具体实施方式

首先应当理解，虽然下面提供了一个或更多个实施方式的说明性实现方式，但是可以使用任何数量的技术——无论是目前已知的还是现有的——来实现所公开的系统和/或方法。本公开内容绝不应当被限制于包括本文所示出和描述的示例性设计和实现方式的以下所示的说明性实现方式、附图和技术，而是可以在所附权利要求的范围及其等同方案的完全范围内进行修改。

以下缩写适用：

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

BCH(Bose-Chaudhuri-Hocquenghem)：博斯-乔赫里-霍克文黑姆

CO(central office)：中心局

CPU(central processing unit)：中央处理单元

DSP(digital signal processor)：数字信号处理器

EO(electrical-to-optical)：电光

FEC(forward error correction)：前向纠错

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

G(gigabits per second)：千兆比特每秒

HEC(hybrid error correction)：混合纠错

ID(identifier)：标识符

ITU-T(International Telecommunication Union TelecommunicationStandardization Sector)：国际电信联盟电信标准化部门

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

ODN(optical distribution network)：光分配网络

OE(optical-to-electrical)：光电

OLT(optical line terminal)：光线路终端

ONU(optical network unit)：光网络单元

PHY(physical interface)：物理接口

PON(passive optical network)：无源光网络

PSBd(physical synchronization block for downstream)：用于下行的物理同步块

PSBu(physical synchronization block for upstream)：用于上行的物理同步块

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

P2MP(point-to-multipoint)：点对多点

RAM(random-access memory)：随机存取存储器

RF(radio frequency)：射频

ROM(read-only memory)：只读存储器

RX(receiver unit)：接收器单元

SFC(superframe counter)：超帧计数器

SRAM(static RAM)：静态RAM

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

TX(transmitter unit)：发送器单元

μs(microsecond)：微秒。

图1是PON 100的示意图。PON 100包括OLT 110、ONU 120和将OLT 110耦接至 ONU120的ODN 130。PON 100是可以不需要有源部件来在OLT 110与ONU 120之间分配数据的通信网络。替代地，PON 100可以使用ODN 130中的无源光学部件来在OLT 110 与ONU 120之间分配数据。

OLT 110与另一网络和ONU 120进行通信。具体地，OLT 110是另一网络与ONU 120之间的中介。例如，OLT 110将从另一网络接收的数据转发给ONU 120，并且将从ONU 120 接收的数据转发给另一网络。OLT 110包括发射器和接收器。当另一网络使用不同于PON 100中使用的协议的网络协议时，OLT 110包括将该网络协议转换成PON协议以及将PON 协议转换成该网络协议的转换器。OLT 110通常位于诸如CO的中心位置，但是它也可以位于其他合适的位置。

ODN 130是包括光缆、耦合器、分路器、分配器和其他合适的部件的数据分配网络。这些部件包括不需要电力来在OLT 110与ONU 120之间分配信号的无源光学部件。如图所示，ODN 130以分支配置从OLT 110延伸至ONU 120，但是ODN 130可以以任何其他合适的P2MP配置来配置。

ONU 120与OLT 110和客户进行通信，并且充当OLT 110与客户之间的中介。例如，ONU 120将数据从OLT 110转发给客户，并且将数据从客户转发给OLT 110。ONU 120包括光收发器，该光收发器从OLT 110接收光信号，将光信号转换成电信号，并且将电信号提供给客户。收发器还从客户接收电信号，将电信号转换成光信号，并且将光信号发送至 OLT110。ONU 120和ONT是相似的，并且这些术语可以互换使用。ONU 120通常位于诸如客户驻地的分布式位置，但是它们也可以位于其他合适的位置。

PON 100可以与提供各种线路速率的各种标准兼容。例如，ITU-T G.987.3，2014年1 月(“G.987.3”)提供10G线路速率，并且其他标准提供1G、12.5G、25G、50G和其他线路速率。G.987.3规定OLT 110和ONU 120使用长度为125μS的PON帧相互通信。该长度也适用于其他标准。可以将PON帧的125μS长度乘以相应的线路速率，以获得每个 PON帧的比特数。例如，10G线路速率为每个PON帧提供1,244,160比特，以及50G线路速率为每个PON帧提供6,220,800比特。

另外，标准通常将PON帧划分成码字，所述码字稍后可以通过奇偶校验矩阵进行处理。然而，在将PON帧划分成码字之后，标准可能会留有另外的未使用比特。因此，需要以可扩展到各种线路速率的方式明智地使用比特的PON帧设计。

