DE60302881T2

DE60302881T2 - Übertragungssystem

Info

Publication number: DE60302881T2
Application number: DE60302881T
Authority: DE
Inventors: Stuart Barnes; Martin Harlow CHOWN; Michael Stephen Near Meopham WEBB
Original assignee: Azea Networks Ltd
Current assignee: Azea Networks Ltd
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2023-04-15
Also published as: EP1495607A1; US7978973B2; US20060050803A1; US20090269068A1; DE60302881D1; EP1495568B1; DE60304033D1; US7526205B2; EP1495607B1; ATE320681T1; EP1495568A1; ATE313901T1; US20050213966A1; WO2003088607A1; AU2003224281A1; AU2003222969A1; DE60304033T2; US8971171B2; WO2003088542A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungssystem zum Übertragen von Daten im Digitalformat und insbesondere, jedoch nicht exklusiv, auf ein Übertragungssystem zum Übertragen von Signalen über eine lange Entfernung, beispielsweise dichte Wellenlängen-Teilungsmultiplexsysteme (DWDM-Systeme = dense wavelength division multiplexing systems) für lange Strecken, wie beispielsweise diejenigen, die bei Unterwasser-Systemen verwendet werden. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf Langstrecken-Überlandsysteme, wie beispielsweise kontinentale terrestrische Systeme, und auf Codierer zum Codieren der Daten vor der Übertragung.
Es ist bekannt, dass, wenn Daten über ein Übertragungssystem übertragen werden, Fehler in die Daten aufgrund von Rauschen in dem System eingeführt werden können. Je länger die Entfernung ist, über die die Daten übertragen werden, desto wahrscheinlicher ist es, dass mehr Fehler in die Daten eingeführt werden.
Aufgrund der Intoleranz von Computersystemen und anderem elektronischen Gerät auf Fehler in übertragenen Daten ist es bekannt, einen Fehlererfassungs- oder Korrekturcode zu verwenden, um Fehler in den Daten zu verringern oder zu beseitigen.
Es ist bekannt, dass die Verwendung von Fehlerkorrekturcodes verfügbare Bandbreite in dem Kanal verbraucht, die andernfalls zum Übertragen von Daten verwendet werden könnte. Somit wird die Verwendung der Fehlerkorrekturcodierung unvermeidbarerweise ein Ausgleich zwischen der Komplexität von Codes und der Leistung der Datenübertragung werden.
Durch die Verwendung von Fehlerkorrekturcodes ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Fehler in den decodierten Daten verbleibt, in den meisten Fällen viel niedriger als die Wahrscheinlichkeit, dass Fehler in empfangenen Daten existieren, wenn Codes nicht verwendet werden. Dieser Vorteil wird häufig als Codierungsverstärkung (coding gain) beschrieben. Mit anderen Worten ist die Codierungsverstärkung die Änderung im Rauschabstand, die durch die Anwendung des Codes erreicht wird.
Mathematische Systeme, wie beispielsweise Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC = Forward Error Correction) wurden in allen Formen von Übertragungen, wie beispielsweise Satelliten-, Mikrowellen-, drahtlosen und optischen Systemen verwendet. Es ist bekannt, beispielsweise einen als Reed-Solomon-Code bekannten Code zu verwenden, der einen annehmbaren Kompromiss zwischen der Komplexität von Codes und Übertragungsleistung darstellt.
Reed-Solomon-Codes sind blockbasierte Fehlerkorrekturcodes mit einem weiten Bereich von Anwendungen bei digitalen Kommunikationen und der Speicherung. Der Reed-Solomon-Codierer nimmt einen Block von Digitaldaten und fügt redundante Bits hinzu. Ein Reed-Solomon-Codierer nimmt k Datensymbole von s Bits und fügt Paritätssymbole hinzu, um ein n Symbol Codewort herzustellen. Es gibt n-k Paritätssymbole von jeweils s Bits. Ein Reed-Solomon-Decodierer kann bis zu t Symbole korrigieren, die Fehler an einem Codewort enthalten, wobei 2t = n-k ist.
Die Verwendung von Codes, wie beispielsweise Reed-Solomon-Codes, führt zu Overheads an den übertragenen Daten aufgrund der Tatsache, dass ein Abschnitt der verfügbaren Bandbreite mit Code anstatt Daten belegt wird. Die Gesamtcodierungsverstärkung unter Berücksichtigung des Overhead ist als Nettoverstärkung bekannt.
Es wurde notwendig, höhere Formen von Codierung zu verwenden, um Leitungsbeeinträchtigungen bei Langstrecken-DWDM-Systemen aufgrund der Entfernung zu überwinden, über die Daten übertragen werden.
