具有前向纠错和并行解码的光学相干接收器制造技术

公开了一种光学相干接收器，包括被配置为实现FEC迭代消息传递解码算法的迭代的多个解码块。解码块被分布到级联解码块的两个(或多个)并行链之中。接收器还包括插入在两个并行链之间的中间电路。光学相干接收器在(i)第一操作模式和(ii)第二操作模式之间可切换，在第一操作模式中，中间电路是不活动的，并且两个并行链在相应客户端信道上单独实现FEC消息传递解码算法；在第二操作模式中，中间电路是活动的，并且两个并行链通过利用中间电路进行协作而在相同的客户端信道上联合实现FEC消息传递解码算法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有前向纠错和并行解码的光学相干接收器
本专利技术总体上涉及通信网络领域。具体地，本专利技术涉及具有前向纠错(FEC)机制的光学相干接收器。
技术介绍
如已知的，前向纠错(FEC)是用于检测数字通信网络(例如，波分复用(WDM)通信网络)的网络元件之间的数字数据传输中的错误并且可能地将其纠正的技术。根据FEC，在发射侧，使用添加冗余的纠错码对待发射的数字数据进行编码。在接收侧，该冗余被用于检测原始数据中的错误并且可能地将其纠正。已知不同类型的纠错码，包括块码和卷积码。具体地，在块码中，待发射的数字数据被划分成k个消息符号的固定大小的块，并且每个块通过添加n-k个冗余符号而被单独编码为n个符号的相应码字。通常，每个符号由一个或多个比特形成。在下文中，为了简单起见，假设每个符号包括单个比特，该比特可以取值0或1。块码通常由用于计算从k个消息比特开始的n-k个冗余比特的规则集合来定义。例如，在奇偶校验码中，n-k个冗余比特中的每一个被计算为k个消息比特的某个子集的奇偶校验(即，模2加法)(因此在本文中也称为“奇偶比特”)。每个规则对应于相应的奇偶校验，奇偶校验基本上提供了校验奇偶比特和用于计算它的k个消息比特的子集的模2加法是否等于零。仅当满足所有奇偶校验时，码字才是有效的。奇偶校验码也可以以二进制矩阵(也称为奇偶校验矩阵)的形式来表示，二进制矩阵具有对应于n-k个奇偶校验的n-k行以及对应于码字的n个比特的n列。在奇偶校验码中，低密度奇偶校验(LDPC)码是已知的，并且当前被广泛用于WDM通信网络中。LDPC码具有仅包含非常少量的非零实体的奇偶校验矩阵(即，它们是稀疏矩阵)。奇偶校验矩阵的稀疏性保证了仅随码长度线性增加的解码复杂度以及同样随码长度线性增加的最小距离。LDPC码通常通过Tanner图以图形形式进行表示。Tanner图基本上由两列节点组成：被称为“变量节点”的n个节点的第一列，以及被称为“校验节点”的n-k个节点的第二列。每个变量节点对应于相应的码字比特(消息比特或奇偶比特)，而每个校验节点对应于相应的奇偶校验。在图中，包括在某个奇偶校验中的码字比特使得它们的变量节点连接到该奇偶校验的校验节点。这提供了定义LDPC码的奇偶校验的直观图形表示。LDPC码通常使用被称为“消息传递算法”的迭代算法进行解码，因为变量节点和校验节点就像状态机那样迭代地交换消息并更新它们的状态。不同类型的消息传递算法是已知的，它们针对所交换消息的内容以及针对在变量节点和校验节点处执行的处理而不同。一个特定类型的消息传递算法是所谓的“置信传播算法”，其中在对应于某个码字比特的变量节点与相邻校验节点之间交换的消息包括码字比特具有值1或0的概率。码字比特等于1或0的概率通常被表示为所谓的“对数似然比”(或简称为LLR)，即：其中p(0)和p(1)分别是码字比特等于0和1的概率。由于p(0)和p(1)的值被包括在0和1之间，所以显然LLR>0指示码字比特更可能是0，不是1，而LLR<0指示码字比特更可能是1，不是0。LLR的模数越高，判决的确定性就越高。此外，LLR＝0指示码字比特为1或0的概率相同。一种使用对数似然比LLR的特定置信传播算法是所谓的“和积算法”。根据和积算法，每个变量节点首先接收其码字比特的先验概率(根据LLR)作为输入，码字比特的先验概率通常由接收器的在前的组件(例如，解调器)提供。随后，变量节点计算其码字比特的后验概率(根据LLR)，后验概率考虑了先验概率以及由相邻校验节点提供的外在信息。通过在算法的每次迭代处(即，在变量节点和(多个)相邻节点之间的消息的每次交换处)的校验节点处理，与码字比特相关的外在信息(以及因此整个后验概率)被细化(并且因此更加准确)。在预定义数量的迭代之后，算法结束，并且后验概率的最终数值被用于对码字比特进行硬判决(即，为其分配值0或1)。