使用具有可变编码率的LDPC码的光传输系统的制作方法

本发明一般涉及通信网络领域。具体地，本发明涉及一种用于在通信网络中实现具有可变编码率的前向纠错(fec)机制的方法，并且涉及一种被配置为实现该方法的光相干通信系统。

背景技术：

如已知的，前向纠错(fec)是用于检测并可以校正数字通信网络(例如，波分复用(wdm)通信网络)的网络元素之间的数字数据传输中的误差的技术。

根据fec，在传输侧，使用添加冗余的纠错码来对要被传输的数字数据进行编码。在接收侧，冗余被用来检测并可以校正原始数据中的误差。

已知不同类型的纠错码，包括块码和卷积码。在块码中，要被传输的数字数据被划分成n个客户端比特的固定大小的块，并且通过添加k个冗余比特来将每个块分别编码成n+k个比特的相应码字。

块码由用于计算从n个客户端比特开始的k个冗余比特的一组规则定义。例如，在奇偶校验码中，k个冗余比特中的每一个都被计算为n个客户端比特的某个子集的奇偶校验(即，模2加法)，并且因此也被称为“奇偶校验比特”。每个规则对应于相应的奇偶校验，该奇偶校验基本上提供了用于检查奇偶校验比特的模2加法和被用来计算该奇偶校验比特的n个客户端比特的子集是否等于零。只有满足所有奇偶校验时，码字才有效。

奇偶校验码也可以以二进制矩阵(也被称为奇偶校验矩阵)的形式来表示，其中，k行对应于k个奇偶校验，并且n+k列对应于码字的n+k个比特。

在奇偶校验码中，低密度奇偶校验(ldpc)码是已知的并且目前被广泛用在wdm通信网络中。ldpc码具有仅包含非常少数目的非零实体的奇偶校验矩阵(即，它们是稀疏矩阵)。奇偶校验矩阵的稀疏性保证了解码复杂度(其仅随着码长线性增加)和最小距离(其也随着码长线性增加)两者。

通常通过坦纳(tanner)图以图形形式表示ldpc码。坦纳图基本上由被称为“变量节点”的第一列n+k个节点以及被称为“校验节点”的第二列k个节点组成。每个变量节点对应于相应的码字比特(客户端比特或奇偶校验比特)，而每个校验节点对应于相应的奇偶校验。在该图中，特定奇偶校验中所涉及的码字比特使其变量节点与该奇偶校验的校验节点结合。这提供了定义ldpc码的奇偶校验的直观图形表示。

通常使用被称为“消息传递算法”的迭代算法来对ldpc码进行解码，其中，变量节点和校验节点像状态机一样迭代地交换消息并且更新其状态。已知不同类型的消息传递算法，其由于交换的消息的内容以及由于在变量节点和校验节点处所执行的处理而不同。

特定类的消息传递算法是所谓的“置信度传播算法”，其中，在与某个码字比特相对应的变量节点与邻近的校验节点之间交换的消息包括码字比特具有值1或0的概率。码字比特等于1或0的概率通常被表示为所谓的“对数似然比”(或者简称为llr)，即：

其中，p(0)和p(1)分别是码字比特等于0和1的概率。llr>0指示码字比特更可能是0而不是1，而llr<0指示码字比特更可能是1而不是0。此外，llr＝0指示码字比特是1或0的概率相同。例如，利用llr的示例性置信度传播算法是“和积”算法(spa)和“最小和”算法(msa)。

根据置信度传播算法，每个变量节点首先接收其码字比特的先验概率作为输入，该输入是通过接收器的在前部件(通常为解调器)向其提供的。然后，每个变量节点计算其码字比特的后验概率，该后验概率考虑了由其邻近的校验节点提供的先验概率和外部信息两者。通过迭代步骤序列逐渐改进每个码字比特的后验概率包括：将后验概率从变量节点传输到其邻近的校验节点，由校验节点对接收到的后验概率的处理引起更新的外部信息，将更新的外部信息从校验节点传输到邻近的变量节点，以及在变量节点处对更新的外部信息的处理引起更新的后验概率。在预定义数目的迭代之后，算法结束，并且后验概率的最终值可以被用于对码字比特进行硬决策(即，将值0或1指派给码字比特)。

从实现的角度来看，消息传递算法通常由包括若干级联的解码块的fec解码器实现，算法的每次迭代由一个解码块实现。每个解码块从在前块接收在先前迭代中被计算得到的后验概率或外部信息，并且计算新的改进的后验概率或者新的改进的外部信息。然后，最后的解码块可以将后验概率传递给硬决策块，该硬决策块针对每个码字比特进行硬决策。

