用于检测数字传输系统的DQPSK符号序列中的奇偶校验错误的方法和设备

技术领域

本发明涉及DQPSK(差分正交相移键控)通信系统中的错误检测。

背景技术

对于数字传输系统，尤其是光学传输系统，传输会对噪声敏感。使用差分解码来减 少由相位滑动引起的差错突发。软差分(SD)解码表现出对非线性相位噪声的良好容限。 然而，差分解码在发射装置与接收装置之间的B2B(背靠背)传输中会引起误码率(BER) 损耗。在软差分解码的情况下，在做出决策之前将两个连续值相乘。因此，总噪声功率 加倍，其转变为(光学)信噪比降级。为了减少差分解码损耗，有多种已知的方法用于 符号相位估计(MSPE)。然而，这些方法的实施方案较复杂。或者，非冗余错误校正(NEC) 是用来减少差分损耗的经典方案。然而，非冗余错误校正可能带来不良的性能。

差分解码与普通的M-PSK相比大约使错误率加倍，但这可以通过仅对信噪比E_b/N₀的少量增加来克服。由于在通信系统中的发射器与接收器之间将存在物理信道，因此， 此信道将大体上对PSK信号引入未知的相移。在这些情况下，差分方案可产生比依赖于 精确相位信息的普通方案更好的错误率。对于已经过差分编码的信号，存在替代的解调 方法。将两个连续接收符号之间的相位进行比较且用来检测发射的数据，而不是像通常 那样进行解调并忽略载波相位模糊性。当以此方式使用差分编码时，将方案称为差分相 移键控(DPSK)或差分正交相移键控(DQPSK)。

发明内容

本发明的目的是提供一种有效的思路用于减轻差分解码损耗，具备高性能和低复杂 性。

此目的通过独权的特征来实现。从从权、描述内容和附图中了解另外的实施方式。

本发明是基于以下发现：用于减轻差分解码损耗的有效方法可能需要通过两级奇偶 校验检验程序来完成。在第一级中，基于两个连续经解调符号的相位差来产生奇偶校验。 在第二级中，基于在第一级中产生的奇偶校验来产生另一奇偶校验，即所谓的超奇偶校 验。因此，不仅可检测且校正解调错误，而且可检测和校正奇偶校验错误。

根据第一方面，本发明涉及一种用于检测数字传输系统的DQPSK符号序列中的奇 偶校验错误的方法。所述方法包括：确定第一经解调符号r₁作为第一DQPSK符号x(n-2) 与第二DQPSK符号x(n-1)之间的奇偶校验；确定第二经解调符号r₂作为第二DQPSK符 号x(n-1)与第三DQPSK符号x(n)之间的奇偶校验，其中所述第一DQPSK符号x(n-2)、 所述第二DQPSK符号x(n-1)和所述第三DQPSK符号x(n)是所述DQPSK符号序列中相 邻的符号；确定第一奇偶校验符号p₁作为第四DQPSK符号x(n-k)与所述第三DQPSK 符号x(n)之间的奇偶校验；确定第二奇偶校验符号p₂作为第五DQPSK符号x(n-k-m)与 所述第四DQPSK符号x(n-k)之间的奇偶校验，其中所述第三DQPSK符号x(n)、所述第 四DQPSK符号x(n-k)和所述第五DQPSK符号x(n-k-m)是所述DQPSK符号序列中不同 的且不相邻的符号；确定超奇偶校验符号q₁作为所述第五DQPSK符号x(n-k-m)与所述 第三DQPSK符号x(n)之间的奇偶校验；以及通过将所述第一奇偶校验符号p₁和所述第 二奇偶校验符号p₂的组合与所述超奇偶校验符号q₁进行比较来检测所述DQPSK符号序 列中的奇偶校验错误，其中两个DQPSK符号之间的奇偶校验描述所述两个DQPSK符 号之间的相位差。

在差分编码QPSK(DQPSK)中，相移是0°、90°、180°、-90°，对应于数据符号“00”、 “01”、“11”、“10”。因此，接收的符号可经解调到群集中的M个点中的一点，且 比较器随后计算此接收的信号与前一接收的信号之间的相位差。所述差将数据编码。

对经编码信息位应用解调、检测符号且执行解码也称为“硬差分”(HD)解码， 因为解码操作采用类似于符号或位的硬决策信息。信号的解调也可通过“软差分”(SD) 解码来执行，其采用软决策值来在一个步骤中对信号进行解调且对信号进行解码。随后 检测符号和位。因此，方法可例如基于在SD解码之后检测到的符号来执行奇偶校验检 查。

根据第一方面，定义奇偶校验，其描述两个DQPSK符号之间的相位差。在不失一 般性的情况下，下文给出两个DQPSK符号之间的相位差的简短定义。将第k个时隙中 的接收符号称为r_k，且使其具有相位φ_k。不失一般性地假定载波的相位为零。将额外的 高斯白噪声(AWGN)项表示为n_k。则

$r_k=\sqrt{E_s}{e}^{{\mathrm{j\phi }}_k}+n_k.$

用于第k-1个符号和第k个符号的决策变量是r_k与r_k-1之间的相位差。也就是说， 如果r_k投影到r_k-1上，那么对所得复数的相位做出决策：

$r_k{r}_{k-1}^{*}=E_s{e}^{j({\theta }_k-{\theta }_{k-1})}+\sqrt{E_s}{e}^{{\mathrm{j\theta }}_k}{n}_{k-1}^{*}+\sqrt{E_s}{e}^{-j{\theta }_{k-1}}{n}_k+n_k{n}_{k-1}$

