CN103329462B - 用于高速率光通信的帧格式化 - Google Patents

Abstract

在此描述了多种用于有待通过光纤信道传输的数据流的格式化和用于处理所接收到的光信号的方法、系统和装置。数据传输装置可以包括一个数字编码和调制模块，该数字编码和调制模块对数字数据流进行编码、将多个唯一字插入到该数字数据流内、并将编码的数据流和唯一字调制到多个光信道上用于通过光纤传输。解调和解码装置可以包括一个唯一字识别模块，该唯一字识别模块识别插入到每个光信道流内的唯一字、基于这些唯一字确定该多个光信道的一个或多个特征并向该解调器和解码装置内的一个或多个其他模块提供该一个或多个特征。

Description

用于高速率光通信的帧格式化

交叉引用

本申请要求2011年1月22日提交的标题为“高速率光通信（HIGHRATE OPTICAL COMMUNICATION）”的美国临时专利申请号61/435,278、和2011年8月8日提交的标题为“用于高速率光通信的帧格式化（FRAMEFORMATTING FOR HIGH RATE OPTICAL COMMUNICATIONS）”的美国临时专利申请号61/521,263的权益，两者通过引用以其全文结合在此。

背景技术

本披露涉及多种用于有待通过光纤信道传输的数据流的格式化和用于处理所接收到的光信号的方法、系统和装置。

网络通信系统中的光纤信道被广泛开发并且被认为对数据传输是有效的，允许相对高带宽数据通信。光纤通常是柔韧的并且可以被捆扎在电缆内。因为与电力电缆相比，光以很小的衰减通过光纤传播，所以光纤经常用于远程通信。当今典型的商业光纤系统以10Gbps或40Gbps传输数据。每条光纤可以携带多个独立信道，每条信道使用光的不同波长，在技术上被称为波分多路复用（WDM）。

随着对带宽需求的增加，提高后的数据传输速率将是令人希望的。然而，在光纤系统中，随着数据速率的提高，各种光学现象开始出现并起到限制数据传输速率的作用。例如，来自色散（CD）、偏振模色散（PMD）和偏振相关损耗（PDL）的光学影响开始对数据传输速率具有显著影响。

发明概述

描述了多种用于通过光纤信道待传输的数据流的格式化和用于处理所接收到的光信号的方法、系统、装置和计算机程序产品。数据传输装置可以包括一个数字编码和调制模块，该数字编码和调制模块对一个数字数据流进行编码、将多个唯一字插入到该数字数据流内、并将编码的数据流和唯一字调制到用于通过光纤传输的多个光信道上。解调器和解码装置可以包括一个唯一字识别模块，该唯一字识别模块识别被插入每条光信道流内的唯一字、基于这些唯一字确定多个光信道的一个或多个特征并向该解调器和解码装置内的一个或多个其他模块提供该一个或多个特征。如以下更加详细描述的，可以实现其他功能性。

在一组实施例中，数字编码和调制装置包括：一个数据传送层成帧器模块、一个与该数据传送层成帧器模块耦联的编码模块、一个与该编码模块耦联的唯一字插入模块和一个与该唯一字插入模块耦联的光传输模块。该数据传送层成帧器模块可以被配置成接收一个输入数据流并将该数据流格式化成多个数据传送帧，并且该编码模块可以被配置成将纠错信息编码成这些数据传送帧。该唯一字插入模块可以被配置成将多个唯一字插入包括这些数据传送帧的一个数据流内，该多个唯一字各自与不同的光通信信道相对应。该光传输模块可以被配置成将这些数据传送帧和唯一字调制到多个光通信信道上并通过光纤传输该多个光通信信道，该多个唯一字各自被调制到相关联的光通信信道上。在一些实施例中，该装置还包括一个差分编码模块，该差分编码模块耦联在该唯一字插入模块和该光传输模块之间并且被配置成差分地对多个数据传送帧和唯一字进行编码。在一些实施例中，该装置还可以包括一个差分编码模块，该差分编码模块耦联在该编码模块和唯一字插入模块之间并且被配置成差分地对数据传送帧进行编码。

在一些实施例中，该光传输模块被配置成通过一条光纤传输多个双极性QPSK光信号。例如，该多个光通信信道可以包括一个水平同相（HI）信道、一个垂直同相（VI）信道、一个水平正交（HQ）信道和一个垂直正交（VQ）信道，并且该多个唯一字中的一个第一唯一字与该HI信道相对应，该多个唯一字中的一个第二唯一字与该VI信道相对应，该多个唯一字中的一个第三唯一字与该HQ信道相对应，以及该多个唯一字中的一个第四唯一字与该VQ信道相对应。该唯一字插入模块可以基于该光传输模块的一种调制方案将与这些唯一字相对应的多个数据位插入该数据流内。每个唯一字包括一个PN代码，该PN代码对应于与该唯一字相关联的光通信信道。

在其他实施例中，数字解码和解调装置被提供成包括一个光接口模块、一个与该光接口模块耦联的唯一字识别模块、和一个与该唯一字模块耦联的解调器模块。该光接口模块可以被配置成接收多个光信道上的来自一条光纤的多个光信号并输出每个光信号的数字化版本。该唯一字识别模块可以被配置成识别该多个光信号的每个内的唯一字。该解调器模块可以被配置成：接收这些光信号的数字化版本并使用利用所识别的唯一字确定这些光信号的特征将这些光信号解调成多个数据传送帧，该一个或多个特征包括该多个数据流中的一个或多个的一种标识和该多个数据流中的一个或多个之间的定时信息。该装置还可以包括：一个解码器模块，该解码器模块与该解调器模块耦联并且被配置成在这些数据传送帧上进行纠错；以及一个数据传送层解帧器模块，该数据传送层解帧器与该解码器模块耦联并且被配置成接收已纠错的数据传送帧并输出一个解帧数据流。