众所周知，为了减少使ldpc解码收敛所需的迭代数目(并因此减少在fec解码器处所需的解码块的数目)，可以使用分层解码方案。分层ldpc解码方案可以是行分层或者列分层。

根据行分层ldpc解码方案，通过逐行扫描奇偶校验矩阵来执行每次迭代中的消息更新。换言之，消息传递算法的每次迭代被划分成k个步骤的序列，每个步骤包括更新校验节点和与其连接的变量节点的状态。

此外，根据列分层ldpc解码方案，通过逐列扫描奇偶校验矩阵来执行每次迭代中的消息更新。换言之，消息传递算法的每次迭代被划分成n+k个步骤的序列，每个步骤包括更新变量节点和与其连接的校验节点的状态。

如已知的，针对奇偶校验码(具体地，针对ldpc码)，编码率r可以被定义为：

其中，n是每个码字的客户端比特的数目，并且k是每个码字的奇偶校验比特的数目。编码率r也可以被表示为：

其中，fc＝n/t是客户端比特率，fp＝k/t是奇偶校验比特率，并且fl是被定义为fl＝fc+fp＝(n+k)/t的线比特率，t是码字周期。因此，对于某个客户端比特率fc，奇偶校验比特率fp越高，编码率r就越低，并且代码的误差检测和校正能力就越高。

已知用于改变ldpc码的编码率的技术，具体地，用于将其从最大起始值r0降低的技术，诸如信息缩短和代码扩展。

根据已知的信息缩短技术，通过将每个码字的客户端比特的数目从n0减小到nn<n0同时保持奇偶校验比特的数目等于k0，由在n0个客户端比特的块上计算得到的k0个奇偶校验定义的ldpc码的编码率r0被减小到新值rn。为此目的，形成包括nn个客户端比特和k0个奇偶校验比特的码字，该k0个奇偶校验比特是通过将k0个奇偶校验应用于包括码字的nn个客户端比特和nn-n0个零的n0个比特来计算的。未传输nn-n0个零。在解码器处，将无限概率指派给与nn-n0个未被传输的零相对应的nn-n0个变量节点，并且然后应用如上所述的置信度传播算法，以便检测和校正码字的nn个客户端比特中的误差。

根据已知的代码扩展技术，通过将每个码字的奇偶校验比特的数目从k0增大到kn(其中，kn>k0)同时保持客户端比特的数目等于n0，由在n0个客户端比特的块上计算得到的k0个奇偶校验定义的ldpc码的编码率r0被减小到新值rn。为此目的，形成码字，该码字包括n0个客户端比特、k0个奇偶校验比特(其是通过将k0个奇偶校验应用于n0个客户端比特来计算的)、以及kn-k0个另外的奇偶校验比特(其是通过将kn-k0个另外的奇偶校验应用于n0个客户端比特来计算的)。

因此，根据信息缩短和代码扩展两者，通过引入码字的有效载荷(客户端比特)和开销(奇偶校验比特)的相对大小中的变化来将ldpc码的编码率r0减小到新值rn。两种情况下的这种变化都需要奇偶校验比特率的变化，这反过来可能引起客户端比特率的变化和/或线比特率的变化。

具体地，根据信息缩短和代码扩展两者，编码率根据以下等式与客户端比特率fc和奇偶校验比特率fp成比例：

其中，fc0、fp0和fl0是原始编码率r0下的客户端比特率、奇偶校验比特率和线比特率(其中，fl0＝fc0+fp0)，而fcn、fpn和fln是新的减小的编码率rn<r0下的客户端比特率、奇偶校验比特率和线比特率(其中，fln＝fcn+fpn)。

技术实现要素：

本发明人已经注意到，在用于光相干传输的即将到来的几代设备中，光相干接收器将被实现为在单个单片芯片(dsp芯片)中托管多个客户端信道的cmos设备(其中，典型的比特率是100gbps)。

为了执行每个客户端信道的fec解码，dsp芯片应该包括若干fec解码器(具体地，ldpc解码器)，它们代表整个dsp芯片的计算复杂度和功耗的主要贡献者。

另一方面，本发明人已经注意到，用于光相干传输的设备的趋势是为它们提供越来越多的灵活性，这意味着相同的dsp芯片应该被重新配置为在不同操作条件下操作，即，具有不同的客户端比特率和/或不同的线比特率。具体地，dsp芯片应该能够调整fec码的编码率r，以便在每种操作条件下最大化fec码的误差检测和校正能力。

