CN107925422A - 无源光网络（pon）中的自适应前向纠错（fec） - Google Patents
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Abstract
本发明提供了在无源光网络(optical passive network，PON)等网络中使用的方法和装置，所述方法和装置包括：第一解码器，用于使用第一编码对编码数据信号进行解码以生成解码信号。当所述编码数据信号包括所述第一解码器未成功解码且将被忽略的未知信息时，所述未知信息包含在所述解码信号中。第二解码器可以可选地用于使用比所述第一编码强的编码来对所述解码信号进行解码。
Description
相关申请案交叉申请
本申请要求2015年9月4日由Frank Effenberger等人递交的发明名称为“无源光网络(PON)中的自适应前向纠错(FEC)(Adaptive Forward Error Correction(FEC)inPassive Optical Networks(PONs))”的第62/214,669号美国临时专利申请案以及2016年9月1日由Frank Effenberger等人递交的发明名称为“无源光网络(PON)中的自适应前向纠错(FEC)(Adaptive Forward Error Correction(FEC)in Passive Optical Networks(PONs))”的第15/255,073号美国非临时专利申请案的在先申请优先权，这两个在先申请的全部内容以引用的方式并入本文本中。
关于由联邦政府赞助研究或开发的声明
不适用
参考缩微胶片附录
不适用
背景技术
无源光网络(passive optical network，PON)是一种用于在“最后一英里”提供网络接入的系统，其是向客户提供通信的电信网络的最后一部分。PON是一种点对多点(point-to-multipoint，P2MP)网络，包括中心局(central office，CO)处的光线路终端(optical line terminal，OLT)、光分配网络(optical distribution network，ODN)和用户驻地处的光网络单元(optical network unit，ONU)。PON还可包括位于OLT与ONU之间，例如位于多个客户所在马路的尽头的远端节点(remote node，RN)。
近年来，已在世界各地部署了千兆比特PON(gigabit-capable PON，GPON)和以太网PON(Ethernet PON，EPON)等时分复用(time-division multiplexing，TDM)PON来用于多媒体应用。在TDM PON中，可使用时分多址(time-division multiple access，TDMA)方案在多个用户间共享总容量，因此可以将每个用户的平均带宽限制到低于100兆比特每秒(megabit per second，Mb/s)。
波分复用(wavelength-division multiplexing，WDM)PON被认为是针对未来宽带接入业务的一种非常有前途的方案。WDM PON可以提供高速链路以及高达10吉比特每秒(gigabit per second，Gb/s)的专用带宽。通过采用波分多址(wavelength-divisionmultiple access，WDMA)方案，WDM PON中的每个ONU由一个专用波长信道服务以便与CO或OLT通信。下一代PON(next-generation PON，NG-PON)和NG-PON2可包括点对点(point-to-point，P2P)WDM PON(P2P-WDM PON)，P2P-WDM PON可提供高于10Gb/s的数据速率。NG-PON和NG-PON2还可包括时分波分堆叠复用(time-and wavelength-division multiplexing，TWDM)PON，TWDM PON也可提供高于10Gb/s的数据速率。
发明内容
传统PON的一个问题是用于通过光链路进行通信的链路预算可能有限。例如，标准PON可指定两种不同的预算，一种是将前向纠错(forward error correction，FEC)应用到通过光链路进行的数据传输的预算，另一种是不应用FEC的预算。本文公开的概念提供了一种采用级联码的自适应FEC方案，所述级联码包括简单的内码和相对强的外码，其中可使用不同的内码与所述外码组合来获得各种链路预算。此外，所述自适应FEC方案可扩展为级联码解码的实施方式，在所述级联码解码中，内部解码器可使用所述内码对数据进行解码，其中由所述内部解码器生成的而将被忽略的任何未知信息都可传递给外部解码器，所述外部解码器可使用所述外码对包括所述未知信息在内的数据进行解码。
在一项实施例中，本发明包括一种网络装置，所述网络装置具有：接收器，用于接收编码数据信号；第一解码器，用于使用第一编码对所述编码数据信号进行解码以生成解码信号。当所述编码数据信号包括所述第一解码器未成功解码且将被忽略的未知信息时，所述解码信号包括所述未知信息。所述网络装置包括：第二解码器，用于使用第二编码对所述解码信号进行解码。
在一些实施例中，所述网络装置从多种不同编码中选择所述第一编码，其中，每种不同编码用于与所述第二编码组合使用以改变光链路的预算。在一项或多项实施例中，所述第二编码包括里德所罗门(Reed-Solomon，RS)码，所述不同编码包括以下编码中的至少一种：重复码、扩展汉明码、缩短扩展的Bose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH)码或缩短的扩展BCH(shortened Extended-BCH，SEBCH)码。在一项或多项实施例中，所述第一编码和所述第二编码的字节或字相互对齐。在一项或多项实施例中，所述网络装置包括标准前向纠错(standard forward error correction，FEC)解码器，所述标准FEC解码器的输出端耦合到所述第一解码器的输入端。在一项或多项实施例中，所述网络装置包括：光网络单元(optical network unit，ONU)或光线路终端(optical line terminal，OLT)，用于在无源光网络(passive optical network，PON)中接收所述编码数据信号。在一项或多项实施例中，所述网络装置通过传输信道来接收所述编码数据信号，所述传输信道配置为与二进制删除信道(binary erasure channel，BEC)混合的二进制对称信道(binary symmetricchannel，BSC)。