在一些实施例中，该解调器可以包括一个差分解码模块，该差分解码模块被配置成差分地对多个数据传送帧和唯一字进行解码。该差分解码模块可以耦联在该光接口模块和该唯一字识别模块之间并且被配置成差分地对每个光信号的数字化版本进行解码。在一些实施例中，该光接口模块被配置成通过一条光纤接收多个双极性QPSK光信号。该唯一字识别可以识别水平同相（HI）、垂直同相（VI）、水平正交（HQ）和垂直正交（VQ）信道各自内的唯一字。例如，该解调器可以使用基于所接收到的唯一字的定时信息确定的至少一个相位偏移为HI、VI、HQ和VQ信道中的每个跟踪和纠正相位。例如，该多个光信号的每个内的唯一字可以包括一个与相关联的光信号相对应的PN代码。

在其他实施例中提供了一种用于传输编码位流的方法，该方法包括：接收通过一个光纤通信系统内的多个光信道待传输的一个输入编码位流，将一个唯一字插入用于该编码位流有待被传输到其上的每条光信道的位流内，每条光信道与一个不同的唯一字相对应，并通过该多个光信道传输该编码位流和唯一字。该方法可以进一步包括差分地对该编码位流进行编码。例如，传输该编码位流可以包括通过一条光纤传输多个双极性QPSK光信号。在一些实施例中，该多个光通信信道包括一条HI信道、一条VI信道、一条HQ信道和一条VQ信道，并且该多个唯一字中的一个第一唯一字与该HI信道相对应，该多个唯一字中的一个第二唯一字与该VI信道相对应，该多个唯一字中的一个第三唯一字与该HQ信道相对应，以及该多个唯一字中的一个第四唯一字与该VQ信道相对应。在一些实施例中，插入一个唯一字包括基于用于传输编码位流的一种调制方案将与这些唯一字相对应的多个数据位插入到该编码位流内。用于每条光信道的唯一字可以包括一个与该光信道相对应的PN代码。

一些实施例中提高了一种解调数据流的方法，该方法包括：接收从一个光纤通信系统中接收到的多个光信号的数字化版本，该多个光信号的数字化版本包括与该多个光信号相对应的多个数据流、识别这些数据流中的每一条内的一个唯一字、基于这些唯一字的标识确定这些数据流的一个或多个特征，该一个或多个特征包括该多个数据流中的一个或多个的一种标识和该多个数据流中的一个或多个之间的定时信息、以及使用利用所识别的唯一字确定的这些光信号的特征将这些数据流解调成多个数据传送帧。该方法还可以包括差分地对该编码位流进行解码。在一些实施例中，接收多个光信号的数字化版本可以包括通过一条光纤接收多个双极性QPSK光信号。该多个数据流可以包括一条HI流、一条VI流、一条HQ流、和一条垂直正交VQ流。例如，用于每条数据流的唯一字可以包括一个与该数据流相对应的PN代码。

附图简要说明

参照以下附图可以实现对本发明的各种实施例的性质和优点的进一步理解。附图中，类似的部件或特征可以具有相同的参考标号。此外，通过在参考标号的后面加上一个短划线和区分类似部件的第二标号，就可以区分相同类型的各个部件。如果说明书中只使用了第一参考标号，不管第二参考标号为何，该描述适用于具有相同第一参考标号的任何一个类似部件。

图1是一个包括根据本发明的各种实施例配置的部件的光通信系统的框图。

图2是根据本发明的各种实施例的数字编码和调制单元的框图。

图3是根据本发明的各种实施例的替代性数字编码和调制单元的框图。

图4来自根据本发明的各种实施例的唯一字插入模块、差分编码模块、相关联传输光接口模块的输入和输出流的框图。

图5为用于将唯一字插入根据本发明的各种实施例的数字编码和调制单元的双极性QPSK信道框图的位流的图示。

图6是根据本发明的各种实施例的数字解调和解码单元的框图。

图7是根据本发明的各种实施例的数字解调单元的框图。

图8为一种用于根据本发明的各种实施例将唯一字插入有待通过光纤传输的光流的方法的流程图。

图9为一种根据本发明的其他实施例用于将唯一字插入有待通过光纤传输的光流的方法的流程图。

图10为一种根据本发明的各种实施例用于将唯一字插入有待通过光纤传输的光流的方法的流程图。

图11为一种根据本发明的各种实施例用于基于根据多个光信道上存在的唯一字的标识确定的信号特征数字解调光信号的方法的流程图。

图12为另一种根据本发明的各种实施例用于基于根据多个光信道上存在的唯一字的标识确定的信号特征数字解调光信号的方法的流程图。

图13为一种根据本发明的各种实施例用于基于根据多个光信道上存在的唯一字的标识确定的信号特征的定时偏差检测和补偿的方法的流程图。

图14为一种根据本发明的各种实施例用于验证基于根据多个光信道上存在的唯一字的标识确定的信号特征解调和解码的适当信号的方法的流程图。

发明详述

描述了多种用于通过光纤信道待传输的数据流的格式化和用于处理所接收到的光信号的方法、系统、装置和计算机程序产品。描述了一种数据传输装置，该数据传输装置可以包括一个数字编码和调制模块，该数字编码和调制模块对一个数字数据流进行编码、将多个唯一字插入到该数字数据流内、并将编码的数据流和唯一字调制到用于通过光纤传输的多个光信道上。一个不同唯一字（或一组唯一字）可以被映射到每条光信道上。描述了一种解调和解码装置，该解调和解码装置可以包括一个唯一字识别模块，该唯一字识别模块识别插入每条光信道流内的唯一字、基于这些唯一字确定多个光信道的一个或多个特征并向该解调器和解码装置内的一个或多个其他模块提供该一个或多个特征。如以下更加详细描述的，可以实现其他附加功能性。

本说明书提供了示例，并不旨在限制本发明的范围、适用性和配置。相反，随后的描述将为本领域普通技术人员提供用于实现本发明实施例的一个促成说明。可以对元件的功能和安排进行各种改动。