具体地，可以设想两种不同的场景：

(i)线比特率fl是固定的，而客户端比特率fc是可变的。在这种情况下，如果客户端比特率fc减小，则奇偶校验比特率fp可能会增大(即，编码率r可能会减小)，以便利用未被使用的线比特率fl来提高fec的误差检测和校正能力；或者

(ii)客户端比特率fc是固定的，而线比特率fl是可变的。在这种情况下，如果线比特率fl增大，则奇偶校验比特率fp可能会增大(即，编码率r可能会减小)，以便利用增大的线比特率fl来提高fec的误差检测和校正能力。

此外，本发明人已经注意到，用于下一代的光相干传输的设备应该与已经被部署的现有设备兼容。

原则上，用于改变ldpc码的编码率的上述技术(信息缩短和代码扩展)可以提供用于光相干传输的具有上述灵活性同时保持其与现有设备的互操作性的dsp芯片。

然而，本发明人已经注意到，实现能够根据信息缩短和/或代码扩展对具有可变的编码率的ldpc码进行解码的fec解码器涉及其它问题。

具体地，本发明人已经注意到，针对每个接收到的码字，使用行分层ldpc解码方案实现置信度传播算法的fec解码器在算法的每次迭代中执行k个操作的序列，每个操作包括评估上述的奇偶校验矩阵的相应行。因此，被定义为每个接收到的码字的操作的数目的这种已知的行分层fec解码器的计算复杂度可以被表示为：

其中，t是码字周期，r是ldpc码的编码率，fc是客户端比特率，并且fp是奇偶校验比特率。因此，复杂度基本上取决于奇偶校验比特率。

因此，将行分层解码方案应用于其编码率使用信息缩短或代码扩展而被改变的ldpc码的fec解码器的计算复杂度与编码率成比例如下：

其中，fc0、fp0和fl0是原始编码率r0下的客户端比特率、奇偶校验比特率和线比特率，而fcn、fpn和fln是新的减小的编码率rn<r0下的客户端比特率、奇偶校验比特率和线比特率。

从等式[6]明显的是，应用行分层解码方案的fec解码器的计算复杂度随着编码率减小而显著增加。这是因为计算复杂度与奇偶校验比特率成比例，通过减小每个码字的客户端比特的数目(信息缩短)或者通过增大每个码字的奇偶校验比特的数目(代码扩展)，奇偶校验比特率随着编码率减小而增大。

这在图1中示意性地被描绘，图1示出了线比特率fl是固定的并且通过将每个码字的客户端比特的数目从n0减小到nn来增大编码率，同时保持每个码字的奇偶校验比特的数目等于k0的示例性场景。可以理解，码字长度从n0+k0减小到nn+k0，并且由于线比特率fl是固定的，所以码字周期也从t0减小到tn。即使每个码字的奇偶校验比特的数目保持等于k0，这也需要将奇偶校验比特率从fp0＝k0/t0增大到fpn＝k0/tn。fec解码器的计算复杂度根据等式[6]相应地增加。

结果，将行分层解码方案应用于具有低编码率的ldpc码可能对于在针对用于光相干传输的下一代设备的dsp芯片上以高达1tb/s工作的实现方式来说是禁止的。

鉴于上述内容，本发明的目的是提供一种用于实现具有可变编码率的前向纠错(fec)机制的方法和光相干通信系统，这解决了上述缺点。

具体地，本发明的目的是提供一种用于实现具有可变编码率的前向纠错(fec)机制的方法和光相干通信系统，其中，fec解码器的计算复杂度基本上与编码率无关，并且足够低以允许在单个dsp芯片上fec解码器的实现，即使在非常低的编码率(例如，0.5)下。

根据第一方面，本发明提供了一种用于在光相干通信系统中实现fec机制的方法，该方法包括：

a)在系统的fec编码器处，通过添加通过将fec码应用于所述n个客户端比特而计算得到的k个奇偶校验比特来将要被传输的n个客户端比特的块编码为n+k个比特的码字；以及

b)在系统的fec解码器处，通过向其应用迭代消息传递算法来对每个码字进行解码，消息传递算法的每次迭代包括评估定义fec码的奇偶校验矩阵，

其中，步骤a)包括通过改变每个码字的客户端比特的数目n和/或通过改变每个码字的奇偶校验比特的数目k来改变fec码的编码率；以及

其中，步骤b)包括，在消息传递算法的每次迭代中，逐列地评估奇偶校验矩阵。

优选地，步骤a)包括将编码率从最大起始值r0减小到新值rn<r0，最大起始值r0是通过以下来获得的：通过添加k0个奇偶校验比特将n0个客户端比特的块编码为n0+k0个比特的码字，新值rn<r0是通过以下来获得的：通过添加kn个奇偶校验比特将nn个客户端比特的块编码为nn+kn个比特的码字。