在另一项实施例中，本发明包括一种在网络单元的接收器处实施的方法。所述方法包括：接收编码数据信号，以及使用第一编码对所述编码数据信号进行解码以生成解码信号。当所述编码数据信号包括使用所述第一编码未成功解码且将被忽略的未知信息时，所述解码信号包括所述未知信息。所述方法还包括使用第二编码对所述解码信号进行解码。
在一些实施例中，所述第一编码从多种不同编码中选择，其中，每种不同编码用于与所述第二编码组合使用以改变光链路的预算。在一项或多项实施例中，所述第二编码包括里德所罗门(Reed-Solomon，RS)码，所述不同编码包括以下编码中的至少一种：重复码、扩展汉明码、缩短扩展的Bose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH)码或缩短的扩展BCH(shortened Extended-BCH，SEBCH)码。在一项或多项实施例中，所述第一编码和所述第二编码的字节或字相互对齐。在一项或多项实施例中，所述网络单元包括：光网络单元(optical network unit，ONU)或光线路终端(optical line terminal，OLT)，用于在无源光网络(passive optical network，PON)中接收所述编码数据信号。在一项或多项实施例中，所述接收器包括：第一解码器，用于对所述编码数据信号进行解码；以及标准前向纠错(forward error correction，FEC)解码器，其输出端耦合到所述第一解码器的输入端。在一项或多项实施例中，所述编码数据信号通过传输信道来接收，所述传输信道配置为与二进制删除信道(binary erasure channel，BEC)混合的二进制对称信道(binary symmetricchannel，BSC)。
在又一项实施例中，本发明包括一种非瞬时性计算机可读介质，所述非瞬时性计算机可读介质包括可由网络单元的处理器执行以实施一种方法的指令。所述方法包括：接收编码数据信号，以及使用第一编码对所述编码数据信号进行解码以生成解码信号。当所述编码数据信号包括使用所述第一编码未成功解码且将被忽略的未知信息时，所述解码信号包括所述未知信息。所述方法还包括使用第二编码对所述解码信号进行解码。
在一些实施例中，所述第一编码从多种不同编码中选择，其中，每种不同编码用于与所述第二编码组合使用以改变光链路的预算。在一项或多项实施例中，所述第二编码包括里德所罗门(Reed-Solomon，RS)码，所述不同编码包括以下编码中的至少一种：重复码、扩展汉明码、缩短扩展的Bose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH)码或缩短的扩展BCH(shortened Extended-BCH，SEBCH)码。在一项或多项实施例中，所述第一编码和所述第二编码的字节或字相互对齐。在一项或多项实施例中，所述处理器用于在无源光网络(passive optical network，PON)中实施所述方法，其中所述网络单元包括光网络单元(optical network unit，ONU)或光线路终端(optical line terminal，OLT)。在一项或多项实施例中，所述编码数据信号通过传输信道来接收，所述传输信道配置为与二进制删除信道(binary erasure channel，BEC)混合的二进制对称信道(binary symmetricchannel，BSC)。
为清晰起见，在本发明的范围内，前述实施例中的任何一项可以与前述其它实施例中的任何一项或多项组合来创建新的实施例。
在本发明的一方面，提供了一种具有用于接收编码数据信号的构件的网络装置。所述网络装置包括：用于使用第一编码对所述编码数据信号进行解码以生成解码信号的构件，以及使得当所述编码数据信号包括所述第一解码器未成功解码且将被忽略的未知信息时，所述解码信号包括所述未知信息的构件。所述网络装置还包括用于使用第二编码对所述解码信号进行解码的构件。又一种实施方式提供了从多种不同编码中选择第一编码，每种不同编码用于与所述第二编码组合使用以改变光链路的预算。所述第二编码可以包括里德所罗门(Reed-Solomon，RS)码，所述多种不同编码包括以下编码中的至少一种：重复码、扩展汉明码、缩短扩展的Bose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH)码或缩短的扩展BCH(shortened Extended-BCH，SEBCH)码。所述第一编码和第二编码的字节或字可以相互对齐。所述网络装置还可以包括标准前向纠错解码器，所述标准前向纠错解码器的输出端耦合到所述第一解码器的输入端。所述装置可以包括：光网络单元或光线路终端，用于在无源光网络中接收所述编码数据信号。前述任意一项或多项可以进行组合以提供根据本发明的网络装置。
在本发明的另一方面，提供了用于在网络单元的接收器处实施一种方法的构件。所述接收器包括：用于接收编码数据信号的构件、用于使用第一编码对所述编码数据信号进行解码以生成解码信号的构件，以及使得当所述编码数据信号包括使用所述第一编码未成功解码且将被忽略的未知信息时，所述解码信号包括所述未知信息的构件。所述接收器还包括用于使用第二编码对所述解码信号进行解码的构件。
在本发明的另一方面，提供了用于执行非瞬时性计算机可读介质上的指令的构件，所述指令可由网络单元的处理器执行以实施一种方法。所述网络单元包括：用于接收编码数据信号的构件、用于使用第一编码对所述编码数据信号进行解码以生成解码信号的构件，以及使得当所述编码数据信号包括使用所述第一编码未成功解码且将被忽略的未知信息时，所述解码信号包括所述未知信息的构件。所述网络单元还包括用于使用第二编码对所述解码信号进行解码的构件。
虽然上文描述了本发明的若干方面，但是可以理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，所公开的系统和方法可通过许多其它具体形式来体现。本发明的前述各方面将被认为是说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文给出的细节。例如，各种元件或组件可以在另一系统或构件中组合或集成，并且某些特征或构件可以省略或不实施。