本文公开了用于PON帧设计的实施方式。实施方式提供了包括第一码字的PON帧。第一码字包括PSB。实施方式提供了各种优点。第一，实施方式以可扩展到若干关键线路速率的方式明智地使用比特。第二，PSB的长度可以调整，并且码字的数量和码字的长度与PSB的长度无关。第三，PON帧包括整数数量的码字，不论其相关联的线路速率如何。第四，码字的长度适合于并行实现方式。尽管讨论了PON帧，但同样的原理也适用于除 PON之外的光网络和除帧之外的数据结构。

图2是根据本公开内容的实施方式的下行PON帧200的示意图。下行指的是从OLT110到ONU 120的方向。下行PON帧200可以提供50G线路速率。

下行PON帧200包括码字1 205、码字2 210、码字359 215和码字360 220。码字2210 与码字239 215之间的省略号指示码字3至358的存在。每个码字205至220均为17,280比特，或者具有17,280比特的码字长度，因此码字1 205为比特1至17,280；码字2 210 为比特17,281至34,560；码字359 215为比特6,186,241至6,203,520；以及码字360 220为比特6,203,521至6,220,800。码字205至220可以实现FEC，并且因此为FEC码字。

码字1 205包括PSBd 225、有效载荷230和奇偶校验235。PSBd 225长度可调整并且描述如下。有效载荷230包括OLT 110希望传递给ONU 120的数据，例如用户数据。奇偶校验235包括确保准确数据传输的比特。作为示例，PSBd 225为256比特，有效载荷230 为13952(14,208–256)比特，以及奇偶校验235为3,072比特。在该情况下，PSBd 225 的256比特是从G.987.3中允许的192比特扩展而来的。码字360 220包括类似于码字1 205 中的有效载荷230的有效载荷240，并且包括类似于码字1 205中的奇偶校验235的奇偶校验245。然而，码字360 220不包括类似于码字1 205中的PSBd 225的PSBd。类似地，剩余码字210至215中均不包括PSBd。因此，在下行PON帧200中，仅码字1 205包括PSBd 225，并且其余码字210至220与PSBd无关，因此PSBd 225是下行PON帧200中唯一的 PSBd或PSB。这不同于其中PSBd 225在码字1 205外部并且在所有码字205至220之前的其他方法。

PSBd 225包括PSync 250、SFC结构255和PON-ID结构260。PSync 250包括ONU 120用来实现下行PHY边界处的对准的固定的64比特模式。SFC结构255描述如下。PON-ID 260结构描述如下。作为示例，PSync 250为128比特，SFC结构255为64比特，以及PON-ID 结构260为64比特。在该情况下，PSync 250的128比特是从G.987.3中允许的64比特扩展而来的。

SFC结构255包括超帧计数器265和HEC字段270。超帧计数器265包括相对于前一下行PON帧递增1的值。当该值达到其最大值(意指全1)时，OLT 110在随后的下行 PON帧中将其设置为0。HEC字段270是在SFC结构255的63个初始比特上操作的BCH 码和单个奇偶校验比特的组合。作为示例，超帧计数器265为51比特，以及HEC字段270 为13比特。

PON-ID结构260包括PON-ID 275和HEC字段280。PON-ID 275由OLT 110自行设置，并且其默认值为全零。HEC字段280是在PON-ID结构260的63个初始比特上操作的 BCH码和单个奇偶校验比特的组合。作为示例，PON-ID 275为51比特，以及HEC字段 280为13比特。

第一，下行PON帧200包括360个码字205至220，并且每个码字205至220为17,280比特。只要PSBd 225没有急剧增加，例如超过17,280比特而扣除(less)了有效载荷230 所需的比特数和奇偶校验235所需的比特数，则码字205至220的数量和码字205至220 的长度就与PSBd 225的长度无关。这是因为PSBd 225在码字1 205内部，所以增加或减少其长度不会影响码字205至220可用的比特数。相比之下，如果PSBd 225在码字1 205 外部，例如，如果PSBd 225在码字1 205之前，则增加其大小将减少码字205至220可用的比特数，并且因此减少码字205至220的数量或其长度。

第二，下行PON帧200包括整数数量的码字205至220，不论其相关联的线路速率如何。例如，如图所示，如果下行PON帧200实现50G线路速率，则下行PON帧200包括360个码字205至220，每个码字为17,280比特。然而，如果下行PON帧200实现10G 线路速率，则下行PON帧200包括72个码字，每个码字为17,280比特。如果下行PON 帧200实现12.5G线路速率，则下行PON帧200包括90个码字，每个码字为17,280比特。如果下行PON帧200实现25G线路速率，则下行PON帧200包括180个码字，每个码字为17,280比特。数字72、90、180和360都是整数，其中，72是360/5，90是360/4，180 是360/2。

