用于通过光超级信道传输数据的方法、发送器以及系统与流程

本发明总体上涉及相干光通信系统，更具体地涉及通过光超级信道传输数据。

背景技术：

相干光通信使得数据能够以较高的数据速率通过长距离(通常>2,000km)光传输网络传输。相干检波器要求接收到的相位调制光信号被数字化以用于数字信号处理器(DSP)。对所接收到的信号进行数字化需要高速数模转换器(ADC)。然而，在大于100Gbit/s的数据速率下针对单波长相干检波，难以实现串行ADC采样速率的增加。

超级信道是密集波分复用(DWDM)的演进，其中，多个相干光载波以较高的数据速率在单个超级信道上组合，并在单个操作周期中投入使用。不是例如100Gbit/s的单波长信道，超级信道多波长信号，其中，每个波长都作为子信道以ADC组件所允许的最大数据速率进行操作。

超级信道与常规波分复用(WDM)之间的一个显著差异在于不同子信道的频率之间的间隙的大小。超级信道可以减小子信道的波长之间的间隙的大小，但是统一地处理所传输的数据，即，在添加、丢弃和路由数据方面，每个超级信道都像单个宽信道一样进行处理。可以使用各种技术来将子信道间隙减小到MHz范围。这些技术包括正交-频带-多路复用(OBM)、正交频分复用(OFDM)、无防卫间隔(NGI)-OFDM、奈奎斯特(Nyquist)WDM、以及多信道均衡(MCE)-WDM。

然而，不同子信道的频率之间的间隙的小尺寸导致子信道中噪声的非线性，即，每个子信道都接收不同的非线性引起的相位噪声，该相位噪声导致整个子信道中比特误码率(BER)的不统一性。该问题的一种解决方案是增加经受较高噪声的子信道上的传输功率。然而，一个信道的传输功率的增加也改变了其它信道的非线性引起的失真。因此，难以调整同一光纤中所有子信道的功率级来满足BER要求。

因此，需要一种用于通过由单个光纤中的一组子信道形成的光超级信道传输数据的系统和方法，使得所有子信道上的传输都满足BER要求。

技术实现要素：

通常，通过超级信道传输的数据在超级信道的所有子信道中被均等地分割。例如，为了通过具有四个子信道的超级信道以400千兆比特每秒(Gb/s)传输数据，将数据分割成四个相等的100Gb/s的部分，并且每一个部分在一个子信道上传输。

本发明的一些实施方式是基于这样的认识，即通过超级信道传输的数据可以被不均等地分割成用于通过子信道传输的一组数据流。通常，通过整个超级信道传输的数据的比特率和大小是固定的。然而，根据实施方式，仅针对子信道的编码比特率是固定的，而未编码的数据流的大小可以针对不同的子信道而改变，只要通过所有子信道传输的数据的总和等于通过超级信道传输的固定数据。

各个实施方式利用该认识来在不同子信道之间自适应地改变纠错码(ECC)的速率，以补偿非线性噪声。例如，在一些实施方式中，具有较高噪声的子信道比具有较低噪声的另一子信道传输少的数据和多的ECC。以这种方式，超级信道传输的接收器接收通过较多噪声的子信道传输的较多冗余的数据，并且可以在ECC过程中使用该冗余。

附加地或另选地，一些实施方式允许在点对点链路中在若干非相邻波长上进行超级信道的传输，以提高在噪声和失真功率谱不平坦的光信道上的性能。

在各个实施方式中，FEC速率在子信道之间变化，使得通过所有子信道的传输都满足BER要求。在一些实施方式中，通过每个子信道传输的数据的总数是固定的，并且包括待传输的数据加上FEC的冗余数据。在另选实施方式中，通过每个子信道传输的数据量是变化的。

因此，一个实施方式公开了一种通过光超级信道从发送器向接收器传输数据的方法。该方法包括如下步骤：将数据不均等地分割成用于通过超级信道的一组子信道传输的一组数据流，使得用于通过第一子信道传输的第一数据流的大小不同于用于通过第二子信道传输的数据的第二数据流的大小；使用具有不同纠错码(ECC)速率的ECC来对数据的每个数据流进行编码，以产生一组编码数据流，使得用于对所述第一数据流进行编码的第一ECC速率不同于用于对所述第二数据流进行的第二ECC速率；以及通过所述超级信道的该一组子信道同时传输该一组编码数据流。

