與64b/66b加擾兼容的多鏈路傳輸的前向糾錯編碼的製作方法

2023-10-08 19:40:29 3

專利名稱：與64b/66b加擾兼容的多鏈路傳輸的前向糾錯編碼的製作方法
技術領域：
本發明的技術領域涉及高速數字通信系統，並且更具體地涉及用於通過 校正由於自同步力。擾(self-synchronized scrambling)由比特(位)誤差擴散 (bit error spreading )導致的單個比特誤差的倍增來加強所傳輸的信號的可靠 性的改進的編碼技術。
背景技術：
在數字通信系統中，由於通信信道中的噪聲的出現，數據的傳輸經歷了 訛誤(corruption)和誤差。用於幫助在目的地準確接收信號的加擾通過已知 為誤差擴散的處理而引入了另外的誤差。在這種系統中，普遍在源處使用冗 餘奇偶位來編碼所傳輸的信號以允許校正誤差。基於系統接收器能夠從傳輸 的數據中提取時鐘信號定時參考的最大長度，典型地將數字比特流解析為n 位固定長度數據字(dataword)。通過冗餘位的串聯，被編碼的m位數字字比 原始數據字長。
在提供對於高速鏈路的糾錯時的挑戰之一是，對附於正被保護的數據字 的校驗位的任意糾錯還需要考慮其對物理層的比特跳變密度的影響。典型地， 為了維持與分組邊界內的適當位置的同步用於選通數據(strobe data),必須 觀察從0=>1或從1=>0的跳變的最小數量。例如由0組成的長流可能導致接 收器不知何時對到來的數據進行採樣的軌跡。因此當最終傳輸l時，接收器 可能已經不同步，並且不能檢測0=>1跳變。
為了防止同步的丟失，可以通過幾個已知的加擾技術之一來處理被編碼 的數據字。經常利用線性反饋移位寄存器(LFSR)來實現自同步加擾器，其 中該線性反饋移位寄存器(LFSR )被編程以根據預定的多項式來倍增數據字， 以導致精確保證的最小數量的比特跳變。加擾器LFSR還可以被預設為具體 值，以對於全零數據有效負荷進一步提高比特跳變的數量。在接收方，必須 通常通過類似的相反處理來解擾(descramble)有效負荷，其中通過相同的預 定多項式來劃分比特流。使用數據加擾來維持發送器與接收器之間的時鐘同步。由於上述原因， 數據加擾算法通常限制了順序傳輸的一或零的最大數量，使得可以識別邏輯 跳變的最小數量以便成功地提取傳輸的時鐘。限制具有相同值的比特的最大 數量使得接收器能夠維持與源的同步。
儘管加擾有助於減少接收器飄移(drift),但是其提供了另外的傳輸誤差 源，因為發生在原始數據流中的單個比特誤差通過加擾處理而倍增。因為加 擾和解擾功能依賴於數據字的每個比特，包括當重建原始傳輸的數據時錯誤 的比特，因此發生單個比特誤差的倍增。以這種方式的單個比特誤差的倍增 已知為"比特誤差擴散"，並且在當解擾器試圖將加擾的信號恢復到其原始狀 態時的接收器處發生。
為了確保所有的比特流都被適當地加擾，還必須對附於數據字的^f壬意糾 錯碼(ECC)校驗位加擾。這使得在將ECC校驗位添加到傳輸的字之後進行 加擾成為必要。同樣，無論在接收器中實現任何ECC方案，在激活之前在接 收器處對傳輸的數據字類似地解擾。以此方式，對於整個分組而不是僅僅對 分組的數據比特部分維持了比特跳變密度。
圖1中示出了示例現有技術通信系統，其中(物理編碼子層)上部接口 100表示10吉比特媒體獨立接口 (XGMII)，其提供與要被轉發102或接收 104的數據的傳輸的物理模式無關的、用於數據通信設備的接口。編碼器142 和變速箱(gearbox) 146功能是用於將數據和控制字符映射到各塊以及到適 應格式(adapt format)所必需的。它們對於本發明的理解不是必需的，並且 不再進一步描述。接收路徑150包括解擾器154，用於恢復原始比特流。PCS 120還包括功能160,用於監^L在傳輸介質上的比特誤差率，並且存在解碼功 能152，其是傳輸編碼器142的對應部分。來自邏輯接口 100的數據被發送 到物理編碼子層120，在那裡首先利用適當的ECC對其編碼，然後加護C。最 後，如果需要，通過變速箱146將進行編碼和加擾的邏輯電路的速度與實際 物理介質115的傳輸速度相匹配。在64B/66B碼的情況下，如該名稱所暗示 的，對於要傳輸的每個64比特由變速箱添加2比特。用於構成64比特分組 的兩個額外比特在接收時被移除，並且未被包括在加擾和校正處理步驟中。 然後經由接口介質發送該數據，作為包含原始數據字加上編碼的校驗位的分 組，其中所有這些都已經被加擾以提供所要求的比特跳變密度。