在下文的详细描述以及结合附图和权利要求中，可以更清楚地理解这些和其它特征。
附图说明
为了更透彻地理解本发明，现参阅结合附图和具体实施方式而描述的以下简要说明，其中的相同参考标号表示相同部分。
图1描述了PON的示意图。
图2描述了根据本发明一实施例的FEC码级联系统的示意图。
图3描述了根据本发明实施例的比较不同FEC级联编码方案的编码性能的图。
图4A和图4B描述了根据本发明一实施例的用于使用级联编码方案进行纠错的系统。
图5描述了根据本发明一实施例的用于对数据进行解码的方法的流程图。
图6描述了根据本发明一实施例的FEC码级联系统的示意图。
图7描述了根据本发明一实施例的网络单元的示意图。
具体实施方式
首先应理解，尽管下文提供一项或多项实施例的说明性实施方案，但所公开的系统和/或方法可使用任何数目的技术来实施，无论该技术是当前已知还是现有的。本发明决不应限于下文所说明的说明性实施方案、附图和技术，包括本文所说明并描述的示例性设计和实施方案，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内修改。
本文公开了在PON中使用自适应前向纠错(forward error correction，FEC)编码方案的实施例。PON包括发射器，用于通过传输信道向接收器传输编码数据，其中，在传输之前使用级联码对数据进行编码。级联码可包括外码和从多个不同内码中选择的相对简单的内码，其中每个内码可与外码组合使用以获得不同的链路预算。在接收器处，内部解码器可使用与用来对数据进行编码的内码相同的内码来对编码数据进行解码。如果编码数据包括无法成功解码且将被忽略的未知信息，则内部解码器可传递该未知信息以便由外部解码器使用比内码相对更强的编码来进行解码。通过从内部解码器向外部解码器传递未知信息，可提高PON中的编码增益。
图1是用于实施本发明实施例的无源光网络(passive optical network，PON)100的示意图。PON 100可包括光线路终端(optical line terminal，OLT)110、一个或多个光网络单元(optical network unit，ONU)120以及用于将OLT 110耦合到ONU 120的光分配网络(optical distribution network，ODN)130。虽然图1中描述了四个ONU，但是在其它实施方式中，PON 100可包括更多或更少的ONU 120。
PON 100可配置为可能不需要有源组件在OLT 110与ONU 120之间分发数据的通信网络。相反，PON 100可使用ODN 130中的无源光组件在OLT 110与ONU 120之间分发数据。PON100可包括任何合适的网络，例如下一代PON(next-generation PON，NG-PON)、NG-PON1、NG-PON2、千兆比特PON(gigabit-capable PON，GPON)、10吉比特每秒PON(10gigabit persecond PON，XG-PON)、以太网PON(Ethernet PON，EPON)、10吉比特每秒EPON(10gigabitper second EPON，10G-EPON)、下一代EPON(next-generation EPON，NG-EPON)、波分复用(wavelength-division multiplexing，WDM)PON、时分波分堆叠复用(time-andwavelength-division multiplexing，TWDM)PON、点对点(point-to-point，P2P)WDM PON(P2P-WDM PON)、异步传输模式PON(asynchronous transfer mode PON，APON)、宽带PON(broadband PON，BPON)，等等。
EPON是由电气和电子工程师学会(Institute of Electrical and ElectronicsEngineers，IEEE)开发且在IEEE 802.3中指定的PON标准，其全部内容以引用的方式并入本文本中。在EPON中，波长不同的上游传输和下游传输均可以使用单个光纤。OLT 110可实施EPON媒体接入控制(Media Access Control，MAC)层以进行以太网帧的传输，同时可实施多点控制协议(Multi-Point Control Protocol，MPCP)以执行带宽分配、带宽轮询、自动发现、测距，等等。以太网帧可基于嵌入在前导帧中的逻辑链路标识符(Logical LinkIdentifier，LLID)进行下行广播。上行带宽可基于OLT 110与ONU 120之间的信号(例如Gate和Report消息)交换进行分配。
OLT 110用于与ONU 120和另一网络(未示出)通信。具体而言，OLT 110可充当该另一网络与ONU 120之间的中介。例如，OLT 110可向ONU 120转发从该另一网络接收的数据，向该另一网络转发从ONU 120接收的数据。OLT 110可包括至少一个发射器和至少一个接收器。在该另一网络使用的网络协议与PON 100中使用的协议不同的情况下，OLT 110可包括转换器，用于将网络协议转换为PON协议以及将PON协议转换为网络协议。OLT 110通常位于中心局(central office，CO)等中心位置，但是也可位于其它合适的位置。
在一些实施方式中，ODN 130可以是包括光纤电缆、耦合器、分光器、分配器和/或其它设备的数据分发系统。这类组件可包括不需要电源在OLT 110与ONU 120之间分发数据信号的无源光组件。可选地，ODN 130内的一个或多个组件可采用光放大器等有源(例如上电的)组件的形式。在如图所示的分支配置中，ODN 130通常可从OLT 110延伸到ONU 120，但是ODN 130可配置在任何其它合适的点对多点(point-to-multipoint，P2MP)配置中。