Ein Problem mit höheren Formen der Vorwärtsfehlerkorrektur besteht darin, dass sie einen bedeutenden Overhead an den Daten anbringen. Diese Overheads verursachen selbst Overheads, wobei die Gesamtnettoverstärkung verringert wird. Die Komplexität von Codes, die beispielsweise bei 40 Gbit/s Übertragungssystemen erforderlich sind, bedeutet, dass die erreichbare Codierungsverstärkung nicht ausreichend ist, um größere Übertragungsbeeinträchtigungen zu kompensieren, die über das Übertragungssystem erfahren wurden.
Die Dokumente EP 1191726 und WO 0195549 offenbaren relevante Übertragungssysteme des Stands der Technik. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Codiersystem zum Codieren eines Digitalsignals mit einer Informationssequenz bereitgestellt, wobei das Codiersystem umfaßt:
einen FEC-Codierer zum Transformieren der Informationssequenz in eine codierte Sequenz, die die Informationssequenz und eine FEC-Codierung enthält;
einen Partitionierer zum Partitionieren der codierten Sequenz in eine Mehrzahl von Sequenzabschnitten, so dass jeder Sequenzabschnitt auf einem unterschiedlichen Kanal übertragen werden kann,
wobei die Sequenzabschnitte mit einer Rate übertragen werden, die niedriger als und nicht gleich der vorbestimmten Rate ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird bereitgestellt: ein Übertragungssystem zum Übertragen von Daten in der Form eines Digitalsignals mit einer Informationssequenz, wobei die Daten mit einer vorbestimmten Rate übertragen werden, wobei das System einen FEC-Codierer zum Transformieren der Informationssequenz in eine FEC-codierte Sequenz mit FEC-codierten Daten und einem Codier-Overhead umfaßt, und
ein Partitionierer zum Partitionieren der codierten Sequenz in eine Mehrzahl von Sequenzabschnitten, so dass die codierte Sequenz als eine Mehrzahl von getrennten Kanälen übertragen wird,
wobei die Sequenzabschnitte mit einer Rate übertragen werden, die niedriger als und nicht gleich der vorbestimmten Rate ist.
Mittels der Erfindung ist es möglich, das "Bandbreiten-Entfernung"-Produkt des Übertragungssystems zu verbessern. Obwohl dies bei allen Übertragungssystemen bedeutsam ist, ist es bei Langstreckensystemen, wie beispielsweise transkontinentalen, terrestrischen Übertragungssystemen oder Unterwasser-Systemen besonders bedeutsam.
Die Erfindung ist ebenfalls besonders zur Verwendung bei Übertragungssystemen geeignet, bei denen es schwierig, kostspielig oder manchmal unmöglich ist, weitere Hardware zu dem System hinzuzufügen, um mehr physikalische Kanäle in das System einzuführen. Um den Wirkungsgrad derartiger Systeme zu verbessern, ist es daher notwendig, die Menge verfügbarer Bandbreite zu erhöhen, die nutzbar ist.
Herkömmlich wird, je mehr Daten innerhalb einer definierten Bandbreite übertragen werden, desto höher der Rauschpegel, der in dem System erzeugt wird. Je höher der Pegel der in dem System übertragenen Daten ist, desto höher ist außerdem die Systemdatenrate und desto kleiner ist der zum Unterbringen von Codier-Overheads verfügbare Platz.
Dies bedeutet, dass mit herkömmlichen Übertragungssystemen und Codiersystemen es effektiv nicht möglich ist, die gesamte verfügbare Bandbreite zu verwenden, da in den Extremen der verfügbaren Bandbreite die Codierungsverstärkung nicht ausreichend ist, um den Rauschpegel zu überwinden und daher die Nettoverstärkung negativ ist.
Mittels der Erfindung ist es möglich, beispielsweise einen 100%igen Overhead verglichen mit den viel niedrigeren Overheadpegeln hinzuzufügen, die herkömmlicherweise verwendet werden. Dies macht es möglich, eine komplexere Codierung zu verwenden, die den zunehmend schlechteren Rauschabstand kompensiert.
Dies ist möglich, weil die Sequenzabschnitte mit niedrigeren Datenraten übertragen werden und somit mehr Bandbreite für den Overhead verfügbar ist, wohingegen die vorbestimmte Systemdatenrate immer noch erreicht wird.
Der Codierer kann die Informationssequenz mit jeder geeigneten Codierung codieren, wobei jedoch vorzugsweise der Codierer die Informationssequenz mit FEC-Codierung codiert.
Wenn die codierte Sequenz durch ein Übertragungssystem übertragen wird, werden Fehler in die die Sequenz bildenden Bits eingeführt. Der Fehlerpegel ist als die Bitfehlerrate (ber = bit error rate) bekannt. Die rohe Fehlerrate ist die Fehlerrate, die durch Übertragung der codierten Sequenz eingeführt wird, und die gelieferte ber ist die effektive Fehlerrate in einer empfangenen Sequenz, d.h. in der codierten Sequenz, nachdem sie decodiert wurde.
