[发明专利]用于基于塑料光纤的数据通信的适应性错误校正码的编码方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及基于塑料光纤的数据传输。特别地，本发明涉及用于使用适应性错误校正码和调制方案的基于塑料光纤发送和接收数据的方法和装置。

背景技术

当今的通信系统利用多种类型的电缆和无线电接口。玻璃光纤不仅是最可靠的，还能实现非常高的传输速率。另一方面，一部分电话线仍然使用铜质电缆形成，并且还用于数据的传输。特别是在过去十几年中，无线通信经历了快速发展。所有这些数据传输媒体都具有其本身的特性并且适用于以不同方案和架构进行部署。

玻璃光纤(GOF)现今特别用于要求非常高带宽和非常低衰减的通信。由于玻璃光纤具有非常小的直径和低数值孔径(NA)，其安装要求专用且昂贵的连接器工具和熟练的安装工人。

另一种可行方式是例如基于具有较大芯径(约1mm)和高数值孔径(NA约为0.3至0.5)的聚甲基丙烯酸酯(PMMA)的塑料光纤(POF)的部署。不太昂贵且最常使用的塑料光纤是数值孔径为0.5的SI-POF。然而，还存在能够实现较高数据速率的具有低数值孔径0.3的SI-POF以及具有接近1GHz×100米的带宽长度乘积的PMMA GI-POF。PMMA具有多个衰减窗口，其能够使POF使用从蓝色到红色发光二极管(LED)或红色激光二极管(LD)的不同可见光源。

与GOF相比，塑料光纤具有非常容易安装的优点。它们可以通过专业或非专业安装工人使用诸如剪刀或切断器和不昂贵的塑料连接器等基本工具进行部署。其对于未对准和强振动是有恢复力的，所以其可以安装在工业和汽车环境中，而不损失通信容量。由于较大的芯径导致POF连接对终端正面上的残留灰尘比GOF具有高得多的容限。

由于基于POF的传输是光学的，因此塑料光纤完全不受电气噪声的影响。从而，现有铜布线将不干扰通过塑料光纤的数据，所以其甚至可以挨着电缆安装。塑料光纤连接器和用于POF的光电器件是主要的低成本消耗部件，其能够使安装工人节省电缆成本和安装、测试以及维护时间。塑料光纤已经被广泛地采用，特别是用于汽车中的信息娱乐网络并且现在可以看作用于诸如面向媒体的系统传输(MOST)的高速在线汽车网络的全球标准。

图1示出用于基于POF发送和接收数据的系统的实例。基于塑料光纤的传输基于通过直接检测的光强度调制。将被发送的信号从用于编码和调制用户比特流信息的数字电路110生成并且被传送到用于将数字数据转换成用于控制发光元件130的电信号的发射器(Tx)模拟前端(AFE)120。在电信号到光信号的该转换之后，晶格被输入到光纤150。用于塑料光纤的电光转换器通常是发光二极管(LED)，其特征在于诸如峰值波长、波长宽度和发射模态分布的性质。

在经由塑料光纤150传输信号期间，光受严重衰减以及主要由于模态分布导致的失真影响。模态分布由在不同路径上并且具有不同速度和衰减在光纤中传播的光的不同模式导致，造成到达接收器处的时间不同。光信号还受所谓的模耦合影响，其中，较高顺序模式的能量被传送至较低顺序模式，并且反之亦然。结果，光脉冲被加宽，其导致降低信号带宽。

在接收器处，来自塑料光纤150的光信号通过诸如光电二极管的光电转换器170被转换为电强度。然后，电信号由模拟前端(AFE)180处理。特别地，其尤其由跨阻放大器(TIA)放大并且连接至数字接收器190。TIA通常是最重要的噪声源，其限制通信系统的最终灵敏度。

关于数据传输技术，GOF成功地使用不归零(NRZ)调制。特别地，当前玻璃纤维通信系统主要利用NRZ 8b/10b或NRZI 4b/5b线路编码，其要求分别用于1Gbps和100Mbps解决方案的1.25GHz和125MHz的波特率。从而，当前塑料光纤解决方案还采用用于数据传输的NRZ调制。然而，塑料光纤具有不同于玻璃纤维的频率和时间响应，并且还具有明显更高的衰减。作为通信介质，由于其显著差分模式延迟和差分模式衰减，塑料光纤显示出非常高的模态分布。要求用于与纤维耦合的大面积光电二极管通常具有有限宽度。考虑到塑料光纤频率响应，支持100或150Mbps的解决方案可能达到ca.50米；然而，在没有更先进技术的情况下，1Gbps看起来不可能实现。