CN115225202B - 一种级联译码方法 - Google Patents

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Abstract

本申请利用传输数据经过调制后，每个传输符号的低位比高位更容易出错的特性，提出一种外码采用RS码，内码运用多层编码思想的级联编码及译码方法。所述级联编码方法的外码采用RS码，对RS码字数据进行交织，将交织后的数据分成预设数量组的比特数据，对每一组比特数据采用不同码率的码字进行编码，得到预设数量组的多层子码字数据，进行调制得到调制数据；其中每组多层子码字数据的长度一致，分别对应调制数据中的不同位。所述级联编码方法在码率一定的情况下，使用较短的码长实现较高的编码增益；级联译码使用低位译码结果辅助对信道接收数据中的高位数据进行解调译码，获得较高的译码性能，满足400Gb/s以上以太网的译码性能需求。

Description

一种级联译码方法
技术领域
本申请涉及数字通信编译码技术领域，特别涉及一种级联译码方法。
背景技术
数字通信***中信源产生数据后通过信道发送出去。但信道会对传输的数据造成干扰，使信宿无法正确接收到发送数据。一般采用前向纠错(Forward Error Correction，FEC)的方法纠正传输中产生的错误，即数据发送端将信源产生的数据进行编码，数据接收端利用相应译码算法检测和纠正错误，将译码后的数据传输给信宿。
根据以太网最新标准，两种RS码(Reed-Solomon，里所码)作为FEC方案被应用到以太网子层中，分别对应于以太网标准中KR4 FEC方案的RS(528，514)码和对应于以太网标准中KP4 FEC方案的RS(544，514)码。
但是随着以太网的传输速率越来越高，目前正在研究400Gb/s以上的以太网标准，这对FEC方案的译码性能要求也越来越高。在码率一定的前提下，想要增加上述FEC方案的编码增益，就需要增加码字的码长，但是码长的增加会增加通信***的复杂度，占用过多的硬件资源。因此，上述单一RS码字的FEC方案无法满足超越400Gb/s的以太网应用的译码性能需求。
发明内容
为了解决上述单一码字的FEC方法无法满足超越400Gb/s的以太网应用的译码性能需求，本申请通过以下方面提供了一种级联译码方法。
本申请的第一方面提供了一种级联编码方法，所述级联编码方法包括：
接收信源发送的信源数据；
对信源数据进行RS编码，得到RS码字数据；
对RS码字数据按照预设的交织深度进行交织，得到交织后数据；
将交织后的数据进行分组，得到预设数量组的比特数据；其中，预设数量为预设调制方式中的一个符号对应的比特的数量，每一组比特数据对应预设调制方式中的不同位；
将预设数量组的比特数据进行多层编码，得到多层码字数据；其中多层码字数据包括预设数量组的多层子码字数据，每组多层子码字数据的长度一致；对应于预设调制方式中最高有效位的多层子码字数据中的校验位长度小于对应于预设调制方式中最低有效位的多层子码字数据中的校验位长度；
将多层码字数据按照预设调制方式进行调制，得到用于信道传输的调制数据。
可选的，当预设的调制方式为PAM4时，预设数量组的比特数据包括一组高位比特数据和一组低位比特数据；
所述将预设数量组的比特数据进行多层编码，得到多层码字数据，包括：
对低位比特数据按照第一码率进行编码，得到低位多层子码字数据；
对高位比特数据按照第二码率进行编码，得到高位多层子码字数据；
其中，第一码率小于第二码率，高位多层子码字数据对应于PAM4调制方式中的最高有效位，低位多层子码字数据对应于PAM4调制方式中的最低有效位。
可选的，当预设的调制方式为PAM4时，预设数量组的比特数据包括一组高位比特数据和一组低位比特数据；
所述将预设数量组的比特数据进行多层编码，得到多层码字数据，包括：
对低位比特数据按照第三码率进行编码，得到低位多层子码字数据；
对高位比特数据不进行编码直接输出，得到高位多层子码字数据；
其中，高位多层子码字数据对应于PAM4调制方式中的最高有效位，低位多层子码字数据对应于PAM4调制方式中的最低有效位。
本申请的第二方面提供了一种级联译码方法，用于译码根据本申请第一方面所述的级联编码方法得到的调制数据；所述级联译码方法包括：
对信道接收数据按照预设调制方式执行第一解调过程，得到第一数量组的低位解调数据；对低位解调数据进行译码，得到低位比特数据
使用低位比特数据辅助对信道接收数据进行处理，得到第二数量组的高位比特数据；其中，第一数量加上第二数量等于预设数量，预设数量为预设调制方式中一个符号对应的比特的数量；
对高位比特数据和低位比特数据进行解交织处理，得到解交织数据；
对解交织数据进行RS译码，得到RS译码数据；
将RS译码数据发送给信宿。
可选的，当预设调制方式为PAM4时，第一数量和第二数量都等于1；低位比特数据对应于调制数据中的最低有效位，高位比特数据对应于调制数据中的最高有效位；
所述使用低位比特数据辅助对信道接收数据进行处理，得到高位比特数据，包括：