另一实施方式公开了一种发送器，该发送器用于通过由不同波长的一组子信道形成的光超级信道向接收器发送数据，该发送器包括：数据解复用器，该数据解复用器用于将数据不均等地分割成用于通过超级信道的一组子信道传输的一组数据流，使得用于通过第一子信道传输的第一数据流的大小不同于用于通过第二子信道传输的数据的第二数据流的大小；一组前向纠错(FEC)编码器，该一组前向纠错(FEC)编码器用于使用具有不同纠错码(ECC)速率的ECC来对数据的每个数据流进行编码，以产生一组编码数据流，使得用于对第一数据流进行编码的第一ECC速率不同于用于对第二数据流进行编码的第二ECC速率；以及复用器，该复用器用于对一组编码数据流进行复用以通过超级信道的一组子信道相干传输。

再一实施方式公开了一种用于通过由不同波长的一组子信道形成的光超级信道传输数据的系统，该系统包括：发送器，该发送器用于将数据分割并编码成具有不同的未编码数据速率的一组数据流，并且通过一组子信道传输该组数据流；以及接收器，该接收器用于解码并组合该一组数据流以恢复数据。

附图说明

图1A是根据本发明的一些实施方式的用于通过光超级信道向接收器发送数据的超级信道发送器的框图。

图1B是可以由图1A的超级信道发送器实现的用于传输数据的方法的流程图。

图2是根据本发明的一些实施方式的超级信道接收器的框图。

图3是根据本发明的一些实施方式的用于确定用于对不同数据流进行编码的ECC速率的框图。

图4是根据本发明的一些实施方式的BER值的非线性分布的示意图。

图5是根据本发明的一些实施方式的用于通过由不同波长的一组子信道形成的光超级信道传输数据的系统的框图。

具体实施方式

图1A示出了用于通过由不同波长的一组子信道形成的光超级信道向接收器发送数据的超级信道发送器的框图。图1B示出了可以由图1A的超级信道发送器实现的用于传输数据的方法的流程图。

本发明的一些实施方式是基于这样的认识，即通过超级信道传输的数据可以被不均等地分割成用于通过子信道传输的一组数据流。通常，通过整个超级信道传输的数据的比特率和大小是固定的。然而，根据实施方式，仅针对子信道的比特率是固定的，而针对不同子信道，所传输的数据流的大小可以变化，只要通过所有子信道传输的数据的总和等于通过超级信道传输的固定数据。

根据本发明的各个实施方式，超级信道发送器将数据分割并编码成具有不同的未编码数据速率的一组数据流，并通过一组子信道将该一组数据流发送到接收器，该接收器解码并组合该组数据流以恢复数据。

例如，超级信道发送器包括若干子信道发送器120、130、140、150，所述子信道发送器用于发送不同大小且采用不同的编码方案的不同数据流，以实现具有每子信道相似编码比特率和/或带宽的每子信道相似的编码性能。在通过光信道165传输之前，在光域中，使用波长复用器(WM)160，可能与其它独立波长161一起，来复用针对不同子信道的数据的数据流。

例如，超级信道发送器包括数据解复用器(DDM)110，该数据解复用器(DDM)110用于从数据源101接收未编码的数据102。DDM 110的示例是以固定速率接收数据的二进制数据解复用器，该固定速率例如416Gb/s。解复用器110将数据不均等地分割170成用于通过超级信道的一组子信道传输的一组数据流，使得用于通过第一子信道传输的第一数据流173的大小不同于用于通过第二子信道传输的第二数据流175的大小。例如，数据解复用器产生具有不等比特率的多个二进制数据流，比特率例如104Gb/s、104Gb/s、120Gb/s、88Gb/s。在一些实施方式中，每个数据流的大小是不同的。在另选实施方式中，一些数据流的大小可以是相等的。二进制数据流的数量对应于发送器使用的波长子信道的数量，并且可以是大于一的任何数量。

该组数据流由一组前向纠错(FEC)编码器进行编码180，FEC编码器例如编码器121、131、141、151。该一组FEC编码器利用具有不同纠错码(ECC)速率的ECC对该组数据流进行编码，以产生一组编码数据流。例如，对每个数据流进行编码，使得针对第一数据流的第一FEC速率183不同于针对第二数据流的第二FEC速率185。在一些实施方式中，执行编码使得解码后的性能在所有子信道上是相同的，而与针对各个子载波的不同的信道条件无关。例如，一个实施方式改变不同子信道和/或数据流之间的FEC码率，使得针对每个子信道的比特误码率(BER)都小于阈值。

在编码后，子载波可以具有不同或相同的数据速率，例如125Gb/s、125Gb/s、125Gb/s、125Gb/s，得到具有相等的带宽和/或编码数据速率、但是具有不同的未编码数据速率的若干子载波，即，每子信道一个子载波。该编码数据流然后在被发送到发送器光学器件123、133、143、153(例如，发送器光学子组件(TOSA)、调制器)以传输190之前，逐个子载波地被发送至电子和/或电预处理122、132、142、152。