优选地，步骤a)包括通过将每个码字的客户端比特的数目从n0减小到nn<n0来将编码率从最大起始值r0减小到新值rn<r0。

根据优选变型，步骤a)包括应用信息缩短技术。

优选地，步骤a)包括通过将每个码字的奇偶校验比特的数目从k0增大到kn>k0来将编码率从最大起始值r0减小到新值rn<r0。

优选地，步骤a)包括通过将每个码字的奇偶校验比特的数目从k0增大到kn>k0来将编码率从最大起始值r0减小到新值rn<r0，并且选择nn和kn，使得每个码字的比特的数目保持恒定，即，n0+k0＝nn+kn。

根据优选变型，步骤a)包括应用代码扩展技术。

优选地，在步骤b)处，迭代消息传递算法是置信度传播算法。

根据优选变型，在步骤b)处，置信度传播算法是最小和算法。

优选地，在步骤b)处，消息传递算法包括数目s>2的迭代，针对每个码字，消息传递算法的每次迭代包括：

接收针对码字的客户端比特和奇偶校验比特的先验概率iv，v是范围为从1到n+k的索引；

接收针对码字的客户端比特和奇偶校验比特的外部信息lcv(i-1)，如在消息传递算法的在前迭代中所计算的，v是范围为从1到n+k的索引并且c是范围为从1到k的索引。

优选地，在步骤b)处，消息传递算法的每次中间迭代包括：

基于先验概率iv和在所述消息传递算法的在前迭代中计算得到的外部信息lcv(i-1)来计算针对码字的客户端比特和奇偶校验比特的更新的外部信息lcv(i)，v是范围为从1到n+k的索引并且c是范围为从1到k的索引；以及

将先验概率iv和更新的外部信息lcv(i)转发到消息传递算法的下一次迭代。

优选地，计算更新的外部信息lcv(i)包括，针对在表示fec码的坦纳图中的表示码字的客户端比特或奇偶校验比特的n+k个变量节点中的每一个：

标识与坦纳图中的所述变量节点连接的校验节点的集合m(v)；以及

通过以下计算更新的外部信息lcv(i)作为从变量节点到所述集合m(v)的校验节点的变量校验(variable-to-check)消息lcv(i)的更新内容：

针对集合m(v)的每个校验节点，基于来自与坦纳图中的校验节点连接的变量节点的集合n(c)的变量校验消息lcv(i-1)的内容来计算从校验节点到变量节点的校验变量(check-to-variable)消息rcv(i)的内容，如在消息传递算法的在前迭代中所计算的；以及

基于先验概率iv和从集合m(v)的校验节点到变量节点的校验变量消息rcv(i)的内容来计算从变量节点到集合m(v)的校验节点的变量校验消息lcv(i)的更新内容。

优选地，在步骤b)处，消息传递算法的最后一次迭代包括：

计算针对码字的至少客户端比特的后验概率lv(i)，v是范围为从1到n+k的索引；以及

使用后验概率lv(i)来将后验概率lv(i)转发到硬决策块，以用于对码字的每个客户端比特做出决策“0”或“1”。

优选地，计算后验概率lv(i)包括，针对在表示fec码的坦纳图中的表示码字的客户端比特的n个变量节点中的每一个：

标识与坦纳图中的变量节点连接的校验节点的集合m(v)；以及

通过以下计算后验概率lv(i)：

针对集合m(v)的每个校验节点，基于来自与所述坦纳图中的校验节点连接的变量节点的集合n(c)的变量校验消息lcv(i-1)的内容来计算从校验节点到变量节点的校验变量消息rcv(i)的内容，如在消息传递算法的在前迭代中所计算的；以及

基于先验概率iv和从集合m(v)的校验节点到变量节点的校验变量消息rcv(i)的内容来计算后验概率lv(i)。

根据第二方面，本发明提供了一种光相干通信系统，该光相干通信系统包括：

光发射器，该光发射器包括fec编码器，该fec编码器被配置为通过添加k个奇偶校验比特来将要被传输的n个客户端比特的块编码为n+k比特的码字，该k个奇偶校验比特是通过将fec码应用于n个客户端比特而计算得到的；以及

光相干接收器，该光相干接收器包括fec解码器，该fec解码器被配置为通过向其应用迭代消息传递算法来对每个码字进行解码，消息传递算法的每次迭代包括评估定义fec码的奇偶校验矩阵，