当调制数据中的最高有效位在多层编码过程中没有进行编码时，则使用低位比特数据辅助对信道接收数据的最高有效位采用硬判决方式执行第二解调过程，得到高位比特数据；
当调制数据中的最高有效位在多层编码过程中进行编码时，则使用低位比特数据辅助对信道接收数据的最高有效位采用硬判决方式或者软判决方式执行第三解调过程，对解调结果进行译码，得到高位比特数据；其中，当采用硬判决执行第三解调过程时，对解调结果采用硬译码方式进行译码；当采用软判决方式执行第三解调过程时，对解调结果采用软译码方式进行译码。
可选的，在将RS译码数据发送给信宿之前，所述级联译码方法包括：
对RS译码数据进行迭代译码，得到RS迭代译码数据；
将RS迭代译码数据发送给信宿；
其中，所述对RS译码数据进行迭代译码，得到RS迭代译码数据，包括：
对RS译码数据进行交织，得到迭代输入数据；其中，迭代输入数据包括低位迭代输入数据和高位迭代输入数据；
对低位迭代输入数据进行译码，得到低位迭代比特数据；
当调制数据中的最高有效位在多层编码过程中没有进行编码，则使用低位迭代比特数据辅助对高位迭代输入数据采用硬判决方式执行第二解调过程，得到高位迭代输入数据；
当调制数据中的最高有效位在多层编码过程中进行编码，则使用低位迭代比特数据辅助对高位迭代输入数据采用硬判决方式或者软判决方式执行第三解调过程，对解调结果进行译码，得到高位迭代输入数据；其中，当采用硬判决方式执行第三解调过程时，对解调结果采用硬译码方式进行译码；当采用软判决方式执行第三解调过程时，对解调结果采用软译码方式进行译码；
对高位迭代输入数据和低位迭代比特数据进行解交织处理，得到解交织迭代数据；
对解交织迭代数据进行RS译码，得到RS迭代译码数据；
将RS迭代译码数据发送给信宿。
可选的，当对低位迭代输入数据采用硬译码方式进行译码时，低位迭代输入数据中的校验位设为所述低位比特数据中的校验位。
可选的，当对低位迭代输入数据采用软译码方式进行译码时，低位迭代数据中信息位的最大似然比设为最可靠，低位迭代输入数据中校验位的最大似然比设为低位解调数据中的最大似然比。
可选的，对信道接收数据按照PAM4调制方式执行第一解调过程时采用硬判决的方法，得到低位解调数据；
对低位解调数据进行译码时采用硬译码的方式，得到低位比特数据。
可选的，对信道接收数据按照PAM4调制方式执行第一解调过程时采用软判决的方式，得到低位解调数据；
对低位解调数据进行译码时采用软译码的方式，得到低位比特数据。
本申请提供了一种级联译码方法。本申请利用传输数据在经过调制后，每个传输符号的低位比高位更容易出错的特性，提出了一种外码采用RS码，内码运用多层编码思想的级联编码方法及对应的级联译码方法。所述级联编码方法的外码采用RS码，对RS码字数据进行交织，然后对交织后的数据分成预设数量组的比特数据，对每一组比特数据采用不同码率的码字进行编码，得到预设数量组的多层子码字数据，然后进行调制得到调制数据；其中，每组多层子码字数据的长度一致，并分别对应调制数据中的不同位。所述级联编码方法在码率一定的情况下，使用较短的码长实现了较高的编码增益。
在译码时，先对信道接收数据中的低位进行解调和译码，得到低位比特数据；使用低位比特数据辅助对信道接收数据中的高位进行处理，得到高位比特数据；将高位比特数据和低位比特数据进行解交织、RS译码，得到RS译码数据发送给信宿。使用本申请提供的级联编码及译码方法的FEC方案可以满足超越400Gb/s的以太网应用的译码性能需求。
附图说明
图1为一种使用两个码组成级联码的通信***的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种级联编码方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种级联编码方法中对交织后的数据进行分组的一种划分方式的示意图；
图4为本申请实施例提供的一种级联编码方法中MLC编码的示例示意图；
图5为16QMA调制方式中调制数据的一种星座图示例；
图6为本申请实施例提供的一种级联译码方法的流程示意图；
图7为本申请实施例提供的一种级联译码方法中的MLC编译码过程示意图；
图8为本申请实施例提供的一种级联译码方法中使用低位比特数据辅助对信道接收数据进行硬判决解调的过程示意图；
图9为本申请实施例提供的一种级联译码方法中低位比特数据辅助对信道接收数据进行处理得到高位比特数据的过程示意图；
图10为实验组1、对比组1和对比组2的译码性能仿真结果对比示意图；
图11为实验组2和实验组3的译码性能仿真结果对比示意图；
图12为实验组1、实验组4、实验组5和对比组1的译码性能仿真结果对比示意图。
具体实施方式
为便于对申请的技术方案进行解释说明，先对本申请所涉及到级联编码的概念进行简单介绍。
级联码是由两个或多个简单码组成，图1示例性的给出了两个码组成级联码的通信***的结构示意图。如图1所示，级联码包括一个外码(一般是非二进制的)和一个内码(一般是二进制的)，这是两个独立的码，在一个信道上串行传输。先对信源发送的数据进行外码编码，然后经过交织后进行内码编码，再通过信道传输，级联码在译码端采用两级译码的方式，先进行内码译码，解交织后再进行外码译码。
