纠错设备、纠错方法和光通信系统与流程

本发明涉及一种纠错设备，其可以在抑制相干光通信系统中的功耗的同时改善传输特性。

背景技术：

在相干光通信中，为了改善传输特性，通过数字信号处理来补偿在传输期间发生的失真和频率/相位波动。为了进一步改善传输特性，除了补偿功能之外，还在发送和接收装置之间提供了纠错功能，以尝试减少传输特性中的数据错误。为了实现该纠错功能，在发送侧对数据执行用于纠错的编码，并且在接收侧与编码相对应地执行纠错解码。

为了进一步提高传输速率并扩展中继距离，需要使用具有较高纠错能力的纠错电路。然而，具有较高纠错能力的纠错电路通常电路规模较大并且功耗较大，并且与其他电路的功耗相比，这种较大的功耗不可以被忽略。特别地，近年来，通过重复操作(例如，ldpc(低密度奇偶校验)或turbo编码)执行纠错解码来获得高纠错能力的方法已经受到关注，并且被应用于高速数据传输系统。在该方法中，随着重复操作的次数增加，纠错能力变高并且功耗变大。

当输入到纠错电路的数据的错误率未超过纠错电路的纠错能力时，纠错效果良好。另一方面，在输入的数据的错误率超过校正能力的状态下，即使重复执行用于解码的操作，纠错效果也不会很好，并且功耗总是很高的状态不希望地继续。

作为通过控制纠错中的操作来减少功耗的方法，提出了例如如下方法：即使在执行通过重复操作进行的解码的情况下，当纠错效果不好时，通过停止重复操作来抑制功耗的方法；以及基于表示通信状态的信息来控制解码的频率的方法。还提出了一种基于纠错的解码结果来控制纠错解码处理所需的操作量的方法(例如，参见专利文献1至4)。

相关技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开no.2008-544692

专利文献2：日本专利申请公开no.2007-81640

专利文献3：日本专利申请公开no.2010-278910

专利文献4：日本专利申请公开no.2016-192747

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题

然而，在专利文献1或2中公开的停止重复操作的方法中，虽然可以降低功耗，但是可能无法确保期望的错误率。如专利文献3中所述，在基于表示通信状态的信息来控制解码频率的方法中，将需要用于获得通信状态的附加结构，因此可能阻碍功耗的降低。

在专利文献4中描述的方法中，提供了多个纠错设备，并且基于一侧上的纠错的解码结果来控制另一侧上的纠错中的操作量。该方法通过减少低损耗传输路径中的过度纠错中的操作量来防止装置的功耗增加到不必要的程度。在超过纠错能力的通信状态下，可能无法通过重复操作来防止功耗的增加。如上所述，常规纠错方法中的降低功耗的技术具有优点和缺点，并且不能实现功耗降低和纠错的优化。

考虑到上述问题做出了本发明，并且本发明的目的是提供一种可以在抑制功耗的同时改善传输特性的纠错设备。

解决问题的方案

为了解决上述问题，根据本发明，提供了一种纠错设备，包括：第一校正单元，被配置为通过重复操作来对数据执行纠错解码，包括完全操作状态和节省操作状态，在完全操作状态下，重复纠错解码的重复操作直到获得收敛为止，在节省操作状态下，可根据需要将纠错解码的重复操作的次数设置为预定次数，并且与完全操作状态下的次数相比，纠错解码的重复操作的次数被限制；错误信息估计单元，被配置为使用第一校正单元的解码结果来估计第一校正单元的输入错误率和/或指示不能被校正的残余错误的输出错误率；以及控制单元，被配置为基于输入错误率、输出错误率和第一校正单元的操作时间中的至少一项信息来控制第一校正单元的完全操作状态和节省操作状态之间的转换，其中，在完全操作状态下，当输入错误率超过预定值的条件和输出错误率超过预定值的条件中的至少一个条件被满足时，控制单元使第一校正单元从完全操作状态转换为节省操作状态；当在节省操作状态下执行解码的重复操作时，当输入错误率小于预定值的条件、输出错误率小于预定值的条件、以及在节省操作状态下的驻留时间超过预定值的条件中的至少一个条件被满足时，控制单元使第一校正单元从节省操作状态转换为完全操作状态；以及，当在节省操作状态下不执行解码的重复操作时，当在节省操作状态下的驻留时间超过预定值时，控制单元使第一校正单元从节省操作状态转换为完全操作状态。