在一实施例中，ODN 130可包括位于OLT 110与ONU 120之间的分光器125。分光器125可以是用于将光信号组合分离并将分离信号转发给ONU 120的任何合适的设备。分光器125还可以是用于从ONU 120接收信号、将这些信号合并为一个合并接收信号并将该合并接收信号转发给OLT 110的任何合适的设备。例如，分光器125可在下行方向(例如从OLT 110到ONU 120)将下行光信号分为n个分离下行光信号，并且在上行方向(例如从ONU 120到OLT110)将n个上行光信号合并为一个合并上行光信号，其中n等于ONU 120的数量。在一些方面，OLT 110可包括双向光放大器(optical amplifier，OA)以按需放大合并传输信号，以便将该合并传输信号转发给分光器125，以及从分光器125接收合并信号并按需放大该合并接收信号。
ONU 120可与OLT 110以及客户或用户(未示出)通信，并且ONU 120可充当OLT 110与客户之间的中介。例如，ONU 120可从OLT 110向客户转发数据，并从客户向OLT 110转发数据。ONU 120可包括用于向OLT 110传输光信号的光发射器以及用于从OLT 110接收光信号的光接收器。ONU 120还可包括将光信号转换为电信号并将电信号转换为光信号的转换器。在一些方面，ONU 120可包括向客户传输电信号的第二发射器和从客户接收电信号的第二接收器。ONU 120与光网络终端(optical network terminal，ONT)类似，因此这些术语在本文中可互换使用。ONU 120通常可位于分散的位置，例如位于客户所在地，但是它们也可位于其它合适的位置。
一般而言，要求通过到ONU 120的不同链路来对PON 100进行操作。例如，通过光链路来传输信号的功率电平与接收该信号所需的最小功率电平之间的差可定义发射器与接收器之间可能发生的最大路径损耗。给定链路的最大路径损耗可根据PON的特定类别而变化。下表1描述了国际电信联盟(International Telecommunication Union，ITU)电信标准化部门(ITU Telecommunication Standardization Sector，ITU-T)标准针对XG-PON1系统中的类别N1、N2、E1、E2指定的最小和最大路径损耗的示例。
表1
| 类别N1 | 类别N2 | 类别E1 | 类别E2 | |
| 最小损耗 | 14dB | 16dB | 18dB | 20dB |
| 最大损耗 | 29dB | 31dB | 33dB | 35dB |
表1指定了每个特定类别的光链路预算。例如，如果发射器与接收器之间的链路(例如标准链路)上的最大路径损耗不超过31分贝(decibel，dB)，则满足类别N2的光链路预算；而如果发射器与接收器之间的链路(例如增强链路)上的最大损耗不超过33dB，则满足类别E1的光链路预算。因此，E1类别在功率损耗预算方面有2dB的改进。
在一实施例中，PON 100可采用前向纠错(forward error correction，FEC)码来提高通信可靠性并增加功率链路预算。FEC方案的基本操作涉及使用编码将冗余字节(例如奇偶校验位)增加到数据中。FEC的冗余支持PON 100中的接收器检测并校正传输数据中的(例如经由链路、发射器、接收器、存储介质等引入的)差错，从而避免需要进行数据重传。PON 100可实施任何合适类型的FEC方案，例如里德所罗门(Reed-Solomon，RS)、Bose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH)、低密度奇偶校验(low-density parity-check，LDPC)编码、二进制卷积编码(binary convolutional code，BCC)，等等。
RS码通常通过RS(n,k)的形式表示，其中“n”表示码字大小，“k”表示块大小。一个RS(n,k)码能够校正多达(n–k)/2个(随机)符号差错，其中一个符号通常包括一个8位字节。在GPON中，ITU-T G.984.3将RS(255,239)指定为PON FEC码，ITU-T G.984.3的内容以引用的方式并入本文本中，其中每个FEC码字的数据节的长度(大小)是239字节，码字的奇偶校验字节的数量是16字节。在非对称XG-PON(XG-PON1)中，ITU-T G.987.3将RS(248,216)指定为用于下行传输的FEC码，将RS(248,232)指定为用于上行传输的FEC码，ITU-T G.987.3的内容以引用的方式并入本文本中。在TWDM PON中，ITU-T G.989.3将RS(248,232)和RS(248,216)指定为分别用于2.5吉比特(2.5gigabit，2.5G)和10G链路的FEC码，ITU-T G.989.3的内容以引用的方式并入本文本中。
与不使用FEC相比，FEC可使PON 100的链路预算增加约1至4分贝(decibel，dB)，取决于所使用的FEC码。决定是否应用FEC码可基于针对PON 100指定的特定标准和功率链路预算。标准的XG-PON1系统支持一种类型的FEC码和两种类型的链路预算，一种是应用了FEC(开启)的链路预算，另一种是未应用(关闭)的链路预算。然而该设置并不能完全满足不同的链路预算要求或者提供可变的链路预算。
在一实施例中，可采用一种自适应FEC级联编码方法来实现单个光系统中的，例如PON100中的各种链路预算。虽然以下描述可能专注于PON 100包括XG-PON1的实施方式，但是所公开的实施例适用于PON 100可能包括任何合适的PON的其它实施方式。
图2是根据本发明一实施例的FEC级联系统200的示意图。系统200包括：传输信道205，用于可通信地将OLT 110链接到至少一个ONU 120。OLT 110可包括：至少一个发射器210，其具有一个或多个编码器，例如第一编码器215和第二编码器220；以及至少一个接收器225，其具有一个或多个解码器，例如第一解码器230和第二解码器235。同样地，ONU 120可包括：至少一个接收器240，其具有一个或多个解码器，例如第一解码器245和第二解码器250；以及至少一个发射器225，其具有一个或多个编码器，例如第一编码器260和第二编码器265。本文使用的术语“第一编码器”和“第二编码器”可分别指“外部编码器”和“内部编码器”，而术语“第一解码器”和“第二解码器”可分别指“内部解码器”和“外部解码器”。在其它实施方式中，OLT 110和ONU 120可具有不同数量的编码器和/或解码器，其中OLT 110和ONU120所采用的编码器和/或解码器的数量可相同或不同。