参见图2，为本申请第一实施例提供的级联编码方法的流程示意图。所述级联编码方法包括步骤11至步骤16。
步骤11，接收信源发送的信源数据。信源是通信***中数据的产生端和发送端，把各种消息转换成原始的电信号，在本申请中称为信源数据。
步骤12，对信源数据进行RS编码，得到RS码字数据。
在本实施例中，外码采用RS码字。在最新的以太网标准中，采用两种RS码字对信源数据进行编码。RS码是以symbol的形式进行传输的，一种是RS(528，514)码，对应于以太网标准中的KR4 FEC方案；其中，一个RS码字共有528个码元，514个信息码元。另一种是RS(544，514)码，其中，一个RS码字共有544个码元，514个信息码元；对应于以太网标准中的KP4 FEC方案。1个码元为1个symbol(符号数)，1symbol＝10bits。
步骤13，对RS码字数据按照预设的交织深度进行交织，得到交织后数据。
对RS码字数据进行symbol级行列交织，预设的交织深度为I，其中I可以为任意的正整数。但是时延会随着I的增加而增长，在实际应用中，根据时延、吞吐率等需求去配置合适的I。
步骤14，将交织后的数据进行分组，得到预设数量组的比特数据。其中，预设数量为预设调制方式中的一个符号对应的比特的数量，每一组所述比特数据对应预设调制方式中的不同位。
步骤15，将预设数量组的比特数据进行多层编码，得到多层码字数据；其中，多层码字数据包括预设数量组的多层子码字数据，每组多层子码字数据的长度一致；对应于预设调制方式中最高有效位的多层子码字数据中的校验位长度小于对应于预设调制方式中最低有效位的多层子码字数据中的校验位长度。
在本实施例中，以PAM4(4Pulse Amplitude Modulation，***脉冲幅度调制)调制方式、外码采用RS(544，514)码对步骤14-15的执行过程进行介绍。在PAM4调制中，两个比特被调制成一个符号，预设数量等于2。将交织后的数据先分成N份，每一份包含2k个比特数据，将2k个比特数据划分成高位比特数据(共k1个)和低位比特数据(共k2个)；其中，2k＝k1+k2，k1＞k2；即将交织后的数据分成2组，第一组包含N份k1个比特数据，对应于PAM4调制中的最高有效位(Most Significant Bit，MSB)上的数据，第二组包含N份k2个比特数据，对应于PAM4调制中的最低有效位(Least Significant Bit，LSB)上的数据。
在实际应用中，有多种方式将2k个比特数据划分为高位比特数据(共k1个)和低位比特数据(共k2个)。图3本实施例给出的将2k个比特数据划分为高位比特数据(共k1个)和低位比特数据(共k2个)的一种划分方式示例。如图3所示，对2k个比特数据中的前2k1个比特数据按照奇偶顺序进行划分，奇数为高位比特数据，偶数为低位比特数据；后面(k2-k1)个数据为高位比特数据。在其它示例中，也可以按照其它顺序进行划分，只要满足2k＝k1+k2且k1＞k2即可，本申请对划分方法不做具体限制。
对高位比特数据和低位比特数据进行多层编码(Multi-level coding，MLC)，得到多层码字数据(在本申请中称为MLC码字数据)。在本实施例中，以预设调制方式为PAM4作为示例，多层码字数据包括两组MLC子码字数据。MLC编码的组成码选择BCH码，即对高位比特数据和低位比特数据采用不同码率的BCH码进行编码，得到的长度一致的两组MLC子码字数据；其中，一个MLC子码字数据的长度为n，一个MLC码字数据的长度为2n。
参见图4，是本实施例一种MLC编码的示例示意图。我们由码率的计算公式(码率＝信息位长度/码长)可知，当码率和码长一定时，信息位的比特数据长度也是一定的。图4中，k是k1和k2的平均值。在实际应用中，根据实际的通信***的设计需求，结合MLC码字的码率rate和码长2n，推导出MLC码字的信息位长度2k，再进一步推导出适合的k1和k2。
在一种实现方式中，MLC编码中使用第一码率的BCH码对低位比特数据进行编码，使用第二码率的BCH码对高位比特数据进行编码，分别得到低位多层子码字数据和高位多层子码字数据，其中第一码率小于第二码率，即低位多层子码字数据的纠错能力高于高位多层子码字数据的纠错能力。示例性的，对低位比特数据使用BCH(360,320)码进行编码，纠错能力为4；对高位比特数据使用BCH(360,340)码进行编码，纠错能力为2。对应的，n＝360，k1＝320，k2＝340。
在另外一种实现方式中，MLC编码中使用第三码率的BCH码对低位比特数据进行编码，得到低位多层子码字数据；对高位比特数据不进行编码，直接输出得到高位多层子码字数据，即高位多层子码字数据没有纠错能力。示例性的，对低位比特数据使用BCH(360,320)码进行编码，对应的k1＝320，k2＝360，n＝360。