为了解决上述问题，根据本发明，提供了一种纠错方法，包括：通过重复操作对数据执行纠错解码的第一校正步骤；使用第一校正步骤中的解码结果来估计第一校正步骤中的输入错误率和/或指示不能被校正的残余错误的输出错误率的步骤；以及基于输入错误率、输出错误率和第一校正步骤中的操作时间中的至少一项信息，执行完全操作状态与节省操作状态之间的转换的步骤，在完全操作状态下，重复纠错解码的重复操作直到获得收敛为止，在节省操作状态下，可根据需要将纠错解码的重复操作的次数设置为预定次数，并且与完全操作状态下的次数相比，纠错解码的重复操作的次数被限制，其中，在执行完全操作状态与节省操作状态之间的转换的步骤中，在完全操作状态下，当输入错误率超过预定值的条件和输出错误率超过预定值的条件中的至少一个条件被满足时，执行从完全操作状态到节省操作状态的转换，当在节省操作状态下执行解码的重复操作时，当输入错误率小于预定值的条件、输出错误率小于预定值的条件、以及在节省操作状态下的驻留时间超过预定值的条件中的至少一个条件被满足时，执行从节省操作状态到完全操作状态的转换，以及当在节省操作状态下不执行解码的重复操作时，当节省操作状态下的驻留时间超过预定值时，执行从节省操作状态到完全操作状态的转换。

本发明的效果

根据本发明，可以提供一种可以在抑制功耗的同时改善传输特性的纠错设备。

附图说明

图1是示出了根据本发明的包括纠错设备在内的光通信系统的布置的示例的图；

图2是示出了根据本发明的第一实施例的纠错设备的布置的示例的框图；

图3是示出了根据本发明的第一实施例的第一校正单元的操作状态的图；

图4是示出了根据本发明的第一实施例的第一校正单元的操作状态的转换的流程图；

图5是示出了根据本发明的第二实施例的纠错设备的布置的示例的框图；

图6是示出了根据本发明的第二实施例的第一校正单元的操作状态的图；

图7是示出了根据本发明的第二实施例的第一校正单元的操作状态的转换的流程图；

图8是示出了根据本发明的第三实施例的第一校正单元的操作状态的图；

图9是示出了根据本发明的第三实施例的第一校正单元的操作状态的转换的流程图；以及

图10是示出了根据本发明的实施例的控制纠错中的重复操作的次数的示例的时序图。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的实施例。

<光通信系统>

图1所示的光通信系统1由发送侧装置2、光纤传输路径100和接收侧装置3形成。发送侧装置2包括：对输入信号执行纠错编码处理的纠错编码模块4；执行数字调制等的数字信号处理模块5；以及，执行复用处理等的发送模块6。另一方面，接收侧装置3包括：执行信号解复用等的接收模块7；执行光/电转换、波形失真补偿等的数字信号处理模块8；以及，对编码的信号执行纠错解码处理的纠错解码模块9。根据本发明的纠错设备10是包括在接收侧装置3的纠错解码模块9中并对经过了纠错编码的信号执行纠错解码的设备。

<本发明的第一实施例>

图2所示的纠错设备10包括第一校正单元20、错误信息估计单元40和控制单元50。第一校正单元20是通过重复操作对数据执行纠错解码的纠错单元。功耗根据用于解码的重复操作的次数而增加。因此，当输入信号的错误率相对较高时，重复操作的次数增加，导致功耗更大。作为用于通过重复操作执行纠错解码的纠错，提供了ldpc和turbo编码。然而，本发明不限于此。

错误信息估计单元40估计第一校正单元20的输入错误率作为错误信息。由于通过第一校正单元20的解码操作来校正第一校正单元20的输入信号的错误，因此可以根据第一校正单元20的解码结果来估计输入错误率。例如，通过将第一校正单元20中的“校正比特的数量/输入比特的总数量”定义为比特错误率，来估计输入错误率。

