-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Vorwärtsfehlerkorrektur
(FEC) und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Korrigieren
von Vorwärtsfehlern,
die in einem Code variabler Länge
auftreten.
-
Aufgrund
des derzeitigen Trends eines stark wachsenden Multimediabedarfs
nimmt die Notwendigkeit für
ein Massenspeicher-Sendesystem schnell zu. Eine Hauptrolle des Massenspeicher-Sendesystems
ist das Durchführen
einer FEC-(Vorwärtsfehlerkorrektur)-Operation,
welche das Detektieren und Korrigieren eines Fehlers umfasst, der
während
des Zurücksendens
des Signals an einen Ausgangszustand erzeugt wird. Derzeit sind
zahlreiche Arten von FEC-Bauteilen in der Form eines Chips eingeführt. In den
meisten herkömmlichen
FEC-Bauteilen kann die Länge
des einer Nutzinformation hinzugefügten Zusatzinformation (Overhead)
als Reaktion auf einen angepassten Algorithmus variabel sein, so
dass eine Senderate für
die Ausführung
einer Fehlerkorrektur ebenfalls als Reaktion auf den angepassten
Algorithmus verändert
werden kann. Somit es unmöglich,
ein wechselseitiges Signalaustauschprotokoll zwischen optischen
Netzwerken unter Verwendung herkömmlicher
FEC-Chips aufzubauen.
-
1 ist
ein vereinfachtes Blockschaltbild, das ein bei der Verarbeitung
einer festen Senderate verwendetes herkömmliches FEC-System darstellt. Gemäß Darstellung
in 1 umfasst das herkömmliche FEC-System einen Vorverstärker PIN/PreAamp 100,
einen Verstärker
(Begrenzungsverstärker) 110, ein
FEC-(Forward Error Correction)-Modul 120,
eine EAM-LD 130, eine Steuerung 140 und einen
Taktgenerator (Clock Box) 150. Im Betrieb verstärken der PIN/PreAamp 100 und
der Verstärker
(Begrenzungsverstärker) 110 Eingangssignale
jeweils auf einen vorbestimmten Signalpegel. Dann führt das
FEC-Modul 120 eine FEC-Operation an den Eingangssignalen
gemäß den Steuersignalen
aus dem Taktgenerator (Clock Box) 150 und der Steuerung 140 aus.
Die Steuerung 140 steuert den Gesamtbetrieb des Taktgenerators
(Clock Box) 150 und des FEC-Moduls 120. Das Ausgangssignal
des FEC-Moduls 120 ist ein Fehlerkorrigiertes Signal und
die EAM-LD 130 wandelt das Ausgangssignal des FEC-Moduls 120 in ein
optisches Signal um.
-
Die
von dem System von 1 gesendeten Ausgangssignale
werden typischerweise mit einer vorbestimmten Senderate gesendet
empfangen. Um dieses zu erreichen, stellt die Steuerung 140 die
vorbestimmte Senderate in dem Taktgenerator (Clock Box) 150 ein,
und der Taktgenerator (Clock Box) 150 erzeugt Taktsignale,
die der vorbestimmten Senderate entsprechen. Da die herkömmlichen
FEC-Systeme jedoch nur mit einer vorbestimmten Senderate arbeiten
können,
können
sie keinen Datenrahmen erkennen, der mit einer unterschiedlichen
Senderate ankommt. Demzufolge müssen
sie manuell an die unterschiedliche Senderate angepasst werden,
um jederzeit eine Synchronisation zu erreichen.
-
US-A-4
887 280 beschreibt ein System zum Detektieren des Vorhandenseins
eines Signals mit einer bestimmten Datenrate und bezieht sich insbesondere
auf einen Mehrfachdatenratendetektor, welcher die Leistungsspektraldichte
des empfangenen Signals überprüft und dadurch
ermittelt, ob das Signal innerhalb eines von N bekannten Datenbereichen liegt.