本領域技術人員將意識到，儘管在10GbE的具體背景下描述了本發明，但是也可以將其實踐在不同的環境中，並且從下文的詳細描述中將了解如何 將其改編為其他應用，特別是對於將使用不同的加擾多項式的應用。
在有效負荷的物理傳輸期間，隨機、單個比特誤差是很常見的。這是由 於如今使用的通信信道中所採用的極高速度。如果在數據分組中僅存在一個
誤差，則簡單漢明(Hamming) ECC將能夠校正所有的這種誤差。由於自同 步加擾器倍增了誤差，因此在接收器處需要更強健的解決方案以處理伴隨誤 差(incident error)和任意的複製的誤差。
的分組首先被同步，且分組邊界被檢測。本發明未釆取用於描繪分組邊界的 任何特定方法。通常，當傳輸固定尺寸的分組時，基於所添加的冗餘位和數 據流的編碼來檢測分組邊界。然後，為了儘可能低地保持比特誤差率(BER)， 使用從加擾步驟得到的預定比特跳變密度來接收分組。接收的分組被解擾， 然後被解碼以允許校正比特流中的任何誤差。
然而，如上所述，解擾處理具有如下不期望的效果導致了在傳輸期間 在信道中引入的任意單個比特誤差根據加擾多項式的項數和冪次(degree)而 被複製。單個比特誤差可以經過信道被簡單地擴散，或者取決於加擾多項式 的形式其可以被複製多次。該誤差仍然是單個比特誤差還是被複製了多次取 決於其出現在傳輸的有效負荷序列中的何處。倘若多項式的階小於傳輸序列 中的總比特數，如果誤差出現在該序列的開始，則其將由於LFSR而被擴散， 並且通常是在相同的數據分組內被複製。如果最初的誤差出現在接近有效負 荷的結尾處，則其仍然將被擴散，但是，僅僅第一次出現就可能落入當前分 組，引起僅單個比特誤差。但是，誤差的複製的表現形式(manifestation)則 將落入下一數據分組，並且在那裡引起雙比特誤差。根據加擾多項式和伴隨 誤差的位置，在字的中間處的伴隨誤差可以被擴散成各種雙比特誤差。
與比特跳變密度或最大運行長度有關的數字通信的另 一方面是累積的 DC偏移量，其反映了在接收器處經歷的傳輸數據流的低頻電壓分量的總和。 在二進位系統中，對於0和1的離散邏輯值典型地被分配了相反極性的電壓。 結果，不需周期性的調整，在接收器處經歷的累積的DC偏移量可以朝向正 或負電源極限移動，這可能導致接收器處的過載情況。累積的DC不平衡可 以被表達為需要被反轉以產生平衡的比特流的比特值的數量。如果在接收器 處經歷的累積的DC偏移量可以被有效地平衡，則可以減少在接收器處經歷的DC電壓擺動。在這點上，可以採用平衡的DC偏移量來減少在接收器處 的整體信噪比(SNR)，這是因為低頻噪聲可以被更有效地過濾掉。這通過確 保編碼的數據流代表了邏輯0和1值在固定單元的數據比特上的平衡分布來 實現。
前向糾錯(FEC)是如下技術其被設計用於當出現誤差時識別和校正 在取消了由發送器重發數據的步驟的傳輸過程中出現的誤差。通過將算法應 用於數字數據流以產生與原始數據一起傳輸的冗餘位來實現FEC。在系統的 接收器端處進行相同的算法以比較編碼數據的傳輸計算與接收的編碼。已知 比較的結果是FEC校驗子(syndrome )。空校驗子指示無誤差接收的數據流。 在誤差校驗子的任意比特位置中的非零項必須被譯出以校正一個或多個誤 差。
比特誤差擴散的問題進一步與在接收器處出現的FEC結合，這是因為解 擾的數據流中的誤差總數可能超過FEC解碼器的容量。如果超過了系統的誤 差檢測和校正能力，則原始數據被訛誤(corrupt)且不可恢復，必需重新傳 輸，由此影響了整體的系統性能。