在本实施例中，因为外码和内码的码长不一样，所以要对交织后的数据先分成N份，再对每一份进行编码。N根据RS码字数据长度、预设的交织深度以及步骤15中多层编码中选用的编码码字的信息位的长度进行确定。示例性的，其中，预设的交织深度设为2，外码采用RS(544，514)码，内码MLC码字的数据长度等于360(对应于高位比特数据没有纠错能力)+320(对应于低位比特数据的纠错能力为4，采用BCH(360，320)码)。
需要说明的是，以上示例中MLC编码采用BCH码作为组成码，也可以采用其它的码字作为组成码，比如，使用LDPC码或者Polar码作为MLC编码的组成码。
步骤16，将多层码字数据按照预设调制方式进行调制，得到用于信道传输的调制数据。在本实施例中，以PAM4调制方式为例，将高位多层子码字数据(对应调制数据中的MSB)和低位多层子码字数据(对应调制数据中的LSB)的对应位经过PAM4调制成为调制数据中的一个符号位。表1给出了PAM4调制方式下，多层码字数据和调制数据的对应关系。
表1：将多层码字数据按照PAM4进行调制
(MSB，LSB) (0,0) (0,1) (1,0) (1,1)
PAM4调制后 -3 -1 1 3
从表1中PAM4调制数据的数据形式可以看出来，调制数据小于0时，对应的最高比特位都是0，调制数据大于0时，最高比特位都是1。由此可以看出，最高比特位对调制数据的值影响最大。所以，在编码过程中，对最低有效位和最高有效位对应的比特数据采用不同码率的编码方式。在译码过程中，即使最低有效位译码错误，但只需要根据调制数据是大于0还是小于0，就可以判断最高有效位对应的值。
示例性的，参见图5，是16QAM调制数据的一种星座图示例的示意图。以未加粗的两位译码为00为例，低位辅助高位解调过程如表2所示。
表2：16QAM低位辅助高位解调过程(以低位为00为例)
未加粗两位00 Re<1,Im>-j Re<1,Im<-j Re>1,Im>-j Re>1,Im<-j
加粗两位解调结果 10 11 00 01
需要说明的是，对数据进行调制时，一般会使用格雷码来减少出错的可能，提升译码的性能。但是在本申请所提供的编码方法中，如果在调制时使用格雷码进行调制，当利用低位比特数据辅助对高位比特数据进行解调和译码时，即使低位比特数据译码正确，高位比特数据也有很大可能出错。所以为了使高位比特数据的译码结果尽可能的可靠，在使用本申请的级联编码方法进行通信***的设计时，调制过程不使用格雷码。
本实施例提供了一种级联编码方法，所述级联编码方法包括接收信源发送的信源数据；对信源数据进行RS编码，得到RS码字数据；对RS码字数据按照预设的交织深度进行交织，得到交织后数据；将交织后的数据进行分组，得到预设数量组的比特数据；其中，预设数量为预设调制方式中的一个符号对应的比特的数量，每一组比特数据对应预设调制方式中的不同位；将预设数量组的比特数据进行多层编码，得到多层码字数据；其中多层码字数据包括预设数量组的多层子码字数据，每组多层子码字数据的长度一致；对应于预设调制方式中最高有效位的多层子码字数据中的校验位长度小于对应于预设调制方式中最低有效位的多层子码字数据中的校验位长度；将多层码字数据按照预设调制方式进行调制，得到用于信道传输的调制数据。
所述级联编码方法利用传输数据在经过调制后，每个传输符号的低位比高位更容易出错的特性，对调制符号的低位和高位分别采用不同纠错能力的内码，对调制后的符号的不同位提供了不同的纠错能力，在码率一定的情况下，使用较短的码长实现了较高的编码增益。
需要说明的是，在上述第一实施例中，以预设调制方式为PAM4进行了示例说明。上述实施例提供的级联编码方法中的预设调制方式还可以是其它调制方式。
示例性的，当预设调制方式为16QAM时，16QAM调制数据中的一个符号对应四个比特，将交织后的数据进行分组，得到四组比特数据，一组比特数据对应16QAM调制数据中的一位。对应于调制数据的从高位到低位的顺序，MLC码字中的组成码可以分别选择BCH(360,350)，BCH(360,350)，BCH(360,330)，BCH(360,330)，也可以选择BCH(360,350)，BCH(360,340)，BCH(360,340)，BCH(360,330)。只要满足下述两个条件即可：经过MLC编码后，MLC子码字数据的长度是一致的，并且最低有效位对应的MLC子码字数据的纠错能力高于最高有效位对应的MLC子码字数据的纠错能力。
与前述级联编码方法的实施例相对应，本申请还提供了一种级联译码方法的实施例。参见图6，为本申请第二实施例提供的一种级联译码方法的工作流程示意图。所述级联译码方法包括步骤21-26。
步骤21，对信道接收数据按照预设调制方式执行第一解调过程，得到第一数量组的低位解调数据。其中，信道接收数据是指由本申请第一实施例提供的所述级联编码方法得到的调制数据经过信道传输，加上了信道噪声信号后的数据。