其中fec编码器被配置为：通过改变每个码字的客户端比特的数目n和/或通过改变每个码字的奇偶校验比特的数目k来改变fec码的编码率；并且

其中fec解码器被配置为：在消息传递算法的每次迭代中，逐列地评估奇偶校验矩阵。

附图说明

通过阅读通过示例而非限制的方式给出的要参照附图进行阅读的以下详细描述，将更好地理解本发明的实施例，其中：

图1(上述的)示意性地示出了通过已知的信息缩短技术提高编码率；

图2示意性地示出了根据本发明的实施例的光相干通信系统；

图3更详细地示出了被包括在图1所示的光相干接收器中的fec解码器的解码块；

图4是图3所示的解码块的操作的流程图；以及

图5示出了计算复杂度增加与具有固定的客户端比特率和固定的线比特率的编码率变化的两个图表。

具体实施方式

图2示出了根据本发明的实施例的光相干通信系统cs。

通信系统cs优选地包括光发射器tx、光相干接收器rx以及连接光发射器tx和光相干接收器rx的光链路ol。

例如，光发射器tx优选地被配置为使用wdm(波分复用)技术在光链路ol上传输(数目为)m个客户端信道。针对每个客户端信道，光发射器tx优选地包括级联部件，其包括fec编码器、调制器和激光源。为了简单起见，在图2中，仅示意性地描绘了单级联的fec编码器fe。

光相干接收器rx被配置为从光链路ol接收m个客户端信道。对于每个客户端信道，光相干接收器rx优选地包括级联部件，包括模拟单元、模数转换器和数字单元。数字单元通常被实现为包括至少一个解调器和fec解码器的dsp芯片。为了简单起见，在图2中，仅示意性地描绘了单级联的fec解码器fd。

在发射器tx处，fec编码器fe被配置为将fec码(优选地，ldpc码)应用于要在其客户端信道上被传输的客户端比特的流。然后，由fec编码器fe输出的比特(客户端比特和奇偶校验比特)的流被馈送到与fec编码器fc(未在图2中示出)级联的调制器，该fec编码器fc将其转换成根据预定义调制方案(例如，qam、qpsk等)确定的调制符号的流。然后，调制符号的相位和振幅被用于调制由与调制器(未在图2中示出)级联的激光源生成的光载波。然后，在光链路ol上传输经调制的光信号。

在接收器rx处，模拟单元(未在图2中示出)接收光信号，将其与两个本地解调载波混合，处理混合的结果，并且将其转换成两个模拟电信号。与模拟单元级联的模数转换器(未在图2中示出)将它们转换成两个数字电信号，然后数字单元对其进行处理以用于取回最初被传输的客户端比特的流。具体地，解调器处理这两个数字电信号以向fec解码器fd提供客户端比特和奇偶校验比特的先验概率(也被称为“信道概率”)。fec解码器fd优选地将迭代消息传递算法应用于接收到的先验概率，以提供最终允许针对每个客户端比特做出决策“0”或“1”的后验概率。

通过再次参照fec编码器fe，fec编码器fe优选地被配置为通过添加根据k个奇偶校验计算得到的k个奇偶校验比特来将n个客户端比特的块编码为n+k个比特的码字。因此，根据上面的等式[2]，由fec编码器fc应用的ldpc编码的编码率是r＝n/(n+k)。

优选地，由fec编码器fe应用的fec码的编码率可通过调整每个码字的客户端比特的数目和/或每个码字的奇偶校验比特的数目来调整。具体地，由fec编码器fe应用的fec码的编码率可通过以下在具有上限r0的范围内调整：

(i)将每个码字的客户端比特的数目从最大值n0减小到新值nn<n0；和/或

(ii)将每个码字的奇偶校验比特的数目从最小值k0增大到新值kn>k0。

优选地，通过应用已知的信息缩短技术来执行将每个码字的客户端比特的数目从n0减小到新值nn<n0。进一步地，根据优选实施例，通过应用已知的代码扩展技术来执行将每个码字的奇偶校验比特的数目从k0增大到kn>k0。

根据第一实施例，在没有对码字长度的任何约束条件的情况下，通过应用已知的信息缩短技术将每个码字的客户端比特的数目从n0减小到新值nn<n0来将由fec编码器fe应用的ldpc码的码字率从r0减小到rn。相应地，码字长度随着编码率而改变。具体地，当通过将每个码字的客户端比特的数目从n0减小到nn来将编码率从r0减小到rn时，码字长度也从(n0+k0)减小到(nn+k0)。