影響經過高速通信鏈路的加擾數據的校正的另 一個因素是在並行結構中 運行多個串行鏈路的實踐。為了提高整體的系統帶寬，集合多個鏈路以通過 幾個鏈路或位線(bitlane)同時傳輸數據分組正變得越來越平常。以此方式， 可以在用於通過單個鏈路傳遞有效負荷的時間的N/b部分內傳遞相同的數據 有效負荷，其中N是經過單個鏈路傳輸一個數據有效負荷或分組所需的時間， b是鏈路的數量。進一步容易得知，細分的分組的長度也是N/b。理論上， N/b可以是分數，但是實際上，考慮到分組的大小(包括有效負荷、報頭和 冗餘位)而選擇鏈路的數量，因此對於此例子假設N能被b整除，因此每個 子分組將包含相同或相似的比特數。在此情況下，為了維持經過每個物理鏈 路的適當的比特跳變密度(這需要實現低傳輸BER)，將數據字分割為b個子 數據字，並且獨立地對每個子數據字加擾和解擾。在接收側，重新構建解擾 的子數據字以形成原始數據字，然後解碼該原始數據字用於可能的糾錯。
已經做出了一些提議以提供與加擾器的比特誤差擴散兼容的ECC,比如 才示題為 "Forward Error Correction Scheme Compatible with the Bit Error Spreading of a Scrambler (與加擾器的比特誤差擴散兼容的前向糾錯方案)"的 共同受讓(commonly assigned)的美國專利申請US20040193997A1 ，通過引用將其合併於此。這種方案的缺點是，當經過多個位線傳送分組時不能校正 誤差，如上所述。
FEC碼的其他應用不能完全解決可歸因於解擾處理的比特誤差擴散的影 響。例如，由Xilinx提交的網糹備處理論壇(Network Processing Forum ) i侖文 (NPF2003.320.00)公開了一種64B/66B編碼器，其不能克服由解擾引起的 比特誤差倍增問題。由PMC-Sierra、 Xilinx和Sandia國際實驗室提交的文件 OIF2004.229.03中的光學網際網路論壇(Optical Internetworking Forum)已經採 取了另一途徑，其也不能克服倍增問題。類似地，共同轉讓的美國專利申請 2004/0193997A1公開了用於組合簡單FEC碼與加擾和解擾功能以減少比特誤 差擴散的方法，但是需要經過單個串行鏈路來傳輸數據分組，因此在多個分 組上傳播了比特誤差信息。因此，存在對於與64B/66B加擾格式兼容的FEC 碼的需要，該64B/66B加擾格式可以通過多信道通信系統實現，同時保持信 道帶寬效率。

發明內容
公開了與64B/66B編碼標準使用的加擾器相兼容的前向糾錯(FEC)碼， 用於在串行器/解串行器(SerDes)通信鏈路上的傳輸。與8B/10B標準編碼 (2/8或25% )相比，64B/66B標準根據糾錯或所需的奇偶位的數量能夠實現 更低的管理開銷(2/64或3% )。所提出的FEC允許分別在加擾前和加擾後進 行編碼和解碼，使得保護了對傳輸的信號的加擾操作的結果。儘管由於
64B/66B解擾處理而得到了所有傳輸誤差的三倍增加，但該碼允許校正任意 的單個傳輸誤差。
根據第一實施例，將漢明碼與n次的比特交織奇偶碼(BIP-n)組合。漢 明碼可以從^f壬意的不可約多項式產生，比如H(x)=x1+x3+l。 6次的多項式被 選擇用於BIP碼，並且其由B(x)=x6+1表示。選擇BIP碼的冪次以符合加擾 器的誤差擴散樣式，使得總是可以獲得唯一的FEC校驗子。這兩種碼一起提 供對於分組的最大長度中的任意位置處的誤差以及對於被倍增的即通過解擾 處理被複製了兩次或三次的誤差兩者的保護。由可預測樣式或校驗子來刻畫 由於擴散引起的比特誤差的傳播(propagation)。無論是否被倍增，所有的單 個比特誤差無論是否被倍增都具有唯一的校驗子，因此可由提出的FEC碼容 易地校正。另外，可以經過幾個串行鏈路傳輸分組，這是更高的帶寬應用所期望的而不降低碼效率。
優選地，本發明提供了將前向糾錯碼應用於在串行器-解串行器鏈路上傳
輸的數位訊號的方法，該方法包括將來自形式為H(x)=x1Q+x3+l的不可約多 項式的漢明碼應用於數位訊號；將n次(BIP-n)的比特交織奇偶碼應用於數 字信號；產生用於編碼的數位訊號的第一校驗位序列；將第一校驗位序列附 於編碼的數位訊號；使用64B/66B加擾協議來加擾編碼的數位訊號和第一校 驗位序列；通過串行器-解串行器鏈路來傳輸被加擾並編碼的數位訊號；在接 收器節點處解擾所傳送的數位訊號；在接收器節點處產生第二校驗位序列； 比較第一校驗位序列與第二校驗位序列；確定所傳輸的數位訊號是否包含第 一比特誤差；以及校正所述第一比特誤差、第一複製的誤差和第二複製的誤 差。