第三，码字205至220的17,280比特长度适合于并行实现方式，因为17,280是128的倍数。并行实现方式是能够将高速数据分成多个并行路径以进行处理。然后，每个并行路径可以以可接受的低速运行。

图3是根据本公开内容的实施方式的码字300的示意图。码字300可以在图2中的下行PON帧200中实现码字210至220。码字300包括有效载荷310和奇偶校验320。

码字300基于用于25G线路速率的母码，如Mark Laubach等人于2018年5月14日在“LDPC Adjustments from Motion#6，Chicago”中所述。母码为LDPC(17,664，14,592)，其指示LDPC码字总共包括17,664个比特；其中，包括14,592个有效载荷比特；以及因此包括3,072个奇偶校验比特。然而，码字300将母码的14,592个有效载荷比特缩短了384 比特，以获得14,208比特的有效载荷310；因此也将17,664个总比特缩短了384比特，以获得17,280比特的码字300；并且保持3,072比特的奇偶校验320。因此，码字300实现 LDPC(17,280，14,208)。14,208除以17,280得出82.22％的FEC率。LDPC是FEC的类型，因此LDPC码字或实现LDPC FEC的码字可以被称为LDPC FEC码字。

图4是根据本公开内容的另一实施方式的码字400的示意图。码字400可以在图2中的下行PON帧200中实现码字210至220。码字400包括有效载荷410和奇偶校验420。

码字400基于上述LDPC(17,664，14,592)母码。然而，码字400将母码的14,592 个有效载荷比特缩短了128比特，以获得14,464比特的有效载荷410，将母码的3,072个奇偶校验比特删减了256比特，以获得2,816比特的奇偶校验比特420，并且因此也将17,664 个总比特缩短了384比特(128比特+256比特)，以获得17,280比特的码字400。删减 (puncture)意味着减少并因此变短。因此，码字400实现LDPC(17,280，14,464)。14,464 除以17,280得出83.70％的FEC率。

上述相同的概念可以应用于其他码字方案。例如，可以假设下行PON帧200保持125μs的长度，码字的数量针对若干关键线路速率是整数，并且因此以0结尾，以便能够被2 和5整除，并且码字包括多个比特，所述多个比特可以乘以256以便实现LDPC(17,664， 14,592)母码。通过针对若干关键线路速率具有整数数量的码字，该方案对于这些线路速率是可扩展的。表1示出了遵循这些假设的三种码字方案。

表1：码字方案

方案1展示了下行PON帧200中码字300、400的实现方式。具体地，下行PON帧200包括360个码字205至220。每个码字205至220可以包括67.5个码字块，每个码字块为256 比特，这产生17,280比特的每个码字205至220以及17,280×360＝6,220,800比特的下行 PON帧200，或者6,220,800比特的PON帧长度。所得的线路速率为6,220,800比特/125μs ＝49.7664G，这是50G的实际线路速率。FEC率1是指实现LDPC(17,280，14,208)并产生82.22％的FEC率的码字300。对应的有效载荷率1是线路速率×FEC率1，或49.7664G ×82.22％＝40.92G。FEC率2是指实现LDPC(17,280，14,464)并产生83.70％的FEC率的码字400。对应的有效载荷率2是线路速率×FEC率2，或49.7664G×83.70％＝41.65G。

方案2类似于方案1。然而，代替如方案1中的67.5个码字块，方案2使用68个码字块，这产生17,408比特的每个码字，以及6,266,880比特的下行PON帧。所得的线路速率为50.13504G，所得的FEC率1为82.35％，所得的有效载荷率1为41.29G，所得的FEC 率2为83.82％，以及所得的有效载荷率2为42.02G。

方案3类似于方案2。然而，代替如方案2中的360个码字，方案3使用了370个码字，这产生了6,440,960比特的下行PON帧。所得的线路速率为51.52768G，所得的FEC 率1为82.35％，所得的有效负载率1为42.43G，所得的FEC率2为83.82％，以及所得的有效负载率2为43.19G。

图5是根据本公开内容的实施方式的上行PON帧500的示意图。上行是指从ONU 120到OLT 110的方向。上行PON帧500可以提供是对应下行线路速率的1/n的线路速率，其中，n是正整数。例如，上行PON帧500提供是下行线路速率的1/2或下行线路速率的1/5 的线路速率。