从实现的观点来看，消息传递算法通常由包括多个级联解码块(算法每迭代一次就有一个解码块)的FEC解码器来实现。每个解码块从在前的块接收在先前迭代处计算的后验概率或外在信息，并且计算新的、经细化的后验概率或者新的、经细化的外在信息。最后的解码块随后将后验概率传递至硬判决块，硬判决块对每个码字比特进行硬判决(在LLR的情况下，基于其LLR的最后所计算值的符号，即如果LLR>0，判决值为0，并且如果LLR<0，判决值为1)。除了LDPC码，turbo码也是已知的，turbo码提供了相当的性能。turbo码通常提供三个比特块：第一块由待发射的原始的k个消息比特形成，第二块由在k个消息比特上使用卷积纠错码计算的n/2个第一奇偶比特形成，并且第三块由在k个消息比特的置换上使用相同的卷积纠错码计算的n/2个第二奇偶比特形成。因此，奇偶比特的两个冗余(但不同的)块利用k个消息比特进行发射。C.Berrou等人的“NearOptimumErrorCorrectingCodingandDecoding：TurboCodes”(IEEETransactionsonCommunications,Vol.44,No.10,October1996)描述了从两个递归系统码的特定级联构建的卷积turbo码族。解码使用迭代处理，其中每个作为组件的解码器借助外在信息而对之前步骤的工作加以利用。US6654927描述了用于turbo解码的迭代纠错，其使用至少两个并行的解码过程并且包括两次迭代，由此通过将迭代的解码元素组合而获得解码数据。此外，对于每次迭代，中间解码数据元素与基于先前解码数据元素块的参数的缩放因子相乘，并且在下一个解码迭代中使用。
技术实现思路
专利技术人已经注意到，在用于光学相干传输的下一代设备中，光学相干接收器(通常被实现为CMOS设备)将最可能在单个单片芯片中托管数个客户端信道(具有通常为100Gbps的比特率)。接收器将能够执行每个客户端信道的软FEC解码。为该目的，假设实现以上所描述类型的迭代软解码算法，光学相干接收器将包括多个DSP(数字信号处理)块(每个波长一个DSP块)，以及N个单独的FEC解码器(每个客户端信道一个)。每个FEC解码器包括级联解码块的相应链。例如，假设接收器被实现为支持两个波长以及4×100Gbps客户端信道的单个单片CMOS设备，则该设备将包括2个DSP块和4个FEC解码器。在另一方面，专利技术人已经注意到，用于光学相干传输的设备的趋势是为它们提供越来越多的灵活性，这意味着相同的设备将能够被容易地被配置为在不同条件下操作。具体地，根据由一个或多个DSP模块使用的调制星座的频谱效率，DPS和FEC解码器之间的匹配将易于进行重新配置。实际上，为了增加可由单个光学载波(即，单个波长)携带的单独客户信道的数量，将通过使用更为复杂的调制方案来提高频谱效率。然而，更为复杂的调制方案导致了更短的传输长度。例如，如果每个DSP块在其自己的波长(其以特定波特率提供100Gbps)上使用QPSK星座，则每个波长携带单个100Gbps的客户端信道，这意味着每个DSP块需要100Gbps的FEC解码器。相反，如果每个DSP块使用16QAM星座(处于相同波特率)，则每个波长携带2×100Gbps的客户端信道，这意味着每个DSP块需要两个100Gb本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学相干接收器(RX1、RX2、RX3)，包括多个解码块(DECa1、DECa2、DECa3、DECb1、DECb2、DECb3)，每个解码块被配置为实现前向纠错迭代消息传递解码算法的迭代，所述多个解码块(DECa1、DEca2、DECa3、DECb1、DECb2、DECb3)被分布到级联解码块的至少两个并行链(FECa、FECb)中，其中所述光学相干接收器(RX1、RX2、RX3)还包括插入在所述两个并行链(FECa、FECb)之间的至少一个中间电路(INTab)，其中所述光学相干接收器(RX1、RX2、RX3)在以下各项之间可切换：‑第一操作模式，其中所述中间电路(INTab)是不活动的，并且所述两个并行链(FECa、FECb)中的每一个在相应客户端信道上单独实现所述前向纠错消息传递解码算法；以及‑第二操作模式，其中所述中间电路(INTab)是活动的，并且所述两个并行链(FECa、FECb)通过借助于所述中间电路(INTab)进行协作，而在相同的客户端信道上联合地实现所述前向纠错消息传递解码算法。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.29 EP 14306516.71.