图2示出了根据本发明的一些实施方式的超级信道接收器的框图。从光信道165接收到的信号201由波长解复用器(WDM)210解复用成若干波长子载波。这些波长子载波211中的一些可能与超级信道传输无关。超级信道的波长子载波中的每个(即，每个子信道一个波长子载波)然后被发送到相应的子信道接收器220、230、240或250。子信道接收器可以包括：光学前端221、231、241、251，随后是电子和电气处理模块222、232、242或252，以帮助恢复所传输的数据流。然后，各个子载波然后被发送至一组解码器223、233、243、253，该一组解码器用于对各编码数据流解码，用以产生具有不同数据速率的解码数据流。之后，通过数据解复用器(DM)260组合该解码数据流，以再现270原始数据102。

图3示出了根据本发明的各个实施方式的用于确定用于对不同数据流进行编码的ECC速率的框图。例如，一些实施方式确定320ECC速率325，使得通过超级信道的子信道的传输的比特误码率(BER)的值315小于阈值340。在一些实施方式中，针对每个子信道确定320ECC速率325，使得用于通过不同子信道传输解码数据流的BER的值基本上相等。具体地，BER表示每个子信道的信噪质量。一些实施方式增加了针对有噪声子信道的ECC速率，以实现BER的期望值。另选实施方式控制ECC数据速率和功率，以实现光纤传输的最长距离，其中，针对每个子信道的BER不一定在所有子信道上均衡。以这种方式，ECC速率325的不同值被用于对数据流进行编码330。

例如，一些实施方式确定310用于通过一组子信道传输大小相同的数据包的BER的值315；并根据分布确定用于通过该一组子信道传输的数据流的大小。不同的实施方式经分析或基于在光超级信道的初始化期间所确定的初始BER测量结果来确定BER的值的分布。

图4示出了用于通过一组子信道420传输大小相同的数据包的BER 410的值的非线性分布410的示意图。一些实施方式是基于这样的认识，即BER的值的分布与非线性引起的失真有关，该非线性引起的失真(例如)由在子信道420上的干扰导致。例如，较靠近超级信道的频带中心的子信道421上的噪声大于较靠近该频带边界的子信道422上的噪声。

一些实施方式根据分布410确定用于通过一组子信道传输的未编码数据流440的大小和/或ECC 430的大小。例如，一个实施方式与所述分布成比例地确定通过一组子信道传输的数据流的大小，使得第一子信道的BER的第一值与第二子信道的BER的第二值之间的BER比等于第一数据流的大小与第二数据流的大小之间的数据比。使用该比例测试，基于数据的传输速率和子信道的数量可以确定每个子信道的精确ECC速率和/或未编码数据流的大小。

图5示出了用于通过由不同波长的一组子信道形成的光超级信道传输数据的系统的框图。该系统包括：发送器，该发送器用于将数据分割并编码成具有不同的未编码数据速率的一组数据流，并且通过一组子信道传输该一组数据流；以及接收器，该接收器用于根据本发明的一个实施方式解码并组合该组数据流，以恢复数据。

在该实施方式中，以固定速率将未编码数据501传输到数字数据解复用器(DDM)510，该数字数据解复用器(DDM)510将数据分割成若干不等的数据流，其总数据速率等于输入数据。使用具有可变编码能力的一组子信道发送器521、522、523、524来产生子载波，然后由波长多路复用器(WM)530，可选地与其它不相关波长531一起，进行多路复用。之后，通过光信道540传输光信号。

在接收器处，通过波长解复用器(WDM)550将光信号分割成其分量波长，分量波长可选地包括其它不相关波长551。各分量子载波被发送到包括可变码率解码器在内的相应接收器561、562、563、564。(具有不同的数字数据速率的)分量子载波的二进制输出被发送到数字数据复用器(DDM)570，从而以在提交数据501中使用的原始数据速率进行重组590。

该实施方式还可以包括用于确定在光超级信道的初始化期间所确定的BER的值的要素。例如，在光信道540的初始化期间，每个子载波在收发器自举之后执行BER估计。例如，BER测量模块581在L2/L3/L4初始化过程期间确定针对每个子信道的BER值。子信道速率控制器582接收这些BER测量结果，并确定针对每个子信道的ECC速率。该速率信息被发送到数字数据解复用器510、子载波发送器521、522、523、524中的可变速率解码器、子载波接收器561、562、563、564中的可变速率解码器。在一些实施方式中，速率信息处于控制平面而非数据平面中，并通过在物理上与前向光信道540不同的反馈信道583分配。本发明的实施方式的一些控制器模块使用处理器来实现。