因此，各种实施例可以省略、替代、或者添加各种适当的程序或部件。例如，应当认识到，这些方法可以会以与以上描述的不同的顺序执行，并且可以添加、省略或合并各种步骤。并且，相对于某些实施例描述的方面和元件可在各种其他实施例中组合。还应当认识到，以下系统、方法、装置和软件可以是一个更大的系统的单独或共同的部件，其中其他程序可以更为优先或以其他方式修改它们的应用。

描述了用于将光纤光缆用作数据传输介质的光通信系统的系统、装置、方法和软件。图1展示了光学数据传送系统100的示例。在本实施例中，光学数据传送系统100包括一个数据源，该数据源向数字编码和调制单元105提供数据。该数据源可包括多个常见数据源中任意一个，如用户电信装置、有线电视运营商头端单元、电信供应商中央局、计算机服务器、或网络附接存储系统，仅举几个例子。在许多实施例中，该数据源生成有待传送通过光学数据传送系统100的大量数据。数字编码和调制单元105接收此数据，并对该数据进行成帧、前向纠错编码和调制功能。在各实施例中，数字编码和调制单元105将一个唯一字插入用于通过其发送数据的每条光信道的数据流。电-光（E-O）单元110将该数据和所插入的唯一字转换成多个光信号，并且通过光纤连接115传输包含该数据的多个光信号。该光纤连接115可以包括这种连接的众所周知的部件，包括光纤光缆。光-电（O-E）单元120接收来自光纤连接115的光信号，并且将该数据变换到电域内。数字解调和解码单元120接收该光信号的数字化版本并检测被插入各条光信道上的唯一字。当在来自该光信号的数据上进行解调、前向纠错解码、和解帧功能时，各条信道上的唯一字的检测可以用于提供光信道的特征，这些光信道的特征可以用于该数字解调和解码单元120。然后，该数字解调和解码单元120可以输出该数据（例如，输出到用户电信装置、有线电视运营商头端单元、电信供应商中央局、计算机服务器、或网络附接存储系统）。

图2展示了一个数字编码和调制单元105-a。在所示的实施例中，该数字编码和调制单元105-a包括一个数据传送层成帧器模块205、一个FIFO模块210、一个FEC编码器模块215、一个交织模块220、一个唯一字插入模块225、一个差分编码模块230、和一个发送器光接口模块235。数据传送层成帧器模块205可将接收自该数据源的数据放到多个包帧中进行传输。这些包帧可以符合光通信系统中使用的包帧的许多公共协议中的一种，其通常包括报头和有效载荷，并还可以包括报尾，如CRC。很好理解的是，在传输过程中报头可以被有效载荷交织，这取决于光传输所用的具体协议。FIFO模块210将对接收自数据传送层成帧器模块205的包帧进行排列。FEC编码器模块215计算前向纠错（FEC）信息并将其添加到从数据传送层成帧器模块205收到的数据帧中。各种实施例的FEC信息的具体类型一般包括系统地生成的冗余纠错码（ECC）数据，该数据与这些帧一起传输，并且在一个实施例中，FEC信息包括Turbo乘积码（TPC）信息。在图2的实施例中，交织模块220接收FEC信息和数据帧，并且使该FEC信息与数据帧交织以降低清除具体帧的所有FEC数据的信道错误的可能性。

在图2的实施例中，唯一字插入模块225将多个唯一字插入接收自交织模块220的数据流内。多个唯一字可以被添加到每条传输的光信道上以辅助包含不同数据流的光信号的解码和解调。在一个实施例中，使用双极性（双极）正交相移键控（QPSK）对数据的交织帧进行解调，从而产生四个光信道。本实施例的唯一字插入模块225将一个唯一字插入用于这四条光信道的每条的数据流内。所插入的唯一字为用于每条光信道的不同唯一字，定期将该唯一字插入用于该光信道的数据流内。根据一些实施例，选定用于每条光信道的唯一字以具有提供允许加强检测所接收到的数据流内的唯一字的相关特性的位模式。每个唯一字可以具有基于所希望的信道特征的位长度，如OSNR和相位噪声以及目标性能。还可以定期基于信道特征和目标性能将唯一字插入数据流内。在各实施例中，唯一字具有128至256比特的长度或32至64个码元，并且每2,000至10,000个码元被插入这些数据流一次。

差分编码模块230为交织FEC编码帧和唯一字提供差分编码。差分编码是一种众所周知的技术，其中，有待传输的数据不仅取决于当前位（或码元）而且还取决于之前的位，如使用互斥或功能。然后向发送器光接口模块235提供差分编码数据。该发送器光接口模块235可以向该E-O模块（图1）转发调制数据，在该E-O模块中，调制数据可以通过双极QPSK调制传输到光域中，从而产生四条平行光流。其他示例中也可以使用其他调制方案。

如本领域的普通技术人员将轻易理解的，图2的模块的具体安排为一个示例，并且处理数据的具体顺序可以变化，并且可以修改和/或组合各模块的具体功能。图3中展示了数字编码和调制单元105-b的替代性配置的示例。在本实施例中，数字编码和调制单元105-b包括以另一种顺序安排的如关于图2的数字编码和调制单元105-a所述一样的模块。在图3的示例中，该数字编码和调制单元105-b包括一个数据传送层成帧器模块305、一个FIFO模块310、一个FEC编码器模块315、一个交织模块320、一个差分编码模块325、一个唯一字插入模块330、和一个发送器光接口模块335。在本具体示例中，差分编码模块325接收来自交织模块320的数据。差分编码模块325为交织FEC编码帧提供差分编码，然后向唯一字插入模块330提供该差分编码。在图3的实施例中，唯一字插入模块330将多个唯一字插入接收自差分编码模块325的差分编码数据流内。与关于图2所讨论的类似，多个唯一字可以被添加到每条传输的光信道上以辅助包含不同数据流的光信号的解码和解调。在一个实施例中，使用双极QPSK对数据的交织帧进行解码，从而产生四个光信道，并且唯一字插入模块330将一个唯一字插入用于这四条光信道的每条的数据流内，并且向发送器光接口模块335提供该数据流。在图3的实施例中，该发送器光接口模块335将数据解制到多个光信道上并将调制数据转发到该E-O模块（图1），在该E-O模块中，调制数据通过双极QPSK调制传输到光域中，从而产生四条平行光流。其他示例中也可以使用其他调制方案。