在本实施例中，采用与级联编码方法中对应的预设调制方式执行第一解调过程。其中，第一解调过程是指对信道接收数据中的低位数据进行解调，得到低位调解数据。前述级联编码方法中的预设调制方式使用了PAM4调制时，对应的第一解调过程中，也要按照PAM4调制方式进行解调，第一数量等于1，低位解调数据对应于PAM4调制数据中的最低有效位；前述级联编码方法中的预设调制方式使用了16QAM调制时，对应的第一解调过程中，也要按照16QAM调制方式进行解调，第一数量等于2，低位解调数据对应于16QAM调制数据中的最低有效位和次低有效位。
在步骤21中，所述的低位解调数据对应到级联编码方法中的多层码字数据中的低位部分的多层子码字数据。示例性的，预设调制方式为16QAM时，低位解调数据对应两组低位的多层子码字数据，预设调制方式为PAM4时，低位解调数据对应最低有效位对应的一组多层子码数据。
步骤22，对低位解调数据进行译码，得到低位比特数据。
在一种实现方式中，可以对PAM4调制数据按照硬判决方式执行第一解调过程，得到低位解调数据。对应的，对低位解调数据按照硬译码的方式进行译码，得到低位比特数据。
在另外一种实现方式中，可以对PAM4调制数据按照软判决方式执行第一解调过程，得到低位比特数据；对应的，对低位解调数据按照软译码的方式进行译码，得到低位比特数据。
采用软判决+软译码的方式译码性能好，误码率低，但是复杂度稍高，并且需要信道提供软消息。采用硬判决+硬译码方式复杂度低，译码性能较之软判决+软译码的方式较低，但不需要信道提供软消息，大大减少了均衡器的功耗。在实际应用中，可以根据具体的应用场景的需求来选择不同的判决方式执行第一解调过程。
在本实施例中，当级联编码方法中MLC编码的组成码选择BCH码时，对应的，在进行级联译码时，BCH码的硬译码可以采用BM(Berlekamp-Massey)算法，软译码时可以采用Chase-II算法。
步骤23，使用所述低位比特数据辅助对所述信道接收数据进行处理，得到第二数量组的高位比特数据；其中，所述第一数量加上所述第二数量等于预设数量，所述预设数量为所述预设调制方式中一个符号对应的比特的数量。
在本实施例中，使用信道接收数据的低位译码结果辅助对信道接收数据进行高位解调。参见图7，是一种MLC编码和译码过程的示意图。如图7所示，以PAM4调制方式为例，先对信道接收数据进行低位解调，得到低位解调数据，然后对低位解调数据进行译码，得到低位比特数据；使用低位比特数据辅助对信道接收数据进行解调，得到高位解调数据，对高位解调数据进行译码，得到高位比特数据。其中，图7中AWGN信道指高斯加性白噪声信道，用于模拟真实的信道噪声。
参见图8，给出了一种使用低位比特数据辅助对所述调制数据进行解调的过程示意图，图8中给的解调方法采用了硬判决方式进行解调，得到二进制的高位解调数据；其中，图8中noise_symbol表示信道接收到的调制数据。当低位比特数据为0时且信道接收数据大于-1，则对应的高位解调数据为1；当低位比特数据为0且信道接收数据小于-1时，对应的高位解调数据为0；当低位比特数据为1且信道接收数据大于1时，对应的高位解调数据为1；当低位比特数据为1且信道接收数据小于1时，对应的高位解调数据为0。
当使用低位比特数据辅助对信道接收数据采用软判决方式进行解调时，得到的高位解调数据是软信息，具体辅助过程与图8类似，在此不再赘述。
在实际应用中，当使用低位比特数据辅助对信道接收数据采用硬判决进行解调时，得到二进制的高位解调数据，对应的，对高位解调数据进行译码时采用硬译码的方式。当使用低位比特数据辅助对信道接收数据采用软判决进行解调时，得到软信息的高位解调数据，对应的，对高位解调数据进行译码时采用软译码的方式。
参见图9，以PAM4调制方式为例，按照调制数据中的最高有效位在多层编码过程中是否进行编码，给出了低位比特数据辅助对信道接收数据进行处理得到高位比特数据的工作流程示意图。
当所述调制数据中的最高有效位在多层编码过程中没有进行编码时，则在级联译码过程中也不需要译码，直接输出高位解调数据。上述使用低位比特数据辅助对信道接收数据进行解调时采用硬判决的方式，得到的二进制的高位解调数据直接输出成高位比特数据。在本实施例中，将上述解调过程称为第二解调过程。此时，如图9所示，步骤23进一步包括步骤231-1、步骤232-1和步骤233。
步骤231-1，使用低位比特数据辅助对信道接收数据进行解调时采用硬判决的方式，得到二进制的高位解调数据。具体解调过程如图8所示。
步骤232-1，将二进制的高位解调数据直接输出。
步骤233，得到高位比特数据。
当所述调制数据中的最高有效位在多层编码过程中进行编码时，则在级联译码过程中需要对高位解调数据进行译码。在本实施例中，将得到需要译码的高位解调数据的解调过程称为第三解调过程。
当采用硬判决的方式执行第三解调过程时，对得到的高位解调数据采用硬译码的方式进行译码。此时，如图9所示，步骤23进一步包括步骤231-2、步骤232-2和步骤233。
步骤231-2，使用低位比特数据辅助对信道接收数据进行解调时采用硬判决的方式，得到二进制的高位解调数据。解调过程如图8所示。
步骤232-2，将二进制的高位解调数据采用硬译码的方式进行译码。
步骤233，得到高位比特数据。
当采用软判决的方式执行第三解调过程时，对得到的高位解调数据采用软译码的方式进行译码。此时，如图9所示，步骤23进一步包括步骤231-3、步骤232-3和步骤233。