在某些方面，OLT 110处的发射器210和接收器225以及ONU 120处的发射器255和接收器240可分别合并为单个收发器单元。可选地或另外，发射器210处的外部/内部编码器215、220和内部/外部解码器230、235可分别合并为单个编码单元和解码单元。类似地，接收器240处的内部/外部解码器245、250和外部/内部编码器260、265可分别合并为单个解码单元和编码单元。此外，OLT 110和ONU 120均可包括各种组件，例如但不限于微处理器、微控制器、输入/输出(input/output，I/O)电路以及用于存储可由OLT 110和ONU 120执行的指令/代码的存储器。
一般而言，旨在从OLT 110传输到ONU 120的数据可输入到外部编码器215，外部编码器215可对数据进行编码并将编码数据输出到内部编码器220。内部编码器220可进行进一步编码以生成编码数据流，发射器210可通过传输信道205将编码数据流输出到ONU 120的接收器240。此外，OLT 110可将外部编码器215和内部编码器220所使用的编码通知给ONU120。
内部解码器245可对编码数据流进行解码并将内部解码数据输出到外部解码器250，外部解码器250可对内部解码数据进行解码以生成外部解码数据(即，校正后的数据)。当ONU120包括旨在传输到OLT 110的数据时，外部和内部编码器260、265可分别执行与外部和内部编码器215、220相似的操作，而OLT 110的内部和外部解码器230、235可分别执行与内部和外部解码器245、250相似的操作。
在一实施例中，系统200可采用从一种或多种编码，例如第一编码和第二编码，得到的FEC级联码。本文使用的术语“第一编码”和“第二编码”可分别指“内码”和“外码”，其中系统200采用的内码和外码可包括如下表2列出的编码。简而言之，系统200可结合多个较简单的内码(即，更高的编码率)之一来重用相对较强的外码，其中可使用不同内码来获得各种链路预算。当系统200采用GPON、XG-PON1、TWDM-PON等形式时，可使用里德所罗门(Reed-Solomon，RS)码等标准FEC码作为外码。这可支持在PON中重用标准FEC逻辑。
表2
上文列出的编码和/或其它编码可存储在OLT 110和/或ONU 120中一个或多个存储设备上。“Repetition(x,1)”表示在传输中将每个原码重复x次的编码。“EHamming(a,b)”表示基于编码Hamming(a,b)的扩展汉明码。“SEBCH(13,8)”表示基于扩展Bose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH)(16,11)的缩短扩展的BCH码。“SEBCH(61,48)”是从扩展BCH(64,51)缩短的。“SEBCH(39.32)”是从扩展BCH(64.57)缩短(或截断)的。使用内码，例如表2中列出的重复码、汉明码或BCH码之一，可简化内部编码操作并使获得不同链路预算的复杂度减到最小。至于外码，外部编码器215、260可使用RS(248,216)对数据进行编码以生成具有32个冗余字节的248字节码字，而外部解码器235、250可使用RS(248,216)对数据进行解码。但是在其它实施例中可使用一个或多个不同的外码(例如，根据实施系统200的PON的类型)。这类外码可基于LDPC编码、RS编码、Turbo编码、BCH编码、卷积编码、Turbo格栅编码调制(turbotrellis coded modulation，TTCM)编码等，但不限于此。
图3描述了示出使用未编码方案与基于表2所列编码的级联编码方案的比较的图300。线条302对应于使用未编码方案的编码性能，而线条304至320对应于使用图右侧所列的不同级联编码方案的编码性能。x轴表示输入信号信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)，y轴表示输出信号误码率(bit error rate，BER)。例如，相比于未编码信号(即，未应用FEC)，使用RS(248,216)作为外部FEC码将SNR输入信号要求从约15dB降低到7dB以实现1e-15(数据的每1015个比特一个差错)的输出BER。如果RS(248,216)和Repetition(4,1)的级联码分别用作外码和内码，则SNR输入信号要求进一步降低到3dB以获得相同的1e-15的输出BER。因此，可使用Repetition(4,1)等简单内码来提高BER性能，BER性能可转换为链路预算增益。
从表2和图3显而易见，可使用不同内码来实现各种编码率和增益。例如，内EHamming(8,4)码和外RS(248,216)码的级联提供的整体编码率约为0.44dB，同时以1.6e-2的BER输入电平进行操作以实现1e-15的输出BER。又例如，内SEBCH(13,8)码和外RS(248,216)码的级联提供的整体编码率约为0.54，同时实现与1.8e-2的输入BER和1e-15的输出BER非常相似的性能增益。总而言之，可选择不同的内码来提高BER性能并实现链路预算的不同增益。
图4A和图4B示出了根据本发明一实施例的用于使用级联编码进行纠错的系统400A、400B。系统400A包括通过第一传输信道415可通信地耦合到接收器410(例如RX 225或RX 240)的发射器405(例如TX 210或TX 255)。第一传输信道415可包括由于二进制相移键控(binary phase-shift keying，BPSK)调制器420和BPSK解调器425而建模为二进制对称信道(binary symmetric channel，BSC)的加性高斯白噪声(additive white Gaussiannoise，AWGN)链路。发射器405可包括耦合到内部编码器435(例如编码器220或265)的外部编码器430(例如编码器215或260)，而接收器410可包括耦合到外部解码器445(例如解码器235或250)的内部解码器440(例如解码器230或245)。在一些方面，BPSK调制器420可在发射器405中实施，BPSK解调器425可在接收器410中实施。