其中上标*表示复共轭。在噪声存在的情况下，此相位是θ_k-θ_k-1，两个接收信号之 间分别的相移或相位差，其可用以确定所传输的数据。

使用DQPSK不需要可能复杂的载波恢复方案来提供准确的相位估计，并用作对普 通PSK的有吸引力的替代方案。此方法消除了恒定或缓慢时变的载波相位偏移，且载波 频率偏移转变为恒定相位偏移，使得可仅以很小的损耗来容许较慢的载波频率偏移。因 此，在SD解码之前的载波频率同步可以执行，但不是必要的。

在光学通信系统中，可部署DQPSK符号，因为可以差分方式将数据调制到激光的 相位上。调制可由发射连续波的激光器和接收电二进制数据的Mach-Zehnder调制器来 执行。对于BPSK的情况，激光器发射针对二进制“1”不变的字段，且针对“0”以相 反极性发射。在接收器中，通过intradyne相干检测将信号从传输激光器的载波波长向下 转换到基带中。以90°混合将本机激光(LO)与接收的信号混合，其中LO和接收的信 号的载波波长类似但不相同。通常，可能存在高达3GHz的LO频率偏移。此intradyne 相干接收器需要数字解调来同步载波相位和载波频率，因为控制LO载波相位和频率的 锁相回路不适用于现有技术。90°混合的输出提供基带信号的同相且正交分量(也称为 实部和虚部)，其转换为电信号。在模/数转换之后，获得光学基带信号的离散数字表示， 其可用于数字同步和均衡。而且，极化多样性intradyne相干检测是广泛应用的，其还将 光学信号的极化性质转移到数字域。

通常，将若干数字均衡和同步级应用于接收的信号，例如用来减轻极化效应的色散 补偿、时序恢复和自适应滤波器，例如用来执行时域均衡(TDEQ)的有限脉冲响应滤 波器(FIR)。在均衡之后，通常每极化可获得一个离散的复值信号，其分别称为x(n)和 y(n)。

最终，其余的载波频率和载波相位偏移，包含来自线性和非线性光学损害的所有种 类的相位噪声、激光线宽或激光相位噪声，均得以恢复。可在包含载波相位估计的载波 恢复级中执行此数字解调。事实上，SD解码也可作为低复杂性替代方案来执行，其需 要在发射器处对数据进行差分编码。

在C.R.S.Fludger、T.Duthel、D.van den Borne、C.Schulien、E.-D.Schmidt、T.Wuth、 J.Geyer、E.De Man、G.D.Khoe和H.de Waardt的“针对稳健100-GE传输的相干均衡 和POLMUX-RZ-DQPSK(Coherent equalisation and POLMUX-RZ-DQPSK for robust 100-GE transmission)”中揭示相干光学接收器，该文章发表于2008年1月的光波技术 期刊第26卷第1号中，以引用方式并入本文。

根据替代实施方式，使用差分编码二进制相移键控(DBPSK)符号来代替DQPSK 符号。在差分编码BPSK中，可通过将180°添加到当前相位来传输二进制“1”，且通 过将0°添加到当前相位来传输二进制“0”。

根据第一方面，定义奇偶校验错误和奇偶校验符号。奇偶校验位是增加的位，用以 确保一个位集中具有值1的位的数目为偶数或奇数。奇偶校验位用于实施错误检测码。 奇偶校验位存在两种变体：偶校验位和奇校验位。当使用偶校验时，如果不包含奇偶校 验位的给定位集中1的数目为奇数，那么奇偶校验位设定为1，使得包含奇偶校验位的 整个位集为偶数。当使用奇校验时，如果(不包含奇偶校验位的)给定位集中1的数目 为偶数，那么奇偶校验位设定为1，从而将(包含奇偶校验位的)整个位集保持为奇数。 换句话说，如果1的数目+1为偶数，那么偶校验位将设定为“1”，且如果1的数目+1 为奇数，那么奇校验位将设定为“1”。如果不正确地传输包含奇偶校验位的奇数个位， 那么奇偶校验位将不正确，且因此指示传输中发生的错误。此机制实现对单个位错误的 检测，因为如果由于线路噪声而使一个位反转，那么在接收的数据中将存在不正确数目 的1。

根据第一方面，将第一奇偶校验符号定义为两个不连续DQPSK符号x(n-k)与x(n) 之间的奇偶校验，其中不连续性要求k是范围[-1，0，1]之外的整数。根据第一方面，将 第二奇偶校验符号定义为两个不连续DQPSK符号x(n-k-m)与x(n-k)之间的奇偶校验， 其中不连续性要求m是范围[-1，0，1]之外的整数。

根据第一方面，将超奇偶校验符号定义为两个DQPSK符号x(n-k-m)与x(n)之间的 奇偶校验，其中第一DQPSK符号x(n-k-m)是已用于确定第一奇偶校验符号的符号且第 二DQPSK符号x(n)是已用于确定与第一奇偶校验符号不相邻的第二奇偶校验符号的符 号。根据一种实施方式，(k+m)是范围[-3，-2，-1，0，1，2，3]之外的整数。

根据第一方面，将第一解调符号定义为描述第一DQPSK符号x(n-2)与第二DQPSK 符号x(n-1)之间的相位差的奇偶校验，其中两个DQPSK符号是DQPSK符号序列中相邻 的符号。将第二经解调符号定义为第二DQPSK符号x(n-1)与第三DQPSK符号x(n)之间 的奇偶校验，其中两个DQPSK符号是DQPSK符号序列中相邻的符号。根据一种实施 方式，将第一奇偶校验符号定义为界定两个经解调符号的三个相邻DQPSK符号之间的 奇偶校验。根据一种实施方式，将超奇偶校验符号定义为界定两个不相邻奇偶校验符号 的五个相邻DQPSK符号之间的奇偶校验。