Durch Verwenden von FEC kann die gelieferte ber auf niedrige Pegel verringert werden. Bei existierenden Übertragungssystemen wird die codierte Sequenz auf einem einzelnen Kanal transportiert. Dies bedeutet, dass die Anwesenheit von Overhead erfordert, dass der Kanal höhere Bitraten handhabt, als er ausgestaltet wurde, zu bewältigen, und somit anfällig ist, größere Fehler aufzuweisen.
Erfindungsgemäß ist die codierte Sequenz zwischen zwei oder mehreren getrennten Kanälen aufgeteilt, wobei die Daten auf jedem Kanal mit einer niedrigeren Rate als die Gesamtsystemdatenrate übertragen werden. Dies vermeidet die Gefährdung durch eine erhöhte rohe ber, wenn die Overheads die Grenzen eines einzelnen Kanals erreichen. Mit anderen Worten kann durch Aufteilen der codierten Sequenz zwischen einem oder mehreren getrennten Kanälen die Bitrate verringert werden, womit ermöglicht wird, dass der Overhead effizienter ist.
Die codierte Sequenz kann in jeder geeigneten Art und Weise partitioniert sein. Beispielsweise kann die codierte Sequenz zwischen zwei Kanälen aufgeteilt sein, so dass ein Teil der codierten Sequenz mit der Informationssequenz identisch ist, und der andere Teil als der Overhead betrachtet werden kann.
Bei bekannten Übertragungssystemen wurden Codes mit niedrigerer Codeverstärkung bei der optischen Übertragung aufgrund des mit komplexeren Codes übernommen höheren Overheads verwendet. Dies ist so, weil Komponenten und Taktgeschwindigkeiten bei bekannten Übertragungssystemen nicht imstande sind, die mit komplexeren Codes übernommenen hohen Overheads zu bewältigen.
Um die mit der Verwendung komplexerer Codierung verbundenen Probleme zu bewältigen, haben die Erfinder erkannt, dass, wenn die codierte Sequenz in zwei oder mehrere Kanäle aufgeteilt wird, die Übertragungsrate in den Kanälen verringert und mehr Codierung zu jedem Kanal hingefügt werden kann, so dass das Verhältnis von Codierung zu der Informationssequenz höher ist, als es andernfalls erreicht werden könnte.
Außerdem gibt es bei optischen Übertragungssystemen, insbesondere Langstreckensystemen, ein Problem mit Rauschansammlung durch das Übertragungssystem. Es ist nicht möglich, die Beabstandung der optischen Verstärker zu verringern, weil sich die Hardware in festen Positionen befindet und nicht ohne weiteres bewegbar ist. Durch die Verwendung von FEC kann der Rauschakkumulation entgegengewirkt werden, so dass das Übertragungssystem nahe an Shannon-Grenzen betrieben werden kann.
Der Partitionierer kann einen Entserialisierer umfassen.
Vorzugsweise umfaßt die Erfindung ferner einen Rekombinierer zum Rekombinieren der codierten Sequenz nach der Übertragung.
Der Rekombinierer kann einen Serialisierer umfassen.
Vorteilhafterweise umfaßt das System ferner einen Decodierer zum Decodieren der codierten Sequenz nach der Übertragung.
Der Partitionierer kann eine Quadratur-Phasenumtastung (QPSK = quadrature phase shift key) umfassen. Bei einem derartigen System transportiert der I-Kanal (In-Phase-Channel) einen Abschnitt der codierten Sequenz und der Q-Kanal (Quadratur-Channel) einen anderen Abschnitt.
Der Rekombinierer umfaßt einen differentiellen Phasenumtastungs-Demodulator (DPSK-Demodulator = differential phase shift keying demodulator), der das Signal in die codierte Sequenz demoduliert, bevor die Sequenz decodiert wird, wenn es aus dem System heraustritt.
Bei einigen Ausführungsformen führt der In-Phase-Channel einen Abschnitt, der identisch mit der Informationssequenz ist, und der Quadratur-Channel führt einen Abschnitt, der mit dem Overhead äquivalent ist.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Partitionierer einen Phasenmodulator, der bewirkt, dass die codierten Sequenzabschnitte in unterschiedlichen Phasen übertragen werden.
Der Partitionierer kann einen Wellenlängenmultiplexer umfassen. Die codierte Sequenz wird dann als zwei oder mehrere Abschnitte bei unterschiedlichen Wellenlängen übertragen. Nach der Übertragung rekombiniert der Wellenlängendemultiplexer die codierte Sequenz, die dann durch den Decodierer decodiert wird.
Wenn die codierte Sequenz durch das Übertragungssystem übertragen wird, wird es in einem oder mehreren Wellenleitern enthalten sein.
Wenn das Übertragungssystem ein optisches System ist, umfassen die Wellenleiter jeweils optische Wellenleiter.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Partitionierer einen Koppler, der einen ersten Wellenleiter mit einem zweiten Wellenleiter verbindet. Dies führt zu einer Verbindungsstelle, bei der zwei getrennte Wellenleiter heraustreten, einer, der einen ersten Abschnitt der codierten Sequenz transportiert, und einen zweiten, der einen zweiten Abschnitt der codierten Sequenz transportiert.