如简要讨论的，图2的唯一字插入模块225将一个唯一字插入与每条传输的光信道相对应的每条数据流内。应指出的是，图3的唯一字插入模块330以一种类似的方式运行，将更加详细地描述唯一字插入模块225的各方面，并理解到这种讨论同样适用于唯一字插入模块330。现在参见图4，描述了唯一字插入模块225-a、差分编码模块230-a和发送器光接口模块235-a的输入和输出数据流的图示。在本示例中，在唯一字插入模块225-a处接收交织FEC编码位（或码元）流405。与上述类似，唯一字插入模块225-a将多个唯一字插入流405，并向差分编码模块230-a提供该流和唯一字，该差分编码模块230-a向发送器光接口模块235-a提供差分编码流。该发送器光接口模块235-a可以根据各种调制技术将输入数据流调制到不同光信道上。在一个示例中，使用双极QPSK将该输入数据流调制到四条不同光信道上，即水平同相（HI）信道、水平正交（HQ）信道、垂直同相（VI）信道和垂直正交（VQ）信道。例如，通过取第一接收位（或码元）并将其调制到HI信道上，取第二接收位并将其调制到HQ信道上等，可以选定这些光信道的每条上传输的数据。在这种实施例中，唯一字插入模块225-a定期将唯一字位插入数据流内以为在其内嵌入周期性唯一字的每条信道产生输出数据流。因此，来自发送器光接口模块235-a的输出提供一条其内定期包括第一唯一字的HI数据流410、一条其内定期包括第二唯一字的HQ数据流415、一条其内定期包括第三唯一字的VI数据流420和一条其内定期包括第四唯一字的VQ数据流425。选定该第一、第二、第三和第四唯一字中的每个以唯一地识别与该唯一字相关的具体数据流。当在接收器处接收到所传输的光信号时，可以识别这些唯一字并且这些唯一字辅助所接收到的光信号的补偿和解调。在一个实施例中，唯一字包括生成用于每条数据流410至425内的唯一字的伪噪声（PN）代码。

唯一字插入模块225-a将多个数据位插入输入交织FEC编码位流405内，使得数据流410至425各自包括正确的相应的唯一字。如提到的，发送器光接口模块235-a可以连续地将所接收到的位调制到单独HI、HQ、VI和VQ数据流上。在这种情况下，唯一字插入模块225-a将一个位流插入交织FEC编码为流405内，在交织FEC编码为流405内，每个第四位于一个具体唯一字相对应。图5中展示了这种唯一字插入位流500的一个示例。在本示例中，每个唯一字长n/4位，从而产生n位的唯一字插入位流500。根据预先确定的间隔时间，这些n位定期被插入输入交织FEC编码为流405内，贯穿位n-3，位1、5、9等与HI数据流410的第一唯一字（UW1）相对应。同样，贯穿位n-2，位2、6、10等于HQ数据流415的第二唯一字（UW2）相对应，贯穿位n-1，位3、7、11等于VI数据流420的第三唯一字（UW3）相对应，贯穿位n，位4、8、12与VQ数据流425的第四唯一字（UW4）相对应。当然，可以使用其他调制技术，其中，根据不同序列将数据调制到光信道上，并且唯一字插入模块225-a相应提供唯一字插入位流，以便为每条光信道提供相应的唯一字。

如图6中所示，数字解调和解码单元125-a也可以包括数个模块。在本实施例中，该数字解调和解码单元125-a包括一个接收器光接口模块605、一个唯一字识别模块610、一个解调器模块615、一个FEC解码器模块620和一个数据传送层解帧器模块625。接收器光接口605是从该O-E单元120的接口。接收器光接口模块605向唯一字识别模块610提供电信号，该唯一字识别模块610识别被插入光信道数据流的每条内的唯一字。唯一字识别模块610将唯一字从每条对应的数据流上清除唯一字，并确定与所接收到的数据流相关的信息，可以从唯一字识别上导出所接收的数据流，如在其上识别这些唯一字的具体接收到的信道，和接收这些唯一字的定时。可以向其他模块提供此信息以辅助所接收到的光信道的解调和/或解码。电信号从唯一字识别模块610提供至解调器模块615。解调器模块615可以包括对差分编码进行解码的差分解码模块，可能在数字编码和调制模块105处已经进行了该差分编码。解调器模块615的各种实施例将在下面进一步详细讨论。来自解调器模块615的信息被提供给FEC解码器模块620进行解码，并可以纠正从纠错码中识别出的传输错误。FEC解码器模块620将解码后的数据提供到数据传送层解帧器模块625，该数据传送层解帧器模块根据光传输中所使用的具体协议将来自该信号的数据解帧，并提供输出数据。该数据输出可以是例如一个用户或任何接收系统。

这些部件可以用一个或多个被适配成执行硬件中的部分或全部可应用功能的特定用途集成电路（ASIC）单独或集体实现。可替代地，这些功能可以由一个或多个集成电路上的一个或多个其他处理单元（或处理核）执行。在其他实施例中，可以使用其他类型的集成电路（例如，结构化/平台ASIC，现场可编程门阵列（FPGA）和其他的半定制的IC），其可以以本领域中已知的任何方式编程。每个单元的功能还可以用指令被全部或部分地实现，这些指令体现在存储器中并被格式化以由一个或多个通用或特定用途的处理器执行。