步骤231-3，使用低位比特数据辅助对信道接收数据进行解调时采用软判决的方式，得到软信息的高位解调数据。
步骤232-3，将软信息的高位解调数据采用软译码的方式进行译码。
步骤233，得到高位比特数据。
在本实施例中，将步骤21-步骤23的执行过程称为MLC译码过程。当步骤21中的第一解调过程采用软判决方式时，称为MLC软译码。进一步的，MLC软译码包括使用低位比特数据辅助对信道接收数据进行解调时采用硬判决和软判决两种形式。当步骤22中的第一解调过程采用硬判决方式时，称为MLC硬译码。进一步的，MLC硬译码包括使用低位比特数据辅助对信道接收数据进行解调时采用硬判决和软判决两种形式。也就是说，MCL软译码包括低位软判决解调+高位软判决解调和低位软判决解调+高位硬判决解调两种形式；MLC硬译码包括低位硬判决解调+高位硬判决解调和低位硬判决解调+高位软判决解调两种形式。
步骤24，对高位比特数据和低位比特数据进行解交织处理，得到解交织数据。
步骤25，对所述解交织数据进行RS译码，得到RS译码数据。
步骤26，将所述RS译码数据发送给信宿。
对MLC译码结果进行解交织，还原成RS码字的顺序，进行RS译码，得到RS译码数据发送给信宿。在本实施例中，RS译码采用硬译码的方式。
在本实施例中，还可以通过迭代译码的方式增加级联译码方法的性能，即在完成RS硬译码后，利用RS译码数据作为迭代输入数据，再次进行MLC译码和RS译码过程，将得到的迭代译码结果发送给信宿。具体包括步骤31-36。
步骤31，对RS译码数据进行交织，得到迭代输入数据。需要说明的是，对RS译码数据进行交织后不用进行编码，直接将交织后的数据作为迭代译码的输入数据，再次作为MLC译码过程的输入。迭代输入数据中包括低位迭代输入数据和高位迭代输入数据。
步骤32，对低位迭代输入数据进行译码，得到低位迭代比特数据。以PAM4调制方式为例，先对低位迭代输入数据直接进行译码，得到低位迭代比特数据。因为RS译码数据已经没有校验位的信息，因此，RS译码数据交织后得到的迭代输入数据中需要对抛弃的校验位进行处理。在一种实现方式中，对低位迭代输入数据采用硬译码方式进行译码，将迭代输入数据中的校验位设为第一次低位译码后数据的校验位，即低位比特数据中的校验位；在另外一种实现方式中，对低位迭代输入数据采用软译码方式进行译码，将低位迭代数据中信息位的最大似然比设为最可靠，将低位迭代输入数据中校验位的最大似然比设为低位解调数据中的最大似然比。
步骤33，使用低位迭代比特数据辅助对高位迭代输入数据进行处理，得到高位迭代输入数据。根据调制数据中的最高有效位在多层编码过程中是否进行了编码操作，步骤33进一步的包括步骤331和步骤332。
步骤331，当调制数据中的最高有效位在多层编码过程中没有进行编码时，使用低位迭代比特数据辅助对高位迭代输入数据采用硬判决方式执行第二解调过程，得到高位迭代输入数据。
步骤332，当调制数据中的最高有效位在多层编码过程中进行编码时，使用低位迭代比特数据辅助对高位迭代输入数据采用硬判决方式或者软判决方式执行第三解调过程，得到高位解调迭代数据，对高位解调迭代数据进行译码，得到高位迭代输入数据。进一步的，当采用硬判决方式执行第三解调过程时，对高位解调迭代数据采用硬译码方式进行译码；当采用软判决方式执行第三解调过程时，对高位解调迭代数据采用硬译码方式进行译码。
在本实施例中，将步骤32-33称为MLC迭代译码过程，其中，当对低位迭代输入数据采用硬译码方式进行译码时，称为MLC硬迭代译码过程；当对低位迭代输入数据采用软译码方式进行译码时，称为MLC软迭代译码过程。进一步的，MLC硬迭代译码过程包括低位迭代硬译码+高位迭代硬译码和低位迭代硬译码+高位迭代软译码两种形式，MLC软迭代译码过程包括低位软译码+高位迭代软译码和低位软译码+高位迭代硬译码两种形式。
步骤34，将高位迭代输入数据和低位迭代比特数据进行解交织处理，得到解交织迭代数据。
步骤35，对解交织迭代数据进行RS译码，得到RS迭代译码数据。在本实施例中，对解交织迭代数据进行RS译码时采用硬译码的方式。
步骤36，将RS迭代译码数据发送给信宿。
需要说明的是，当对信道传输过来的信道接收数据采用硬判决方式执行第一解调过程得到低位解调数据时，需要采用迭代译码的方式，得到的译码数据才能满足400Gb/s以上的以太网的性能要求。也就是说，当采用硬判决方式执行第一解调过程时，级联译码方法的流程包括MLC硬译码+RS译码+MLC硬迭代译码+RS译码。
当对信道传输过来的调制数据采用软判决方式执行第一解调过程得到低位解调数据时，级联译码的方法流程可以包括不迭代的方式，即MLC软译码+RS译码；也可以采用迭代译码的方式，包括两种形式，一种是MLC软译码+RS译码+MLC软迭代译码+RS译码，另外一种是MLC软译码+RS译码+MLC硬迭代译码+RS译码。