根据该第一实施例，编码率可以在0.6至0.8的范围内变化。为了实现更低的编码率，码字长度应该保持恒定，如之后将在本文中详细描述的。

关于fec解码器fd，它优选地包括(数目为)s≥2个级联的解码块，每个块被配置为执行消息传递算法(优选地，置信度传播算法)的相应迭代。通过非限制性的示例，图1所示的fec解码器fd包括三个解码块dec1、dec2、dec3。然而，这是非限制性的。更一般地，级联解码块的数目s被确定为迭代的数目，高于该迭代的数目时附加迭代对算法结果的准确性的改进可以忽略不计。在任何情况下，通过在其上实现fec解码器fd的dsp芯片上的可用区域和通过功耗限制来确定s的上限。

fec解码器fd的所有解码块dec1、dec2、dec3优选地具有相同结构，这在图3中示意性地被描绘。具体地，图3示意性地示出了解码块deci，其中，i＝1、2、3。

解码块deci优选地包括信道存储器单元cm、校验节点存储器单元cnm和处理单元pu。

信道存储器单元cm优选地与处理单元pu单向连接，而校验节点存储器单元cnm优选地根据反馈配置与处理单元pu连接。

信道存储器单元cm优选地被连接至解码块deci的第一输入和第一输出。校验节点存储器单元cnm优选地被连接至解码块deci的第二输入，而处理单元pu被连接至解码块deci的第二输出。

在fec编码器fe正在应用提供具有n个客户端比特和k个奇偶校验比特的码字的ldpc码的假设下，实现解码算法的第i次迭代的解码块deci优选地从在前解码块接收：

如由fec解码器fd前面的解调器提供的码字的所有码字比特(客户端比特和奇偶校验比特)的先验概率iv(或者信道概率)，v是范围为从1到n+k的索引；以及

如由在前解码块(即，在算法的在前迭代中)计算得到的所有码字比特的外部信息lcv(i-1)，v是范围为1到n+k的索引，并且c是范围为1到k的索引。在第一解码块dec1处，没有接收到外部信息(尚未开始fec解码)。

解码块deci优选地将先验概率lv存储在信道存储器单元cm中并且将外部信息lcv(i-1)存储在校验节点存储器单元cnm中。

然后，如果deci不是fec解码器的最后解码块，则其处理单元pu优选地使用先验概率iv和外部信息lcv(i-1)，以便计算针对码字比特的更新的外部信息lcv(i)。然后，解码块deci优选地向下一解码块发送：

码字比特的先验概率iv；以及

码字比特的更新的外部信息lcv(i)。

否则，如果deci是fec解码器fd的最后解码块，则其处理单元pu优选地使用先验概率iv和外部信息lcv(i-1)，以便计算针对码字比特的后验概率lv(i)，具体地，针对码字的客户端比特的后验概率lv(i)。然后将后验概率lv(i)转发到硬决策块。

根据优选实施例，码字比特的先验概率、外部信息和后验概率以llr表示，并且由解码块deci实现的置信度传播算法是已知的最小和算法(msa)。备选地，可以使用已知的和积算法(spa)。

为了计算码字比特的更新的外部信息lcv(i)或后验概率lv(i)，解码块deci的处理单元pu优选地逐列扫描定义由fec编码器fe应用的ldpc编码的奇偶校验矩阵。

更具体地，参照图4的流程图，处理单元pu优选地针对表示由fec编码器fe应用的ldpc码的坦纳图的n+k个变量节点中的每一个迭代以下程序。

首先，处理单元pu优选地标识与坦纳图中的变量节点v^th连接的校验节点的集合m(v)(步骤401)。

然后，处理单元pu优选地计算要从集合m(v)的校验节点被发送到变量节点v^th的校验变量消息rcv(i)的内容(步骤402)。根据优选实施例，根据以下等式计算要从集合m(v)的校验节点c^th被发送到变量节点v^th的校验变量消息rcv(i)的内容：

其中，sgn(·)是符号函数，n(c)是与坦纳图中的校验节点c^th连接的变量节点的集合，n是集合n(c)范围内的索引，并且lcn(i)(n∈n(n))是由集合n(c)的变量节点在第i次迭代中发送到校验节点c^th的变量校验消息(即，外部信息)的内容。如果处理单元pu正在执行解码算法的第一次迭代(即，它被包括在解码块dec1中)，则以相应的先验概率in优选地初始化要在步骤402处使用的变量校验消息lcn(0)的内容，其中，n在变量节点集合n(c)的范围内，并且n≠v。