现在参见图7，描述了一个解调器单元700。这可以是图6的数字解调器单元615。在本示例中，接收了两个偏振分量，一个水平分量（H）和一个垂直分量（V）。该H和V分量中的每一个各自包括同相（I）分量和正交（Q）分量两者。作为参考，该水平偏振中的两个分量被称为HI（水平同相分量）和HQ（水平正交分量）。类似地，该垂直偏振中的两个分量被称为VI（垂直同相分量）和VQ（垂直正交分量）。解调器单元800处理这两个偏振分量的该I和Q分量的数字化样本，以恢复所传输的数据。在输入端，解调器单元700接受携带HI、HQ、VI和VQ样本的四个并行流。在一个实施例中，每条流每时钟包含多个样本。在其输出端，该解调器可向该FEC解码器模块提供解调硬决策数据（尽管在其他示例中可以提供软决策数据）。解调器单元700可以识别FEC帧的开始。此外，在一些实施例中，解调器单元700接收来自FEC解码器模块620的有关汇聚状态的反馈信号用于纠错。此外，在一些实施例中，解调器单元700接收来自唯一字识别模块610的信息以辅助解调。

在一些实施例中，解调器单元700被实现为一个包括多个功能模块的特定用途集成电路（ASIC）。在此类实施例中，解调器单元700可具有一条连接到主机处理器710的控制和监控接口总线705，从而允许配置解调器参数（滤波器系数、环路增益等）和提取解调器状态。继续参见图7，描述了各种实施例的解调器单元700内的若干个子模块。在本实施例中，正交误差滤波器（QEF）模块715提供了数据格式化、误差检测和校正功能的集合。在一个实施例中，预期输入数据样本为二进制偏移/偏移二进制格式，并被转换为2的补码格式（2C），用于数字信号处理器内的处理。

如果需要的话，输入的HI、HQ、VI和VQ流还可以被独立地交换和反相，允许可能转化为偶然反相或IQ交换的任何设计问题。可以处理这些各种实施例的每条数据流以消除偏振偏斜（H和V极之间）以及极内I-Q偏斜。QEF模块715可以提供四种类型的正交信号误差的检测和消除：I/Q偏斜、DC偏置、I/Q振幅失衡、和I/Q相位失衡。在一些实施例中，可以通过处理器接口独立地启用或禁用所有四个误差检测器，并且通过此相同的接口将所检测到的误差值输出为状态值。QEF模块715还可以输出一个可以由该系统的其他部件使用的增益控制信号。

QEF模块715与频率偏移消除模块720连接。在一个示例中，频率偏移消除模块720对来自QEF模块715的数据样本进行频率旋转。频率旋转的量由频率误差输入控制，该频率误差输入的来源是载波频率捕获和跟踪（CFAT）模块740。此类频率偏移消除功能可除去该光域中的LO激光调谐剩下的残余频率。色散补偿模块725从该水平和垂直偏振信道中消除大量色散。补偿可以通过频域中的滤波器进行应用。在本实施例中，校正量可由来自解调器模块700之外的色散滤波器输入控制，并通过主机处理器710及控制和监控接口总线705提供。

匹配滤波器抽取器（MFD）模块730可以实现一个内插函数，该内插函数提供了对以码元速率的大致2+ε倍取得的样本的抽取。在一个实施例中，这四条数据流各自具有带选定系数的一个独立的FIR滤波器存储体。通过这些滤波器存储体处理输入数据，以便为每条数据流产生每码元两个样本。数据样本被一个样本块汇编器收集并汇编到每流每时钟固定样本数量的块中。该汇编功能可以与每个偏振中的I和Q流完全相同，所以一个汇编块可以为两条流提供服务。PMD/PDL补偿模块735可以利用自适应均衡来补偿该光信道中的PMD和PDL所引入的正交偏振干扰、IQ信道干扰、和相邻码元干扰以及其他残余损害，如上述残余色散。在一个实施例中，自适应均衡器以一个或两个样本/码元从MFD模块730吸收数据并且通过带自适应滤波器抽头系数的一个FIR滤波器存储体处理该数据。

在一些实施例中，码元定时捕获和跟踪（STAT）模块745可使用一个早/晚码元半径匹配方案和PI控制器来估算码元定时，并生成一个误差信号以校正码元定时。在实施例中，此STAT模块745还具有一个输出码元锁定指示符的码元定时锁定检测机构。在各种实施例中，该PI控制器有两套增益（用于捕获的宽频带和用于跟踪的窄频带）。当无定时锁定时，可以使用宽带增益，否则可以使用窄带增益。STAT模块745可以在PMD/PDL补偿模块补偿了PMD和PDL所造成的干扰之后和在该光信号的一部分上的载波相位恢复之前执行该光信号的部分的码元定时捕获和跟踪。

CFAT模块740可以负责捕获以及跟踪载波频率。载波频率捕获是使用一些技术中的一种实现的，例如通过快速傅立叶变换（FFT）及适当的平均和峰值频率分量检测。CFAT模块740可以为频率偏移消除模块720提供一个频率误差输入。在一些实施例中，CFAT模块740还为本地振荡器（LO）频率偏移输出提供了一个控制输出，其可以与来自帧同步和接口模块760的数据一起使用。载波相位跟踪和恢复模块750可使用带块相位估计器和相位旋转功能的前馈算法，以消除残余频率和相位误差。载波相位跟踪和恢复模块750可以在由该PMD补偿模块产生的准时数据样本进行操作。在各种实施例中，差分解码器755可以负责接受来自载波相位跟踪和恢复模块750的码元流（例如，以每码元1个样本）。差分解码器755可以被配置成差分地解码该信号，并向帧同步和接口模块760提供解码输出（例如，硬决策输出数据流）。帧同步和接口模块760处理数据以实现帧同步，并且可包括用于数据调正、帧同步检测、以及时钟传送的功能块。该帧同步模块760可被配置成相对于彼此偏斜、交换并旋转所接收到的信道。在一些实施例中，该帧同步模块760接收来自唯一字识别模块610的信息以辅助数据调正、帧同步检测和/或时钟传送。

