CN101529775A - 与64b/66b加扰兼容的多链路传输的前向纠错编码 - Google Patents

与64b/66b加扰兼容的多链路传输的前向纠错编码 Download PDF

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Abstract

一种与由64B/66B编码标准所使用的自同步加扰器兼容的前向纠错(FEC)码，用于串行器/解串行器(SerDes)通信信道链路上的传输。FEC码允许分别在加扰前和加扰后发生编码和解码，以保护对传输的信号的加扰操作的特性。尽管由于64B/66B加扰处理所有的传输误差被增加三倍，但该码允许校正任意的单个传输误差。将汉明码与n次的比特交织奇偶码(BIP－n)组合。这两种码提供了对于分组的最大长度中的任意位置处的误差以及通过解扰处理被复制了两次或三次的误差两者的保护。无论是否被倍增，所有的单个比特误差具有唯一的带宽应用，因此可容易地被校正。另外，可以经过用于更高带宽应用的多个串行链路来传输分组，而不衰减码效率。汉明码可以从任意的不可约多项式产生，比如H(x)＝x10+x3+1。选择6次的BIP码以符合64B/66B加扰多项式，并且其由B(x)＝x6+1表示。

Description

与64B/66B加扰兼容的多链路传输的前向纠错编码
技术领域
本发明的技术领域涉及高速数字通信系统，并且更具体地涉及用于通过校正由于自同步加扰(self-synchronized scrambling)由比特(位)误差扩散(bit error spreading)导致的单个比特误差的倍增来加强所传输的信号的可靠性的改进的编码技术。
背景技术
在数字通信系统中，由于通信信道中的噪声的出现，数据的传输经历了讹误(corruption)和误差。用于帮助在目的地准确接收信号的加扰通过已知为误差扩散的处理而引入了另外的误差。在这种系统中，普遍在源处使用冗余奇偶位来编码所传输的信号以允许校正误差。基于系统接收器能够从传输的数据中提取时钟信号定时参考的最大长度，典型地将数字比特流解析为n位固定长度数据字(dataword)。通过冗余位的串联，被编码的m位数字字比原始数据字长。
在提供对于高速链路的纠错时的挑战之一是，对附于正被保护的数据字的校验位的任意纠错还需要考虑其对物理层的比特跳变密度的影响。典型地，为了维持与分组边界内的适当位置的同步用于选通数据(strobe data)，必须观察从0＝＞1或从1＝＞0的跳变的最小数量。例如由0组成的长流可能导致接收器不知何时对到来的数据进行采样的轨迹。因此当最终传输1时，接收器可能已经不同步，并且不能检测0＝＞1跳变。
为了防止同步的丢失，可以通过几个已知的加扰技术之一来处理被编码的数据字。经常利用线性反馈移位寄存器(LFSR)来实现自同步加扰器，其中该线性反馈移位寄存器(LFSR)被编程以根据预定的多项式来倍增数据字，以导致精确保证的最小数量的比特跳变。加扰器LFSR还可以被预设为具体值，以对于全零数据有效负荷进一步提高比特跳变的数量。在接收方，必须通常通过类似的相反处理来解扰(descramble)有效负荷，其中通过相同的预定多项式来划分比特流。
使用数据加扰来维持发送器与接收器之间的时钟同步。由于上述原因，数据加扰算法通常限制了顺序传输的一或零的最大数量，使得可以识别逻辑跳变的最小数量以便成功地提取传输的时钟。限制具有相同值的比特的最大数量使得接收器能够维持与源的同步。
尽管加扰有助于减少接收器飘移(drift)，但是其提供了另外的传输误差源，因为发生在原始数据流中的单个比特误差通过加扰处理而倍增。因为加扰和解扰功能依赖于数据字的每个比特，包括当重建原始传输的数据时错误的比特，因此发生单个比特误差的倍增。以这种方式的单个比特误差的倍增已知为“比特误差扩散”，并且在当解扰器试图将加扰的信号恢复到其原始状态时的接收器处发生。
为了确保所有的比特流都被适当地加扰，还必须对附于数据字的任意纠错码(ECC)校验位加扰。这使得在将ECC校验位添加到传输的字之后进行加扰成为必要。同样，无论在接收器中实现任何ECC方案，在激活之前在接收器处对传输的数据字类似地解扰。以此方式，对于整个分组而不是仅仅对分组的数据比特部分维持了比特跳变密度。