参考图3，完全操作状态是其中将第一校正单元20中用于解码的重复操作的次数设置为电路的处理能力的极限并且用于解码的重复操作被重复直到获得收敛为止的状态。另一方面，节省操作状态是其中第一校正单元20中用于解码的重复操作的次数与完全操作状态下的次数相比减少并且被限制为具有预定次数的状态。在完全操作状态下用于解码的重复操作的次数不限于电路处理能力的极限值，并且可以根据传输路径上的通信状态将其设置为足以确保期望的纠错能力的值。此外，可以根据需要设置在节省操作状态下用于解码的重复操作的次数，并且允许完全off(操作的次数为零)作为设置值。

参考图4，控制单元50基于由错误信息估计单元40估计的错误信息和在节省操作状态下的操作时间来控制第一校正单元20的操作状态。由错误信息估计单元40估计的错误信息指示根据第一校正单元20的解码结果估计的输入错误率。当节省操作状态下的操作时间与节省操作状态下的驻留(dwell)时间相对应时，当在完全操作状态下“输入错误率>预定值#1”保持时，确定传输路径上的通信状态超过第一校正单元20的纠错能力，并且控制单元50使第一校正单元20转换为节省操作状态。作为预定值#1，例如，设置与第一校正单元20的纠错能力相对应的值。

另一方面，当在节省操作状态下“节省操作状态驻留时间>预定值#2”保持时，控制单元50使第一校正单元20的操作状态转换为完全操作状态。通过在每次经过预定值#2的时间长度时使第一校正单元20的操作状态转换为完全操作状态，可以恢复传输路径的通信状态，并且可以针对每个预定时间确定是否启用第一校正单元20的校正能力。根据传输路径的通信状态适当地设置预定值#2。例如，可以设置假设传输路径的通信状态恢复的值。

如上所述，根据该实施例，由于配置为基于第一校正单元的输入错误率和操作状态驻留时间来控制第一校正单元的操作状态，因此即使在传输路径的通信状态超过校正能力的状态下，也可以利用简单布置实现纠错以及功耗降低的优化。

注意，在本实施例的以上说明中，将输入错误率用作错误信息。然而，可以使用输出错误率。在这种情况下，例如，当可以执行第一校正单元20的解码操作时，可以使用在第一校正单元的解码操作中创建的bip(比特交错奇偶校验)值。bip是一种用于错误检测的奇偶校验方法，并且用于将信息划分为块并检测每个块中是否存在错误。通过使用bip值，可以估计来自第一校正单元的输出中的错误率。作为第一校正单元的操作状态的转换条件，可以使用通过将驻留时间和输入错误率或输出错误率进行组合而获得的转换条件。

当将错误信息或驻留时间与预定值进行比较时，可以将满足条件的状态持续给定设置保护时间或更长的时间作为转换条件。这可以实现稳定的控制，同时减少转换的不稳定。这同样适用于其他实施例。

<本发明的第二实施例>

除了根据第一实施例的第一校正单元20之外，根据图5中的第二实施例的纠错设备10还包括第二校正单元30，该第二校正单元30对来自第一校正单元20的输出执行纠错以对第一校正单元20的残余错误进行校正。与图1所示的第一校正单元20类似，第一校正单元20是通过重复操作对数据执行纠错解码的纠错单元。

第二校正单元30是校正第一校正单元20的残余错误的纠错单元。第二校正单元30被配置为使得功耗低于第一校正单元20的功耗。例如，可以使用不执行重复操作的reed-solomon编码、bch编码等。然而，本发明不限于此。

在图5所示的示例中，错误信息估计单元40估计第一校正单元20的输出错误率作为错误信息。第一校正单元20的输出错误率指示第一校正单元20的输出信号中的错误率。第一校正单元20无法校正的错误作为残余错误保留在输出中，并且通过第二校正单元30的解码操作来校正残余错误。因此，可以根据第二校正单元30的解码结果来估计第一校正单元20的输出错误率。例如，当针对具有预定长度的每个代码执行第二校正单元30的解码操作时，可以将每个代码总计为“0”或“1”来获得错误被完全校正还是被保留为残余错误，“各自保留有错误的代码的数量/代码的总数量”可以被定义为误码率，从而估计输出错误率。

第二校正单元30可以使用通过对校正了错误的比特的数量进行总计而获得的纠错比特的数量来估计错误信息。此外，当可以执行第一校正单元20的解码操作时，可以使用在第一校正单元20的解码操作中创建的bip值来估计错误信息。

