保留数字的一些部分未加扰。此类系统的一个示例是无源光网络(PON)光纤接入系统。PON是通过光纤基础设施光分布网络(ODN)以点到多点配置双向传送数据的通信系统。ODN包括光线路终端(0LT)，其驻留在中央局(CO)中。OLT服务于驻留在或接近最终用户的驻地(premise)且通常使用光功率分配器以星形布置连接的多个光网络单元(ONU)或光网络终端(0ΝΤ)。因为物理介质是共享的，所以由OLT调度ONU以采用时分多址(TDMA)方式朝上游方向传送。更确切地来说，10 Gbit/s能力的PON系统(其由ITU-T标准化并称为XG-P0N)举例说明此类系统。在上文概述的系统类型中，常常期望确保足够低的信号内容位于频谱的较低部分中。对此有若干原因，包括但不限于
信号的低频率部分可能被阻塞。这通常称为“AC耦合”或“DC阻塞”，但是也存在若干其它名称。之所以可以有意和无意地均将系统AC耦合有若干原因。有意的原因的一个示例是允许将接收的信号与其在时间上的平均值进行比较的接收器设计。以此方式，能够检测传送的信号是二进制“一”还是二进制“零”。 当信号中有足够高的转移密度(transition density)时，时钟和数据恢复(CDR)工作最好。信号的DC平衡(或DC分量)是传送的中央电平的移位。此移位是按信号处于开(on)的平均时间与信号处于关(off)的时间之比来形成。传送的信号从中央基线电平的任何漂移将形成DC不平衡，这使得通信的性能降级。此性能降级能够例如依据在接收器的位差错率(BER)处罚或灵敏度处罚来量化。加扰按照将数据随机化的原理来工作。随时间推移而计算，随机数据信号具有良好的DC平衡以及低概率的长时间CID。实际上，这降低了大量的信号内容驻留在谱的低频区域的风险。加扰通过计算输入数据流与加扰序列的按位XOR来工作。此运算的结果(力口扰器输出)通过物理链路来传送。在接收器，重复相同的过程，常常称为解扰。在通过物理链路的无错传送的情况中，解扰器的输出与输入到加扰器的数据完全相同。、
如果输入到加扰器的数据精确地同步到加扰器序列，则在输出仅会生成零。因此，会生成长时间CID，其会负面地影响信号的DC平衡。这可能潜在地导致接收器中的同步丢失和位差错。此外，这会允许恶意用户传送包含加扰器序列的数据以蓄意地干扰系统。利用加扰的系统的示例是GPON (ITU-T建议G. 984系列)和下一代10 Gbit/s能力的PON系统，其目前正在由ITU-T标准化(ITU-T建议G. 987系列)，并且本文称为XG-P0N。在这些系统中，传送是基于帧的。除了初始部分外，帧的所有内容均用帧同步加扰器来加扰(即，在每个帧的开始，该加扰器预设成确定性状态)。每个帧包含对于每个帧按一递增的帧计数器。这向连接到这些系统的装置提供定时信息。防止输入到加扰器的数据精确地同步到加扰器序列的一种方法是使用长加扰器序列。例如，在XG-PON系统中，用帧同步加扰器将信号加扰，其是由按线路速率操作的58位移位寄存器生成。如果用户数据包含加扰器序列的一部分，则长加扰器序列的使用防止 用户数据精确地同步到加扰器序列。因为XG-PON帧远比加扰器序列短，所以使用位于帧的第一部分中的帧计数器以在每个帧传送中向加扰器提供初始种子。该种子被用于将加扰器移位寄存器设成初始值。通过使用帧计数器作为到加扰器的种子，整个加扰器序列得以利用。在系统启动时，OLT将中贞计数器初始化成特定开始值。图I是现有XG-PON帧11的说明。该帧由24字节帧报头12和帧有效负载13组成。该帧报头包含物理层同步字段(PSYNC) 14，并且还可以包含PON-ID字段15和帧计数器字段16。PON-ID字段标识PON系统，并且一些系统中是帧的未加扰部分的一部分。对于每个帧递增一的帧计数器字段向连接到这些系统的装置提供定时信息。它还被用作到接收器中的解扰器的种子(或有时称为预载值)。对于每个接收的帧，接收器使用该种子来初始化解扰器。帧报头还可以包含提供差错指示或纠错能力的奇偶校验位(未示出)。在帧报头内还可以有其它数据字段。帧报头内的字段的确切内容和位置尚未标准化。图2是现有帧同步加扰器17的示例的简化框图。加扰器包括以线路速率操作的58位移位寄存器18。除初始报头字段以外，加扰器对帧的所有内容加扰。
