[发明专利]用于使用灵活不规则纠错码进行速率自适应前向纠错的方法和设备

说明书

公开了用于使用阶梯码等灵活不规则纠错码(error‑correcting code，ECC)执行速率自适应前向纠错(forward error correction，FEC)的方法和设备。所述ECC的每个码字使用两个或两个以上不同编码中的一个，每个编码具有不同数目的奇偶校验位。通过调整数据块中包括的每个编码的码字的比例，可以精细地调整FEC开销，从而实现灵活的FEC开销级别，以响应通信信道中增加或减少的噪声或扰动。描述了三种灵活不规则拉链码：通用拉链码；阶梯码；以及oFEC码。

相关申请交叉引用

本申请要求先前于2020年8月14日递交的申请号为16/994,103、发明名称为“用于使用灵活不规则纠错码进行速率自适应前向纠错的方法和设备(METHODS AND DEVICESFOR RATE ADAPTIVE FORWARD ERROR CORRECTION USING A FLEXIBLE IRREGULAR ERRORCORRECTING CODE)”的美国非临时申请的优先权，其内容通过在允许结合的管辖范围内引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及数字通信领域的前向纠错，尤其涉及用于使用灵活不规则纠错码进行速率自适应前向纠错的方法和设备。

背景技术

大多数现代光纤通信系统采用前向纠错(forward-error-correction，FEC)来保护数据不受信道扰动和噪声的影响。在典型的FEC配置中，使用称为纠错码(errorcorrecting code，ECC)的编码，将冗余开销添加到发送器侧的有效载荷数据中。ECC允许在接收器侧检测和校正错误，直到达到某个阈值。该阈值取决于编码开销的数量和类型以及错误模式的类型。更高的位错误率(bit error rate，BER)阈值会提高纠错性能，但也可能会增加ECC的纠错开销，并因此降低数据吞吐量。在ECC编码期间，以添加到每个数据位块的纠错位的形式产生ECC开销。输出信号的给定块中的非数据位与数据位的比率越高，开销越高，吞吐量越低。

通常，FEC模块通过对接收信号的单位序列执行错误检测检验来实现纠错。该位序列包括有效载荷数据的多个数据位以及通过ECC编码过程添加的一个或多个非数据位，例如奇偶校验位。该奇偶校验位由发送器处的ECC编码器根据数学计算基于该序列中的数据位的位值来设置。接收器处的FEC模块可以使用所接收的该序列的数据位和奇偶校验位执行对应的数学计算，以确认该位序列是否构成ECC码字，即该位序列是否符合ECC编码方案并因此不包含位错误。如果接收器执行的计算表明存在位错误，则FEC模块通常也可以使用奇偶校验位来定位该位序列中存在的特定位错误，从而翻转这些位以纠正位错误。

在光通信系统中，BER阈值通常定义为输出BER(即，纠错后的输出信号的BER)保持在1e-15以下的最大输入BER(即，接收信号的BER)。在给定目标输入BER阈值的情况下，最为高效的FEC将使用最小开销(overhead，OH)来纠正目标数目的错误。在一些情况下，每个码字的开销是恒定的：发送器处的ECC编码器通过将固定数目的有效载荷数据位添加到固定数目的奇偶校验位来对码字进行编码。相对于该码字中的数据位的数目使用更多数目的奇偶校验位会增加开销，但是可以使得能够检测和/或纠正每个位序列的更多位错误。

一些现代光调制解调器能够适应一系列传输距离和信道条件。使用各种技术来实现这种灵活性，例如，不同的正交幅度调制(quadrature amplitude modulation，QAM)星座设计(例如，从16QAM到64QAM到128QAM)和概率星座整形(probabilistic constellationshaping，PCS)。这些技术应用于各种光信道噪声水平，在接收器处导致一系列不同的输入BER水平，因此需要可变且可适应的FEC开销级别以实现高频谱效率。