[发明专利]使用具有可变编码率的LDPC码的光传输系统

说明书

本申请涉及光相干通信系统(CS)中的前向纠错机制，该系统包括基于低密度奇偶校验(LDPC)码的FEC编码器(FE)和FEC解码器(FD)。FEC编码器通过添加通过将FEC码应用于客户端比特所计算的奇偶校验比特来将客户端比特的块编码成码字。此外，FEC解码器通过向其应用迭代消息传递算法来对每个码字解码，消息传递算法的每次迭代包括评估定义FEC码的奇偶校验矩阵。在FEC编码器处，FEC码的编码率可以通过改变每个码字的客户端/信息比特的数目和/或奇偶校验比特的数目来改变。在FEC解码器处，奇偶校验矩阵在消息传递算法的每次迭代中被逐列评估。解码器可以是置信度传播解码器。FEC解码器的计算复杂度与编码率有利地弱相关，并且在一些情况下与编码率完全无关。

技术领域

本发明一般涉及通信网络领域。具体地，本发明涉及一种用于在通信网络中实现具有可变编码率的前向纠错(FEC)机制的方法，并且涉及一种被配置为实现该方法的光相干通信系统。

背景技术

如已知的，前向纠错(FEC)是用于检测并可以校正数字通信网络(例如，波分复用(WDM)通信网络)的网络元素之间的数字数据传输中的误差的技术。

根据FEC，在传输侧，使用添加冗余的纠错码来对要被传输的数字数据进行编码。在接收侧，冗余被用来检测并可以校正原始数据中的误差。

已知不同类型的纠错码，包括块码和卷积码。在块码中，要被传输的数字数据被划分成n个客户端比特的固定大小的块，并且通过添加k个冗余比特来将每个块分别编码成n+k个比特的相应码字。

块码由用于计算从n个客户端比特开始的k个冗余比特的一组规则定义。例如，在奇偶校验码中，k个冗余比特中的每一个都被计算为n个客户端比特的某个子集的奇偶校验(即，模2加法)，并且因此也被称为“奇偶校验比特”。每个规则对应于相应的奇偶校验，该奇偶校验基本上提供了用于检查奇偶校验比特的模2加法和被用来计算该奇偶校验比特的n个客户端比特的子集是否等于零。只有满足所有奇偶校验时，码字才有效。

奇偶校验码也可以以二进制矩阵(也被称为奇偶校验矩阵)的形式来表示，其中，k行对应于k个奇偶校验，并且n+k列对应于码字的n+k个比特。

在奇偶校验码中，低密度奇偶校验(LDPC)码是已知的并且目前被广泛用在WDM通信网络中。LDPC码具有仅包含非常少数目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解码复杂度(其仅随着码长线性增加)和最小距离(其也随着码长线性增加)两者。

通常通过坦纳(Tanner)图以图形形式表示LDPC码。坦纳图基本上由被称为“变量节点”的第一列n+k个节点以及被称为“校验节点”的第二列k个节点组成。每个变量节点对应于相应的码字比特(客户端比特或奇偶校验比特)，而每个校验节点对应于相应的奇偶校验。在该图中，特定奇偶校验中所涉及的码字比特使其变量节点与该奇偶校验的校验节点结合。这提供了定义LDPC码的奇偶校验的直观图形表示。

通常使用被称为“消息传递算法”的迭代算法来对LDPC码进行解码，其中，变量节点和校验节点像状态机一样迭代地交换消息并且更新其状态。已知不同类型的消息传递算法，其由于交换的消息的内容以及由于在变量节点和校验节点处所执行的处理而不同。

特定类的消息传递算法是所谓的“置信度传播算法”，其中，在与某个码字比特相对应的变量节点与邻近的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”(或者简称为LLR)，即：

其中，p(0)和p(1)分别是码字比特等于0和1的概率。LLR>0指示码字比特更可能是0而不是1，而LLR<0指示码字比特更可能是1而不是0。此外，LLR＝0指示码字比特是1或0的概率相同。例如，利用LLR的示例性置信度传播算法是“和积”算法(SPA)和“最小和”算法(MSA)。