在步骤402处，处理单元pu还优选地将计算得到的校验变量消息rcv(i)存储在校验节点存储器单元cnm中。

然后，如果deci不是fec解码器的最后解码块(403)，则其处理单元pu优选地计算要从变量节点v^th被发送到集合m(v)的校验节点的变量校验消息lcv(i)(外部信息)的内容(步骤404)。根据优选实施例，根据以下等式计算要从变量节点v^th被发送到集合m(v)的校验节点c^th的变量校验消息lcv(i)的内容：

其中，iv是与变量节点v^th相关联的客户端比特或奇偶校验比特的先验概率，α是比例因子，m是在校验节点集合m(v)的范围内的索引，并且rmv(i)是由集合m(v)的校验节点发送到变量节点v^th的校验变量消息的内容，如在步骤402处所计算的。

在步骤404处，处理单元pu还优选地将计算得到的外部信息lcv(i)存储在校验节点存储器单元cnm中。

否则，如果deci是fec解码器的最后解码块(403)，则其处理单元pu优选地计算与变量节点v^th相关联的码字比特的后验概率lv(i)(步骤405)。根据优选实施例，根据以下等式计算更新的后验概率lv(i)：

针对坦纳图的每个变量节点，即，针对码字的每个单独比特，优选地迭代步骤401至405，这与它是否是客户端比特或码字比特无关。因此，步骤401至405被迭代n+k次，从索引v的初始值1开始(步骤400)，并且将其增加(步骤406)，直到v＝n+k(步骤407)。

然后，由解码块deci执行的算法迭代结束。在由解码块deci执行的算法迭代结束时，已经通过处理单元pu针对每个码字比特计算了更新的外部信息lcv(i)(中间解码块)或后验概率lv(i)(最后解码块)。

如果deci不是fec解码器的最后解码块，那么解码块deci可以将计算得到的码字比特的外部信息lcv(i)发送到下一解码块，该下一解码块通过执行与图4所示的类似的又一算法迭代来处理它们。

相反，如果解码块deci是fec解码器的最后解码块(参见图2中的块dec3)，那么将码字的客户端比特的后验概率lv(i)发送到硬决策块(为了简单起见，未在附图中示出)，同时丢弃码字的奇偶校验比特的后验概率lv(i)。然后，硬决策块根据其后验概率将值0或1指派给每个客户端比特。在概率是llr形式的情况下，硬决策基于llr的符号，正的llr产生等于0的客户端比特，并且负的llr产生等于1的客户端比特。

如上面所提到的，根据第一实施例，可以通过使用已知的信息缩短技术将每个码字的客户端比特的数目从n0减小到nn来将由fec编码器fe应用的ldpc码的编码率从r0减小到更低值rn。

关于fec解码器fd，将由每个解码块deci针对每个接收到的码字(即，在置信度传播算法的每次迭代中)计算的操作的数目等于n+k，即，码字比特的数目，每次操作对应于奇偶校验矩阵的相应列。因此，fec解码器fd有利地不知道码字中的客户端比特的数目与奇偶校验比特的数目之间的比率及其与编码率的变化相关的变型。

因此，fec解码器fd可以有利地适用于在任何编码率下工作而其配置变化极小，不需要改变硬件并且不需要其功耗的任何变化。

具体地，当编码率从r0减小到rn时，为了将fec解码器fd重新配置为在新的编码率rn下操作，在每个解码块deci中，由处理单元pu对信道存储器单元cm的寻址应该被改变为新的码字长度的函数，使得处理单元pu可以正确地从其取回每个接收到的码字的先验概率。另一方面，在固定的客户端比特率的场景中，当编码率从r0减小到rn时，处理单元pu的处理频率适应新的线比特率。关于每个解码块deci的校验节点存储器单元cnm，其长度排他地取决于奇偶校验的数目k，并且因此，当使用信息缩短技术减小编码率时它不会改变。有利地，这些是fec解码器fd的配置中所需的仅有变化，以便使其能够在不同的编码率下工作。

关于fec解码器fd的计算复杂度，它可以被表示为：

其中，t是码字周期，r是ldpc码的编码率，fc是客户端比特率，并且fl是线比特率。因此，fec解码器fd的复杂度有利地取决于线比特率fl。

因此，当使用信息缩短将编码率从其最大值r0减小到rn时，fec解码器fd的计算复杂度与编码率成比例如下：

其中，fc0和fl0是原始编码率r0下的客户端比特率和线比特率，而fcn和fln是新的减小的编码率rn<r0下的客户端比特率和线比特率。

从等式[11]明显的是，fec解码器fd的计算复杂度与编码率无关或者弱相关。这是因为计算复杂度与线比特率fl成比例，这在固定的线比特率的场景中与编码率无关，并且在固定的客户端比特率的场景中与编码率弱相关。