Das beschriebene System enthält
ein erstes Filter mit einem ersten Durchlassband und ein zweites Filter
mit einem zweiten besonderen Durchlassband. Ferner sind zwei Leistungsdetektoren
zum Detektieren der dem Ausgangssignal der Filter zugeordneten Leistung
vorgesehen. Die Ausgangssignale der Leistungsdetektoren werden verglichen,
um ein Signal zu erhalten, das die Datenrate anzeigt.
-
US-A-5
978 428 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abschätzen einer
variablen Datenrate. In diesem Zusammenhang beschreibt das Dokument,
dass ein Empfänger
empfangene Signale bei nur einer Decodierungsrate decodiert, welche darauf
hin bewertet wird, ob die Decodierungsrate korrekt ist oder nicht.
Eine derartige Bewertung wird beispielsweise durch Messen des S/N-Verhältnisses erreicht.
Gemäß einer
derartigen Abschätzung schätzt der
Empfänger
die tatsächlich
gesendete Datenrate ab.
-
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschriebenen
Probleme zu überwinden
und zusätzliche
Vorteile bereitzustellen, indem eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Fehlerkorrektur (FEC) an Signalen mit unterschiedlichen Senderaten
mit einer weniger komplizierten Schaltung bereitgestellt wird.
-
Diese
Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß der Beanspruchung in den
unabhängigen
Ansprüchen
gelöst.
-
Bevorzugte
Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
-
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine in einem Sendesystem
verwendete Vorwärtsfehlerkorrektur
(FEC)-Vorrichtung: ein Tiefpaßfilter
(LPF), um nur eine Niederfrequenzkomponente eines Eingangssignals
bei dem Empfang von Eingangssignalen mit einer vorgegebenen Senderate
durchzulassen; einen Wechselstrom-Leistungsmesser, um einen Energiewert
eines Ausgangssignals des LPF in einen Gleichspannungswert umzuwandeln;
einen logarithmischen Verstärker,
um den Gleichspannungswert von dem Wechselstrom-Leistungsmesser
zu empfangen, um den exponentiell variablen Gleichspannungswert
in einen linearen Gleichspannungswert, der logarithmisch variabel
ist, umzuwandeln und um den linearen Gleichspannungswert an einen
digitalen Signalprozessor (DSP) auszugeben; einen digitalen Signalprozessor (DSP),
um eine Senderate des empfangenen Signals entsprechend einem Betrag
des Gleichspannungswertes zu bestimmen und um in Reaktion auf die
bestimmte Senderate ein Steuersignal auszugeben, um ein Taktsignal
in Reaktion auf das Steuersignal zu erzeugen; einen Taktgenerator,
der ein Taktsignal in Reaktion auf das Steuersignal erzeugt und
das Taktsignal an ein Vorwärtsfehlerkorrektur-(FEC)-Modul ausgibt;
und ein Vorwärtsfehlerkorrektur-Modul,
um das Taktsignal aus dem Taktgenerator zu empfangen und einen Vorwärtsfehlerkorrektur-Vorgang
an dem Eingangssignal durchzuführen.
-
Es
ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum automatischen Erfassen von Senderaten der
empfangenen Signale und dann zum Durchführen einer FEC-Operation an
jedem empfangenen Signal bereitzustellen.
-
Noch
ein weiterer Aspekt besteht darin, dass die vorliegende Erfindung
in einer einfachen, zuverlässigen
und preiswerten Implementation realisiert werden kann.