图1中示出了示例现有技术通信系统，其中(物理编码子层)上部接口100表示10吉比特媒体独立接口(XGMII)，其提供与要被转发102或接收104的数据的传输的物理模式无关的、用于数据通信设备的接口。编码器142和变速箱(gear box)146功能是用于将数据和控制字符映射到各块以及到适应格式(adapt format)所必需的。它们对于本发明的理解不是必需的，并且不再进一步描述。接收路径150包括解扰器154，用于恢复原始比特流。PCS120还包括功能160，用于监视在传输介质上的比特误差率，并且存在解码功能152，其是传输编码器142的对应部分。来自逻辑接口100的数据被发送到物理编码子层120，在那里首先利用适当的ECC对其编码，然后加扰。最后，如果需要，通过变速箱146将进行编码和加扰的逻辑电路的速度与实际物理介质115的传输速度相匹配。在64B/66B码的情况下，如该名称所暗示的，对于要传输的每个64比特由变速箱添加2比特。用于构成64比特分组的两个额外比特在接收时被移除，并且未被包括在加扰和校正处理步骤中。然后经由接口介质发送该数据，作为包含原始数据字加上编码的校验位的分组，其中所有这些都已经被加扰以提供所要求的比特跳变密度。
本领域技术人员将意识到，尽管在10GbE的具体背景下描述了本发明，但是也可以将其实践在不同的环境中，并且从下文的详细描述中将了解如何将其改编为其他应用，特别是对于将使用不同的加扰多项式的应用。
在有效负荷的物理传输期间，随机、单个比特误差是很常见的。这是由于如今使用的通信信道中所采用的极高速度。如果在数据分组中仅存在一个误差，则简单汉明(Hamming)ECC将能够校正所有的这种误差。由于自同步加扰器倍增了误差，因此在接收器处需要更强健的解决方案以处理伴随误差(incident error)和任意的复制的误差。
在可以位于相同逻辑芯片中或在完全不同的逻辑芯片上的接收端，接收的分组首先被同步，且分组边界被检测。本发明未采取用于描绘分组边界的任何特定方法。通常，当传输固定尺寸的分组时，基于所添加的冗余位和数据流的编码来检测分组边界。然后，为了尽可能低地保持比特误差率(BER)，使用从加扰步骤得到的预定比特跳变密度来接收分组。接收的分组被解扰，然后被解码以允许校正比特流中的任何误差。
然而，如上所述，解扰处理具有如下不期望的效果：导致了在传输期间在信道中引入的任意单个比特误差根据加扰多项式的项数和幂次(degree)而被复制。单个比特误差可以经过信道被简单地扩散，或者取决于加扰多项式的形式其可以被复制多次。该误差仍然是单个比特误差还是被复制了多次取决于其出现在传输的有效负荷序列中的何处。倘若多项式的阶小于传输序列中的总比特数，如果误差出现在该序列的开始，则其将由于LFSR而被扩散，并且通常是在相同的数据分组内被复制。如果最初的误差出现在接近有效负荷的结尾处，则其仍然将被扩散，但是，仅仅第一次出现就可能落入当前分组，引起仅单个比特误差。但是，误差的复制的表现形式(manifestation)则将落入下一数据分组，并且在那里引起双比特误差。根据加扰多项式和伴随误差的位置，在字的中间处的伴随误差可以被扩散成各种双比特误差。
与比特跳变密度或最大运行长度有关的数字通信的另一方面是累积的DC偏移量，其反映了在接收器处经历的传输数据流的低频电压分量的总和。在二进制系统中，对于0和1的离散逻辑值典型地被分配了相反极性的电压。结果，不需周期性的调整，在接收器处经历的累积的DC偏移量可以朝向正或负电源极限移动，这可能导致接收器处的过载情况。累积的DC不平衡可以被表达为需要被反转以产生平衡的比特流的比特值的数量。如果在接收器处经历的累积的DC偏移量可以被有效地平衡，则可以减少在接收器处经历的DC电压摆动。在这点上，可以采用平衡的DC偏移量来减少在接收器处的整体信噪比(SNR)，这是因为低频噪声可以被更有效地过滤掉。这通过确保编码的数据流代表了逻辑0和1值在固定单元的数据比特上的平衡分布来实现。
前向纠错(FEC)是如下技术：其被设计用于当出现误差时识别和校正在取消了由发送器重发数据的步骤的传输过程中出现的误差。通过将算法应用于数字数据流以产生与原始数据一起传输的冗余位来实现FEC。在系统的接收器端处进行相同的算法以比较编码数据的传输计算与接收的编码。已知比较的结果是FEC校验子(syndrome)。空校验子指示无误差接收的数据流。在误差校验子的任意比特位置中的非零项必须被译出以校正一个或多个误差。
比特误差扩散的问题进一步与在接收器处出现的FEC结合，这是因为解扰的数据流中的误差总数可能超过FEC解码器的容量。如果超过了系统的误差检测和校正能力，则原始数据被讹误(corrupt)且不可恢复，必需重新传输，由此影响了整体的系统性能。