根据第一方面，定义数字传输系统。根据一种实施方式，数字传输系统是用于无线 网络中，尤其是GSM/UMTS/LTE蜂窝式网络和WLAN中的传输的系统。根据一种替代 实施方式，数字传输系统是用于以电路交换或包交换方式操作的有线网络中的传输的系 统。根据一种实施方式，数字传输系统是基于IP、基于ATM或基于TDM的。根据一 种实施方式，数字传输系统是XDSL网络。根据一种实施方式，数字传输系统是光学传 输系统。根据一种实施方式，数字传输系统是电传输系统。根据一种实施方式，数字传 输系统提供光学和电传输。

根据第一方面，容易计算DQPSK符号之间的相位差，使得方法提供低复杂性。通 过使用超奇偶校验符号，方法提供用以检测奇偶校验符号中的错误的机制，所述错误可 在DQPSK符号序列中的错误的检测起始之前进行校正。因此，本方法提供用于减轻差 分解码损耗的有效机制，其具备高性能和低复杂性。

根据第一方面的第一实施方式，通过应用于两个DQPSK符号中的第一者与所述两 个DQPSK符号中的第二者的复共轭的乘积的阈值决策来确定所述两个DQPSK符号之 间的奇偶校验。将两个DQPSK符号x(n)与x(k)之间的奇偶校验p_n，k定义为p_n，k＝HD(x(n) x*(k))，其中HD是用以获得用于检测x(n)x*(k)的相位的硬决策符号的阈值决策。对于 DPQKS，p_n，k可由二进制两位字00、01、10和11表示，其分别指代十进制值0、1、2 和3。

根据第一方面的第二实施方式，其中通过作为从两个不相邻DQPSK符号中的第一 者到所述两个不相邻DQPSK符号中的第二者的范围内的多个符号之间的奇偶校验的子 奇偶校验的总和来确定DQPSK符号序列的所述两个不相邻DQPSK符号之间的奇偶校 验。两个不相邻DQPSK符号是不相邻或不邻近的符号，也就是说，其它DQPSK符号 位于所述两个不相邻符号之间。根据第一方面的某种实施方式，两个不相邻DQPSK符 号x(n)和x(k)包含DQPSK符号序列x(a)，x(b)，...x(z)，其中n＜a＜b＜...＜z＜k。根据某种 实施方式，根据从两个不相邻DQPSK符号中的第一者x(n)到所述两个不相邻DQPSK 符号中的第二者x(k)的范围内的多个单独的符号形成子奇偶校验p_n，a＝x(n)x*(a)，p_a，b＝ x(a)x*(b)，p_b，c＝x(b)x*(c)，...，p_z，k＝x(z)x*(k)。然而，也可针对所有后续子奇偶校验形成 p_n，a＝HD(x(n)x*(a))。

两个不相邻DQPSK符号x(n)与x(k)之间的奇偶校验p_n，k可表达为个别子奇偶校验 的总和：p_n，k＝p_n，a+p_a，b+p_b，c+...+p_z，k。因此，可利用两个以上子奇偶校验来形成奇偶校 验。因此，可部署p_n，k来检查子奇偶校验的总和，其中每一子奇偶校验可通过对应的相 位差来形成。

根据一些实施方式，子奇偶校验的任一组合可用于执行奇偶校验。

根据某种实施方式，可将奇偶校验形成为子奇偶校验的总和，p_n，k＝p_n，a+p_a，k。根据 某种实施方式，将奇偶校验形成为p_n，k＝p_n，a+p_a，b+p_b，z。根据某种实施方式，将奇偶校验 形成为p_n，k＝p_n，b+p_b，y+p_y，k。将用于确定子奇偶校验的多个符号p_n，a，p_a，b，p_b，c，...，p_z，k中的 两者之间的步长确定为a-n、b-a、c-b、...和k-z。因此，可部署p_n，k以检查子奇偶校验 的总和，其中每一子奇偶校验可通过对应相位差来形成。

根据第一方面的第三实施方案，用于确定所述子奇偶校验的所述多个符号中的两者 之间的步长针对所述子奇偶校验中的至少两者有所不同。根据某种实施方式，奇偶校验 可表达为p_n，k＝p_n，a+p_a，k，其中多个符号x(n)与多个符号x(a)之间的步长是a-n，且多个符 号x(a)与多个符号x(k)之间的步长是k-a。根据第三实施方式，a-n不同于k-a。

根据第一方面的第四实施方式，其中用于确定第四DQPSK符号x(n-k)与第三 DQPSK符号x(n)之间的奇偶校验的子奇偶校验的数目等于用于确定第五DQPSK符号 x(n-k-m)与第四DQPSK符号x(n-k)之间的奇偶校验的子奇偶校验的数目。

x(n-k)与x(n)之间的奇偶校验可例如通过三个子奇偶校验p_n-k，a、p_a，b和p_b，n形成为 p_n-k，n＝p_n-k，a+p_a，b+p_b，n，且x(n-k-m)与x(n-k)之间的奇偶校验通过三个子奇偶校验p_n-k-m，c、 p_c，d和p_d，n-k形成为p_n-k-m，n-k＝p_n-k-m，c+p_c，d+p_d，n-k。在此实施方式中，用于形成这两个奇偶 校验的子奇偶校验的数目是相等的。