一种光学相干接收器(RX1、RX2、RX3)，包括多个解码块(DECa1、DECa2、DECa3、DECb1、DECb2、DECb3)，每个解码块被配置为实现前向纠错迭代消息传递解码算法的迭代，所述多个解码块(DECa1、DEca2、DECa3、DECb1、DECb2、DECb3)被分布到级联解码块的至少两个并行链(FECa、FECb)中，其中所述光学相干接收器(RX1、RX2、RX3)还包括插入在所述两个并行链(FECa、FECb)之间的至少一个中间电路(INTab)，其中所述光学相干接收器(RX1、RX2、RX3)在以下各项之间可切换：-第一操作模式，其中所述中间电路(INTab)是不活动的，并且所述两个并行链(FECa、FECb)中的每一个在相应客户端信道上单独实现所述前向纠错消息传递解码算法；以及-第二操作模式，其中所述中间电路(INTab)是活动的，并且所述两个并行链(FECa、FECb)通过借助于所述中间电路(INTab)进行协作，而在相同的客户端信道上联合地实现所述前向纠错消息传递解码算法。2.根据权利要求1所述的接收器(RX1、RX2、RX3)，其中级联解码块的第一链(FECa)包括第一解码块(DECa2)，并且级联解码块的第二链(FECb)包括第二解码块(DECb2)，所述第一解码块(DECa2)和所述第二解码块(DECb2)适于执行所述算法的第i次迭代。3.根据权利要求2所述的接收器(RX1)，其中在所述第一操作模式中：-所述第一解码块(DECa2)被配置为从所述第一链(FECa)的在前的解码块接收在所述算法的在前迭代时基于第一客户端信道的第一码字的冗余符号计算的所述第一码字的消息符号的后验概率(Ia(1))，并且基于所述第一码字的所述冗余符号更新所述第一码字的所述消息符号的所述后验概率(Ia(2))；并且-所述第二解码块(DECb2)被配置为从所述第二链(FECb)的在前的解码块接收在所述算法的在前迭代时基于第二客户端信道的第二码字的冗余符号计算的所述第二码字的消息符号的后验概率(Ib(1))，并且基于所述第二码字的所述冗余符号更新所述第二码字的所述消息符号的所述后验概率(Ib(2))。4.根据权利要求3所述的接收器(RX1)，其中在所述第二操作模式中：-所述第一解码块(DECa2)被配置为从所述中间电路(INTab)接收在所述算法的在前迭代时基于客户端信道的码字的第一冗余符号和第二冗余符号计算的所述码字的消息符号的联合后验概率(I(1))，并且仅基于所述第一冗余符号计算所述码字的所述消息符号的后验概率(Ia(2))；-所述第二解码块(DECb2)被配置为从所述中间电路(INTab)接收在所述算法的在前迭代时基于所述客户端信道的所述码字的所述第一冗余符号和所述第二冗余符号计算的所述码字的消息符号的所述联合后验概率(I(1))，并且仅基于所述第二冗余符号计算所述码字的所述消息符号的后验概率(Ib(2))；并且-所述中间电路(INTab)被配置为考虑基于所述第一冗余符号计算的所述后验概率(Ia(2))和基于所述第二冗余符号计算的所述后验概率(Ib(2))这两者来计算所述消息符号的经更新的联合后验概率(I(2))。5.根据权利要求4所述的接收器(RX1)，其中所述消息符号的所述后验概率是对数似然比的形式，并且其中所述中间电路(INTab)被配置为将所述消息符号的经更新的所述联合后验概率(I(2))计算为基于所述第一冗余符号计算的所述后验概率(Ia(2))和基于所述第二冗余符号计算的所述后验概率(Ib(2))之和减去所述消息符号的先验概率。6.根据权利要求4或5所述的接收器(RX1)，其中在所述算法的每X次迭代计算消息符号的所述联合后验概率(I(1))，X等于或大于1。7.根据权利要求3所述的接收器，其中在所述第二操作模式中：-所述第一解码块(DECa2)被配置为从所述中间电路(INTab)接收在所述算法的在前迭代时计算的客户端信道的码字的消息符号的后验概率(Ib(1))，并且基于所述码字的第一冗余符号更新所述消息符号的所述后验概率(Ia(2))；并且-所述第二解码块(DECb2)被配置为经由所述中间电路(INTab)从所述第一解码块(DECa2)接收所述消息符号的经更新的所述后验概率(Ia(2))，并且基于所述码字的第二冗余...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·拉泽蒂，G·加维奥利，C·科斯坦蒂尼，M·佩佩，
申请(专利权)人：阿尔卡特朗讯，
类型：发明
国别省市：法国,FR