優選地，本發明提供了建立用於使用自同步加擾器的基於分組的數字通 信系統的前向糾錯(FEC)碼的方法，所述方法包括步驟在接收所傳送的 FEC編碼幀時，確定能夠在單個傳輸誤差和由所述自同步加擾器生成的其復 制的所有誤差樣式之間進行區分的比特交織奇偶(BIP-n)碼的冪(n);確定用 於產生長度符合所述基於分組的數字通信系統的分組尺寸的漢明碼的多項式 的冪；組合所述BIP-n碼與所述漢明碼以形成所述FEC碼，並在接收所述傳 輸的FEC編碼幀後，獲得用於所述單個傳輸誤差及複製的所有組合的唯一校 驗子的集合；以及允許FEC碼校正所有的單個傳輸誤差及由自同步加擾器對 其的複製，同時保護如由所述加擾器所提供的物理層的比特跳變密度。


圖l示意性圖示了 10GbE媒體獨立物理接口。 圖2繪出了根據第一實施例的編碼和解碼算法的流程圖。 圖3示意性圖示了由對單個數據分組的解擾操作引起的比特誤差擴散的 概念。
圖4示意性圖示了由對單個信道上的多個數據分組的解擾操作引起的比 特誤差擴散的概念。
圖5示意性圖示了導致不可校正的誤差情況的、通過多鏈路系統中的單 個鏈路傳輸的多個誤差。
圖6繪出了根據第一實施例選擇FEC多項式的方法的流程圖。圖7示出了使用比特交織奇偶(bit-interleaved parity)和漢明編碼的組合
的根據第一實施例的前向糾錯碼的示例H矩陣。
圖8示出了系統形式的圖7的示例H矩陣的轉置版本。
圖9圖示了使用根據第一實施例的前向糾錯編碼方法的未檢測的誤差的
分布的繪圖。
具體實施例方式
在對實施例的以下詳細描述中，參考附圖，其中附圖形成了該描述的一 部分，並且在附圖中通過圖示示出了具體實施例，其中足夠詳細地描述了具 體實施例以使得本領域技術人員能夠實現本發明，將理解，可以利用其他實 施例，並且不脫離本發明的範圍可以做出邏輯的、結構的、電的和其他改變。
根據第一實施例，公開了FEC碼，其與由64B/66B編碼所使用的加擾器 兼容，該64B/66B編碼用於利用比8B/10B編碼(2/8或25% )更低的開銷(2/64 或3%在SerDes信道鏈路上傳輸。根據第一實施例的FEC碼需要分別在加擾 前和解擾後進行編碼和解碼，以便保持對傳輸的信號的加擾操作的特性。盡 管從64B/66B解擾處理得到所有傳輸誤差的三倍增加，但所提出的碼允許校 正任意的單個傳輸誤差。
圖2繪出了根據第一實施例的編碼和解碼處理流程圖。根據在系統H矩 陣中定義的等式對要被傳送的數據字進行邏輯XOR，以形成16比特ECC校 驗位序列200。校驗位被附於數據字以形成編碼的數據字201,其被輸入到加 擾器。然後加擾的數據字經過信道被傳送202，並在目的地處被解擾203。將 校驗位與數據字分離，並本地存儲204。從傳輸的數據字產生新的校驗位集 合，並與傳輸的校驗位進行比較205。比較步驟的結果是誤差校驗子，從該 誤差集確定誤差的數量和位置。該校驗子的前6位對應於編碼處理的BIP-n 部分，並顯示了在傳輸的數據字中出現的誤差的數量208。誤差校驗子的剩 餘IO位將指示要被校正的一個或多個誤差的位置811。
參考圖3，根據在64B/66B協議中利用的應用的加擾多項式，對於各個 分組，圖示了各種誤差擴散校驗子。對於64B/66B協議，加擾多項式被表示 為G(x)=l+X39+X58,因此加擾處理引入了數據字的三倍增加。單個誤差可能 出現在分組結構中的任意位置，而兩個誤差(單個誤差和一個複製實例)可 能在分組內的任意位置處被隔開了 0-39比特的間隔或者39-58比特的間隔。因此，根據加擾多項式的冪，即0、 39和58,誤差5誇越了 59位。如果沒有 假設專用於傳輸由FEC碼保護的幀的SerDes線路(或高速鏈路)的數量， 則鏈路上的單個傳輸誤差可能導致在幀內任意位置處出現高達三個誤差。然 而，如果三個誤差在相同的幀內，則它們被假設為根據多項式的冪0-39-58 被隔開。如果兩個誤差在相同的幀內，則它們必需在幀內的任意位置處在比 特0-38或比特39-58內被隔開。連同所有的單個誤差一起的所有這些誤差的 組合具有唯一的校驗子，因此是可校正的。