发明内容
上文概述的系统的类型有多个缺点。首先，因为帧计数器值控制将使用哪个加扰序列来对某个帧加扰，所以这些系统易受恶意用户攻击。如果恶意用户能够预测帧计数器的当前和未来值，则该用户可能能够预测使用哪些数据模式来干扰系统。因此，会期望帧计数器值难以预测。其次，因为接收器使用帧计数器的值来将帧解扰，所以至少需要通过未加扰的物理链路来传送帧计数器。当通过物理链路传送时，可能还必须保留帧中包含的其它信息未被加扰。帧中的这些字段可能潜在地具有差的DC平衡，其可能导致通过该链路的通信中的性能降级。因此，期望帧中的这些字段具有良好的DC平衡。本发明改进帧的未加扰部分的DC平衡和CID特征，使得将与差DC平衡和CID相关的通过物理链路的通信中的任何性能降级最小化。本发明还使帧计数器值较不可预测，这使得恶意用户更难干扰系统。在一个实施例中，本发明旨在提出一种控制在传送数据帧的数字通信系统中的DC平衡的方法，这些数据帧具有未加扰传送的报头部分和传送之前加扰的有效负载部分，该报头部分包括帧计数器字段。该方法包括如下步骤为帧计数器字段随机地生成值；估计随机生成的值对DC平衡的影响；以及确定所估计的随机生成的值对DC平衡的影响是否满足DC平衡的定义要求。当所估计的随机生成的值对DC平衡的影响不满足DC平衡的定义要求时，该方法重复随机生成、估计和确定步骤，直到所估计的随机生成的值对DC平衡的影响满足DC平衡的定义要求为止。当所估计的随机生成的值对DC平衡的影响满足DC平衡的定义要求时，该方法在传送的数据帧中的帧计数器字段中利用该随机生成的值。在另一个实施方案中，本发明旨在提出一种控制在传送数据帧的数字通信系统中的DC平衡的设备，这些数据帧具有未加扰传送的报头部分和传送之前加扰的有效负载部分，该报头部分包括帧计数器字段。该设备包括用于为帧计数器字段随机地生成值的随机数生成器；用于估计随机生成的值对DC平衡的影响的DC平衡估计单元；以及用于确定所估计的随机生成的值对DC平衡的影响是否满足DC平衡的定义要求的比较器。 当所估计的随机生成的值对DC平衡的影响不满足DC平衡的定义要求时，该比较器调适成命令随机数生成器为帧计数器字段随机地生成附加值，直到所估计的随机生成的值对DC平衡的影响满足DC平衡的定义要求为止。当随机生成的值对DC平衡的影响满足DC平衡的定义要求时，该比较器调适成在传送的数据帧中的帧计数器字段中利用该随机生成的值。
图I是现有XG-PON帧的说明；
图2是现有帧同步加扰器的示例的简化框图。图3是示出根据本发明的方法的示范实施例的步骤的流程图4是示出根据本发明的方法的另一个示范实施例的步骤的流程图；以及图5是在无源光网络(PON)节点中实现的本发明的设备的示范实施例的简化框图。
具体实施例方式在下文的详细描述中，阐述许多特定细节，以便提供对本发明的透彻理解。但是，本领域技术人员将理解，没有这些特定细节，仍可以实施本发明。在其它情况中，未对众所周知的方法、过程、组件和电路进行详细描述，以免影响对本发明的理解。最初时注意，术语“已耦合”、“已连接”、“连接”、“已电连接”等在本文中可互换地使用以一般性指已电连接的状况。相似地，当第一实体以电的方式向第二实体发送和/或接收(无论是通过有线还是无线方式)信息信号(无论包含语音信息还是非语音数据信息)时，该第一实体被视为与一个(或多个)第二实体处于“通信”中，而无论那些信号的类型(模拟或数字)。还要注意，本文示出和论述的多种附图(包括组件图)仅是出于说明的目的，并且未按比例绘制。此外，应该理解，可以用硬件或硬件与软件的组合来实现本发明。