影响经过高速通信链路的加扰数据的校正的另一个因素是在并行结构中运行多个串行链路的实践。为了提高整体的系统带宽，集合多个链路以通过几个链路或位线(bitlane)同时传输数据分组正变得越来越平常。以此方式，可以在用于通过单个链路传递有效负荷的时间的N/b部分内传递相同的数据有效负荷，其中N是经过单个链路传输一个数据有效负荷或分组所需的时间，b是链路的数量。进一步容易得知，细分的分组的长度也是N/b。理论上，N/b可以是分数，但是实际上，考虑到分组的大小(包括有效负荷、报头和冗余位)而选择链路的数量，因此对于此例子假设N能被b整除，因此每个子分组将包含相同或相似的比特数。在此情况下，为了维持经过每个物理链路的适当的比特跳变密度(这需要实现低传输BER)，将数据字分割为b个子数据字，并且独立地对每个子数据字加扰和解扰。在接收侧，重新构建解扰的子数据字以形成原始数据字，然后解码该原始数据字用于可能的纠错。
已经做出了一些提议以提供与加扰器的比特误差扩散兼容的ECC，比如标题为“Forward Error Correction Scheme Compatible with the Bit ErrorSpreading of a Scrambler(与加扰器的比特误差扩散兼容的前向纠错方案)”的共同受让(commonly assigned)的美国专利申请US20040193997A1，通过引用将其合并于此。这种方案的缺点是，当经过多个位线传送分组时不能校正误差，如上所述。
FEC码的其他应用不能完全解决可归因于解扰处理的比特误差扩散的影响。例如，由Xilinx提交的网络处理论坛(Network Processing Forum)论文(NPF2003.320.00)公开了一种64B/66B编码器，其不能克服由解扰引起的比特误差倍增问题。由PMC-Sierra、Xilinx和Sandia国际实验室提交的文件OIF2004.229.03中的光学因特网论坛(Optical Internetworking Forum)已经采取了另一途径，其也不能克服倍增问题。类似地，共同转让的美国专利申请2004/0193997A1公开了用于组合简单FEC码与加扰和解扰功能以减少比特误差扩散的方法，但是需要经过单个串行链路来传输数据分组，因此在多个分组上传播了比特误差信息。因此，存在对于与64B/66B加扰格式兼容的FEC码的需要，该64B/66B加扰格式可以通过多信道通信系统实现，同时保持信道带宽效率。
发明内容
公开了与64B/66B编码标准使用的加扰器相兼容的前向纠错(FEC)码，用于在串行器/解串行器(SerDes)通信链路上的传输。与8B/10B标准编码(2/8或25％)相比，64B/66B标准根据纠错或所需的奇偶位的数量能够实现更低的管理开销(2/64或3％)。所提出的FEC允许分别在加扰前和加扰后进行编码和解码，使得保护了对传输的信号的加扰操作的结果。尽管由于64B/66B解扰处理而得到了所有传输误差的三倍增加，但该码允许校正任意的单个传输误差。
根据第一实施例，将汉明码与n次的比特交织奇偶码(BIP-n)组合。汉明码可以从任意的不可约多项式产生，比如H(x)＝x10+x3+1。6次的多项式被选择用于BIP码，并且其由B(x)＝x6+1表示。选择BIP码的幂次以符合加扰器的误差扩散样式，使得总是可以获得唯一的FEC校验子。这两种码一起提供对于分组的最大长度中的任意位置处的误差以及对于被倍增的即通过解扰处理被复制了两次或三次的误差两者的保护。由可预测样式或校验子来刻画由于扩散引起的比特误差的传播(propagation)。无论是否被倍增，所有的单个比特误差无论是否被倍增都具有唯一的校验子，因此可由提出的FEC码容易地校正。另外，可以经过几个串行链路传输分组，这是更高的带宽应用所期望的而不降低码效率。
优选地，本发明提供了将前向纠错码应用于在串行器-解串行器链路上传输的数字信号的方法，该方法包括：将来自形式为H(x)＝x10+x3+1的不可约多项式的汉明码应用于数字信号；将n次(BIP-n)的比特交织奇偶码应用于数字信号；产生用于编码的数字信号的第一校验位序列；将第一校验位序列附于编码的数字信号；使用64B/66B加扰协议来加扰编码的数字信号和第一校验位序列；通过串行器-解串行器链路来传输被加扰并编码的数字信号；在接收器节点处解扰所传送的数字信号；在接收器节点处产生第二校验位序列；比较第一校验位序列与第二校验位序列；确定所传输的数字信号是否包含第一比特误差；以及校正所述第一比特误差、第一复制的误差和第二复制的误差。
优选地，本发明提供了建立用于使用自同步加扰器的基于分组的数字通信系统的前向纠错(FEC)码的方法，所述方法包括步骤：在接收所传送的FEC编码帧时，确定能够在单个传输误差和由所述自同步加扰器生成的其复制的所有误差样式之间进行区分的比特交织奇偶(BIP-n)码的幂(n)；确定用于产生长度符合所述基于分组的数字通信系统的分组尺寸的汉明码的多项式的幂；组合所述BIP-n码与所述汉明码以形成所述FEC码，并在接收所述传输的FEC编码帧后，获得用于所述单个传输误差及复制的所有组合的唯一校验子的集合；以及允许FEC码校正所有的单个传输误差及由自同步加扰器对其的复制，同时保护如由所述加扰器所提供的物理层的比特跳变密度。