根据第一方面的第五实施方式，用于确定所述第五DQPSK符号x(n-k-m)与所述第 三DQPSK符号x(n)之间的奇偶校验的子奇偶校验的数目是用于确定所述第四DQPSK 符号x(n-k)与所述第三DQPSK符号x(n)之间的奇偶校验的子奇偶校验的数目的整数倍。

x(n-k)与x(n)之间的奇偶校验可例如通过两个子奇偶校验p_n-k，a和p_a，n形成为p_n-k，n＝ p_n-k，a+p_a，n，且x(n-k-m)与x(n)之间的奇偶校验通过四个子奇偶校验p_n-k-m，b、p_b，c、p_c，d和 p_d，n形成为p_n-k-m，n＝p_n-k-m，b+p_b，c+p_c，d+p_d，n。在此实施方式中，用于形成x(n-k-m)与x(n) 之间的奇偶校验的子奇偶校验的数目是用于形成x(n-k)与x(n)之间的奇偶校验的子奇偶 校验的数目的整数倍。

DQPSK符号序列中从第四DQPSK符号x(n-k)到第三DQPSK符号x(n)的符号的数 目k可例如等于DQPSK符号序列中从第五DQPSK符号x(n-k-m)到第四DQPSK符号 x(n-k)的符号的数目m。在相同数目的DQPSK符号上计算奇偶校验符号。根据第一方面 的另一实施方式，在不同数目的DQPSK符号上计算奇偶校验符号。

DQPSK符号序列中从第五DQPSK符号x(n-k-m)到第三DQPSK符号x(n)的符号的 数目m+k可例如为DQPSK符号序列中从第四DQPSK符号x(n-k)到第三DQPSK符号 x(n)的符号的数目k的倍数。在不同数目的DQPSK符号上计算奇偶校验符号，其中 DQPSK符号序列的第一区段包括参考DQPSK符号序列的第二区段的符号数目的倍数。

变量k例如等于2，且m等于2。在不相邻DQPSK符号上计算奇偶校验符号，不 相邻DQPSK符号与所述不相邻DQPSK符号之间的其它DQPSK符号相邻。

根据第一方面的第六实施方式，第一校验子s₁，所述第一校验子s₁是所述第一奇偶 校验符号p₁、所述第二奇偶校验符号p₂和所述超奇偶校验符号q₁的函数，其中如果所 述第一校验子s₁不等于零，则检测到奇偶校验错误。根据某种实施方式，将第一校验子 s₁确定为第一奇偶校验符号p₁与第二奇偶校验符号p₂的总和减去第一超奇偶校验符号 q₁的模4运算：

s₁＝p₁+p₂-q₁mod 4。

如果校验子不是0，那么检测到奇偶校验错误。

根据第一方面的第七实施方式，第二校验子s₂，所述第二校验子s₂是所述第二奇偶 校验符号p₁、第三奇偶校验符号p₂和第二超奇偶校验符号q₁的函数，其中如果所述第 二校验子s₂不等于零，则检测到奇偶校验错误；且通过使用第一校验子s₁和第二校验子 s₂来校正奇偶校验错误。根据某种实施方式，将第二校验子s₂确定为第二奇偶校验p₂与第三奇偶校验符号p₃的总和减去第二超奇偶校验符号q₂的模4运算：

s₂＝p₂+p₃-q₂mod 4。

如果校验子不是0，那么检测到错误。

根据第一方面的第八实施方式，通过非冗余错误校正来校正奇偶校验错误。

可例如将第一校验子s₁确定为第一奇偶校验符号p₁与第二奇偶校验符号p₂的总和 减去第一超奇偶校验符号q₁的模4运算：

s₁＝p₁+p₂-q₁mod 4。

且将第二校验子s₂确定为第二奇偶校验p₂与第三奇偶校验符号p₃的总和减去第二 超奇偶校验符号q₂的模4运算：

s₂＝p₂+p₃-q₂mod 4。

对于单个错误，两个连续校验子s₁和s₂具有相同值，因为p₂在s₁和s₂两者中发生。 因此，如果s₁＝s₂0，那么错误已在p₂中发生，且可被校正。

在以引用方式并入本文的第3,529,290号美国专利和2008年IEEE光子技术学报第 20卷第24号第2090-2092页的K.Piyawanno、M.Kuschnerov、F.N.Hauske等人的“用 于WDM DP-QPSK传输的基于相关的载波相位估计(Correlation-Based Carrier Phase  Estimation for WDM DP-QPSK Transmission)”中，相对于采用相邻DPSK符号的相位 差对符号错误的错误校正而描述了非冗余错误校正。根据第一方面的第七实施方式，将 非冗余错误校正应用于采用不相邻DQPSK符号的相位差对奇偶校验错误的错误校正。

根据第一方面的第九实施方式，方法进一步包括通过将所述第一经解调符号r₁和所 述第二经解调符号r₂的组合与所述第一奇偶校验符号p₁进行比较来检测其中已校正所 述奇偶校验错误的所述DQPSK符号序列中解调错误。解调错误描述DQPSK符号序列 中的错误。

根据第一方面的第十实施方式，方法进一步包括确定第二超奇偶校验符号q₂作为第 六DQPSK符号x(n-k-m-q)与所述第五DQPSK符号x(n-k-m)之间的奇偶校验；确定超奇 偶校验符号v₁作为所述第六DQPSK符号x(n-k-m-q)与所述第三DQPSK符号x(n)之间 的奇偶校验；以及通过将所述超奇偶校验符号q₁和所述第二超奇偶校验符号q₂的组合 与所述超奇偶校验符号v₁进行比较来检测所述DQPSK符号序列中的超奇偶校验错误。 超奇偶校验符号用以检测超奇偶校验符号中的超奇偶校验错误。将在确定奇偶校验符号 之前校正此超奇偶校验错误，以便具有不含错误的奇偶校验符号。此外，使用超奇偶校 验符号来检测奇偶校验符号中的奇偶校验错误。将在确定经解调符号之前校正此奇偶校 验错误，以便具有不含错误的经解调符号。