例如，一个或多个计算机或处理器当运行一个或多个程序存储器中存储的计算机程序指令时可以执行本发明的方法步骤。图3是示出本发明的方法的示范实施例的步骤的流程图。在步骤21，启动系统。在步骤22，不是以固定的开始值启动帧计数器(从而使得后续帧计数可预测)，而是以随机生成的开始值来初始化帧计数器。该步骤仅针对恶意用户试图预测帧计数器的当前和未来值并由此预测要使用哪些数据模式来干扰系统提供了增加的安全性。在步骤23，估计随机值对DC平衡和CID的影响，以及然后将其对照DC平衡和CID的预定义要求来进行检查。在步骤24，如果所估计的随机值的影响不满足DC平衡和CID要求，则该方法返回到步骤22，其中生成新的随机值，以及然后对其再检查。如果所估计的随机值的影响满足DC平衡和CID要求，则该方法改为移到步骤25，其中将该帧计数器值编码，使得改进其在DC平衡和CID方面的特征。在步骤26，恢复正常系统操作。本发明认识到，帧计数器的最高有效位将不如最低有效位那么频繁地改变。因此，在一个实施例中，可以将DC平衡和CID要求定义成使得最高有效位的DC平衡和CID取值闻于最低有效位。本发明还认识到，帧计数器的最高有效位可以在整个系统寿命内不改变。因此，在另一个实施例中，可以将这些位选为使它们包含在系统的寿命内固定的模式，该模式在DC平衡和CID方面具有良好的特征。该固定模式的初始定义可以是随机生成的。图4是示出本发明的方法的另一个示范实施例的步骤的流程图。如上文结合图I所述，一些实现具有PON-ID作为帧的未加扰部分的一部分。这还可能导致非期望的DC失衡和低转移数量，其可能使传送降级。本发明也提供一种避免PON-ID中一和零的数量上的大失衡的方法。在步骤31，将8bl0b线路码应用于P0N-ID。在步骤32，从1024种可能的10位组合中选择多个10位码字以包含具有良好DC平衡和转移性质的一组码字。在步骤33，8bl0b线路码将PON-ID字段的所有256种可能的8位组合映射到选择的10位码字上以改进DC平衡。这将独特PON-ID的数量降低到40或41个位。在步骤34，使用8bl0b线路码编码四十个位，从而产生具有远远更好的DC平衡的50个传送的位。存在利用余下位的若干选项。在步骤35a，将余下位硬编码成“I”或“O”。在步骤35b，使用余下位来载送再一个位的信息，从而产生PON-ID的41个有效位。在步骤35c，动态地选择余下位以进一步改进DC平衡。上文描述的方法还可以完全或部分地应用于帧中的其它未加扰的字段以提供良好的DC平衡和CID特征。图5是在PON节点40中实现的本发明的设备的示范实施例的简化框图。随机数生成器41生成帧计数器随机开始值(RSV) 42，并将其提供到DC平衡和CID估计单元43。该估计单元估计RSV对DC平衡和CID会有的影响44。将所估计的影响输入到比较器45，比较器45还接收预定义的DC平衡和CID要求46以用于比较。如果比较器确定所估计的影响不满足DC平衡和CID要求，则确定失败，并且该比较器向随机数生成器41发送指令47以生成另一个帧计数器RSV。该设备继续此过程，直到比较器45确定所估计的RSV对DC平衡和CID会有的影响满足DC平衡和CID要求为止。然后将具有成功的RSV的帧48提供到加扰器17，加扰器17可以与图2中所示的加扰器相似。帧编码器49然后将帧编码，并将其提供到帧传送器50以便通过PON网络传送。可以用硬件或硬件与软件的组合来实现该设备。例如，一个或多个计算机或处理器51当运行一个或多个程序存储器52中存储的计算机程序指令时可以执行本发明的方法步骤。当然，在不背离本发明的基本特征的前提下，可以采用除本文阐述的那些方式以、外的其它特定方式来实施本发明。因此，本发明实施例在所有方面中均应视为说明性而非限制性的，并且进 入所附权利要求书的含义和等效范围内的所有改变均应包含在其中。
权利要求