图8为一种根据本发明的各种实施例用于光信号的数字调制和编码的方法800的流程图。可以由图1至图3的数字调制和编码单元105执行该方法800。

在框805处，接收有待通过光纤通信系统内的多个光信道传输的输入编码位流。可以从向如图1的单元105的数字编码和调制单元提供数据的数据源上生成输入数据。该数据源可包括多个常见数据源中任意一个，如用户电信装置、有线电视运营商头端单元、电信供应商中央局、计算机服务器、或网络附接存储系统，仅举几个例子。在框810处，将唯一字插入用于该编码位流待被传输到其上的每条光信道的位流内，每条光信道与一个不同的唯一字相对应。此类唯一字可以辅助包含不同数据流的光信号的解码和解调。在框815处，通过该多个光信道传输该编码位流和唯一字。可以在光域内通过双极QPSK进行传输，产生四条平行光流。其他示例中也可以使用其他调制方案。

图9为一种根据本发明的各种实施例用于光信号的数字调制和编码的方法900的流程图。可以由图1至图3的数字调制和编码单元105执行该方法900。

在框905处，接收输入数据。可以从向如图1的单元105的数字编码和调制单元提供数据的数据源上生成输入数据。该数据源可包括多个常见数据源中任意一个，如用户电信装置、有线电视运营商头端单元、电信供应商中央局、计算机服务器、或网络附接存储系统，仅举几个例子。在框910处，所接收的数据被格式化成包帧用于传输。这些包帧可以符合光通信系统中使用的包帧的许多公共协议中的一种，其通常包括报头和有效载荷，并还可以包括报尾，如CRC。很好理解的是，在传输过程中报头可以被有效载荷交织，这取决于光传输所用的具体协议。在框915处，用前向纠错代码（FEC）对包帧流进行编码以生成编码位流。各种实施例的FEC信息的具体类型一般包括系统地生成的冗余纠错码（ECC）数据，该数据与这些帧一起传输，并且在一个实施例中，FEC信息包括Turbo乘积码（TPC）信息。该FEC信息可以与数据帧交织以降低清除具体帧的所有FEC数据的信道错误的可能性。

在框920处，唯一字被插入用于每条传输的光信道的编码位流内。此类唯一字可以辅助包含不同数据流的光信号的解码和解调。在一个实施例中，使用双极性（双极）正交相移键控（QPSK）对数据的交织帧进行解调，产生四个光信道，并且唯一字被插入用于四条光信号的每条的编码位流内。或者在添加唯一字之前或者之后，差分编码可以应用于该位流上。如在框925处所示，编码数据流和唯一字通过光纤连接传输。可以在光域内通过双极QPSK进行传输，产生四条平行光流。其他示例中也可以使用其他调制方案。

图10为一种根据本发明的各种实施例用于光信号的数字调制和编码的方法1000的流程图。可以由图1至图3的数字调制和编码单元105执行该方法1000。

首先，在框1005处，接收待通过四条平行光信道传输的输入编码位流：HI信道、VI信道、HQ信道、VQ信道。可以从向如图1的单元105的数字编码和调制单元提供数据的数据源上生成输入数据。该数据源可包括多个常见数据源中任意一个，如用户电信装置、有线电视运营商头端单元、电信供应商中央局、计算机服务器、或网络附接存储系统，仅举几个例子。在框1010处，所接收的数据被格式化成用于每条光信道的包帧流。在框1015处，用前向纠错代码（FEC）对帧的流进行编码以生成编码位流。如在框1020处所示，唯一字被插入每条编码位流内。与上述类似，此类唯一字可以辅助包含不同数据流的光信号的解码和解调。在框1025处，通过平行光信道传输这些编码位流和相应的唯一字。可以在光域内通过双极QPSK进行传输，产生四条平行光流。其他示例中也可以使用其他调制方案。

图11为一种根据本发明的各种实施例用于光信号的数字解调的方法的流程图。可以由图1或图6的数字调制和编码单元125执行方法1100。更确切地说，可以分别由图6或图7的解调器单元615或700执行方法1100。

在框1105处，接收从光纤通信系统接收的多个光信号的数字化版本，该多个光信号的数字化版本包括与该多个光信号相对应的多个数据流。在框1110处，识别这些数据流的每条内的唯一字。在框1115处，基于唯一字的标识确定数据流的一个或多个特征。此类特征可以包括例如在其上识别唯一字的具体接收到到的信道和这些唯一字的接收的定时。在框1120处，将这些数据流解调成使用这些光信号的特征的数据传送帧，使用所识别的唯一字确定这些光信号的特征。在各实施例中，解调器和解码器内的一个或多个模块可以接收平行数据流的一个或多个测量特征，基于唯一字的标识确定这些平行数据流的一个或多个测量特征，这些唯一字可以用于辅助所接收到的光信道的解调和/或解码。

图12为一种根据本发明的各种实施例用于光信号的数字解调的方法的流程图。可以由图1至或6的数字调制和编码单元125执行方法1200。更确切地说，可以分别由图6或图7的解调器单元615或700执行方法1200。

在框1205处，接收到一个光信号的数字化版本，包括四条平行流：水平同相（HI）流、垂直同相（VI）流、水平正交（HQ）流和垂直正交（VQ）流。在框1210处，识别这四条数据流的每条内的唯一字。在框1215处，基于唯一字的标识确定这些平行数据流的特征。此类特征可以包括例如在其上识别唯一字的具体接收到的信道和这些唯一字的接收的定时。在框1220处，部分地使用利用所识别的唯一字确定的这些光信号的特征将这些数据流解调成多个数据传送帧。在各实施例中，解调器和解码器内的一个或多个模块可以接收平行数据流的一个或多个测量特征，基于唯一字的标识确定这些平行数据流的一个或多个测量特征，这些唯一字可以用于辅助所接收到的光信道的解调和/或解码。

图13为一种根据本发明的各种实施例用于光信号的数字解调的方法的流程图。可以由图1或图6的数字调制和编码单元125执行方法1300。更确切地说，可以分别由图6或图7的解调器单元615或700执行方法1300。