-
Die
vorstehenden und weiteren Merkmale und weitere Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden deutlicher aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung
in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
ersichtlich, in welchen:
-
1 ein
Blockschaltbild eines herkömmlichen
FEC-Systems darstellt, das zur Verarbeitung nur einer festen Senderate
verwendet wird;
-
2 ein
Blockschaltbild eines FEC-Systems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
-
3 ein
NRZ-(Non Return to Zero)-Formatsignal gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darstellt;
-
4 die
Beziehung zwischen der Frequenz und der Leistungsdichte gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt; und
-
5 eine
Leistungsspektrumsverteilung eines Signals nach dem Passieren eines
LPF (Low Pass Filter) gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
Nun
werden bevorzugte Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. In den Zeichnungen werden dieselben oder ähnliche
Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, auch wenn sie in
unterschiedlichen Zeichnungen dargestellt werden. Zur Vereinfachung
und Verdeutlichung wird eine detaillierte Beschreibung von hierin
beinhalteten bekannten Funktionen und Konfigurationen unterlassen,
da sie den Gegenstand der vorliegenden Erfindung eher undeutlich
machen können.
-
Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung erfasst das erfindungsgemäße System
automatisch die Senderaten von Signalen mit unterschiedlichen FEC-Senderaten
und führt
dann eine FEC-Funktion unabhängig
von einer Senderate durch. Für
diesen Zweck schlägt
die vorliegende Erfindung ein FEC-System voraus, das mit einer automatischen
Senderaten-Detektionsschaltung und einer digitalen Signalverarbeitungsschaltung
implementiert ist, und ein Verfahren zur Steuerung des FEC-Systems.
Ferner nutzt die vorliegende Erfindung die Leistungsmerkmale von
Signalen, um ein FEC-System zu verkörpern, das für einen
Betrieb mit den variablen Senderaten konfiguriert ist. Die Nutzung
der Leistungseigenschaften von Signalen ermöglicht, dass die Senderaten
der Signale umgekehrt proportional zu der Leistungsgröße der gefilterten
Signale ansteigen. Insbe sondere werden die Leistungsgröße der Signale
berechnet und die Senderaten der Signale gemäß der berechneten Leistungsgröße ermittelt,
und dann zum Schluss wird jede Senderate, mit welcher das FEC-System
arbeiten muss auf der Basis der berechneten Leistungsraten ermittelt.
Somit kann das erfindungsgemäße FEC-System
alle Eingangssignale mit unterschiedlichen Senderaten verarbeiten.
-
Nun
erfolgt eine detaillierte Beschreibung bezüglich dieser Erfindung unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen.
-
2 stellt
ein Blockschaltbild eines FEC-Systems zur Verarbeitung einer variablen
Codelänge
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dar. Gemäß Darstellung in 2 enthält ein FEC-System
gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Vorverstärker
PIN/PreAmp 100, einen Verstärker (Begrenzungsverstärker) 110, ein
LPF (Low Pass Filter) 200, einen Wechsel-Leistungsmesser 210,
einen logarithmischen Verstärker 220,
einen DSP (Digital Signal Processor) 230, einen Taktgenerator
(Clock Box) 150 und ein FEC-(Forward Error Correction)-Modul 120.
Im Betrieb verstärkt
der Vorverstärker
PIN/PreAmp 100 ein über das
Netzwerk empfangenes Signal und der Verstärker (Begrenzungsverstärker) 110 verstärkt das
aus dem Vorverstärker
PIN/PreAmp 100 empfangene Signal. Das LPF 200 schneidet
Hochfrequenzkomponenten des von dem Verstärker 110 empfangenen
Signals ab, lässt
aber Niederfrequenzkomponenten des Signals passieren. Der Wechselstrom-Leistungsmesser 210 wandelt
den Energiewert des durch das LPF 200 gefilterten Signals
in einen Gleichspannungswert um. Der logarithmische Verstärker 220 wandelt
einen Gleichspannungswert der exponentiell variabel ist, in einen
linearen Gleichspannungswert um, der logarithmisch variabel ist.
Insbesondere verstärkt
der logarithmische Verstärker 220 ein
Eingangssignal mit einer großen
Differenz zwischen den Verstärkungsgraden
ohne eine Signalsättigung
zu bewirken, ermöglicht,
dass die Beziehung zwischen einem Eingangssignal und Ausgangssignal
einer logarithmischen Beziehung (z.B. algebraischen Funktion) folgt
und verringert die Verzerrung des Ausgangssignals (d.h., der Ausgangswellenform).
