CN1633793B - 使用前向纠错信息的最优阈值 - Google Patents

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Abstract

光接收机阈值可以基于前向纠错(FEC)差错统计信息而被实时优化。跟踪被校正的1相比于被校正的0的相对数量。响应于这两类差错之间的失衡来移动所述阈值。

Description

使用前向纠错信息的最优阈值
技术领域
本发明涉及通信系统，更具体地说，在一个实施例中涉及一种光接收器。
背景技术
要想提高光通信链路的性能，最大化光接收机的灵敏度是非常重要的。具体地说，光接收机灵敏度将影响传输距离和最大数据率。对于给定的传输距离、调制方案和数据率而言，提高接收机灵敏度可以增大光放大站点间的间隔。而任务就是要从微弱的信号中准确地恢复出数据。
对于采用幅度调制的传统光通信链路而言，典型的光接收机配置包括用于从接收光中恢复出电调制信号的光电检测器、以及用于将恢复出的信号转换为反映传输数据的一个0和1序列的某类阈值设备。前向纠错(FEC)码正越来越多地用于改进链路性能，因而光接收机还可以包括解码器。
从某些方面来说，光接收机在基本体系结构上与用在其它传输介质例如无线介质、铜介质等当中的某些接收机并没有什么不同。但是，一个不同点就在于阈值操作。在其它类型的系统中，阈值一般都被设定在调制包络的中点，即例如，将高于该中点的接收信号电平视为1，而将低于该中点的接收信号电平当作0。
然而，将阈值定位在中点，它的前提是假设噪声电平与所发送的数据无关。但是，在光系统中，在发送1期间的噪声电平一般都会大于发送0期间的噪声电平。此外，这种效应的程度将取决于光通信链路的具体特性而有所不同。
因此，使用调制包络的中点作为阈值，这将导致非最优的接收机操作。在某种程度上将阈值变低，以适应1数据上所预期的更大噪声，这将更有可能准确地恢复出所发送的数据，从而增大灵敏度。但是并不存在一个在各种情况下都适用的固定阈值，实际上，要想最大似然地检测到所发送的数据，阈值的理想位置将随时间发生多多少少的变化。
在一种实现能够改变其判决阈值的接收机的现有方法中，提供了复制(duplicate)光电检测器和设阈值阶段。所接收的光信号分为两路，一路送往基本(primary)接收机链，另一路送往复制元件。改变复制接收机链中所使用的阈值，以寻找最小差错点。然后，这个阈值电平被基本接收机链采纳，用于恢复所发送的数据。这种方法的一个问题就在于，它需要复制昂贵的接收机元件，例如光电二极管。另一个问题在于，阈值的最优位置实际上部分取决于光电二极管特性，而这些特性在基本接收机和复制接收机之间是不同的，从而造成对复制接收机最优的阈值对于基本接收机来说不一定最优。
现在需要的是这样的系统和方法，它们可以控制光接收机的阈值，以优化对发送数据的恢复，同时并不明显增加成本。
发明内容
根据本发明的一个实施例，可以基于前向纠错(FEC)差错统计信息来实时优化光接收机阈值。跟踪被校正的1相比于被校正的0的相对数量。响应于两类差错之间的失衡来移动阈值。
本发明的第一方面提供了一种用于操作数据接收机的方法。该方法包括：将接收信号与一个阈值进行比较，以生成一个估计发送比特流；根据纠错码来解码所述估计发送比特，同时保存在解码期间被校正的“0”比特和“1”比特的数量；并且根据解码期间被校正的“0”比特和“1”比特的数量来调整所述阈值。
本发明的第二方面提供了一种用于操作数据接收机的装置。该装置包括：阈值模块，其将接收信号与一个阈值进行比较，以生成一个估计发送比特流；纠错解码器，其根据纠错码来校正所述估计发送比特，同时保存在解码期间被校正的“0”比特和“1”比特的数量；以及阈值调整模块，其根据解码期间被校正的“0”比特和“1”比特的数量来调整所述阈值。
参考说明书的剩余部分以及附图，将会进一步理解这里所述的各项发明的本质和优点。
附图说明
图1描绘了根据本发明一个实施例的光接收机。
图2描绘了根据本发明一个实施例的所接收的调制光信号的“眼图”。
图3描绘了根据本发明的一个实施例，动态地控制光接收机阈值的各个步骤。
具体实施方式
本发明可应用于处在光通信链路末端的光接收机的环境中。但是，本发明并不限于光应用。
图1描绘了根据本发明一个实施例的光接收机100。光接收机100例如可以终止一条光通信链路，该链路例如是由WDM通信链路的选定波长所定义的。在一个实施例中，用10Gbps信号对所选定的波长进行调制。
光信号被输入到含有光电二极管的光电检测器102中。光电检测器102还可以包括本领域内所公知的模拟信号调节电路(conditioningcircuitry)。光电检测器102的输出是一个模拟信号，其输入到可将模拟信号转换为1比特抽样并且周期性地锁存这些抽样的模数转换器/D触发器104中。模数转换器/D触发器104的输出是一串1比特的数字抽样。可以将模数转换器/D触发器104理解为具有模拟输入的设阈值模块。
如果输入的模拟信号大于可编程的阈值，那么模数转换器/D触发器104将该信号转换为数字1，如果输入的模拟信号小于这一阈值，则被转换为数字0。每个抽样周期输出一个1比特抽样。前向纠错模块108根据应用在发送端的纠错码，对模数转换器/D触发器104所输出的数字数据进行解码。
在一个实施例中，这种纠错码是由ITU G.975标准所定义的ReedSolomon码。前向纠错模块108的输出是解码后的数据。
解码过程是在连续的码字上进行的。在每个码字内，某些比特位置被分配给数据，而其它比特为检测和校正数据比特中的差错提供了冗余信息。因此，纠错过程将不会触及某些数据比特，而其它比特的值将基于冗余信息的内容而被改变。
纠错过程将一些0值改变为1值，同样将一些1值改变为0值。每一类校正的数字的周期连续总数由前向纠错模块108输出到阈值控制模块110。下面将会解释，阈值控制模块110利用被校正的0和1的相对数量来确定阈值的最优设置。
图2描绘了所接收的光信号的所谓“眼图”。眼图示出了连续的接收数据比特相互叠加在一起的调制包络。该图假设使用了幅度调制。眼图示出了高斯噪声是如何影响接收信号的。“1 level”命名符表示与所发送的1比特相对应的标称调制电平，而“0 level”命名符表示与所发送的0比特相对应的标称调制电平。命名符“crossing”表示用来建立该眼图的抽样示波器的触发阈值。如图所示，“1”比特上的噪声电平大于“0”比特上的噪声。由此，最优阈值要低于调制包络的中点。
阈值的最优位置取决于1比特和0比特上存在的噪声的相对量，而相对噪声电平又取决于光通信链路的各种特性。这些特性随时间而改变。如果阈值大于最优值，则将有更多的0值被校正为1，如果阈值小于最优值，则将有更多的1值被校正为0。
根据本发明的一个实施例，被校正的0和1的相对数量被用作对所需调整程度的指示符。由此，用于判决实际上发送了0还是1的阈值是基于前向纠错模块108所输出的差错统计信息而得到的。
图3是描述了根据本发明的一个实施例，操作阈值控制模块110的步骤的流程图。从步骤302开始进入阈值调整过程。在一种实现中，每秒钟调用一次该过程。步骤304检查在过去的一秒钟内被校正的0的数量以及被校正的1的数量，并且确定两类纠错的差错数量之间的差是否大于10％。如果差错数量上的差小于10％，则步骤306将阈值保持在当前值上。
如果差错数量之间的差大于10％，则在步骤308对阈值进行调整。在一种实现中，阈值的调整量为整个抽样范围的1/256，即已量化为8比特的范围中的一个电平台阶。如果1差错(即，已被校正为1的所接收的0)的数量超过了0差错(即，已被校正为0的所接收的1)的数量10％或更多，则向下调整阈值，如果0差错的数量超过了1差错的数量10％还多，则向上调整阈值。已经发现，这种相对较慢的控制循环过程可以提供良好的性能，同时避免不想要的振荡。
使用本发明的阈值控制特征，就可以在给定的信号电平上提供改进的错比特率性能。随着接收机灵敏度的提高，光链路设计者获得了额外的裕度，利用这种裕度例如可以增加传输距离，降低传输功率等。
可以理解，这里所描述的实施例和例子仅仅是示意性的，对于本领域的技术人员而言，在这种应用的精神和范围之内，并且在所附权利要求及其全部等同物的范围内，可以对以上实施例和例子作出各种修改和改变。