本申请第二实施例提供的一种级联译码方法，用于译码使用本申请第一实施例提供的级联编码方法得到的调制数据，所述级联译码方法包括对信道接收数据按照预设调制方式执行第一解调过程，得到低位解调数据；对低位解调数据进行译码，得到低位比特数据；使用低位比特数据辅助对信道接收数据进行处理，得到高位比特数据；对高位比特数据和低位比特数据进行解交织处理，得到解交织数据；对解交织数据进行RS译码，得到RS译码数据；将RS译码数据发送给信宿。所述级联译码方法使用低位比特数据辅助对调制数据中的高位进行处理，得到高位比特数据，保证了译码的性能，还降低了***的复杂度，减少时延。
为了进一步体现本申请所提供的级联编码方法和级联译码方法的性能优势，本申请以PAM4调制方式为例，进行了对比实验。
对比实验1中，实验组1使用本申请第一实施例提供的RS码+MLC码的级联编码方法，具体的，外码采用RS(544,514，t＝15)，即KP4 FEC方案，内码MLC码的组成码中对低位比特数据采用BCH(360,320)码进行编码，纠错能力为4，高位比特数据不进行编码，没有纠错能力，预设的交织深度I＝2。其中，交织深度I＝2有很大的潜能去与现有以太网的PCS(Physical Coding Sublayer，物理编码子层)兼容。使用本申请第二实施例提供给的MLC软译码+RS译码的级联译码方法进行译码，具体的，MLC软译码过程中，对信道接收数据采用软判决方式进行解调，得到低位解调数据，对低位解调数据使用Chase-II算法进行译码，得到低位比特数据；其中Chase-II算法中翻转比特数设为3；使用低位比特数据辅助对信道接收数据采用硬判决方式进行解调，直接输出解调结果得到高位比特数据；将高位比特数据和低位比特数据进行解交织，得到解交织数据进行RS硬译码，得到RS译码结果。
对比组1使用RS码+BCH码的级联编码方法；具体的，外码采用RS(544,514，t＝15)码，即KP4 FEC方案，内码采用BCH(360,340)码。实验组和对比组1中的级联码的码率是一样的，对比组1中的PAM4调制过程中使用格雷码。对比组2使用KP4 FEC方案。
对比实验1中的三组编码方法对应的译码性能如图10所示。其中，实验组1对应于图10中的2RS+MLC_flip3，对比组1对应于图10中的2RS+BCH360(t＝2)格雷码_flip3，对比组2对应于图10中的RS(544,514)。从图10中可以看出，在输出BER(Bit Error Ratio，误码率)指标达到1E-15时，实验组和对比组1相对于对比组2的SNR(Signal-Noise Ratio，信噪比)都有1dB以上的提升，而实验组的译码性能相较于对比组1又提升了约0.05dB。其中图10中flip指BCH软译码时最不可靠位(翻转)个数。
对比实验2对当MLC采用硬译码时，是否需要进行迭代译码进行了验证。实验组2的级联编码方法中，预设的交织深度I＝4，其余的设置与对比实验1中实验组1的级联编码方法的设置一样。实验组2使用MLC硬译码+RS译码的级联译码方法。实验组3的级联编码方法同实验组2的一致，使用MLC硬译码+RS译码+MLC硬迭代译码+RS译码的迭代译码方式进行译码。
对比实验2中的两个实验组对应的译码性能如图11所示，其中，实验组2的FER(误帧率)对应于图11中FER-sim 4kp4 iter1，实验组2的BER(误码率)对应于图11中的BER-sim4kp4 iter1，实验组3的FER(Frame Error Rate，误帧率)指标对应于图11中FER-sim4kp4 iter2，实验组3的BER指标对应于图11中的BER-sim 4kp4 iter2。400Gb/s以上以太网的性能要求为在raw-BER为2E-3时输出BER为E-15。从图11中可以看出，实验组2的译码方案需要约1.8E-3的信道条件才能满足输出BER为E-15，达不到以太网的性能要求；实验组3的译码方案在约2.8E-3的信道条件即可满足要求，远远超过以太网的性能要求。
从对比实验2中可以看出，当对信道传输过来的调制数据采用硬判决方式执行第一解调过程得到低位解调数据时，需要进行迭代译码的方式，得到的译码数据才能满足400Gb/s以上的以太网的性能要求。
对比实验3对实验组1、实验组4和实验组5以及对比组1的译码性能进行对比。实验组4的级联编码方法和实验组1一样，级联译码方法采用MLC软译码+RS译码+MLC软译码+RS译码的迭代译码方式，其中因为高位比特数据在编码时没有进行编码，因此，MLC软译码过程中的，使用低位译码结果辅助对高位进行硬判决解调，直接输出高位比特数据。实验组5的级联编码方法和实验组1一样，级联译码方法采用MLC软译码+RS译码+MLC硬迭代译码+RS译码的迭代译码方式。
对比实验3的译码性能结果如图12所示；其中，对比组1对应于图12中的2RS+BCH360(t＝2)格雷码_flip3，实验组1对应于图12中的2RS+MLC_flip3，实验组4对应于图12中的2RS+MLC两次软迭代_flip3，实验组5对应于图12中的2RS+MLC软硬迭代_flip3。从图12中可以看出，当交织深度为2时，对译码性能曲线进行拟合延长，在输出BER等于1E-15时，实验组4的译码性能较之实验组1提升了0.28dB左右，实验组5的译码性能较之实验组1提升了0.12dB左右。从上述分析可以看出，可以通过迭代译码的方式增加级联译码方法的译码性能。