根据第一方面的第十一实施方式，首先通过非冗余错误校正来校正所述超奇偶校验 错误，随后通过非冗余错误校正来校正所述奇偶校验错误，且最后通过非冗余错误校正 来校正所述解调错误。

根据第二方面，本发明涉及一种用于检测数字传输系统的DQPSK符号序列中的奇 偶校验错误的设备，其包括：确定单元，用于确定第一经解调符号r₁作为第一DQPSK 符号x(n-2)与第二DQPSK符号x(n-1)之间的奇偶校验，用于确定第二经解调符号r₂作 为第二DQPSK符号x(n-1)与第三DQPSK符号x(n)之间的奇偶校验，其中所述第一 DQPSK符号x(n-2)、所述第二DQPSK符号x(n-1)和所述第三DQPSK符号x(n)是所述 DQPSK符号序列中相邻的符号；其中所述确定单元进一步用于确定第一奇偶校验符号 p₁作为第四DQPSK符号x(n-k)与所述第三DQPSK符号x(n)之间的奇偶校验，用于确定 第二奇偶校验符号p₂作为第五DQPSK符号x(n-k-m)与所述第四DQPSK符号x(n-k)之 间的奇偶校验，其中所述第三DQPSK符号x(n)、所述第四DQPSK符号x(n-k)和所述第 五DQPSK符号x(n-k-m)是所述DQPSK符号序列中不同的且不相邻的符号；且用于确定 超奇偶校验符号q₁作为所述第五DQPSK符号x(n-k-m)与所述第三DQPSK符号x(n)之 间的奇偶校验；以及检测单元，用于通过将所述第一奇偶校验符号p₁和所述第二奇偶校 验符号p₂的组合与所述超奇偶校验符号q₁进行比较来检测所述DQPSK符号序列中的奇 偶校验错误，其中两个DQPSK符号之间的奇偶校验描述所述两个DQPSK符号之间的 相位差。

根据第二方面的第一实施方式，设备进一步包括校正单元，用于通过非冗余错误校 正来校正所述DQPSK符号序列中的所述奇偶校验错误。

根据第二方面的第二实施方式，所述检测单元用于通过将所述第一经解调符号r₁和 所述第二经解调符号r₂的组合与所述第一奇偶校验符号p₁进行比较来检测所述DQPSK 符号序列中的解调错误。所述校正单元用于通过非冗余错误校正来校正所述解调错误。

根据第二方面的第四实施方式，提供用于具有软差分解码的数字(光学)传输系统 的错误检测和校正的设备，其包括：根据不邻近的符号计算奇偶校验且检测错误的符号 型式，组合不邻近和邻近符号的奇偶校验以检测错误的符号型式且校正错误的决策，从 而将关于错误符号的软信息提供到前向错误校正(FEC)且在增强型方案与现有技术方 案之间切换。

对于低成本相干检测接收器，例如相干单极化(SP)40G DQPSK接收器，根据第 二方面的实施方式，SD(软差分)解码能够取消载波恢复。这显著降低了DSP的复杂 性，因为门数目减少、功耗减少且等待时间减少。根据第二方面的实施方式，SD解码 与改进的NEC以及没有载波恢复的组合带来了低成本系统。计算出的奇偶校验检测特 定错误型式，且将其标记为错误的。根据第二方面的实施方式，通过非冗余错误校正来 校正这些错误型式中的一些但不一定是全部。根据第二方面的一些实施方式，将所述信 息提供到后续的前向错误校正单元(FEC)作为额外软信息以预确定错误的错误型式。 因此，非冗余错误校正(NEC)改善了前向错误校正(FEC)。根据第二方面的实施方式 的设备与任何现有的DSP结构都兼容。其以低复杂性提供对SD损耗的缓解。