Claims (15)

1.一种操作数据接收机的方法，所述方法包括：
将接收信号与阈值进行比较，以生成一个估计发送比特流；
根据纠错码对所述估计发送比特进行解码，同时保存在解码期间被校正的“0”比特和“1”比特的数量；并且
当在一段预定的时间内，校正为“1”比特的数量超过校正为“0”比特的数量达到大约10％时，向着代表“0”的范围端值来调整所述阈值。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述接收信号包括模拟信号。
3.如权利要求2所述的方法，还包括：
对光信号进行光电检测，以生成所述模拟信号。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述比特流的抽样率是10Gbps。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述纠错码包括Reed-Solomon码。
6.如权利要求5所述的方法，其中，Reed-Solomon码是由ITU标准G.975定义的。
7.一种用于操作数据接收机的装置，所述装置包括：
阈值模块，其将接收信号与阈值进行比较，以生成一个估计发送比特流；
纠错解码器，其根据纠错码来校正所述估计发送比特，同时保存在解码期间被校正的“0”比特和“1”比特的数量；以及
阈值调整模块，当在一段预定的时间内，校正为“1”比特的数量超过校正为“0”比特的数量达到大约10％时，该阈值调整模块向着代表“0”的范围端值来调整所述阈值。
8.如权利要求7所述的装置，其中，所述阈值模块包括：
模数转换器，其将模拟信号转换为所述的估计发送比特流。
9.如权利要求8所述的装置，还包括：
光电检测器，其检测光信号以生成所述模拟信号。
10.如权利要求7所述的装置，其中，所述估计发送比特流的速率大约是10Gbps，并且所述预定的一段时间大约为1秒。
11.如权利要求7所述的装置，其中，所述纠错码包括Reed-Solomon码。
12.如权利要求11所述的装置，其中，Reed-Solomon码是由ITU标准G.975定义的。
13.一种用于操作数据接收机的装置，所述装置包括：
用于比较接收信号和阈值，以生成一个估计发送比特流的装置；
用于根据纠错码对所述估计发送比特进行解码，同时保存在解码期间被校正的“0”比特和“1”比特的数量的装置；以及
用于当在一段预定的时间内，校正为“1”比特的数量超过校正为“0”比特的数量达到大约10％时，向着代表“0”的范围端值来调整所述阈值的装置。
14.如权利要求13所述的装置，其中，所述接收信号包括模拟信号。
15.如权利要求13所述的装置，其中，所述估计发送比特流的速率大约是10Gbps，并且所述预定的一段时间大约为1秒。
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