系统400B与系统400A相似，除了第一传输信道415可与二进制删除信道(binaryerasure channel，BEC)混合以提供第二传输信道450。在操作中，发射器405可通过第一传输信道415或第二传输信道450传输由外部编码器430和内部编码器435编码的数据，其中所传输的数据可经过分别通过BPSK调制器420和BPSK解调器425进行的调制和解调操作。在系统400A中，所传输的数据可包括二进制符号，例如“0”位或“1”位。但是，可能存在由于差错而导致翻转位的情况，例如，发射器405传输“0”，而接收器410收到“1”(或者相反的情况)。
在收到所传输的符号，例如“0”后，内部解码器440可(例如使用内部编码器435所用的错误码)对该符号进行解码。内部解码器440可基于解码结果输出“0”或“1”到外部解码器445。然后，外部解码器445(例如使用外部编码器435所用的错误码)对输出的位进行解码。在某些情况下，内部解码器440可能无法正确地对通过第一传输信道415接收的符号进行解码，或者内部解码器440可能确定解码结果非常不可靠。在这种情况下，内部解码器440可能不向外部解码器445输出任何信息。例如，内部解码器440可实施输出“硬”信息的硬判决解码算法，“硬”信息指示给定输入是否对应于固定值，例如二进制位。因此，如果内部解码器440无法确定给定输入是否对应于固定集合内的某一值(例如1或0)，则内部解码器440可直接忽略该输入，并且不向外部解码器445输出任何信息。
与系统400A一样，通过第二传输信道450传输的数据可包括二进制符号，例如“0”位或“1”位。如上所述，可能存在位被翻转的情况。然而，还可能存在由于差错而导致位被删除(例如“删除”输出位)的情况，在这种情况下，接收器410可接收指示未收到该位或指示该位包含未知信息的消息。在这种情况下，内部解码器440可例如使用表2所列的内码尝试对未知信息进行解码。但是，如果内码太简单，则内部解码器440也许不太可能将未知信息解码。通常，这类未知信息可被忽略。
在一实施例中，内部解码器440可将未知信息传递给外部解码器445。例如，内部解码器440可实施软判决解码算法以输出“软”信息或值，而不是输出固定集合(例如1或0)，其中输出的值可指示由内部解码器440进行解码的每一位的可靠性级别。由于外部解码器445可采用相对于内部解码器440更强的编码(例如RS码)，所以外部解码器445可使用来自内部解码器440的软输入值以更高的精确度对未知信息进行解码。虽然从内部解码器440向外部解码器445传递软信息可能给解码流程增加一些复杂性，但是整体性能可大幅提高。
例如，假设发射器405处的外部编码器430利用RS(248,16)对数据进行编码，内部编码器435使用Repetition(4,1)对从外部编码器430获得的数据进行编码。在外部编码器430和内部编码器435对它们各自的数据进行编码之后，发射器405可通过第二传输信道450来传输编码数据，其中编码数据可通过BPSK调制器420和BPSK解调器425分别进行调制和解调。
在通过第二传输信道450接收编码数据后，内部解码器440可使用Repetition(4,1)执行解码操作。理想情况下，由内部解码器440解码的数据将包括具有至少三个1(例如0111、1011、1101、1110或1111)或三个0(例如0001、0010、0100、1000或0000)的四模。然而，当给定模式包括一对1或0(例如0011、1010、0101、1100、1001或0110)时，内部解码器440可将该模式标记为“未知”并将其传递给外部解码器445。然后，外部解码器445可使用RS(248,16)对该未知模式进行解码，例如通过将多种模式运行到一种解码算法中。
例如，如果从内部解码器440获得的未知信息指示模式“0011”，则外部解码器445可运行匹配模式(例如0001、0111或0010)以基于解码标准确定潜在结果。例如，如果输入“0001”和“0111”产生第一模式和第二模式，则外部解码器445可将这两种模式与整个数据流进行比较。然后，外部解码器445可例如按照BER性能或某些其它标准来选择最适合数据流的模式。在系统400B中，通过将“未知”信息从内部解码器440传递到外部解码器445，BER性能相比于系统400A可提高约0.8dB。
在一实施例中，所选内码和外码的粒度可为8位(即1个字节)或32位(即1个字)。具体而言，内码和外码的字节或字可相互对齐，以确保内部编码器435和内部解码器440对数据块进行的编码和解码与外部编码器430和外部解码器445的编码和解码一致，等等。例如，如果内部解码器440使用的内码所生成的输出包括8位，则外部解码器445应使用对8位数据块进行操作的外码。这在通过PON系统来实施本发明实施例时可能很有用，因为大部分PON帧结构和协议设计遵循字节对齐或字对齐原则。这还可以将任何不确定性限制在一个字节或字的范围内，同时防止差错向外传播。
图5描述了根据本发明一实施例的用于对数据进行解码的方法500。操作可按所示顺序执行或按不同的顺序执行。此外，两个或更多操作可同时执行，而不是依次执行。该方法开始于步骤502，在步骤502处，通过传输信道(例如信道450)接收编码数据符号。编码数据符号可在下行传输中从OLT 110传输到ONU 120，或者在上行传输中从ONU 120传输到OLT110。在步骤504处，方法500使用(例如表2所列出的)第一FEC码(例如通过内部解码器440)执行第一解码操作，第一FEC码可以是在传输之前编码器(例如内部编码器435)用来对数据符号进行编码的相同编码。在步骤506处，方法500向解码器(例如外部解码器445)提供由第一解码操作产生的第一解码输出信号。
如上所述，第一解码输出信号可包括软信息，软信息指示编码数据符号包括一个可能值(例如0或1)，或者指示编码数据包括未知信息(即，通常被忽略)。因此，第一解码输出信号可作为解码器用来执行第二解码操作的软输入，第二解码操作可包括对由生成第一解码输出信号的另一解码器(例如内部解码器440)传递的任何未知信息进行解码。在步骤508中，解码器可使用相对于第一FEC码更强的FEC码(例如RS码)来执行第二解码操作，从而生成第二解码输出信号，其中第二FEC码可以是在传输之前编码器(例如外部编码器430)用来对数据符号进行编码的相同编码。
图6描述了根据本发明一实施例的FEC码级联系统600的示意图。系统600包括通过传输信道615(例如信道205、415或450)耦合到至少一个接收器610(例如RX 225、240或410)的至少一个发射器605(例如TX 210、255或405)。发射器605可包括用于向接收器610传输数据的OLT(例如OLT 110)，在这种情况下，接收器610将包括ONU(例如ONU 120)。可选地，发射器605可包括ONU，在这种情况下，接收器610将包括OLT。