附图说明

将相对于附图描述本发明的另外实施例，其中：

图1是根据一种实施方式的用于检测DQPSK符号序列中的奇偶校验错误的方法的 框图；

图2是根据一种实施方式的用于检测DQPSK符号序列中的奇偶校验错误的方法的 框图；

图3是根据一种实施方式的用于将DQPSK符号指派于解调符号和奇偶校验符号的 图；

图4是根据一种实施方式的用于实施将DQPSK符号指派于解调符号和奇偶校验符 号的装置的框图；

图5是根据一种实施方式的用于将DQPSK符号指派于解调符号、奇偶校验符号和 超奇偶校验符号的图；

图6是根据一种实施方式的用于检测DQPSK符号序列中的奇偶校验错误的设备的 框图；以及

图7是根据一种实施方式的用于检测DQPSK符号序列中的奇偶校验错误的方法的 性能图。

具体实施方式

图1是根据一种实施方式的用于检测DQPSK符号序列中的奇偶校验错误的方法的 框图。方法包括“确定r1作为x(n-2)与x(n-1)之间的奇偶校验”的第一步骤101和“确 定r2作为x(n-1)与x(n)之间的奇偶校验”的第二步骤102，其中x(n-2)、x(n-1)、x(n) 是DQPSK符号序列中相邻的符号。根据此实施方式，在步骤102之前执行步骤101。 根据另一实施方式，在步骤101之前执行步骤102。方法包括“确定p1作为x(n-k)与x(n) 之间的奇偶校验”的第三步骤103和“确定p2作为x(n-k-m)与x(n-k)之间的奇偶校验” 的第四步骤104，其中x(n)、x(n-k)、x(n-k-m)是DQPSK符号序列的不相邻符号。根据 此实施方式，在步骤104之前执行步骤103。根据另一实施方式，在步骤103之前执行 步骤104。根据此实施方式，在步骤103和104之前执行步骤101和102。根据另一实 施方式，在步骤101和102之前执行步骤103和104。方法包括“确定q1作为x(n-k-m) 与x(n)之间的奇偶校验”的第五步骤105和“通过将p1与p2的组合与q1进行比较来 检测奇偶校验错误”的第六步骤106。两个DQPSK符号之间的奇偶校验描述这两个 DQPSK符号之间的相位差。根据此实施方式，在步骤101到104之后执行步骤105。根 据另一实施方式，在步骤101到104之前或在步骤101到104之间执行步骤105。

图2是根据一种实施方式的用于检测DQPSK符号序列中的奇偶校验错误的方法的 框图。方法包括计算201经解调符号r(n)，“r(n-1)＝x(n-2)x*(n-1)；r(n)＝x(n-1)x*(n)； r(n+1)＝x(n)；x*(n+1)；r(n+2)＝x(n+1)x*(n+2)”，其中x(n-2)、x(n-1)、x(n)、x(n+1)、x(n+2)、 x(n+3)、x(n+4)是DQPSK符号序列中相邻的符号。方法包括计算202奇偶校验符号p(n)， “p(n)＝x(n-2)x*(n)；p(n+2)＝x(n)x*(n+2)；p(n+4)＝x(n+2)x*(n+4)”，其中x(n-2)、x(n)、 x(n+2)、x(n+4)是DQPSK符号序列的不相邻符号。方法包括计算203超奇偶校验符号 q(n)，“q(n)＝x(n-2)x*(n+2)；q(n+2)＝x(n)x*(n+4)”，计算204校验子s(n)、s(n+2)且 相对于奇偶校验错误执行错误校正，“s(n)＝p(n+2)+p(n)-q(n)mod 4；s(n+2)＝p(n+4)+ p(n+2)-q(n+2)mod 4；如果s(n)＝s(n+2)≠0--＞校正DQPSK符号中的奇偶校验错误”， 且计算205校验子s(n)和s(n+1)且相对于DQPSK符号执行错误校正，“s(n)＝r(n)+r(n-1) -p(n)mod 4；s(n+1)＝r(n+1)+r(n)-p(n+1)mod 4；if s(n)＝s(n+1)≠0--＞校正DQPSK符 号中的解调错误”。方法步骤的顺序并不固定于此实施方式的顺序。在其它实施方式中 使用不同的顺序。

图3是根据一种实施方式的用于将DQPSK符号指派于解调符号和奇偶校验符号的 图。图描绘了DQPSK符号序列301，其包括符号x_n-2、x_n-1、x_n、x_n+1和x_n+2，这些是 DQPSK符号序列301的相邻符号。DQPSK符号序列301根据以下关系产生解调符号序 列r_n-1、r_n、r_n+1、r_n+2：r_n-1＝x_n-2x^*_n-1，r_n＝x_n-1x^*_n，r_n+1＝x_n x^*_n+1，r_n+2＝x_n+1x^*_n+2。DQPSK 符号序列301根据以下关系产生奇偶校验符号序列p_n、p_n+1和p_n+2：p_n＝x_n-2x^*_n，p_n+1＝x_n-1x^*_n+1，p_n+2＝x_nx^*_n+2。在根据DQPSK符号序列中相邻的符号计算解调符号的同时，根据 DQPSK符号序列的不相邻符号计算奇偶校验符号。使用非冗余错误校正(NEC)算法 来检测和校正经解调符号序列r_n-1、r_n、r_n+1、r_n+2中的错误。此非冗余错误校正算法假定 奇偶校验符号p_n为正确的。但这并不能保证。因此，可能对经解调符号r_n引入错误而不 是校正。

根据一种实施方式，在执行非冗余错误校正算法之前，可校正奇偶校验符号p_n。这 是通过计算超奇偶校验符号q_n来实现，q_n用于校正DQPSK符号序列中的奇偶校验错误。 因此，非冗余错误校正算法是在第一步骤中应用于奇偶校验符号p_n和超奇偶校验符号 q_n且在第二步骤中应用于经解调符号r_n和经校正奇偶校验符号p_n，这带来较高的性能。

图4是根据一种实施方式的用于实施将DQPSK符号指派于解调符号和奇偶校验符 号的装置的框图。装置包括用于时域均衡的第一FIR滤波器401，其在第一输入处接收 第一信号且在第二输入处接收第二信号并在输出处提供信号装置包括用于 时域均衡的第二FIR滤波器402，其在第一输入处接收第一信号且在第二输入处接收 第二信号并在输出处提供信号装置可包括载波相位估计(CPE)单元403， 其接收信号和并在输出处提供载波相位的估计。将在载波相位估计单元403的 输出处提供的载波相位估计乘以得到DQPSK符号x(n)。反过来，同样情况适用 于信号和y(n)。