首先，在框1305处，接收到一个光信号的数字化版本，包括四条平行流：水平同相（HI）流、垂直同相（VI）流、水平正交（HQ）流和垂直正交（VQ）流。在框1310处，识别这四条数据流的每条内的唯一字。在框1315处，基于唯一字的标识确定这些平行数据流的两条或更多个数据流之间的定时偏差。可以通过对比与这些数据流相关的唯一字接收的时间确定定时偏差。例如，可以用具体的码元速率对数据流进行解调和解码，并且同时传输的信道内的唯一字的接收之间的码元数量的差可以用于确定定时偏差。在框1320处，在光信号的解调和解码过程中补偿定时偏差。例如，定时偏差量可以被提供到一个或多个补偿模块上，如图7的PMD/PDL补偿模块735，该补偿模块可以通过调节包含在该模块内的滤波器至少部分地补偿该定时偏差。在各实施例中，解调器和解码器内的一个或多个其他模块可以接收基于唯一字的标识确定的定时偏差，这些唯一字可以用于辅助所接收到的光信道的解调和/或解码。

图14为根据本发明的各种实施例用于光信号的数字解调的另一种方法的流程图。可以由图1或图6的数字调制和编码单元125执行方法1400。更确切地说，可以分别由图6或图7的解调器单元615或700执行方法1400。

在框1405处，接收到一个光信号的数字化版本，包括四条平行流：水平同相（HI）流、垂直同相（VI）流、水平正交（HQ）流和垂直正交（VQ）流。在框1410处，进行初始捕获以对这些平行数据流进行解调和解码。在框1415处，识别这些解码后的数据流的每条内的唯一字。在框1420处，确定是否基于这些唯一字适当地对数据流进行解调和解码。例如，若两条输出数据流包含相同的唯一字，则可以确定解调器的一个或多个模块已经锁定到一条不正确的数据流上。这种情况可以会出现，例如，如果该光纤传送连接内的信道状况导致所传输的光信号的水平和垂直极性各自以约45度旋转。在这种情况下，被配置成对不同极性信号进行解调的解调器模块的多个部分可以各自锁定在相同极性信号上。在这种情况下，对于两条数据流，唯一字将会是相同的，这指示这些数据流之一是无效的。在框1425处，为没有适当解调和解码的任何一个或多个数据流重新进行捕获。以这种方式可以验证和纠正数据流的适当解调和解码。

图1或图6的数字解调和解码单元125。更确切地说，可以分别由图6或图7的解调器单元615或700执行方法1300。这些部件可以用一个或多个被适配成执行硬件中的部分或全部可应用功能的特定用途集成电路（ASIC）单独或集体实现。可替代地，这些功能可以由一个或多个集成电路上的一个或多个其他处理单元（或处理核）执行。在其他实施例中，可以使用其他类型的集成电路（例如，结构化/平台ASIC，现场可编程门阵列（FPGA）和其他的半定制的IC），其可以以本领域中已知的任何方式编程。每个单元的功能还可以用指令被全部或部分地实现，这些指令体现在存储器中并被格式化以由一个或多个通用或特定用途的处理器执行。

应该注意到，以上讨论的方法、系统和装置仅旨在示例的目的。必须强调的是，各种实施例可以省略、替代、或者添加各种适当的程序或部件。例如，应当认识到，在替代实施例中，这些方法可以会以与所描述的不同的顺序执行，并且可以添加、省略或合并各种步骤。并且，相对于某些实施例描述的特征可在各种其他实施例中组合。实施例中不同的方面和元件可以用类似的方式组合起来。并且，应当强调的是，技术不断发展，并且因此许多元件为示例并且不应被解释为限制本发明的范围。

说明书中给出了具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，本领域普通技术人员都应该明白可以在没有这些具体细节的情况下实践实施例。例如，示出众所周知的电路、过程、算法、结构和技术时没有不必要的细节，以避免模糊实施例。

并且，注意到的是实施例可被描述为一个过程，该过程被描绘为流程图或框图。虽然每个实施例都可以将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或同时执行。此外，可以重新安排操作顺序。一个过程可以具有图中未包括的附加步骤。

此外，如本文所披露的，术语“存储器”可以代表一个或多个用于存储数据的装置，包括只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、磁性RAM、磁芯存储器、磁盘存储介质、光存储介质、闪存装置或其他用于存储信息的计算机可读介质。术语“计算机可读介质”包括但不限于便携式或固定存储装置、光存储装置、无线信道、sim卡、其他智能卡、和能够存储、包含或携带指令或数据的其他各种介质。

此外，实施例可以由硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言、或其任意组合实现。当在软件、固件、中间件或微代码中实现时，要执行必要任务的程序代码或代码段可以存储在计算机可读介质中，例如存储介质。处理器可以执行必要的任务。

已经描述了若干个实施例，本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本发明精神的情况下，也可以使用各种修改、替代构造和等同物。例如，以上元素可以仅仅是一个更大系统的部件，其中其他规则可以更为优先或以其他方式修改本发明的应用。并且，可以在考虑以上元素之前、在考虑的过程中或在考虑之后采取一些步骤。相应地，上面的描述不应被视为限制本发明的范围。

Claims (25)

1.一种数字编码和调制装置，包括：

一个数据传送层成帧器模块，该数据传送层成帧器模块被配置成：

接收一个输入数据流；以及

将该数据流格式化成多个数据传送帧；

一个编码模块，该编码模块与该数据传送层成帧器模块耦联并被配置成将纠错信息编码成这些数据传送帧；

一个唯一字插入模块，该唯一字插入模块与该编码模块耦联并且被配置成将多个唯一字插入包括这些数据传送帧的一个数据流内，该多个唯一字中的每一个与不同的光通信信道相对应；以及