Ein bedeutender Vorteil des Verwendens der FEC besteht darin, das Fehlererfassung ebenfalls möglich ist. Fehlererfassung kann mit dem existierenden FEC-Overhead oder andernfalls durch die Hinzufügung von Overhead erreicht werden.
Dies führt zu bedeutenden Vorteilen, die durch die Erfindung erreichbar sind.
Sobald die codierte Sequenz über zwei oder mehrere Kanäle übertragen wird, ist sie potentiell gegen höhere Fehlerraten in beiden oder einem der Kanäle verwundbar. Dies könnte bedeuten, dass das System lediglich so gut ist, wie der verwendete schlechteste Kanal. Es ist jedoch möglich, die rohen Fehlerraten der Kanäle zu überwachen und daher früh vor zunehmenden Fehlerraten auf einem der Kanäle zu warnen. Dies kann entweder durch Gebrauch machen von der existierenden Fehlererfassungsfähigkeit (E-D capability = error-detection capability) der FEC oder, wenn es zweckmäßiger ist, durch Hinzufügen eines kleinen zusätzlichen E-D-Overheads zu jedem Kanal erreicht werden.
Während der Übertragung ist es möglich, dass sich die Fehlerrate auf einem Kanal gegenüber den anderen Kanälen verschlechtert. Die codierte Sequenz ist als ganzes gegen gelieferte Fehler als Ergebnis einer ansteigenden rohen Fehlerrate in einem der beiden Kanäle verwundbar. Mittels der Erfindung wird es eine Abnahme der Verschlechterung unter diesen Umständen geben. Dieser Vorteil wird sämtliche gelieferte Information ohne Rücksicht auf den Kanal, in dem sie übertragen wird, gleichzeitig beeinflussen.
Ferner kann bei der unausgeglichenen Situation, bei der die Fehlerrate auf einem Kanal höher als die auf einem anderen Kanal ist, die Verwendung der Fehlererfassung benutzt werden, um die rohe Bitfehlerrate der beiden (oder mehreren) Kanäle zu schätzen. Sobald diese Information erhalten wurde, ist es möglich, die Decodierungs- und/oder die Codierungsalgorithmen adaptiv zu optimieren, damit sie an die vorherrschenden Bedingungen angepasst werden.
Mit anderen Worten kann die inhärente Redundanz bei der FEC auf eine optimierte Art und Weise zwischen den beiden (oder mehreren) Kanälen gemeinsam genutzt werden. Dies bietet dem Kanal mit der höheren rohen Bitfehlerrate größeren Schutz. Als Ergebnis kann in einer Situation, bei der die Fehlerrate auf den Kanälen unausgeglichen ist, eine weitere Codierungsverstärkung erzielt werden.
In einer extremen Situation kann ein Kanal unannehmbar verrauscht sein, wobei dann die gesamte codierte Sequenz auf einen einzelnen Kanal umgeschaltet werden kann. Dies würde bedeuten, dass vorübergehend weniger FEC-Overhead verwendet wird.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Übertragen von Daten in der Form eines Digitalsignals mit einer Informationssequenz bereitgestellt, wobei die Daten mit einer vorbestimmten Rate übertragen werden, wobei das Verfahren umfaßt: ein Anwenden eines Vorwärtsfehlerkorrekturcodes auf die Informationssequenz, um die Informationssequenz in eine codierte Sequenz mit der Informationssequenz und einen Codier-Overhead zu transformieren, Partitionieren der codierten Sequenz in eine Mehrzahl von Sequenzabschnitten, Übertragen der codierten Sequenz über eine Mehrzahl von Kanälen, so dass die Sequenzabschnitte mit einer Rate übertragen werden, die niedriger als und nicht gleich der vorbestimmten Rate ist, Rekombinieren der codierten Sequenz und Anwenden der Vorwärtsfehlerkorrekturdecodierung auf die codierte Sequenz nach der Übertragung.
Vorzugsweise umfaßt das Verfahren ferner den Schritt des Anwendens eines Fehlererfassungs-Overheads auf die Informationssequenz vor der Übertragung der Informationssequenz.
Die Erfindung wird nun weiter beispielhaft lediglich mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
1 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Wahrscheinlichkeit eines fehlerbehafteten Blocks Q in einer codierten Sequenz nach der Übertragung in einem erfindungsgemäßen Übertragungssystem zeigt, wobei angenommen wird, dass der Signalteil S des Codeworts auf einem Kanal mit roher ber gleich qs und der Overhead-Teil O über einen anderen Kanal mit roher ber gleich qo übertragen wird. Die graphische Darstellung, die auf einem vereinfachten Beispiel basiert, zeigt Q als eine Funktion von qo, wobei qs konstant auf 10^–6 gehalten wird. Kurven werden für drei Fälle gezeigt: Optimierung für qo < qs, Optimierung für qo > qs und eine ausgeglichene Situation, die zu erwarten ist, wenn kein Versuch durchgeführt wird, um den Decodieralgorithmus zu optimieren;
2 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen Q und qo zeigt, wenn qs/qo gleich 0,0001 ist;
3 eine schematische Darstellung eines bekannten Übertragungssystems, das eine bekannte Vorwärtsfehlerkorrektur beinhaltet;
4a und 4b schematische allgemeine Darstellungen eines erfindungsgemäßen Übertragungssystems, die die Sender und Empfänger zeigen;
5 eine schematische detaillierte Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Übertragungssystems;
6 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Übertragungssystems;
7a und 7b schematische Darstellungen eines Senders und eines Empfängers, die jeweils Teil eines Übertragungssystems gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bilden; und
8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Übertragungssystems.