附图说明
图1示意性图示了10GbE媒体独立物理接口。
图2绘出了根据第一实施例的编码和解码算法的流程图。
图3示意性图示了由对单个数据分组的解扰操作引起的比特误差扩散的概念。
图4示意性图示了由对单个信道上的多个数据分组的解扰操作引起的比特误差扩散的概念。
图5示意性图示了导致不可校正的误差情况的、通过多链路系统中的单个链路传输的多个误差。
图6绘出了根据第一实施例选择FEC多项式的方法的流程图。
图7示出了使用比特交织奇偶(bit-interleaved parity)和汉明编码的组合的根据第一实施例的前向纠错码的示例H矩阵。
图8示出了系统形式的图7的示例H矩阵的转置版本。
图9图示了使用根据第一实施例的前向纠错编码方法的未检测的误差的分布的绘图。
具体实施方式
在对实施例的以下详细描述中，参考附图，其中附图形成了该描述的一部分，并且在附图中通过图示示出了具体实施例，其中足够详细地描述了具体实施例以使得本领域技术人员能够实现本发明，将理解，可以利用其他实施例，并且不脱离本发明的范围可以做出逻辑的、结构的、电的和其他改变。
根据第一实施例，公开了FEC码，其与由64B/66B编码所使用的加扰器兼容，该64B/66B编码用于利用比8B/10B编码(2/8或25％)更低的开销(2/64或3％在SerDes信道链路上传输。根据第一实施例的FEC码需要分别在加扰前和解扰后进行编码和解码，以便保持对传输的信号的加扰操作的特性。尽管从64B/66B解扰处理得到所有传输误差的三倍增加，但所提出的码允许校正任意的单个传输误差。
图2绘出了根据第一实施例的编码和解码处理流程图。根据在系统H矩阵中定义的等式对要被传送的数据字进行逻辑XOR，以形成16比特ECC校验位序列200。校验位被附于数据字以形成编码的数据字201，其被输入到加扰器。然后加扰的数据字经过信道被传送202，并在目的地处被解扰203。将校验位与数据字分离，并本地存储204。从传输的数据字产生新的校验位集合，并与传输的校验位进行比较205。比较步骤的结果是误差校验子，从该误差集确定误差的数量和位置。该校验子的前6位对应于编码处理的BIP-n部分，并显示了在传输的数据字中出现的误差的数量208。误差校验子的剩余10位将指示要被校正的一个或多个误差的位置811。
参考图3，根据在64B/66B协议中利用的应用的加扰多项式，对于各个分组，图示了各种误差扩散校验子。对于64B/66B协议，加扰多项式被表示为G(x)＝1+X39+X58，因此加扰处理引入了数据字的三倍增加。单个误差可能出现在分组结构中的任意位置，而两个误差(单个误差和一个复制实例)可能在分组内的任意位置处被隔开了0-39比特的间隔或者39-58比特的间隔。因此，根据加扰多项式的幂，即0、39和58，误差跨越了59位。如果没有假设专用于传输由FEC码保护的帧的SerDes线路(或高速链路)的数量，则链路上的单个传输误差可能导致在帧内任意位置处出现高达三个误差。然而，如果三个误差在相同的帧内，则它们被假设为根据多项式的幂0-39-58被隔开。如果两个误差在相同的帧内，则它们必需在帧内的任意位置处在比特0-38或比特39-58内被隔开。连同所有的单个误差一起的所有这些误差的组合具有唯一的校验子，因此是可校正的。
图4示出了通过单个串行链路传输的数据分组，并图示了取决于单个比特误差在字中的比特位置、单个比特误差如何产生多比特误差。如果单个比特误差较早出现在第n分组中，则可见加扰的全部影响。如果其较晚出现在伴随字中，则部分误差将落在字的外部。图3中的误差号指的是在解扰处理期间由加扰多项式引起的扩散误差的任意给定分组内的相对比特位置。
例如，比特误差扩散1示出在n-1分组的中部出现的初始误差，并且由位置0指定。在解扰器的处理后，误差还被扩散到在该序列较后的比特位置39比特，以及该序列较后的58比特位置。因此，比特误差扩散1导致n-1分组经历了双比特误差，而第n分组经历了单个比特误差。然而，如果初始误差出现在比特流中较后面，如比特误差扩散4中所示，则在n-1分组中仅观察到初始误差，并且第n分组将经历双比特误差。
比特误差扩散2示出了接近第n分组的开始出现的初始误差，并且得到的扩散误差也落在第n分组内，导致三比特误差。
除了第n分组中的单个或双比特误差之外，比特误差扩散3与比特误差扩散4类似，但是初始误差出现在第n分组中，且得到的扩散误差可能导致n+1分组中的单个或双比特误差。