一个光传输模块，该光传输模块与该唯一字插入模块耦联并且被配置成将这些数据传送帧和唯一字调制到多个光通信信道上并通过一条光纤传输该多个光通信信道，该多个唯一字中的每一个被调制到一条相关联的光通信信道上。

2.如权利要求1所述的装置，进一步包括一个差分编码模块，该差分编码模块耦联在该唯一字插入模块和该光传输模块之间并且被配置成差分地对多个数据传送帧和唯一字进行编码。

3.如权利要求1所述的装置，进一步包括一个差分编码模块，该差分编码模块在该编码模块和唯一字插入模块之间耦联并且被配置成差分地对多个数据传送帧进行编码。

4.如权利要求1所述的装置，其中，该光传输模块被配置成通过光纤传输双极性QPSK光信号。

5.如权利要求4所述的装置，其中，

该多个光通信信道包括一个水平同相(HI)信道、一个垂直同相(VI)信道、一个水平正交(HQ)信道和一个垂直正交(VQ)信道；以及

该多个唯一字中的一个第一唯一字与该HI信道相对应，该多个唯一字中的一个第二唯一字与该VI信道相对应，该多个唯一字中的一个第三唯一字与该HQ信道相对应，以及该多个唯一字中的一个第四唯一字与该VQ信道相对应。

6.如权利要求1所述的装置，其中，该唯一字插入模块基于该光传输模块的一种调制方案将与这些唯一字相对应的数据位插入该数据流内。

7.如权利要求1所述的装置，其中，每个唯一字包括一个PN代码，该PN代码对应于与该唯一字相关联的该光通信信道。

8.一种数字解码和解调装置，包括：

一个光接口模块，该光接口模块被配置成接收来自光纤的多个光信道上的多个光信号并输出每个光信号的一个数字化版本；

一个唯一字识别模块，该唯一字识别模块与该光接口模块耦联并被配置成识别该多个光信号中的每个内的一个唯一字；以及

一个解调器模块，该解调器模块与该唯一字识别模块耦联并被配置成：

接收这些光信号的该数字化版本；以及

使用利用所识别的唯一字确定的光信号的特征将这些光信号解调成多个数据传送帧，该一个或多个特征包括该多个数据流中的一个或多个的一种标识和该多个数据流中的一个或多个之间的定时信息。

9.如权利要求8所述的装置，进一步包括：

一个解码器模块，该解码器模块与该解调器模块耦联并被配置成在这些数据传送帧上进行纠错；以及

一个数据传送层解帧器模块，该数据传送层解帧器模块与该解码器模块耦联并被配置成接收已纠错的数据传送帧并输出一个解帧数据流。

10.如权利要求8所述的装置，其中，该解调器模块包括一个差分解码模块，该差分解码模块被配置成差分地对多个数据传送帧和唯一字进行解码。

11.如权利要求8所述的装置，进一步包括一个差分解码模块，该差分解码模块耦联在该光接口模块和该唯一字识别模块之间并且被配置成差分地对每个光信号的数字化版本进行解码。

12.如权利要求8所述的装置，其中，该光接口模块被配置成通过光纤接收双极性QPSK光信号。

13.如权利要求12所述的装置，其中，该唯一字识别模块识别水平同相(HI)、垂直同相(VI)、水平正交(HQ)和垂直正交(VQ)信道中的每一个内的多个唯一字。

14.如权利要求13所述的装置，其中，该解调器模块使用基于该定时信息确定的至少一个相位偏移为HI、VI、HQ和VQ信道中的每个跟踪和纠正相位。

15.如权利要求8所述的装置，其中，该多个光信号的每个内的唯一字包括一个PN代码，该PN代码与相关联的光信号相对应。

16.一种用于传输编码位流的方法，包括：

接收有待通过一个光纤通信系统内的多个光信道传输的一个输入编码位流；

针对该编码位流有待传输到其上的每条光信道，将一个唯一字插入该位流内，每条光信道与一个不同的唯一字相对应；以及

通过该多个光信道传输该编码位流和唯一字，其中，传输该编码位流包括通过一条光纤传输多个双极性Q PSK光信号。

17.如权利要求16所述的方法，进一步包括差分地对该编码位流进行编码。

18.如权利要求16所述的方法，其中，

该多个光通信信道包括一个水平同相(HI)信道、一个垂直同相(VI)信道、一个水平正交(HQ)信道和一个垂直正交(VQ)信道；以及

该多个唯一字中的一个第一唯一字与该HI信道相对应，该多个唯一字中的一个第二唯一字与该VI信道相对应，该多个唯一字中的一个第三唯一字与该HQ信道相对应，以及该多个唯一字中的一个第四唯一字与该VQ信道相对应。

19.如权利要求16所述的方法，其中，插入一个唯一字包括基于用于传输该编码位流的一种调制方案将与这些唯一字相对应的数据位插入到该编码位流内。

20.如权利要求16所述的方法，其中，用于每条光信道的该唯一字包括一个与该光信道相对应的PN代码。

21.一种用于解调数据流的方法，包括：

接收从一个光纤通信系统接收的多个光信号的一种数字化版本，该多个光信号的数字化版本包括与该多个光信号相对应的多个数据流；

识别这些数据流中的每个内的一个唯一字；

基于这些唯一字的识别确定这些数据流的一个或多个特征，该一个或多个特征包括该多个数据流中的一个或多个的一种标识和该多个数据流中的一个或多个之间的定时信息；以及

使用利用所识别的唯一字确定的这些光信号的特征将这些数据流解调成多个数据传送帧。

22.如权利要求21所述的方法，进一步包括差分地对这些数据流进行解码。

23.如权利要求21所述的方法，其中，接收多个光信号的数字化版本包括通过一条光纤接收多个双极性QPSK光信号。

24.如权利要求21所述的方法，其中，该多个数据流包括：水平同相(HI)流、一个垂直同相(VI)流、一个水平正交(HQ)流和一个垂直正交(VQ)流。

25.如权利要求21所述的方法，其中，用于每条数据流的该唯一字包括与该数据流相对应的一个PN代码。