Demzufolge kann, da das FEC-System Ausgangssignale mit verringerter
Verzerrung besitzt, dieses stabilere Ausgangssignale mittels des
logarithmischen Verstärkers 220 erhalten.
-
Der
DSP 320 empfängt
die Ausgangssignale des logarithmischen Verstärkers 220, erkennt
die Differenz zwischen den Senderaten der Ausgangssignale als einen
Gleichspannungswert, und gibt dann ein Steuersignal zum Erzeugen
eines Taktsignals, das der erkannten Senderate entspricht, an den
Taktgenerator (Clock Box) 150 aus. Man beachte, dass der
DSP 230 ebenfalls dieselbe Funktion wie eine in 1 dargestellte
herkömmliche
Steuerung 140 durchführt.
Der Taktgenerator 150 erzeugt ein entsprechendes Taktsignal
gemäß dem aus
dem DSP 230 empfangenen Steuersignal und gibt es an das FEC-Modul 120 aus.
Das FEC-Modul 120 führt
einen FEC-Vorgang an dem von dem Verstärker 110 empfangenen
Signal unter Verwendung des Taktsignals aus dem Taktblock 150 durch.
Zum Schluss wandelt die EAM-LD 130 das durch das FEC-Modul 120 korrigierte
Signal in ein optisches Signal um.
-
Man
beachte, dass das bei dem Vorverstärker PIN/PreAmp 100 von 2 empfangene
Signal ein Basisbandsignal mit einem NRZ-(Non Return to Zero)-Format
ist, das mittels eines OOK-(On-Oft-Keying)-Verfahrens moduliert
ist. Somit wird das bei dem Vorverstärker PIN/PreAmp 100 empfangene
Signal in ein NRZ-Signal an dem optischen Empfänger des Vorverstärkers 100 umgewandelt,
und dann wird die NRZ-Signalwellenform gemäß Darstellung in 3 wieder
hergestellt. 3 stellt ein Signalformat in
einem Zeitbereich gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar und insbesondere das Signal mit dem NRZ-Format
in einem Zeitbereich. Das gemäß Darstellung
in 3 rückgeformte
Signal wird durch den Verstärker 110 verstärkt und
dann an das FEC-Modul 120 und das LPF 200 gesendet.
Man beachte, dass der Verstärker 110 unter
Verwendung eines Begrenzungsverstärkers implementiert werden
kann. Man beachte, dass die Gesamtleistungsdichte des gemäß Darstellung
in 3 rückgeformten
Signals gemäß Darstellung
in 4 repräsentiert
werden kann. Man beachte, dass die Gesamtleistung in einem Zeitbereich
eines vorbestimmten Signals identisch mit der in einem Frequenzbereich
des vorbestimmten Signals in Übereinstimmung
mit dem Parseval-Theorem ist. Daher kann das Zeitbereichssignal
in das Frequenzbereichssignalumgewandelt werden, falls dies erforderlich
ist.
-
4 stellt
ein Signalformat im Frequenzbereich dar und veranschaulicht die
Beziehung zwischen der Signalfrequenz und der Signalleistungsdichte
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Wenn das Zeitbereichssignal von 3 in
ein Frequenzbereichssignalumgewandelt wird, wird dann das in 4 dargestellte Sig nal
erzeugt. D.h., das in 3 dargestellte Signal ist dasselbe
wie das in 4 dargestellte Signal. Die Umwandlung
von 3 nach 4 wird mittels einer Fourier-Transformationsoperation
erreicht. Das Signal in 4 wird von dem Verstärker 110 erzeugt
und an das LPF 200 gesendet. Wenn das Signal das LPF 200 passiert,
nämlich
wenn das Signal einer Faltungsverarbeitung auf einer Zeitachse unterzogen wird,
wird dann das das LPF 200 durchlaufende Signal in Übereinstimmung
mit der Faltungstheorie als das Produkt des LPF 200 und
des Signals selbst gemäß Darstellung
in 5 dargestellt. In der Ausführungsform kann ein Butterworth-Filter
achter Ordnung bevorzugt als das LPF 200 verwendet werden. Ferner
erleichtert die vorliegende Erfindung die Steuerung des LPF 200 durch
die Verwendung eines tiefpassgefilterten Niederfrequenzsignals.