参考图6，类似于第一实施例，完全操作状态是其中将第一校正单元20中用于解码的重复操作的次数设置为电路的处理能力的极限并且用于解码的重复操作被重复直到获得收敛为止的状态。另一方面，节省操作状态是其中第一校正单元20中用于解码的重复操作的次数与完全操作状态下的次数相比减少并且用于解码的重复操作的次数被限制为预定次数的状态。在完全操作状态下用于解码的重复操作的次数不限于电路的处理能力的极限值，并且可以根据传输路径的通信状态将其设置为足以确保期望的纠错能力的值。此外，可以适当地设置在节省操作状态下用于解码的重复操作的次数，并且允许完全off(操作的次数为零)作为设置值。

参考图7，控制单元50基于由错误信息估计单元40估计的错误信息和在节省操作状态下的操作时间来控制第一校正单元20的操作状态。当由错误信息估计单元40估计的错误信息指示根据第二校正单元30的解码结果计算的第一校正单元20的输出错误率时，在完全操作状态下“输出错误率>预定值#3”保持的情况下，控制单元50确定第一校正单元20的操作是冗余的，并且使第一校正单元20转换为节省操作状态。作为预定值#3，设置相对较高的错误率。

另一方面，当在节省操作状态下“输出错误率<预定值#4”保持时，控制单元50确定可以在第一校正单元20中进行纠错，并且使第一校正单元的操作状态转换为完全操作状态。作为预定值#4，例如，设置与第一校正单元20的纠错能力相对应的值。

如上所述，根据该示例实施例，由于配置为使用具有低功耗的第二校正单元的解码结果来估计第一校正单元的输出错误率，并控制第一校正单元的操作状态，因此即使在传输路径的通信状态超过校正能力的状态下，也可以实现纠错和功耗降低的优化。

注意，在该实施例的以上说明中，将输出错误率用作错误信息。然而，可以使用输入错误率。此外，作为从节省操作状态转换为完全操作状态时的转换条件，可以使用节省操作状态下的驻留时间。作为第一校正单元的操作状态的转换条件，可以使用输入错误率、输出错误率、输入错误率和输出错误率的组合、或者通过将驻留时间和输入错误率或输出错误率进行组合而获得的转换条件。

<本发明的第三实施例>

将参考图8和图9描述本发明的第三实施例。在第三实施例中，使用与根据第二实施例的纠错设备10的结构类似的结构。错误信息估计单元40具有在第一实施例中描述的估计第一校正单元20的输入错误率作为错误信息的功能，并且具有在第二实施例中描述的估计第一校正单元20的输出错误率作为错误信息的功能。与第一实施例和第二实施例中的每一个实施例类似，控制单元50基于来自错误信息估计单元40的错误信息和在节省操作状态下的操作时间来控制第一校正单元20的操作状态。

在图8所示的第三实施例中，除了第一完全操作状态之外，第一校正单元20还具有第二完全操作状态。与第一实施例和第二实施例中的每一个实施例的完全操作状态类似，第一完全操作状态和第二完全操作状态是这样的状态：第一校正单元20中用于解码的重复操作的次数被设置为电路的处理能力的极限，并且用于解码的重复操作被重复直到获得收敛为止。第二完全操作状态下的错误率测量时间被设置为比第一完全操作状态下的错误率测量时间短，从而使得第二完全操作状态下的功耗低于第一完全操作状态下的功耗。在完全操作状态下用于解码的重复操作的次数不限于电路的处理能力的极限值，并且可以根据传输路径的通信状态将其设置为足以确保期望的纠错能力的值。

节省操作状态是这样的状态：第一校正单元20中用于解码的重复操作的次数与第完全操作状态和第二完全操作状态下的次数相比减少，并且用于解码的重复操作的次数被限制为预定次数。可以根据需要设置在节省操作状态下用于解码的重复操作的次数，并且允许完全off(操作的次数为零)作为设置值。

参考图8，输出错误率a指示在第一完全操作状态下第一校正单元的输出错误率，并且在第一校正单元20转换到第一完全操作状态之后，基于时间t1期间的测量结果来估计输出错误率a。另一方面，输出错误率b指示在第二完全操作状态下的第一校正单元的输出错误率，并且在第一校正单元20转换到第二完全操作状态之后，基于在长度比时间t1短的时间t2期间的测量结果来估计输出错误率b。关于时间t1和时间t2，例如，时间t1可以被设置为几毫秒，时间t2可以被设置为几百微秒。如第二实施例中所述，可以根据第二校正单元30的解码结果来估计第一校正单元20的输出错误率a和b，其中第二校正单元30的功耗低于第一校正单元20的功耗。