发射器605可包括外部编码器620和内部编码器625，它们分别对应于前述外部编码器(例如编码器215、260或430)和内部编码器(例如编码器220、265或435)之一。类似地，接收器610可包括内部解码器630和外部解码器635，它们分别对应于前述内部解码器(例如解码器230、245或440)和外部解码器(例如解码器235、250或445)之一。在一实施例中，发射器605可包括耦合到内部编码器625的标准FEC编码器640，接收器610可包括耦合到内部解码器630的标准FEC解码器645。具体而言，图6公开了如下实施例：本文公开的自适应FEC编码系统(例如系统100、200、400A、400B)可与PON系统共存，在该PON系统中，ONU仅可实施标准FEC编码方案。
在操作中，当OLT与实施标准FEC编码方案的ONU交互时，标准FEC编码器640和解码器645照常用于传输和接收数据。也就是说，外部/内部编码器620、625和内部/外部解码器630、635不用于这些数据传输。相比之下，当OLT与根据本发明实施自适应FEC编码方案的ONU交互时，外部/内部编码器620、625和内部/外部解码器630、635用于如上所述对数据进行编码和解码，同时忽略由标准FEC编码器640和解码器645添加的任何奇偶校验位。
例如，在XG-PON1下游传输中，标准FEC解码器645可使用RS(248,216)等标准FEC码来生成包括216个字节和32个奇偶校验字节的数据码字。假设在本示例中采用RS(248,216)和Repetition(4,1)的级联码，则包括标准FEC解码器645的常规XG-PON1ONU仅可使用RS(248,216)作为标准FEC码来对接收的数据进行解码。通过比较，(例如支持自适应FEC编码的)新ONU首先可跳过由标准FEC解码器645在每248个字节中添加的32个字节，然后在内部解码器630处使用Repetition(4,1)对数据进行解码，在外部解码器635处使用RS(248,216)对数据进行解码。该方法支持标准ONU和新ONU在同一PON系统中共存而不会使开销大幅增加。
图7描述了根据本发明一实施例的网络设备700的示意图。设备700适用于实施如本文所述的公开实施例。例如，设备700可在OLT 110、ONU 120和/或任何其它组件中实施。设备700包括：入端口710和接收器单元(Rx)720，用于接收数据；处理器、微处理器、逻辑单元或中央处理器(central processing unit，CPU)730，用于处理数据；发射器单元(Tx)740和出端口750，用于发送数据；以及存储器760，用于存储数据。设备700还可包括光电(optical-to-electrical，OE)组件和电光(electrical-to-optical，EO)组件，它们耦合到用于光信号或电信号的出入的入端口710、接收器单元720、发射器单元740和出端口750。
处理器730可通过硬件和/或软件来实施。处理器730可实施为一个或多个CPU芯片、内核(例如实施为多核处理器)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)和数字信号处理器(digital signal processor，DSP)。处理器730可以可通信地链接到入端口710、接收器单元720、发射器单元740、出端口750和/或存储器760。处理器730包括：模块770，用于实施本文所公开的实施例，包括方法500。因此，包括模块770可明显改进设备700的功能并影响设备700的状态转变。可选地，模块770可实施为存储在存储器760中并可由处理器730执行的可读指令。设备700可包括用于实施本文所公开的实施例，包括方法500的任何其它构件。
存储器760包括一个或多个磁盘、磁带驱动器和固态硬盘，并可用作溢流数据存储设备，用来在程序被选择执行时存储这类程序，以及用来存储在程序执行期间读取的指令和数据。存储器760可为易失的或非易失的，并且可为只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random-access memory，RAM)、三重内容寻址存储器(ternarycontent-addressable memory，TCAM)和静态随机存取存储器(static random-accessmemory，SRAM)。
在一实施例中，本发明包括一种具有用于接收编码数据信号的构件的网络装置。该网络装置包括：用于使用第一编码对编码数据信号进行解码以生成解码信号的构件，以及使得当编码数据信号包括第一解码器未成功解码且将被忽略的未知信息时，解码信号包括该未知信息的构件。该网络装置还包括用于使用第二编码对解码信号进行解码的构件。
在一实施例中，本发明包括用于在网络单元的接收器处实施一种方法的构件。接收器包括：用于接收编码数据信号的构件、用于使用第一编码对编码数据信号进行解码以生成解码信号的构件，以及使得当编码数据信号包括使用第一编码未成功解码且将被忽略的未知信息时，解码信号包括该未知信息的构件。接收器还包括用于使用第二编码对解码信号进行解码的构件。
在一实施例中，本发明包括用于执行非瞬时性计算机可读介质上的指令的构件，这些指令可由网络单元的处理器执行以实施一种方法。网络单元包括：用于接收编码数据信号的构件、用于使用第一编码对编码数据信号进行解码以生成解码信号的构件，以及使得当编码数据信号包括使用第一编码未成功解码且将被忽略的未知信息时，解码信号包括该未知信息的构件。网络单元还包括用于使用第二编码对解码信号进行解码的构件。
虽然本发明多个具体实施例，但应当理解，所公开的系统和方法也可通过其它多种具体形式体现，而不会脱离本发明的精神或范围。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文本中所给出的细节。例如，各种元件或组件可以在另一系统中组合或整合，或者某些特征可以省略或不实施。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式经由某一接口、设备或中间组件间接地耦合或通信。其它变更、替换、更替示例对本领域技术人员而言是显而易见的，均不脱离此处公开的精神和范围。