1.一种控制在传送数据帧的数字通信系统中的直流DC平衡的方法，所述数据帧具有未加扰传送的报头部分和传送之前加扰的有效负载部分，所述报头部分包括巾贞计数器字段，所述方法包括如下步骤 a)为所述帧计数器字段随机地生成(22)值； b)估计(23)随机生成的值对DC平衡的影响； c)确定(24)所估计的所述随机生成的值对DC平衡的影响是否满足DC平衡的定义要求； d)当所估计的所述随机生成的值对DC平衡的影响不满足所述DC平衡的定义要求时，重复步骤a)至c)直到所估计的所述随机生成的值对DC平衡的影响满足所述DC平衡的定义要求为止；以及 e)当所估计的所述随机生成的值对DC平衡的影响满足所述DC平衡的定义要求时，在传送的数据帧中的帧计数器字段中利用所述随机生成的值。
2.根据权利要求I所述的方法，其中除了DC平衡外，所述方法还在确定是否要在传送的数据帧中的帧计数器字段中利用所述随机生成的值时，考虑所估计的所述随机生成的值对连续相同数字CID的数量的影响。
3.根据权利要求I所述的方法，其中所述报头部分还包括网络标识符字段，以及所述方法还包括如下步骤 将SblOb线路码应用于(31)所述网络标识符字段； 选择(32)具有良好DC平衡和转移特性的多个10位码字； 利用(33)所述SblOb线路码来将所述网络标识符字段的所有256种8位组合映射到选择的10位码字上，从而将独特网络标识符的数量降低到40或41个位；以及利用所述8bIOb线路码，来将40个位编码(34)。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括将余下位硬编码(35a)成I或O。
5.根据权利要求3所述的方法，还包括利用(35b)余下位在所述数据帧中载送附加信肩、O
6.如权利要求3所述的方法，还包括动态地选择(35c)余下位以进一步改进DC平衡。
7.—种控制在传送数据帧(11)的数字通信系统中的直流DC平衡的设备，所述数据帧具有未加扰传送的报头部分(12)和传送之前加扰的有效负载部分(13)，所述报头部分包括帧计数器字段(16)，所述设备包括 用于为所述帧计数器字段随机地生成值的随机数生成器(41); 用于估计随机生成的值对DC平衡的影响的DC平衡估计单元(43)； 用于确定所估计的所述随机生成的值对DC平衡的影响是否满足DC平衡的定义要求的比较器(45)，其中 当所估计的所述随机生成的值对DC平衡的影响不满足所述DC平衡的定义要求时，所述比较器(45)调适成命令所述随机数生成器(41)为所述帧计数器字段随机地生成附加值，直到所估计的所述随机生成的值对DC平衡的影响满足所述DC平衡的定义要求为止；以及 当所述随机生成的值对DC平衡的影响满足所述DC平衡的定义要求时，所述比较器(45)调适成在传送的数据帧中的帧计数器字段中利用所述随机生成的值。
8.根据权利要求7所述的设备，其中除了 DC平衡外，所述设备还调适成在确定是否要在传送的数据帧中的帧计数器字段中利用所述随机生成的值时，考虑所述随机生成的值对连续相同数字CID的数量的影响。
全文摘要
一种用于控制在传送数据帧(11)的数字通信系统中的DC平衡的方法和设备，其中这些数据帧包含不加扰传送的报头部分(12)和传送之前加扰的有效负载部分(13)。该报头部分包含帧计数器字段(16)。随机地生成(22)帧计数器字段的值，并估计(23)对DC平衡的影响。然后确定(24)所估计的对DC平衡的影响是否满足DC平衡的定义要求；当所估计的影响不满足DC平衡的定义要求时，生成并检查帧计数器字段的新值。当所估计的影响满足DC平衡的定义的要求时，在传送的数据帧中的帧计数器字段中利用(26)该随机生成的值。
文档编号H04L25/03GK102742236SQ201180009637
公开日2012年10月17日 申请日期2011年2月14日 优先权日2010年2月15日
发明者E.因德贝托, P.奥伦 申请人:瑞典爱立信有限公司