In 1 und 2 wird die Leistung eines erfindungsgemäßen Übertragungssystems mit der eines bekannten Übertragungssystems verglichen.
Um die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen, wurde ein einfacher Code, ein „Hamming plus ein Paritätsbit-Code", verwendet. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass weit komplexere Codes bei der Erfindung verwendet werden.
Eine Informationssequenz von k Bits kann in ein Codewort von N (> k) Bits codiert werden. Obwohl dies einem Overhead von N-k Bits gleich kommt, ist es nicht notwendigerweise der Fall, wobei das Codewort die folgende Form annehmen kann: k Bitpositionen, die immer die ursprüngliche Informationssequenz reproduzieren, plus N-k Bitpositionen, die die Overheads darstellen.
Viele Codes weisen jedoch nicht diese Eigenschaft auf – d.h. die Informationssequenz erscheint als Teil des Codewortes unverändert – und von derartigen Codes sagt man, dass sie eine systematische Struktur aufweisen. Hamming-Codes so wie auch BCH und die meisten anderen Blockcodes weisen dieses auf.
Bei der veranschaulichten Ausführungsform weist der Code die Eigenschaft auf, einen Fehler überall in dem Codewort zu tolerieren, plus den zusätzlichen Schutz, das ein Paar von Fehlern toleriert werden kann, solange wie beide in einer vorbestimmten Hälfte des Codes auftreten. Dies weist eine systematische Struktur auf, wobei die ersten vier Bitpositionen die ursprüngliche (n) Informationssequenz (en) transportieren.
Die Informationssequenz S wird auf einem Kanal mit der Bit-Fehlerwahrscheinlichkeit qs gesendet. Die anderen vier Bits, der Overhead, werden auf einem anderen Kanal mit der Bit-Fehlerwahrscheinlichkeit qo gesendet. Eine andere Aufteilung könnte jedoch ebenfalls verwendet werden.
Es sei zuerst eine beliebige S und ihr Codewort CW betrachtet. Indem jede der acht Einzelfehlerversionen dieses CW betrachtet werden und sie als CW codiert werden, ist ersichtlich, dass es keine Überlappung gibt.
Dies arbeitet nicht immer für zwei Fehler; es sei angenommen, dass 1100 0000 empfangen wird:
Dies könnte das erste CW auf der Liste mit zwei Fehlern 0000 0000 gewesen sein, die in 1100 000 mit Fehlern in den ersten beiden Buchstaben übergehen, oder es könnte das zweite CW auf der Liste mit zwei Fehlern 1101 0001 mit Fehlern in den dritten und achten Buchstaben gewesen sein.
Wir könnten jedoch jedes CW nehmen und jede Einzelfehlerversion der ursprünglichen 5 zuweisen. Außerdem könnten wir jedes CW nehmen und alle sechs benachbarten Versionen betrachten, die zwei Fehler in dem O-Teil und keinen in dem S-Teil des Codeworts aufweisen. Jede von diesen ist ebenfalls der ursprünglichen S zugewiesen.
Mit diesem Schema können wir die Anzahl von CWs, die jeder S zugewiesen sind, wie folgt berechnen: 1 (für 0 Fehler) plus 8 (für 1 Fehler) plus 6 (für 2 Fehler im O-Teil), insgesamt 15.
Nun können die vier Overhead-Bits 16 transportieren, womit es im Prinzip möglich ist, 15 Codewörter für jedes übertragene CW zuzuweisen, und (für das gegebene Beispiel) ist es in der Praxis möglich. Das Ändern beliebiger 2 Bits eines Beliebigen CW wird immer den S-Teil um mindestens 2 Bit ändern, und daher arbeitet die Codierung für beliebige S und CW.
Das obige Schema, das fehlertoleranter für den O-Teil des CW als den S-Teil ist, würde vorteilhaft sein, wenn bekannt ist, dass qo > qs ist. Umgekehrt ist es besser, wenn qo < qs ist, den S-Teil des CW zu wählen, um gegen Paare von Fehlern tolerant zu sein.