Gleichzeitig kann die vorliegende Erfindung den Einfluss von weißem Rauschen
minimieren, indem die Grenzfrequenz des LPF 200 eingestellt
wird. Die Anforderungen an Signalmerkmale unter Verwendung des LPF sind
allgemein bekannt, so dass eine Beschreibung der Anforderungen hierin
der Vereinfachung halber weggelassen wird.
-
5 stellt
die Leistungsspektrumsverteilung eines Signals nach dem Passieren
eines LPF (Low Pass Filter) gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar.
-
Gemäß Darstellung
in 5 stellt das Bezugszeichen "fL" eine Grenzfrequenz
des LPF 200 dar. Im Allgemeinen wird, wenn eine Frequenz
(d.h., eine Senderate) eines Signals verringert wird, die Leistung
des Signals in einem niedrigeren Frequenzbereich konzentriert, so
dass die Senderate eines vorbestimmten Signals umgekehrt proportional
zu dem Leistungspegel des durch das LPF 200 gefilterten
Signals ist. Somit ermöglicht
eine Berechnung des Leistungswertes des tiefpassgefilterten Signals eine
Berechnung der Senderate des tiefpassgefilterten Signals. Beispielsweise
wird das tiefpassgefilterte Signal in den Wechselstrom-Leistungsmesser 210 eingegeben.
Der Leistungswert des Signals wird in eine Gleichspannung in dem
Wechselstrom-Leistungsmesser 210 umgewandelt. Der logarithmische Verstärker 220 wandelt
die exponentiell variable Gleichspannung in eine lineare Gleichspannung
um. Das Ausgangssignal des logarithmischen Verstärkers 220 wird in
den DSP 230 eingegeben. Der DSP 230 erkennt den
Unterschied zwischen den Senderaten der Signale auf der Basis der
Größe (d.h.
Amplitude) der Gleichspannungen. Der DSP 230 gibt ein Steuersignal
zum Erzeugen eines der er kannten Senderate entsprechenden Taktsignals
an den Taktgenerator 150 aus. Der Taktgenerator 150 erzeugt nach
dem Empfangen des Steuersignals ein durch das Steuersignal angegebenes
Taktsignal und gibt dann das angegebene Taktsignal an das FEC-Modul 120 aus.
Demzufolge ist das von dem Taktgenerator 150 erzeugte Taktsignal
nach dem Empfang des Steuersignals aus dem DSP 230 identisch
mit der Senderate eines bei dem FEC-Modul 120 aus dem Verstärker 110 empfangenen
Signals. Daher kann das FEC-Modul 120 den Datenrahmen eines
aus dem Verstärker 110 empfangenen
Signals durch Anwendung des Taktsignals erkennen, während ein während des
Sendeschrittes erzeugter Fehler korrigiert wird. Demzufolge kann
das FEC-Modul 120 eine FEC-Operation an den empfangenen
Signalen unabhängig
von den Senderaten der empfangenen Signale durchführen.
-
Wie
es aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, ermöglicht es
die vorliegende Erfindung Netzwerke, welche FEC-Schaltungen mit
unterschiedlichen Senderaten verwenden, miteinander zu verbinden.
Ferner läßt sich
die vorliegende Erfindung leicht durch Steuerung der Niederfrequenzsignale steuern,
womit der Einfluss von weißem
Rauschen minimiert wird. Obwohl die bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung für
Darstellungszwecke offenbart wurden, wird der Fachmann auf diesem
Gebiet erkennen, dass verschiedene Modifikationen, Zusätze und
Ersetzungen möglich
sind, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen offenbart
ist, abzuweichen.