因此可见，尽管单个纠错(SEC)汉明码将足够用于校正随机的单个比特误差，但是不能校正由加扰算法引起的并在图4的所有三种情况中示出的双比特误差或三比特误差。
在多信道链路的情况下，图5图示了单个分组可以如何被分解并在任意数量的链路上传输并在接收器处重构。单个、两个和三个比特误差可以出现在分组中的任意位置，并仍将被校正，这是因为复制的误差的间隔是加扰多项式的函数。如果选择BIP-n码指数(exponent)使得存在唯一的模n的余数，则可以标识并校正复制的比特误差。
如图5所示，第n分组被分解为4个子分组。每个子分组被单独地加扰和解扰。然而，现在可见，在子分组3中出现的扩散误差引起了第n分组中的两个误差，加上n+1分组中的另外的误差。不幸的是，ECC信息未经过分组边界传播。因此，利用当前方法，不可检测相同位线中的n+1分组的单个比特误差的倍增，因此在US20040193997A1中使用的方案不能校正采用多个串行链路的系统中的多比特误差。
如果经过足够数量的链路传输分组使得所传输的数据分组的每个分量都小于19比特，则仅需要校正单个误差，并且任意的单个汉明码实施方式就将足够。这是因为复制的误差永远不会落在单个比特误差出现的相同子分组内。例如，在64B/66B编码中，可以用2字节的ECC校验位来保护64字节帧。根据比特计数，总共是64×8＝512比特。现在如果用于传输512比特编码字的链路的数量至少是32，则每个字分组最大将是16比特，这小于加扰多项式的19比特最小扩散距离。因此无论何时出现误差，绝不会仅扩散到一个ECC字，因此，在每个受影响的分组中只出现单个比特误差。然而，由于实施所需的另外的带宽，这种途径并不足够。通常，以4、8、或16个为一组的多个位线被用于提高带宽。一般而言，如果N/b＜s，则简单汉明码就足够，其中，N是在比特中保护的ECC帧的总长度，b是位线数，s是加扰器多项式的最小扩散距离。
设计ECC方案以匹配误差模型。因此，符合误差模型的任何误差必然是可校正的。在此描述的误差模型是通过解扰处理倍增的单个传输误差，以至于必须考虑根据加扰多项式的幂而间隔的复制误差。然而，应当评估ECC码检测另外的误差(在此情况下是双比特误差)的能力。例如，当出现两个传输误差时，在解扰后可能检测到达六个误差。迭代模拟是用于评估FEC码的检测能力的水平所必需的。理想地，FEC码应该达到强健的单个纠错/双误差检测SEC/DED水平，但是这在实际中可能不能实现，其中双传输误差的一小部分比例未被检测。
64B/66B标准定义了64比特分组，2比特被添加到该64比特分组用于描绘。本发明含蓄地假设将对较大的分组或帧实行使用ECC的保护，因此实现ECC所需的冗余位将停留在合理水平。作为示例情况，包括冗余位的帧被限制为那些64比特分组的整数倍(entire multiple)。在此所述的FEC码不需要假设用于描述ECC保护的帧的任何特定方法。第一实施例的FEC码可以保护达210-1＝1023比特的数据字。因此，实际上，可以考虑包括例如由64B/66B标准定义的类型的高达15个64比特分组的ECC保护的帧(包括16个冗余位)。
根据第一实施例利用强健的误差检测和校正能力来实现FEC的码被构建为如下所讨论的。FEC码组合了汉明码与n次的比特交织奇偶(BIP-n)码，这可以通过两项多项式Xn+1产生。汉明码可以从任意的不可约多项式、优选为本原(primitive)多项式产生，在1972年的MIT Press中Peterson与Weldon的“纠错码”中，可以得到汉明码的列表，通过引用将其合并于此。Peterson和Weldon在附录C的表C.2中图示了第10阶多项式，以八进制计数法被表示为“2011”，即H(x)＝X10+X3+1。由于以下说明的原因，选择6阶BIP码，并且其对应于以下多项式：B(x)＝X6+1。
汉明码的幂次确定了码的长度，即最大分组或码字尺寸，包括可以被保护的ECC位。产生最大长度序列的10次本原多项式可以跨越1023比特。因此，可以用于保护典型的64字节分组和高达127字节的任意长度分组。选择BIP的幂次以确保如由加扰多项式项定义的统一误差间隔：0-39、39-58(即相离19比特)且0-58不具有模n的相同的余数。该方法确保唯一的校验比特误差校验子，这是在目的地节点处在原始传输的数据字与重新构成的数据字之间的XOR操作的结果。对于66B/64B标准，BIP-n码必需至少是6阶的，用于所选择的加扰器多项式G(X)＝X58+X39+1，因为如以下表1所示，n＝6是对于加扰器多项式项的所有幂提供不同的余数的第一模：
(0 19 39 58)模3＝(0 1 0 1)
(0 19 39 58)模4＝(0 3 3 2)
(0 19 39 58)模5＝(0 4 4 3)
(0 19 39 58)模6＝(0 1 3 4)