Die Wahrscheinlichkeit P eines fehlerfreien Blocks kann berechnet werden. Im Prinzip betrachten wir 2⁸ = 256 der möglichen Codewörter, die für ein gesendetes gegebenes Codewort empfangen werden könnten. Jedes weist seine eigene Wahrscheinlichkeit des Auftretens auf, z.B. pppq pqpp für 1110 1011, vorausgesetzt, dass 1111 1111 gesendet wurde, wobei q die Bitfehlerwahrscheinlichkeit und p = 1-q ist. Alle Wörter, die einem fehlerfreien decodierten Wort entsprechen, werden aufgelistet. Dann werden, da sie sich gegenseitig ausschließen, ihre Wahrscheinlichkeiten summiert, um die Gesamtwahrscheinlichkeit eines fehlerfreien Worts zu ergeben. Die resultierende Summe ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Informationswort in das Ursprüngliche zurückcodiert wurde, d.h. dass es keinen gelieferten Fehler gibt. Das Inverse Q = 1-P, d.h. die Wahrscheinlichkeit für mindestens einen Fehler, ist relevanter.
Im Folgenden verwenden wir qo = Bit-Fehlerwahrscheinlichkeit in dem O-Teil des CW, qs = Bit-Fehlerwahrscheinlichkeit im S-Teil, wobei po = 1-qo und ps = 1-qs ist. Dann ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein gegebenes Informationswort korrekt decodiert wird, die Summe von:

1. der Wahrscheinlichkeit, dass das CW fehlerfrei empfangen wird, d.h. ps⁴·po⁴
2. der Wahrscheinlichkeit, dass das CW mit einem Fehler in S und keinem Fehler in O empfangen wird, d.h. 4·ps³·qs·po⁴
3. der Wahrscheinlichkeit, dass das CW mit einem Fehler in O und keinem in 5 empfangen wird, d.h. 4·ps⁴·po³·qo
4. der Wahrscheinlichkeit, dass das CW mit zwei Fehlern in O und keinem in S empfangen wird, d.h. 6·ps⁴·po²·qo²

Das obige nimmt an, dass der Algorithmus toleranter gegen 0 ist: er würde vorteilhaft verwendet werden, wenn es einen vorhergehenden Nachweis geben würde, dass qo > qs ist.
Wenn die obigen Summe erfasst wird, erhalten wir: P = ps4·po4 + 4·ps3qs·po4 + 4·ps4·po3·qo + 6·ps4·po2·qo2
Diese Formel ist die Grundlage der Kurven in 1 und 2, die qo > qs entsprechen. Hier wird Q = 1-P als eine Funktion von qo und qs aufgetragen. Während diese Figuren den Vorteil der veranschaulichenden Ausführungsform zeigen, bietet eine ungefähre Form der obigen Formel die Erkenntnis eines alternativen Gesichtspunkts.
Es sei angenommen, dass qs << 1 und qo << 1 ist, und expandiert als eine Reihe erhalten wir P = 1 – 6qs² – 16qo·qs + Glieder 3. und höherer Ordnung.
Somit Q = 6·qs2 + 16·qo·qs + ...
Wenn es nicht für den zusätzlichen Schutz gewesen wäre, der durch Korrigieren auf Paare von Fehlern in dem O-Teil des CW erhalten wurde, würden wir ein zusätzliches Glied (6 qo²) an dieser Summe für Q haben. Für die Situation, bei der qo > qs ist, sehen wir unter Berücksichtigung, dass eine Differenz von mehreren Größenordnungen ziemlich wahrscheinlich ist, dass das dominante Glied durch diesen zusätzlichen Schutz entfernt wurde.
Der springende Punkt ist, dass der zusätzliche Schutz nur wirksam ist, wenn er adaptiv auf die Bits in dem Kanal angelegt wird, von dem bekannt ist, dass er die höhere Fehlerrate hat.
In Abwesenheit des adaptiven Schutzes würde sich der schlimmste Fall aus dem Zuteilen der Ressourcen auf das Korrigieren von Paaren von Fehlern, wo sie am wenigsten benötigt werden, in dem S-Teil des CW ergeben. In diesem Fall würden wir Q = 6·qo² + 16qs·qo (durch Austauschen von qo und qs) erhalten.
Es gibt einen dazwischenliegenden Fall, bei dem der zusätzliche Schutz vier Bits gegeben wird, die die beiden Kanäle überspannen, und in diesem Fall ist die resultierende Formel Q = 5·qs² + 12gs·qo + 5·qo². Dies könnte eine typische Situation sein, wenn kein Versuch durchgeführt würde, den Decodieralgorithmus zu optimieren, und es ist ersichtlich, dass diese "Tue-nichts"-Situation wenig besser als der schlimmste Fall ist. Mit anderen Worten wird zwischen zwei Kanälen gemeinsam benutzte codierte Information dazu neigen, dafür zu sorgen, dass die gelieferte Fehlerrate dem schlechteren Kanal entspricht, es sei denn, dass besondere Maßnahmen getroffen werden.