圖4示出了通過單個串行鏈路傳輸的數據分組，並圖示了取決於單個比 特誤差在字中的比特位置、單個比特誤差如何產生多比特誤差。如果單個比 特誤差較早出現在第n分組中，則可見加擾的全部影響。如果其較晚出現在 伴隨字中，則部分誤差將落在字的外部。圖3中的誤差號指的是在解擾處理 期間由加擾多項式引起的擴散誤差的任意給定分組內的相對比特位置。
例如，比特誤差擴散1示出在n-l分組的中部出現的初始誤差，並且由 位置0指定。在解擾器的處理後，誤差還被擴散到在該序列較後的比特位置 39比特，以及該序列較後的58比特位置。因此，比特誤差擴散1導致n-l分 組經歷了雙比特誤差，而第n分組經歷了單個比特誤差。然而，如果初始誤 差出現在比特流中較後面，如比特誤差擴散4中所示，則在n-l分組中僅觀 察到初始誤差，並且第n分組將經歷雙比特誤差。
比特誤差擴散2示出了接近第n分組的開始出現的初始誤差，並且得到 的擴散誤差也落在第n分組內，導致三比特誤差。
除了第n分組中的單個或雙比特誤差之外，比特誤差擴散3與比特誤差 擴散4類似，但是初始誤差出現在第n分組中，且得到的擴散誤差可能導致 n+l分組中的單個或雙比特誤差。
因此可見，儘管單個糾錯(SEC)漢明碼將足夠用於校正隨機的單個比 特誤差，但是不能校正由加擾算法引起的並在圖4的所有三種情況中示出的 雙比特誤差或三比特誤差。
在多信道鏈路的情況下，圖5圖示了單個分組可以如何被分解並在任意 數量的鏈路上傳輸並在接收器處重構。單個、兩個和三個比特誤差可以出現 在分組中的任意位置，並仍將被校正，這是因為複製的誤差的間隔是加擾多 項式的函數。如果選擇BIP-n碼指數(exponent)使得存在唯一的模n的餘數， 則可以標識並校正複製的比特誤差。如圖5所示，第n分組被分解為4個子分組。每個子分組被單獨地加擾 和解擾。然而，現在可見，在子分組3中出現的擴散誤差引起了第n分組中 的兩個誤差，加上n+l分組中的另外的誤差。不幸的是，ECC信息未經過分 組邊界傳播。因此，利用當前方法，不可檢測相同位線中的n+l分組的單個 比特誤差的倍增，因此在US20040193997A1中使用的方案不能校正採用多個 串行鏈路的系統中的多比特誤差。
如果經過足夠數量的鏈路傳輸分組使得所傳輸的數據分組的每個分量都 小於19比特，則僅需要校正單個誤差，並且任意的單個漢明碼實施方式就將 足夠。這是因為複製的誤差永遠不會落在單個比特誤差出現的相同子分組內。 例如，在64B/66B編碼中，可以用2位元組的ECC校驗位來保護64位元組幀。 根據比特計數，總共是64x8=512比特。現在如果用於傳輸512比特編碼字的 鏈路的數量至少是32，則每個字分組最大將是16比特，這小於加擾多項式 的19比特最小擴散距離。因此無論何時出現誤差，絕不會僅擴散到一個ECC 字，因此，在每個受影響的分組中只出現單個比特誤差。然而，由於實施所 需的另外的帶寬，這種途徑並不足夠。通常，以4、 8、或16個為一組的多 個位線被用於提高帶寬。 一般而言，如果N/b〈s，則簡單漢明碼就足夠，其中， N是在比特中保護的ECC幀的總長度，b是位線數，s是加擾器多項式的最 小擴散距離。
設計ECC方案以匹配誤差模型。因此，符合誤差模型的任何誤差必然是 可校正的。在此描述的誤差模型是通過解擾處理倍增的單個傳輸誤差，以至 於必須考慮根據加擾多項式的冪而間隔的複製誤差。然而，應當評估ECC碼 檢測另外的誤差(在此情況下是雙比特誤差)的能力。例如，當出現兩個傳 輸誤差時，在解擾後可能檢測到達六個誤差。迭代模擬是用於評估FEC碼的 檢'測能力的水平所必需的。理想地，FEC碼應該達到強健的單個糾錯/雙誤差 檢測SEC/DED水平，但是這在實際中可能不能實現，其中雙傳輸誤差的一小 部分比例未祐j全測。