(0 19 39 58)模7＝(0 5 4 2)
表1
图6绘出了示出用于选择汉明码和BIP-n码的阶使得实现最强健的解决方案用于系统所利用的信道的宽度和数量的算法的流程图。必须从加扰多项式的幂确定倍增的比特误差的每个可能的集合之间的距离600，其中在64B/66B标准的情况下，该加扰多项式对应于G(X)＝X58+X39+1。必须确定比特交织奇偶(BIP-n)码的最小幂(n)，使得任意的单个传输误差样式及其复制返回唯一的以模n的余数(601-605)。对于汉明码H(x)＝X10+X3+1，对于BIP-n选择n＝6导致间隔为：0-39、39-58、0-39-58的误差的组合，同时对于与如以下示出的表2中所示的BIP-6对应的校验子的6比特分量，单个误差总是返回不同的样式。比特距离的模6的除法是用于提供唯一的余数的n的第一个值。基于可以被专用于给定的系统配置的ECC校验位的比特的总数，汉明码的幂次m被计算为m-n比特607。选择BIP-6多项式允许要被专用于码的第二部分的校验位的最大数量，这确保了用于针对多比特误差的保护的最强健的水平。
BIP-6校验子样式(及其任意轮换)
        0 1 2 3 4 5
单个误差1 0 0 0 0 0
0-19    1 1 0 0 0 0
0-39    1 0 0 1 0 0
0-39-58 1 1 0 0 1 0
表2
因此，当与BIP-6码组合时，尽管存在由加扰器引入的、在帧内的任意位置并通过几个链路而潜在地传输的误差倍增，简单汉明码足够用于实现单个纠错码。在这点上，与误差模型匹配的所有误差组合都具有可容易地解码和校正的唯一校验子。
参考图7，示出了根据第一实施例利用H(x)和B(x)从数据字的倍增产生的(1023/1007)码的H矩阵形式(1023列，16行)。然而，为了允许在编码时一直向前计算ECC比特，图5所示的矩阵优选地应该被转置为需要校验位矩阵的对角化的系统形式。这可以使用标准的数学方法来完成。在图8中示出了从图7导出的所得到的系统形式矩阵。
尽管由加扰器多项式引起误差的复制，但在检验了单个到三比特误差的所有组合后，如图3和图4所示而间隔的，FEC码提供了强健的单个纠错码。在1023比特分组中，存在3976个误差组合，每个返回不同的校验子，因此它们都可以被明确地校正。对于误差的每个分类的唯一误差校验子的数量如下：
3比特误差组合58-39-0＝965
2比特误差组合39-0＝984
2比特误差组合58-39＝1004
1比特误差组合＝1023
总计：3976
对于比矩阵的容量短的数据字段，必须缩减FEC码以匹配实际应用分组尺寸，并且不考虑丢弃的比特。为了保持矩阵的特性，必须从左到右穷尽地发生该缩减，减到分组的尺寸。
在解扰操作之后完成在目的地节点处的解码。具有与原始矩阵相同的特性的H矩阵的系统形式应该被用于简化ECC比特的重新产生。然而，这使误差校验子的解码复杂，因为通过对角化操作修改了简单原始矩阵结构。要进行的更有效的方法是通过使用用于在编码侧上产生校验位并在接收器端上比较传输的校验位与重新计算的校验位的系统H矩阵。在解码校验子之前，首先将转换应用于原始校验子，这产生了与对于矩阵的非系统形式的情况相同的结果。通过将原始16比特校验子向量乘以以下表3中所示的正方形校验位矩阵很容易完成该转换。
15------------------------0
0000100000100000         15
0000010000010000          |
1000001000001000          |
0100000100000100          |
0010000010000010          |
0001000001000001          |
0000001000000000          |
1000000100000000          |
0100000010000000          |
0010000001000000          |
1001000000100000          |
0100100000010000          |
0010010000001000          |
0001000000000100          |
0000100000000010          |
0000010000000001          0
表3
例如，如果假设在索引1018&999(相离19比特)处的比特是有误差的，则由系统矩阵返回的校验子是：
0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0