Für komplexere Codes gibt es keine Einschränkung auf eine einzelne Wahl wie bei dem obigen Beispiel. Beispielsweise könnten 10 Fehler in einem und 4 in einem anderen korrigiert werden, oder die erste Anzahl könnte auf Kosten der zweiten erhöht werden, wenn die Disparität zwischen Kanälen größer wird.
In auf 3 wird ein bekanntes Übertragungssystem gezeigt und allgemein durch die Bezugsziffer 10 gekennzeichnet. Das Übertragungssystem 10 ist ein optisches System, das beispielsweise zur Verwendung bei Unterwasser-Systemen oder terrestrischen transkontinentalen Systemen geeignet ist. Das Übertragungssystem 10 beinhaltet den Standard-FEC-Codierer 20 und -Decodierer 24. Das System umfaßt ebenfalls einen Sender 21 und einen Empfänger 22, die geeignet sind, Daten mit 12,25 Gb/s zu senden und zu empfangen. Bei den in 3 gezeigten Systemen wird eine codierte Sequenz über einen einzelnen Kanal übertragen.
In 4a und 4b wird ein erfindungsgemäßes Übertragungssystem im allgemeinen durch die Bezugsziffer 200 gekennzeichnet. Der Entserialisierer 210 leitet einen Abschnitt einer codierten Sequenz zu einem Sender 220 und einen zweiten Abschnitt der codierten Sequenz zu einem zweiten Sender 230. Dies bedeutet, dass beide Sender 220, 230 mit einer niedrigeren Datenrate arbeiten, als es der Fall sein würde, wenn ein einzelner Sender die gesamte codierte Sequenz übertragen würde.
Das System umfaßt ferner zwei Empfänger 240 bzw. 250. Ein Empfängerausgang ist mit dem anderen verschachtelt, um den ursprünglichen Datenstrom zu rekonstruieren.
Ein 50%iger Arbeitszyklus wird auf den Entserialisierer 210 angewendet, um zwei getrennte 5 Gb/s zu entschachteln und zu übertragen, wobei beispielsweise 10 Gb/s von Daten transportiert werden. Dies würde dann automatisch 3 dB einer optischen Rauschabstandverstärkung (OSNR = optical Signal to noise ratio) für jeden der Empfänger 240, 250 ergeben, da sie mit der Hälfte der Rate betrieben werden, die sie aufweisen würden, wenn die codierte Sequenz nicht zwischen zwei Strömen aufgeteilt wäre. Außerdem wird es weniger Leitungsübertragungsmehraufwand verglichen mit herkömmlichen Übertragungssystemen geben, da lediglich 5 Gb/s von Daten je Sender/Empfänger anstatt von 10 Gb/s übertragen werden.
Dies bedeutet, dass der FEC-Overhead erhöht werden kann, während immer noch gewährleistet wird, dass die Gesamtübertragungsrate geringer als 10 Gb/s ist. Dies ergibt einen weiteren FEC-Vorteil ohne eine Notwendigkeit, Leitungsraten wie 12,25 Gb/s oder größer zu übernehmen.
In 5 umfaßt eine Ausführungsform der Erfindung ein Übertragungssystem 30. Das Übertragungssystem 30 umfaßt einen FEC-Codierer 36 und einen Partitionierer 31 in der Form eines Entserialisierers. Der Codierer 36 codiert die Daten, um eine codierte Informationssequenz zu bilden. Die Sequenz wird dann durch den Entserialisierer 31 in Sequenzabschnitte aufgeteilt. Sender 33, 38 übertragen die Sequenzabschnitte.
Der erste Sequenzabschnitt wird durch den Sender 31 über die Faser 34, die Systemfaser, zu einem Empfänger 35 übertragen.
Der zweite Sequenzabschnitt wird durch den Sender 38 über eine Faser 39 an einen Empfänger 40 übertragen. Die Sequenzabschnitte werden dann durch den Serialisierer 100 rekombiniert, bevor sie durch den FEC-Decodierer 41 decodiert werden.
In 6 umfaßt eine zweite Ausführungsform der Erfindung ein Übertragungssystem 50. Teilen des Übertragungssystems 50, die Teilen des Übertragungssystems 30 entsprechen, wurden entsprechende Bezugsziffern zum einfacheren Verständnis gegeben. Das Übertragungssystem 50 umfaßt einen Wellenlängenmultiplexer 51, der die Sequenzabschnitte multiplext, die bei unterschiedlichen Wellenlängen übertragen werden. Dies ermöglicht, dass beide Abschnitte entlang einer einzigen optischen Faser 52 übertragen werden können, da die beiden bei unterschiedlichen Wellenlängen übertragen werden.
Das System umfaßt ferner einen Wellenlängendemultiplexer 53, der die Abschnitte demultiplext, wobei ein Abschnitt zu dem Empfänger 40 und der andere Abschnitt zu dem Empfänger 35 übertragen wird. Die beiden Signale werden dann durch den Serialisierer 100 rekombiniert und dann durch den FEC-Decodierer 41 decodiert.
