[发明专利]通信系统中提供保护和DC平衡的方法和设备

说明书

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（OLT），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（ONT）。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-PON）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（加扰器输出）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-PON。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将帧计数器初始化成特定开始值。