在使用表3的正方形矩阵转换后，校验子变成：
0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1，这正是对于原始数据流将由以上非系统矩阵返回的校验子。
前(最左边)6比特是BIP产生的分量的子校验子，并指示如在表2的BIP-6校验子样式中所指示的相离19比特的2比特误差。
可替换的方法是使用用于产生的系统形式矩阵和用于检验的原始(非系统的)矩阵。然而，该方法具有的缺点是，需要两个大的XOR阵列-一个用于ECC校验位产生，一个用于检验和校正。解码该校验子的强力方法包括将要校正的比特的3976个组合存储在216(即65536)条目查找表(例如ROM)中。如果被寻址，所有其他条目将被认为是被检测但不可校正的误差(UE)(即从单个比特传输误差得到并且相隔为加扰器的幂的误差)，其不匹配误差模型并且不能被校正。
仍然可以检测不能与误差模型对应的很多传输误差，因为如上所述，在由16比特校验子指示的216-1＝65535个可能的误差校验子中，仅3976个校验子被用于纠错。这种误差可以是在串行链路上的相同分组中出现的单个误差以外的结果。因此，例如，在加扰后，由于双传输误差，在单个分组中可以出现多达6个误差。图9示出了图示对于不匹配误差模型的2到6个误差之间所解出的结果的Monte-Carlo模拟的统计分布-其大约91％被检测。然而，剩余的9％(10000中的897)产生属于从未被检测并因此将触发错误校正(miscorrection)的双传输误差中得到的3976个组合的校验子。
从用于图示该方法的例子中很容易实现这种类型码的普遍化。通过选择其他的多项式以适应替换的加扰规范可以建立更长或更短的码。可以选择不同的幂(对于BIP-n的n)以适应得到不同的误差校验子的加扰多项式伴随的误差间隔中的变化。
尽管已经参考优选实施例或多个实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，不脱离本发明的范围，可以做出各种改变，并且可以用等效物替换其要素。另外，不脱离其主要范围，对于本发明的教导，可以做出很多修改以适应特定情形或材料。因此，意要本发明不限于作为用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是，本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种产生用于基于分组的数字通信系统的前向纠错(FEC)码的方法，该方法包括：
将基于从不可约多项式产生的汉明码的第一编码算法应用于第一数据字；
将基于比特交织奇偶(BIP)码的第二编码算法应用于所述第一数据字；
产生用于所述数据字的第一校验位序列，其包括连接在一起的所述第一编码算法和第二编码算法的校验位；
将所述第一校验位序列附于所述数据字；
在源节点处对所述数据字加扰；
在数据传输链路上将所述数据字从所述源节点传送到目的地节点；
在所述目的地节点处对所传送的数据字解扰；
基于所传送的数据字产生第二校验位序列；
按位比较所述第一校验位序列与所述第二校验位序列，以产生校验子，所述校验子以第一编码算法校验子与第二编码算法校验子连接的形式存在；
确定所接收的数据字是否包含第一比特误差；以及
通过所述第一编码算法校验子校正所述第一比特误差，并通过第二编码算法校验子校正第一和第二复制的比特误差。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在第一矩阵中呈现多个编码的数据字，其中与多个数据字的每个对应的多个校验位序列被附于所述第一矩阵。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：将校验位序列附于相应的多个编码的数据字的每个。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：串联多个数据字并提供用于纠错的单个校验位序列。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据传输链路包括能够逆复用的多个链路通信信道。
6.将权利要求1所述的方法，其中加扰步骤还包括采用64B/66B加扰协议。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一编码算法包括利用第一数据字和汉明码多项式作为主要变元的乘法操作。