上行PON帧500包括码字1 505、码字2 510、码字n-1 515和码字n 520。码字2 510与码字n-1 515之间的省略号指示码字3至码字(n-2)的存在。每个码字505至520为17,280比特，因此码字1 505为比特1至比特17,280；码字2 510为比特17,281至比特34,560；等等。码字505至520可以实现FEC，并且因此是FEC码字。

码字1 505包括PSBu 525、有效载荷530和奇偶校验535。PSBu 525长度可调整并且描述如下。有效载荷530包括ONU 120希望传递给OLT 110的数据，例如用户数据。奇偶校验535包括确保准确数据传输的比特。作为示例，PSBu 525为m比特；有效载荷530为 14208-m比特；并且奇偶校验535为3,072比特。码字n 520包括类似于码字1 505中的有效载荷530的有效载荷540，并且包括类似于码字1 505中的奇偶校验535的奇偶校验545。然而，码字n520不包括类似于码字1 505中的PSBu 525的PSBu。类似地，剩余码字510 至515均不包括PSBu。因此，在上行PON帧500中，仅码字1 505包括PSBu 525，并且其余码字510至520与PSBu无关，因此PSBu 525是上行PON帧500中唯一的PSBu或 PSB。这不同于其中PSBu 525在码字1505外部并且在所有码字505至520之前的其他方法。

PSBu 525包括前导码550和定界符555。前导码550包括重复多次的模式。码字1505 保护前导码550。模式长度可调整，并且供应商可以改变模式。作为示例，该模式为64比特并且重复31次，因此前导码550为64×31＝1984比特。在该情况下，前导码550的1,984 比特与G.987.3一致。前导码550和定界符555一起包括用于OLT 110确定来自ONU 120 的PHY突发(burst)的存在、描绘PHY突发以及确定信号时钟以便正确地恢复发送的信号的数据。

上行PON帧500可以具有类似于下行PON帧200的特性。例如，首先，码字505至 520的数量和码字505至520的长度与PSBu 525的长度无关。第二，上行PON帧500包括整数数量的码字505至520，不论其相关联的线路速率如何。第三，码字505至520的长度适合于并行实现方式。

图6是示出根据本公开内容的实施方式的PON帧通信的方法600的流程图。OLT 110实现方法600，或者ONU 120实现方法600。在步骤610处，生成包括多个FEC码字的PON 帧。FEC码字包括第一码字，并且第一码字包括PSB。在第一示例中，PON帧是下行PON 帧200，码字是码字205至220，第一码字是码字1 205，并且PSB是PSBd 225。在第二示例中，PON帧是上行PON帧500，码字是码字505至520，第一码字是码字1 505，并且 PSB是PSBu 525。最后，在步骤620处，发送PON帧。在第一示例中，OLT 110向ONU 120 发送下行PON帧200。在第二示例中，ONU 120向OLT 110发送上行PON帧500。

图7是示出根据本公开内容的另一实施方式的PON帧通信的方法700的流程图。OLT110实现方法700，或者ONU 120实现方法700。在步骤710处，接收包括多个FEC码字的PON帧。FEC码字包括第一码字，并且第一码字包括PSB。在第一示例中，PON帧是下行PON帧200，码字是码字205至220，第一码字是码字1 205，并且PSB是PSBd 225。在第二示例中，PON帧是上行PON帧500，码字是码字505至520，第一码字是码字1 505，并且PSB是PSBu 525。最后，在步骤720处，处理PON帧。

图8是根据本公开内容的实施方式的设备800的示意图。设备800可以实现所有或一部分的所公开的实施方式，例如，OLT 110和ONU 120。设备800包括用于接收数据的入口端口810和RX 820；用于处理数据的处理器、逻辑单元、基带单元或CPU 830；用于发送数据的TX 840和出口端口850；以及用于存储数据的存储器860。设备800还可以包括耦接至入口端口810、RX端口820、TX端口840和出口端口850以提供光信号、电信号或RF信号的入口或出口的OE部件、EO部件或RF部件。

处理器830是硬件、中间件、固件或软件的任意组合。处理器830包括一个或更多个CPU芯片、核、FPGA、ASIC或DSP的任意组合。处理器830与入口端口810、RX 820、 TX 840、出口端口850和存储器860进行通信。处理器830包括实现所公开的实施方式的 FEC部件870。因此，包括FEC部件870对设备800的功能提供了实质性的改进，并且实现了设备800到不同状态的转换。可替选地，存储器860将FEC 870存储为指令，并且处理器830执行这些指令。