在x(n)和延迟时间T的时间延迟的复共轭之后，获得DQPSK符号x*(n-1)。将x*(n-1) 乘以x(n)，且在相位检测器404中检测乘积的相位，获得经解调符号r(n)。将经解调符 号r(n)延迟延迟时间T得到经解调符号r(n-1)。DQPSK符号x(n)与延迟了延迟时间T的 DQPSK符号x*(n-1)的相乘，即，与DQPSK符号x*(n-2)的相乘，以及相位检测器405 中的相位检测得到了奇偶校验符号p(n)。通过将经解调符号r(n)和r(n-1)相加、减去奇偶 校验符号p(n)并将模4运算应用于所得项，来获得校验子s(n)。通过将校验子s(n)与错 误e(n-1)相加并延迟延迟时间T而获得校验子s(n-1)。决策逻辑单元406(LUT)接收第 一校验子s(n)和第二校验子s(n-1)作为输入，并提供错误e(n-1)作为输出。决策逻辑单元 406通过辨识如表407中所示的校验子型式来检测错误符号e(n-1)，表407说明第一校 验子s(n)、第二校验子s(n-1)与错误e(n-1)之间的关系。数字m包含元素1、2、3。通过 将经解调符号r(n-1)与错误e(n-1)相加并将模4运算应用于结果来获得所需信号d(n-1)。

根据一种实施方式，在可选的均衡和载波恢复之后，非冗余错误校正算法接收 DQPSK符号x_n。其首先执行软解调r_n＝x_nx^*_n-1，其给出两个相邻符号的相位差。随后， 将符号x_n与x_n-2之间的相位差计算为p_n＝x_nx^*_n-2，其具有奇偶校验符号的功能。对于r_n和p_n，执行硬决策，并将其映射到0与3之间的数字。在无错误的情况下，差r_n和r_n-1的总和与p_n相同。因此，在无错误的情况下，s_n＝r_n+r_n-1-p_nmod 4＝0。因此，将s_n＝ r_n+r_n-1-p_nmod 4用作用于错误的校验子。如果校验子s_n不是0，那么检测到错误。由 于每个r_n在s_n＝r_n+r_n-1-p_nmod 4中发生且s_n+1＝r_n+1+r_n-p_n+1mod 4，因此对于单个错 误，两个相邻校验子具有相同值。因此，如果s_n＝s_n+1≠0，那么错误已在r_n中发生，且 将被校正。通过奇偶校验符号p_n校正经解调符号r_n是通过使用对相邻DQPSK符号x_n应用的非冗余错误检测和校正算法来实现的。以与使用奇偶校验符号p_n代替经解调符号 x_n和使用超奇偶校验符号q_n代替奇偶校验符号p_n相同的方式来执行奇偶校验符号的校 正。将决策逻辑单元407应用于校验子s(n)和校验子s(n-2)。

图5是根据一种实施方式的用于将DQPSK符号指派于解调符号、奇偶校验符号和 超奇偶校验符号的图。DQPSK符号301的序列包括符号x_n-2、x_n-1、x_n、x_n+1、x_n+2。经 解调符号序列r_n-1、r_n、r_n+1、r_n+2是通过关系r_n-1＝x_n-2x^*_n-1、r_n＝x_n-1x^*_n、r_n+1＝x_nx^*_n+1、 r_n+2＝x_n+1x^*_n+2从DQPSK符号序列计算。奇偶校验符号序列p_n、p_n+1、p_n+2是通过关系 p_n＝x_n-2x^*_n、p_n+1＝x_n-1x^*_n+1、p_n+2＝x_nx^*_n+2从DQPSK符号序列计算。超奇偶校验符号 序列q_n、q_n+1、q_n+2是通过关系q_n＝x_n-2x^*_n+2、q_n+1＝x_n-1x^*_n+3、q_n+2＝x_nx^*_n+4从DQPSK 符号序列计算。方法假定奇偶校验符号p_n正确，即不含错误。但这并不能保证。因此， 可能对r_n引入错误而不是校正。根据本发明的第一方面，使用一种方法，其确保符号p_n正确。因此，首先计算另一奇偶校验符号q_n，其称为超奇偶校验符号q_n，且首先对p_n和q_n应用非冗余错误校正算法且随后对r_n和经校正p_n应用非冗余错误校正算法。根据 实施方式，通过确保q_n正确且因此第三次等等应用非冗余错误校正来扩展此方法。与经 典的非冗余错误校正算法相比，额外的阶段仅考虑非邻近符号。

根据一种实施方式，图4的装置应用于如图5中所示的DQPSK符号序列且用于计 算超奇偶校验符号q_n、q_n+1和q_n+2，其随后用于通过使用非冗余错误校正算法NEC2来 校正DQPSK符号序列中的奇偶校验错误。随后，通过使用经校正DQPSK符号序列， 再次计算经解调符号r_n-1、r_n、r_n+1和r_n+2以及奇偶校验符号p_n、p_n+1、p_n+2，并应用非冗 余错误校正算法NEC1以校正经解调符号r_n-1、r_n、r_n+1和r_n+2中的其它错误。因此，改 善了错误校正的性能，因为用于非冗余错误校正算法NEC1的奇偶校验符号在使用时是 正确的。