8.根据权利要求7所述的方法，其中汉明码确定分组大小的最大长度，包括纠错和奇偶位。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述汉明码从形式为H(x)＝x10+x3+1的第10阶不可约多项式产生。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二编码算法包括利用第一数据字和n次的比特交织奇偶码作为主要变元的乘法操作。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述BIP码包括形式为B(x)＝x6+1的6阶多项式。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述数字通信系统传输和接收ATM格式的分组的数据流。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据传输链路包括单个的串行器-解串行器链路。
14.根据权利要求3所述的方法，还包括：产生用于编码校验位序列和误差校验子的系统形式的H矩阵，其中使用非系统形式的相同H矩阵使能够解码误差校验子。
15.一种系统，包括适合于实现根据任意在前的方法权利要求的方法的所有步骤的部件。
16.一种计算机程序，当在计算机系统上执行所述计算机程序时，该计算机程序包括用于实现根据任意在前的方法权利要求的方法的所有步骤的指令。

Claims (16)

1.一种产生用于基于分组的数字通信系统的前向纠错(FEC)码的方法，该方法包括：
将第一编码算法应用于第一数据字；
将第二编码算法应用于所述第一数据字；
产生用于所述第一数据字的第一校验位序列；
将所述校验位序列附于所述第一数据字；
在源节点处对所述第一数据字加扰；
在数据传输链路上将所述第一数据字从所述源节点传送到目的地节点；
在所述目的地节点处对所传送的第一数据字解扰；
基于所传送的数据字产生第二校验位序列；
比较所述第一校验位序列与所述第二校验位序列；
确定所接收的数据字是否包含第一比特误差；以及
校正所述第一比特误差以及第一和第二复制的比特误差。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在第一矩阵中呈现多个编码的数据字，其中与多个数据字的每个对应的多个校验位序列被附于所述第一矩阵。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：将校验位序列附于相应的多个编码的数据字的每个。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：串联多个数据字并提供用于纠错的单个校验位序列。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据传输链路包括能够逆复用的多个链路通信信道。
6.将权利要求1所述的方法，其中加扰步骤还包括采用64B/66B加扰协议。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一编码算法包括利用第一数据字和汉明码多项式作为主要变元的乘法操作。
8.根据权利要求7所述的方法，其中汉明码确定分组大小的最大长度，包括纠错和奇偶位。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述汉明码从形式为H(x)＝x10+x3+1的第10阶不可约多项式产生。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二编码算法包括利用第一数据字和n次的比特交织奇偶码作为主要变元的乘法操作。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述BIP码包括形式为B(x)＝x6+1的6阶多项式。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述数字通信系统传输和接收ATM格式的分组的数据流。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据传输链路包括单个的串行器-解串行器链路。
14.根据权利要求3所述的方法，还包括：产生用于编码校验位序列和误差校验子的系统形式的H矩阵，其中使用非系统形式的相同H矩阵使能够解码误差校验子。
15.一种系统，包括适合于实现根据任意在前的方法权利要求的方法的所有步骤的部件。
16.一种计算机程序，当在计算机系统上执行所述计算机程序时，该计算机程序包括用于实现根据任意在前的方法权利要求的方法的所有步骤的指令。
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