64B/66B標準定義了 64比特分組，2比特:故添加到該64比特分組用於 描繪。本發明含蓄地假設將對較大的分組或幀實行使用ECC的保護，因此實 現ECC所需的冗餘位將停留在合理水平。作為示例情況，包括冗餘位的幀被 限制為那些64比特分組的整數倍(entire multiple )。在此所述的FEC碼不需 要假設用於描述ECC保護的幀的任何特定方法。第一實施例的FEC碼可以保護達21-1=1023比特的數據字。因此，實際上，可以考慮包括例如由64B/66B 標準定義的類型的高達15個64比特分組的ECC保護的幀(包括16個冗餘 位)。
根據第 一 實施例利用強健的誤差檢測和校正能力來實現FEC的碼被構建 為如下所討論的。FEC碼組合了漢明碼與n次的比特交織奇偶(BIP-n)碼， 這可以通過兩項多項式X。+1產生。漢明碼可以從任意的不可約多項式、優選 為本原(primitive )多項式產生，在1972年的MIT Press中Peterson與Weldon 的"糾錯碼，，中，可以得到漢明碼的列表，通過引用將其合併於此。Peterson 和Weldon在附錄C的表C.2中圖示了第10階多項式，以八進位計數法被表 示為"2011"，即H(x)-X"+xS+l。由於以下說明的原因，選擇6階BIP碼， 並且其對應於以下多項式B(x)=X6+l。
漢明碼的冪次確定了碼的長度，即最大分組或碼字尺寸，包括可以被保 護的ECC位。產生最大長度序列的10次本原多項式可以跨越1023比特。因 此，可以用於保護典型的64位元組分組和高達127位元組的任意長度分組。選擇 BIP的冪次以確保如由加擾多項式項定義的統一誤差間隔0-39、 39-58 (即 相離19比特)且0-58不具有模n的相同的餘數。該方法確保唯一的校驗比 特誤差校驗子，這是在目的地節點處在原始傳輸的數據字與重新構成的數據 字之間的XOR操作的結果。對於66B/64B標準，BIP-n碼必需至少是6階的， 用於所選擇的加擾器多項式G(X"X"+X"+1，因為如以下表l所示，『6是 對於加擾器多項式項的所有冪提供不同的餘數的第一模
(0 19 39 58 )模3= (0101)
(0 19 39 58 )模4= (03 3 2)
(0 19 39 58)模5= (044 3 )
(0 19 39 58 )模6= (0 1 3 4)
(0 19 39 58 )模7= (0 5 42) 表1
圖6繪出了示出用於選擇漢明碼和BIP-n碼的階使得實現最強健的解決 方案用於系統所利用的信道的寬度和數量的算法的流程圖。必須從加擾多項 式的冪確定倍增的比特誤差的每個可能的集合之間的距離600,其中在 64B/66B標準的情況下，該加擾多項式對應於G(X)=X58+X39+1 。必須確定比 特交織奇偶(BIP-n)碼的最小冪(n)，使得任意的單個傳輸誤差樣式及其複製返回唯一的以模n的餘數(601-605 )。對於漢明碼H(x)=X1Q+X3+l，對於 BlP-n選擇n二6導致間隔為0-39、 39-58、 0-39-58的誤差的組合，同時對於 與如以下示出的表2中所示的BIP-6對應的校驗子的6比特分量，單個誤差 總是返回不同的樣式。比特距離的模6的除法是用於提供唯一的餘數的n的 第一個值。基於可以被專用於給定的系統配置的ECC校驗位的比特的總數， 漢明碼的冪次m被計算為 m—n比特607。 選擇BIP-6多項式允許要被專用於 碼的第二部分的校驗位的最大數量，這確保了用於針對多比特誤差的保護的
最強健的水平。
BIP-6校驗子樣式(及其任意輪換)
0 12345 單個誤差1 0 0 0 0 0 0-19 1 1 0000 0-39 1 0 0 1 0 0 0-39-58 1 1 0 0 1 0 表2
因此，當與BIP-6碼組合時，儘管存在由加擾器引入的、在幀內的任意 位置並通過幾個鏈路而潛在地傳輸的誤差倍增，筒單漢明碼足夠用於實現單 個糾錯碼。在這點上，與誤差模型匹配的所有誤差組合都具有可容易地解碼 和才交正的p眷一才交-驗子。
參考圖7,示出了根據第一實施例利用H (x)和B (x)從數據字的倍 增產生的(1023/1007)碼的H矩陣形式(1023列，16行)。然而，為了允許 在編碼時一直向前計算ECC比特，圖5所示的矩陣優選地應該被轉置為需要 校驗位矩陣的對角化的系統形式。這可以使用標準的數學方法來完成。在圖 8中示出了從圖7導出的所得到的系統形式矩陣。