In 7a und 7b wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Teilen des Systems, die den Systemen von entweder 4 oder 5 entsprechen, wurden entsprechende Bezugsziffern zum leichteren Verständnis gegeben.
In 8 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung in der Form eines Übertragungssystems 70 in der Form eines Wellenlängenteilungsmultiplexsystems. Teilen des Übertragungssystems 70, die Teilen in den Übertragungssystemen 30 und 50 entsprechen, wurden entsprechende Bezugsziffern zum leichteren Verständnis gegeben.
Daten werden in das System mit einer Rate von 9,5 Gb/s eingegeben. Die Daten werden durch den FEC-Codierer 20 decodiert und dann in zwei Sequenzabschnitte aufgeteilt.
Die beiden Abschnitte werden zu dem Quadraturphasenumtastungssender 71 in der Form eines Q-Kanals geleitet.
Die Sequenzabschnitte werden über eine Systemfaser 32 zu einem QPSK-Empfänger 72 übertragen. Das Signal ist in der Form von zwei Phasen, einem I-Kanal (In-Phase-Channel) und einem Q-Kanal (Quadrature-Phase-Channel). Sowohl der I-Kanal als auch der Q-Kanal werden dem FEC-Decodierer 41 zugeführt, damit decodierte Daten aus dem System austreten.

Claims

Codiersystem zum Codieren eines digitalen Signals mit einer Informationssequenz, wobei das Codiersystem umfaßt: einen FEC-Codierer (36) zum Codieren der Informationssequenz in eine codierte Sequenz, die die Informationssequenz und eine FEC-Codierung umfaßt; einen Partitionierer (31) zum Partitionieren der codierten Sequenz in eine Mehrzahl von Sequenzabschnitten, so dass jeder Sequenzabschnitt auf einem unterschiedlichen Kanal übertragen werden kann; und dadurch gekennzeichnet, dass die Sequenzabschnitte mit einer Rate übertragen werden, die niedriger als und nicht gleich der vorbestimmten Rate ist.
Übertragungssystem zum Übertragen von Daten in der Form eines digitalen Signals mit einer Informationssequenz, wobei die Daten mit einer vorbestimmten Rate übertragen werden, wobei das System ein Codiersystem zum Codieren des digitalen Signals gemäß Anspruch 1 umfaßt.
Übertragungssystem gemäß Anspruch 2, bei dem der Partitionierer (31) zum Partitionieren der codierten Sequenz zwischen zwei Kanälen dient, so dass ein Teil der codierten Sequenz identisch mit der Informationssequenz und der andere Teil äquivalent mit dem Codierzusatz ist.
Übertragungssystem gemäß einem der Ansprüche 2 und 3, ferner mit einem Decodierer (41) zum Decodieren der codierten Sequenz nach der Übertragung.
Übertragungssystem gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, ferner mit einem Rekombinierer (100) zum Rekombinieren der codierten Sequenz nach der Übertragung.
Übertragungssystem gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem der Partitionierer (31) eine QPSK-Modulation (Quadrature Phase Shift Keying Modulation) umfaßt.
Übertragungssystem gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem der Partitionierer (31) einen gephasten Modulator umfaßt.
Übertragungssystem gemäß Anspruch 7, bei dem der Kombinierer (100) einen Phasenmodulator umfaßt.
Übertragungssystem gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem der Partitionierer (31) einen Wellenlängenmultiplexer umfaßt.
Übertragungssystem gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, das mindestens einen Wellenleiter (52) umfasst.
Übertragungssystem gemäß Anspruch 10, bei dem der mindestens eine Wellenleiter ein optischer Wellenleiter ist.
Übertragungssystem gemäß Anspruch 11, bei dem der Partitionierer (31) einen Koppler umfaßt, der einen ersten Wellenleiter mit einem zweiten Wellenleiter verbindet.
Verfahren zum Übertragen von Daten in der Form eines digitalen Signals mit einer Informationssequenz, wobei die Daten mit einer vorbestimmten Rate übertragen werden, wobei das Verfahren umfaßt: Anwenden eines Vorwärtsfehlerkorrekturcodes auf die Informationssequenz, um die Informationssequenz in eine codierte Sequenz zu transformieren, die die Informationssequenz und einen Codierzusatz umfaßt, Partitionieren der codierten Sequenz in eine Mehrzahl von Sequenzabschnitten, und gekennzeichnet ist durch Übertragen der codierten Sequenz über eine Mehrzahl von Kanälen, so dass die Sequenzabschnitte mit einer Rate übertragen werden, die niedriger als und nicht gleich der vorbestimmten Rate ist, Rekombinieren der codierten Sequenz und Anwenden der Vorwärtsfehlerkorrekturdecodierung auf die codierte Sequenz nach der Übertragung.
Verfahren gemäß Anspruch 13, ferner mit einem Schritt eines Anbringens eines Fehlererfassungszusatzes an die Informationssequenz vor der Übertragung der Informationssequenz.