具体地，在客户端比特率fc是固定的场景中，由于编码率从r0减小到rn而导致的奇偶校验比特率fp的增大导致线比特率从fl0增大到fn。然而，当编码率从r0减小到某个值rn时，线比特率fl受到的影响远小于奇偶校验比特率fp。因此，通过将等式[6]与等式[11]进行比较，明显的是与行分层fec解码器相比，fec解码器fd的计算复杂度与编码率更加弱相关。

在线比特率fl是固定的场景中(如上述的图1所示)，由于编码率从r0减小到rn而导致的奇偶校验比特率fp的增大对线比特率完全没有影响(它被客户端比特fc的对应的减少“吸收”)。相应地，fec解码器fd的计算复杂度没有改变，并且完全与编码率无关。

图5(a)是示出了fec解码器fd的计算复杂度如何与编码率成比例的图，假设原始编码率r0＝0.8并且客户端比特率fc是固定的(曲线50)。该图还示出了与行分层fec解码器相关的比较曲线51。可以理解，如上所述，与行分层fec解码器相比，fec解码器fd的复杂度与编码率更加弱相关。

图5(b)是示出了fec解码器fd的复杂度如何与编码率成比例的图，假设原始编码率r0＝0.8并且线比特率fl是固定的(曲线52)。该图还示出了与行分层fec解码器相关的比较曲线53。可以理解，如上所述，fec解码器fd的计算复杂度与编码率完全无关。

而且，应该注意的是，图4所示和上述的校验变量消息和变量校验消息的计算包括比根据行分层方案计算校验变量消息和变量校验消息所需的操作数目更少数目的操作。这是因为计算所需的变量的数目可以被限制为三个变量，其中性能损失可以忽略不计，而行分层解码需要大约15个变量用于获得相同性能。因此，即使奇偶校验矩阵的列的数目是n+k并相应地固有地高于行数(k)，但是与行分层fec解码器相比，根据图4的流程图，解码算法的单次迭代中要被执行的操作的总数目更少。

因此，除了具有与编码率成弱比例的计算复杂度(或者完全不成比例，如果线比特率fl是固定的)之外，fec解码器fd还表现出其绝对值相当于行分层fec解码器的绝对值的计算复杂度。

在上述实施例中，通过将每个码字的客户端比特的数目从n0减小到nn而不对产生的码字长度进行约束来将编码率从r0减小到rn，该码字长度也相应地从n0+k0减小到nn+k0。本申请人已经注意到，这允许在0.6至0.8的范围内改变编码率。然而，为了获得更低的编码率(低于0.6，例如，0.5)，码字长度变短，并且出现了使用较短码字而固有的解码器性能(编码增益)的一些已知限制。

为了达到低于0.6的编码率同时克服这种限制，根据本发明的第二实施例，在保持码字长度恒定的同时改变在发射器tx处由fec编码器fe应用的ldpc码的编码率。

为此目的，根据第二实施例，通过将每个码字的客户端比特的数目从n0到nn的减小与每个码字的奇偶校验比特的数目从k0到kn的增大组合来调整编码率，其具有no+ko＝nn+kn的约束条件。

优选地，通过应用已知的信息缩短技术来减小每个码字的客户端比特的数目，同时通过应用已知的代码扩展技术来增大每个码字的奇偶校验比特的数目。

根据第二实施例的fec解码器具有与图2所示的fec解码器fd相同的结构。然而，信道存储器单元cm的使用不同。具体地，当编码率改变时，不需要重新配置信道存储器单元cm的寻址，因为针对每个接收到的码字，必须从信道存储器单元cm读取的先验概率值的数目是n0+k0，与编码率无关。当编码率改变时，相反应该重新配置校验节点存储器单元cnm的寻址，因为它取决于从k0改变为kn的每个码字的奇偶校验比特的数目。

因此，同样根据第二实施例，具有可变编码率的fec编码与逐列评估奇偶校验矩阵的fec解码组合。由于奇偶校验矩阵中的列的数目取决于码字长度，所以当在保持码字长度固定的同时改变编码率时，fec解码器在解码算法的每次迭代中在每个码字周期执行完全相同数目的操作。因此，同样根据第二实施例，fec解码器的复杂度根据上面的等式[11]与编码率成比例。

在固定的线比特率的场景或者固定的客户端比特率的场景中也可以应用该第二实施例。