儘管由加擾器多項式引起誤差的複製，但在檢驗了單個到三比特誤差的 所有組合後，如圖3和圖4所示而間隔的，FEC碼提供了強健的單個糾錯碼。 在1023比特分組中，存在3976個誤差組合，每個返回不同的校驗子，因此 它們都可以被明確地校正。對於誤差的每個分類的唯一誤差校驗子的數量如 下
3比特誤差組合 58-39-0= 965 2比特誤差組合39-0= 9842比特誤差組合 58-39 = 1004 1比特誤差組合 =1023
總計 3976
對於比矩陣的容量短的數據欄位，必須縮減FEC碼以匹配實際應用分組 尺寸，並且不考慮丟棄的比特。為了保持矩陣的特性，必須從左到右窮盡地 發生該縮減，減到分組的尺寸。
在解擾操作之後完成在目的地節點處的解碼。具有與原始矩陣相同的特 性的H矩陣的系統形式應該被用於簡化ECC比特的重新產生。然而，這使誤 差校驗子的解碼複雜，因為通過對角化操作修改了簡單原始矩陣結構。要進
行的更有效的方法是通過使用用於在編碼側上產生校驗位並在接收器端上比 較傳輸的校驗位與重新計算的校驗位的系統H矩陣。在解碼校驗子之前，首 先將轉換應用於原始校驗子，這產生了與對於矩陣的非系統形式的情況相同 的結果。通過將原始16比特校驗子向量乘以以下表3中所示的正方形校驗位 矩陣很容易完成該轉換。
15------------------------0
0000100000100000 15
0000010000010000 i
1000001000001000 i
0100000100000100 i
0010000010000010 i
0001000001000001 i
0000001000000000 j
1000000100000000 i
0100000010000000 i
0010000001000000 i
1001000000100000 i
0100100000010000 i
0010010000001000 i
0001000000000100 i
0000100000000010 i
0000010000000001 0
表3
例如，如果假設在索引1018&999 (相離19比特)處的比特是有誤差的， 則由系統矩陣返回的校驗子是 0010111010100000 在使用表3的正方形矩陣轉換後，校驗子變成
011000101111001 1,這正是對於原始數據流將由以上非系統矩
陣返回的校驗子。
前(最左邊)6比特是BIP產生的分量的子校驗子，並指示如在表2的BIP-6 4史-瞼子4羊式中所指示的相離19比特的2比特誤差。
可替換的方法是使用用於產生的系統形式矩陣和用於檢驗的原始(非系 統的)矩陣。然而，該方法具有的缺點是，需要兩個大的XOR陣列-一個用 於ECC校驗位產生， 一個用於檢驗和校正。解碼該校驗子的強力方法包括將 要校正的比特的3976個組合存儲在216 (即65536 )條目查找表(例如ROM) 中。如果被尋址，所有其他條目將被認為是被檢測但不可校正的誤差(UE) (即從單個比特傳輸誤差得到並且相隔為加擾器的冪的誤差)，其不匹配誤差
模型並且不能被校正。
仍然可以檢測不能與誤差模型對應的很多傳輸誤差，因為如上所述，在 由16比特校^r子指示的2'6-1=65535個可能的誤差校驗子中，僅3976個校驗 子被用於糾錯。這種誤差可以是在串行鏈路上的相同分組中出現的單個誤差 以外的結果。因此，例如，在加擾後，由於雙傳輸誤差，在單個分組中可以 出現多達6個誤差。圖9示出了圖示對於不匹配誤差模型的2到6個誤差之 間所解出的結果的Monte-Carlo模擬的統計分布-其大約91%被檢測。然而， 剩餘的9% ( 10000中的897)產生屬於從未被檢測並因此將觸發錯誤校正 (miscorrection)的雙傳輸誤差中得到的3976個組合的校驗子。
從用於圖示該方法的例子中很容易實現這種類型碼的普遍化。通過選擇 其他的多項式以適應替換的加擾規範可以建立更長或更短的碼。可以選擇不 同的冪(對於BIP-n的n)以適應得到不同的誤差4交驗子的加擾多項式伴隨的 誤差間隔中的變化。