Claims (20)
1.一种网络装置，其特征在于，包括：
接收器，用于接收编码数据信号；
第一解码器，用于使用第一编码对所述编码数据信号进行解码以生成解码信号，其中，当所述编码数据信号包括所述第一解码器未成功解码且将被忽略的未知信息时，所述解码信号包括所述未知信息；以及
第二解码器，用于使用第二编码对所述解码信号进行解码。
2.根据权利要求1所述的网络装置，其特征在于，所述第一编码从多种不同编码中选择，每种不同编码用于与所述第二编码组合使用以改变光链路的预算。
3.根据权利要求2所述的网络装置，其特征在于，所述第二编码包括里德所罗门(Reed-Solomon，RS)码，所述多种不同编码包括以下编码中的至少一种：重复码、扩展汉明码、缩短扩展的Bose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH)码或缩短的扩展BCH(shortened Extended-BCH，SEBCH)码。
4.根据权利要求1所述的网络装置，其特征在于，所述第一编码和所述第二编码的字节或字相互对齐。
5.根据权利要求1所述的网络装置，其特征在于，所述网络装置还包括标准前向纠错(forward error correction，FEC)解码器，所述标准FEC解码器的输出端耦合到所述第一解码器的输入端。
6.根据权利要求1所述的网络装置，其特征在于，所述网络装置包括：光网络单元(optical network unit，ONU)或光线路终端(optical line terminal，OLT)，用于在无源光网络(passive optical network，PON)中接收所述编码数据信号。
7.根据权利要求1所述的网络装置，其特征在于，所述编码数据信号通过传输信道来接收，所述传输信道配置为与二进制删除信道(binary erasure channel，BEC)混合的二进制对称信道(binary symmetric channel，BSC)。
8.一种在网络单元的接收器处实施的方法，其特征在于，所述方法包括：
接收编码数据信号；
使用第一编码对所述编码数据信号进行解码以生成解码信号，其中，当所述编码数据信号包括使用所述第一编码未成功解码且将被忽略的未知信息时，所述解码信号包括所述未知信息；以及
使用第二编码对所述解码信号进行解码。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一编码从多种不同编码中选择，每种不同编码用于与所述第二编码组合使用以改变光链路的预算。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二编码包括里德所罗门(Reed-Solomon，RS)码，所述多种不同编码包括以下编码中的至少一种：重复码、扩展汉明码、缩短扩展的Bose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH)码或缩短的扩展BCH(shortened Extended-BCH，SEBCH)码。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一编码和所述第二编码的字节或字相互对齐。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述网络单元包括：光网络单元(opticalnetwork unit，ONU)或光线路终端(optical line terminal，OLT)，用于在无源光网络(passive optical network，PON)中接收所述编码数据信号。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述接收器包括：
第一解码器，用于对所述编码数据信号进行解码；以及
标准前向纠错(forward error correction，FEC)解码器，其输出端耦合到所述第一解码器的输入端。
14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述编码数据信号通过传输信道来接收，所述传输信道配置为与二进制删除信道(binary erasure channel，BEC)混合的二进制对称信道(binary symmetric channel，BSC)。
15.一种非瞬时性计算机可读介质，其特征在于，所述非瞬时性计算机可读介质包括可由网络单元的处理器执行以实施一种方法的指令，所述方法包括：
接收编码数据信号；
使用第一编码对所述编码数据信号进行解码以生成解码信号，其中，当所述编码数据信号包括使用所述第一编码未成功解码且将被忽略的未知信息时，所述解码信号包括所述未知信息；以及
使用第二编码对所述解码信号进行解码。
16.根据权利要求15所述的非瞬时性计算机可读介质，其特征在于，所述第一编码从多种不同编码中选择，每种不同编码用于与所述第二编码组合使用以改变光链路的预算。
17.根据权利要求16所述的非瞬时性计算机可读介质，其特征在于，所述第二编码包括里德所罗门(Reed-Solomon，RS)码，所述多种不同编码包括以下编码中的至少一种：重复码、扩展汉明码、缩短扩展的Bose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH)码或缩短的扩展BCH(shortened Extended-BCH，SEBCH)码。
18.根据权利要求15所述的非瞬时性计算机可读介质，其特征在于，所述第一编码和所述第二编码的字节或字相互对齐。
19.根据权利要求15所述的非瞬时性计算机可读介质，其特征在于，所述处理器用于在无源光网络(passive optical network，PON)中实施所述方法，所述网络单元包括光网络单元(optical network unit，ONU)或光线路终端(optical line terminal，OLT)。
20.根据权利要求15所述的非瞬时性计算机可读介质，其特征在于，所述编码数据信号通过传输信道来接收，所述传输信道配置为与二进制删除信道(binary erasure channel，BEC)混合的二进制对称信道(binary symmetric channel，BSC)。
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