通过将时间t2设置为在长度上比时间t1短，可以通过测量比第一完全操作状态下输出错误率a的测量的时间短的时间来估计第二完全操作状态下的输出错误率b，并且因此可以以较低的功耗来估计输出错误率。注意，时间t1和时间t2的值不限于上述示例，并且可以考虑允许的功耗和必要的测量精度之间的平衡来适当地设置它们的值。

控制单元50基于由错误信息估计单元40估计的错误信息和在节省操作状态下的操作时间来控制第一校正单元20的操作状态。在图8和图9示出的示例中，控制单元50基于第一校正单元20的输出错误率和节省操作状态下的驻留时间，使第一校正单元20的操作状态进行转换。作为输出错误率，使用在第一完全操作状态下在时间t1期间测量的输出错误率a和在第二完全操作状态下在时间t2期间测量的输出错误率b。

参考图9，当在第一完全操作状态下“输出错误率a>预定值#5”保持时，控制单元50确定第一校正单元20的操作是冗余的，并且使第一校正单元20转换到节省操作状态。在节省操作状态下，当“节省操作状态驻留时间>预定值#6”保持时，控制单元50使第一校正单元的操作状态转换为第二完全操作状态。

在第二完全操作状态下，当“输出错误率b≤预定值#7”保持时，确定可以在第一校正单元20中进行纠错，并且使第一校正单元20的操作状态从第二完全操作状态转换到第一完全操作状态。另一方面，当“输出错误率b>预定值#7”时，确定在完全操作状态下不能进行纠错，并且使操作状态转换到节省操作状态。如上所述，根据该实施例，在转换到第一完全操作状态之前，在第二完全操作状态下预先确认是否可以在第一校正单元20中进行纠错。通过在第二完全操作状态下设置较短的确认时间，可以以较低的功耗执行确认操作。

如上所述，根据该实施例，配置为使用具有低功耗的第二校正单元的解码结果来估计第一校正单元的输出错误率，并控制第一校正单元的操作状态。因此，即使在传输路径的通信状态超过校正能力的情况下，也可以实现纠错和功耗降低的优化。

此外，在该实施例中，除了第一完全操作状态之外还提供第二完全操作状态，并且确认是否可以在第一校正单元中进行纠错。因此，与第二实施例相比，可以尝试进一步降低功耗。

注意，在该实施例的以上说明中，将输出错误率用作错误信息。然而，可以使用输入错误率。作为第一校正单元的操作状态的转换条件，可以使用输入错误率、输出错误率、输入错误率和输出错误率的组合、或者通过将驻留时间和输入错误率或输出错误率进行组合而获得的转换条件。

<重复操作的次数的控制>

在图10所示的示例中，当第一校正单元的操作状态从节省操作状态转换为完全操作状态时，执行控制以逐渐增加通过预定步骤进行解码时的重复操作的次数，并且当操作状态从完全操作状态转换到节省操作状态时，执行控制以逐渐减少通过预定步骤进行解码时的重复操作的次数。因此，在进行解码时重复操作的次数的时间变化变得平缓，并且可以延长完全操作状态和节省操作状态之间的转换时间。

在进行解码时的重复操作的次数的突然改变使得功耗或供电电流突然改变，并且使得供电电压突然改变。因此，还关注对共享电源的另一电路的操作的不利影响。如图10所示，当逐渐改变在进行解码时的重复操作的次数时，可以防止供电电压突然改变，并减少对另一电路的操作的不利影响。可以适当地设置用于改变重复操作的次数的步骤以及完全操作状态和节省操作状态之间的转换时间。例如，可以将转换时间设置为几百微秒。

工业适用性

本发明可以用作可以在抑制相干光通信系统中的功耗的同时改善传输特性的纠错设备。

附图标记和符号的说明

1...光通信系统，2...发送侧装置，3...接收侧装置，4...纠错编码模块，5...数字信号处理模块，6...发送模块，7...接收模块，8...数字信号处理模块，9...纠错解码模块，10...纠错设备，20...第一校正单元，30...第二校正单元，40...错误信息估计单元，50...控制单元，100...光纤传输路径。