儘管已經參考優選實施例或多個實施例描述了本發明，但是本領域技術 人員將理解，不脫離本發明的範圍，可以做出各種改變，並且可以用等效物 替換其要素。另外，不脫離其主要範圍，對於本發明的教導，可以做出很多
修改以適應特定情形或材料。因此，意要本發明不限於作為用於實現本發明 的最佳模式而公開的特定實施例，而是，本發明將包括落入所附權利要求的
範圍內的所有實施例。
權利要求
1.一種產生用於基於分組的數字通信系統的前向糾錯(FEC)碼的方法，該方法包括將第一編碼算法應用於第一數據字；將第二編碼算法應用於所述第一數據字；產生用於所述第一數據字的第一校驗位序列；將所述校驗位序列附於所述第一數據字；在源節點處對所述第一數據字加擾；在數據傳輸鏈路上將所述第一數據字從所述源節點傳送到目的地節點；在所述目的地節點處對所傳送的第一數據字解擾；基於所傳送的數據字產生第二校驗位序列；比較所述第一校驗位序列與所述第二校驗位序列；確定所接收的數據字是否包含第一比特誤差；以及校正所述第一比特誤差以及第一和第二複製的比特誤差。
2. 根據權利要求1所述的方法，還包括在第一矩陣中呈現多個編碼的 數據字，其中與多個數據字的每個對應的多個校驗位序列被附於所述第 一矩 陣。
3. 根據權利要求1所述的方法，還包括將校驗位序列附於相應的多個 編碼的數據字的每個。
4. 根據權利要求1所述的方法，還包括串聯多個數據字並提供用於糾 錯的單個校驗位序列。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中所述數據傳輸鏈路包括能夠逆復用 的多個鏈路通信信道。
6. 將權利要求1所述的方法，其中加擾步驟還包括採用64B/66B加擾協議。
7. 根據權利要求1所述的方法，其中所述第一編碼算法包括利用第一數 據字和漢明碼多項式作為主要變元的乘法操作。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中漢明碼確定分組大小的最大長度， 包括糾錯和奇偶位。
9. 根據權利要求7所述的方法，其中所述漢明碼從形式為H(x"x"+xVl的第IO階不可約多項式產生。
10. 根據權利要求1所述的方法，其中所述第二編碼算法包括利用第一 數據字和n次的比特交織奇偶碼作為主要變元的乘法操作。
11. 根據權利要求IO所述的方法，其中所述BIP碼包括形式為B(x)=x6+1 的6階多項式。
12. 根據權利要求1所述的方法，其中所述數字通信系統傳輸和接收 ATM格式的分組的數據流。
13. 根據權利要求1所述的方法，其中所述數據傳輸鏈路包括單個的串 行器-解串行器鏈路。
14. 根據權利要求3所述的方法，還包括產生用於編碼校驗位序列和 誤差校驗子的系統形式的H矩陣，其中使用非系統形式的相同H矩陣使能夠 解碼誤差校驗子。
15. —種系統，包括適合於實現根據任意在前的方法權利要求的方法的 所有步驟的部件。
16. —種電腦程式，當在計算機系統上執行所述電腦程式時，該計算 機程序包括用於實現根據任意在前的方法權利要求的方法的所有步驟的指 令。
全文摘要
一種與由64B/66B編碼標準所使用的自同步加擾器兼容的前向糾錯(FEC)碼，用於串行器/解串行器(SerDes)通信信道鏈路上的傳輸。FEC碼允許分別在加擾前和加擾後發生編碼和解碼，以保護對傳輸的信號的加擾操作的特性。儘管由於64B/66B加擾處理所有的傳輸誤差被增加三倍，但該碼允許校正任意的單個傳輸誤差。將漢明碼與n次的比特交織奇偶碼(BIP-n)組合。這兩種碼提供了對於分組的最大長度中的任意位置處的誤差以及通過解擾處理被複製了兩次或三次的誤差兩者的保護。無論是否被倍增，所有的單個比特誤差具有唯一的帶寬應用，因此可容易地被校正。另外，可以經過用於更高帶寬應用的多個串行鏈路來傳輸分組，而不衰減碼效率。漢明碼可以從任意的不可約多項式產生，比如H(x)＝x10+x3+1。選擇6次的BIP碼以符合64B/66B加擾多項式，並且其由B(x)＝x6+1表示。
文檔編號H04L1/00GK101529775SQ200780040360
公開日2009年9月9日 申請日期2007年10月8日 優先權日2006年11月3日
發明者勒內·格萊斯, 蒂莫西·J·德爾 申請人:國際商業機器公司