存储器860包括磁盘、磁带驱动器或固态驱动器的任意组合。当设备800选择程序来执行时，设备800可以使用存储器860作为溢出数据存储装置来存储那些程序，并且存储设备800在那些程序的执行期间读取的指令和数据，例如作为计算机程序产品。存储器860可以是易失性的或非易失性的，并且可以是ROM、RAM、TCAM或SRAM的任意组合。在一些实施方式中，存储器860存储包括FEC部件870的计算机指令。

计算机程序产品可以包括存储在非暂态介质(例如存储器860)上的计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由处理器(例如处理器830)执行时，使得设备执行任何实施方式。

在一些示例中，在设备800包括OLT的情况下，处理器830执行FEC部件870以生成包括多个前向纠错(forward error correction，FEC)码字的无源光网络(passive opticalnetwork，PON)帧，FEC码字包括第一码字，并且第一码字包括物理同步块(physicalsynchronization block，PSB)，并且处理器830执行FEC部件870以发送PON帧。

在一些示例中，在设备800包括ONU的情况下，处理器830执行FEC部件870以接收包括多个前向纠错(FEC)码字的无源光网络(PON)帧，FEC码字包括第一码字，并且第一码字包括物理同步块(PSB)，并且处理器830执行FEC部件870以处理PON帧。

在一些示例中，在设备800包括OLT的情况下，设备800包括：生成包括多个前向纠错(FEC)码字的无源光网络(PON)帧的帧模块；以及发送PON帧的发送器模块。FEC 码字包括第一码字，并且第一码字包括物理同步块(PSB)。在一些实施方式中，设备800 可以包括用于执行实施方式中描述的步骤中的任一个步骤或步骤的组合的其他或另外的模块。此外，如在任何附图所示或在任何权利要求中所述，任何另外的或替选实施方式或者方法的方面也被认为包括类似的模块。

在一些示例中，在设备800包括ONU的情况下，设备800包括：接收包括多个前向纠错(FEC)码字的无源光网络(PON)帧的接收器模块；以及处理FEC帧的处理器模块。 FEC码字包括第一码字，并且第一码字包括物理同步块(PSB)。在一些实施方式中，设备800可以包括用于执行实施方式中描述的步骤中的任一步骤或步骤的组合的其他或另外的模块。此外，如在任何附图所示或在任何权利要求中所述，任何另外的或替选实施方式或者方法的方面也被认为包括类似的模块。

在示例实施方式中，设备800包括：生成包括多个前向纠错(FEC)码字的无源光网络(PON)帧的帧生成模块；以及发送PON帧的帧发送模块。FEC码字包括第一码字，并且第一码字包括物理同步块(PSB)。在一些实施方式中，设备800可以包括用于执行实施方式中描述的步骤中的任一步骤或步骤的组合的其他或另外的模块。此外，如在任何附图所示或在任何权利要求中所述，任何另外的或替选实施方式或者方法的方面也被认为包括类似的模块。

在示例实施方式中，设备800包括：接收包括多个前向纠错(FEC)码字的无源光网络(PON)帧的帧接收模块；以及处理PON帧的帧处理模块。FEC码字包括第一码字，并且第一码字包括物理同步块(PSB)。在一些实施方式中，设备800可以包括用于执行实施方式中描述的步骤中的任一步骤或步骤的组合的其他或另外的模块。此外，如在任何附图中所示或在任何权利要求中所述，任何另外的或替选的实施方式或者方法的方面也被认为包括类似的模块。

除非另有说明，否则术语“约”意指包括随后的数值的±10％的范围。尽管在本公开内容中已经提供了若干实施方式，但是可以理解的是，在不脱离本公开内容的精神或范围的情况下，可以以许多其他特定形式来体现所公开的系统和方法。本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中给出的细节。例如，可以将各种元件或部件组合或集成在另一系统中，或者可以省略或不实现某些特征。

另外，在不脱离本公开内容的范围的情况下，在各种实施方式中描述和示出为分立或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其他系统、部件、技术或方法组合或集成。被示出或讨论为耦合的其他项可以是直接耦合的，或者可以是间接耦合的，或者通过电的、机械的或者以其他方式的一些接口、装置或中间部件进行通信。本领域技术人员可以确定改变、替换和变更的其他示例，并且可以在不脱离本文中公开的精神和范围的情况下进行改变、替换和变更。