以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种级联译码方法，其特征在于，用于译码级联编码方法得到的调制数据；一种级联编码方法，包括：
接收信源发送的信源数据；
对所述信源数据进行RS编码，得到RS码字数据；
对所述RS码字数据按照预设的交织深度进行交织，得到交织后数据；
将交织后的数据进行分组，得到预设数量组的比特数据；其中，所述预设数量为所述预设调制方式中的一个符号对应的比特的数量，每一组所述比特数据对应所述预设调制方式中的不同位；
将预设数量组的所述比特数据进行多层编码，得到多层码字数据；其中所述多层码字数据包括预设数量组的多层子码字数据，每组所述多层子码字数据的长度一致；对应于所述预设调制方式中最高有效位的所述多层子码字数据中的校验位长度小于对应于所述预设调制方式中最低有效位的所述多层子码字数据中的校验位长度；
将所述多层码字数据按照所述预设调制方式进行调制，得到用于信道传输的调制数据；
所述级联译码方法包括：
对信道接收数据按照预设调制方式执行第一解调过程，得到第一数量组的低位解调数据；
对所述低位解调数据进行译码，得到低位比特数据；
使用所述低位比特数据辅助对所述信道接收数据进行处理，得到第二数量组的高位比特数据；其中，所述第一数量加上所述第二数量等于预设数量，所述预设数量为所述预设调制方式中一个符号对应的比特的数量；
对所述高位比特数据和所述低位比特数据进行解交织处理，得到解交织数据；
对所述解交织数据进行RS译码，得到RS译码数据；
将所述RS译码数据发送给信宿；
当所述预设调制方式为PAM4时，所述第一数量和所述第二数量都等于1；所述低位比特数据对应于所述调制数据中的最低有效位，所述高位比特数据对应于所述调制数据中的最高有效位；
所述使用所述低位比特数据辅助对所述信道接收数据进行处理，得到高位比特数据，包括：
当所述调制数据中的最高有效位在多层编码过程中没有进行编码时，则使用所述低位比特数据辅助对所述信道接收数据的最高有效位采用硬判决方式执行第二解调过程，得到所述高位比特数据；
当所述调制数据中的最高有效位在多层编码过程中进行编码时，则使用所述低位比特数据辅助对所述信道接收数据的最高有效位采用硬判决方式或者软判决方式执行第三解调过程，得到高位解调数据，对所述高位解调数据进行译码，得到所述高位比特数据；其中，当采用硬判决执行第三解调过程时，对所述高位解调数据采用硬译码方式进行译码；当采用软判决方式执行第三解调过程时，对所述高位解调数据采用软译码方式进行译码。
2.根据权利要求1所述的级联译码方法，其特征在于，在所述将RS译码数据发送给信宿之前，所述级联译码方法包括：
对RS译码数据进行迭代译码，得到RS迭代译码数据；
其中，对所述RS译码数据进行迭代译码，得到RS迭代译码数据，包括：
对所述RS译码数据进行交织，得到迭代输入数据；其中，所述迭代输入数据包括低位迭代输入数据和高位迭代输入数据；
对所述低位迭代输入数据进行译码，得到低位迭代比特数据；
当所述调制数据中的最高有效位在多层编码过程中没有进行编码，则使用所述低位迭代比特数据辅助对所述高位迭代输入数据采用硬判决方式执行第二解调过程，得到所述高位迭代输入数据；
当所述调制数据中的最高有效位在多层编码过程中进行编码，则使用所述低位迭代比特数据辅助对所述高位迭代输入数据采用硬判决方式或者软判决方式执行第三解调过程，对解调结果进行译码，得到高位迭代输入数据；其中，当采用硬判决方式执行第三解调过程时，对解调结果采用硬译码方式进行译码；当采用软判决方式执行第三解调过程时，对解调结果采用软译码方式进行译码；
对所述高位迭代输入数据和所述低位迭代比特数据进行解交织处理，得到解交织迭代数据。
3.根据权利要求2所述的级联译码方法，其特征在于，当对所述低位迭代输入数据采用硬译码方式进行译码时，所述低位迭代输入数据中的校验位设为所述低位比特数据中的校验位。
4.根据权利要求2所述的级联译码方法，其特征在于，当对所述低位迭代输入数据采用软译码方式进行译码时，所述低位迭代数据中信息位的最大似然比设为最可靠，所述低位迭代输入数据中校验位的最大似然比设为所述低位解调数据中的最大似然比。
5.根据权利要求3所述的级联译码方法，其特征在于，对所述信道接收数据按照PAM4调制方式执行第一解调过程时采用硬判决的方法，得到所述低位解调数据；
对所述低位解调数据进行译码时采用硬译码的方式，得到所述低位比特数据。
6.根据权利要求1、3、4中任一项所述的级联译码方法，其特征在于，对所述信道接收数据按照PAM4调制方式执行第一解调过程时采用软判决的方式，得到所述低位解调数据；对所述低位解调数据进行译码时采用软译码的方式，得到所述低位比特数据。
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