图6是根据一种实施方式的用于检测DQPSK符号序列中的奇偶校验错误的设备的 框图。设备包括确定单元601，其具有用以接收DQPSK符号x_n的一个输入，和用以提 供经解调符号r_n、奇偶校验符号p_n和超奇偶校验符号q_n的三个输出。可选的载波相位 估计单元604提供DQPSK符号x_n。确定单元601包括第一子单元602和第一相位检测 器605，用以将经解调符号r_n确定为DQPSK符号x_n与DQPSK符号x_n-1之间的相位差， 其是通过x_n与第一子单元602中的复共轭x_n-1和第一相位估计单元605中的相位检测x_nx^*_n-1的乘法来实现的，奇偶校验符号p_n由第二子单元603和后续的第二相位检测器606 提供，用于检测DQPSK符号x_n与DQPSK符号x_n-2之间的相位差，其是通过将DQPSK 符号x_n与第二子单元603中的复共轭x_n-2和第二相位估计单元606中的相位检测x_nx^*_n-2相乘来实现的。超奇偶校验符号q_n由第三子单元604和后续的第三相位检测器607提供， 以便计算DQPSK符号x_n与DQPSK符号x_n-4之间的相位差，其是通过将DQPSK符号 x_n与第三子单元604中的DQPSK符号的复共轭x_n-4和第三相位估计单元607中的相位 检测x_nx^*_n-4相乘来获得的。

设备包括第一校正单元602(NEC2)，其用于执行和校正奇偶校验符号p_n的奇偶校 验错误的检测和校正，且将经校正奇偶校验符号p_n应用于第二校正单元603(NEC1)， 第二校正单元603(NEC1)用于应用经解调符号r_n的错误的错误检测和校正。根据一种 实施方式，第一校正单元602应用非冗余错误校正(NEC)算法以用于奇偶校验错误的 错误检测和/或校正，即奇偶校验符号p_n中的错误。根据一种实施方式，第二校正单元 603应用非冗余错误校正算法(NEC)以用于经解调错误的错误检测和/或校正，即经解 调符号r_n中的错误，其中第二校正单元603(NEC1)使用已由第一校正单元602(NEC2) 校正的奇偶校验符号p_n。

根据一些实施方式，设备执行第三软决策操作，其是对经典的非冗余错误校正算法 的增加。这对方案增加了一个较复杂值的软乘法。然而，第一校正单元602和第二校正 单元603内的运算仅是低复杂性二进制运算，且不需要反馈或回归，使得非冗余错误校 正算法复杂性且因此设备的总计算复杂性可忽略。

图7是根据一种实施方案的用于检测DQPSK符号序列中的奇偶校验错误的方法的 性能图。图描绘了相对于以dBm为单位的发射功率在没有DCF(色散补偿光纤)的情 况下在1,500km上100G WDM(波分复用)的最佳光学信噪比(OSNR)。第一曲线801 说明具有软差分解码和非冗余错误校正算法(CPE-SD-NEC)的载波相位估计。第二曲 线802说明具有新版本的软差分解码和非冗余错误校正算法(CPE-SD-NEC新)的载波 相位估计。第三曲线803说明具有软差分解码和多符号相位估计算法(CPE-SD-MPSE) 的载波相位估计。第四曲线804说明具有硬差分解码算法(CPE-HD)的载波相位估计。 第五曲线805说明软差分解码算法(SD)。第六曲线806说明具有软差分解码算法 (CPE-SD)的载波相位估计。

根据实施方式，具有DSP(数字信号处理器)的相干接收器检测经差分编码的QPSK 经调制信号。实施方式使用差分解码来避免由相位滑动引起的差错突发。根据实施方式 的软差分(SD)解码证实了针对非线性相位噪声的优良容限，尤其是对于向10Gbit/s OOK(开关键控)相邻者的高传输。然而，差分解码在背靠背情况中引起误码率(BER) 损耗。在软差分解码的情况下，在做出决策之前将两个连续接收值相乘。因此，总噪声 功率加倍，其在大约1e-3的误码率(BER)下转变为大约2.7dB的背靠背OSNR(光学 信噪比)降级。

根据实施方式的非冗余错误校正(NEC)减少此损耗。然而，其性能无法减轻完全 SD损耗。使用由曲线803、801、806、805和802说明的软差分解码来改善性能。根据 实施方式，与非冗余错误校正组合的软差分解码能够将光学信噪比改善1dB以上。由 于其低复杂性，在产品开发中使用了使用NEC的实施方式。

曲线802是根据一种避免了经典非冗余错误校正的固有错误传播的实施方式，且因 此改善了性能。其近似达到硬差分(HD)解码的背靠背(B2B)性能。然而应注意， HD解码的缺陷在于非线性相位噪声的存在。仅在如图7中曲线804可见的关于前馈载 波恢复的非现实的理想条件下，HD解码性能才优于SD解码。曲线801说明现有技术 非冗余错误校正，而曲线802说明根据本发明实施例的实施方式的非冗余错误校正。因 此，参见曲线802的在校正经解调错误之前检测且校正奇偶校验错误的实施方式在误码 率(BER)方面的性能优于参见曲线801的现有技术非冗余错误校正方案。通过所述实 施方式，差分损耗几乎被补偿掉了，如曲线802可见。因此，实施方式以低复杂性改善 了SD损耗的补偿。当未应用CPE时，针对使用软差分解码的所有方法可获得类似的性 能。硬差分解码在此情况下完全无用。

根据高速传输系统中的实施方案，并行处理架构以及数字前馈回路和反馈回路中的 处理延迟减小了数字载波恢复级的跟踪速度，使得在CPE级之后可能存在显著的非线性 相位噪声，软差分解码和随后的NEC有效地减轻了此噪声。在Fabian.N.Hauske、张朱 红、李传东、朱彦军、李彦明、朱飞、白雨声的“针对混合10G/100G传输使用软差分 解码和非冗余错误校正减轻非线性相位噪声(Nonlinear Phase Noise Mitigation with  Soft-Differential Decoding and Non-redundant Error Correction for Hybrid 10G/100G Transmission)”中揭示了另外的实施方案细节，该文章发表于2011年4月的光子学技 术学报上，以引用方式并入本文。