前向糾錯

簡介

　　應用在40Gbit/sWDM系統(tǒng)中的FEC技術主要是增強型FEC（EFEC），其特點是引入級聯(lián)信道編碼等大增益編碼技術，適用于時延要求不高、編碼增益要求特別高的系統(tǒng)，涉及的碼型包括RS級聯(lián)碼、BCH級聯(lián)碼、分組Turbo碼等。在同等編碼冗余度下，EFEC可以較標準帶外FEC（G.975/G.709，5～6dB編碼增益）提供額外的1～3dB編碼增益。EFEC技術還沒有統(tǒng)一的標準，甚至沒有統(tǒng)一的名稱，各個廠商的編碼技術都不盡相同，編碼冗余度差別很大，主要有7%、11%、12.5%等幾種，最大可以提供10dB的編碼增益（BER<10-15）。目前在40Gbit/s速率上直接進行編解碼的FEC/EFEC芯片已經出現(xiàn)，F(xiàn)EC的應用已經沒有技術障礙，需要進一步推動的是標準化進程、性能的提高和成本的降低。

實現(xiàn)光通信可靠傳輸

　　前向糾錯技術(Forward Error Correction)在確保信號的長距可靠傳輸方面也起著非常重要的作用。相比于10G系統(tǒng)，100G的OSNR需要提高10倍，這需要多種技術的組合應用才能實現(xiàn)，其中就包括FEC。

　　在波分復用技術的發(fā)展過程中，前向糾錯（FEC，F(xiàn)orward Error Correction）技術作為實現(xiàn)信息可靠傳輸?shù)年P鍵，逐漸成為必不可少的主流技術。光纖通信中的FEC也經歷了幾代技術的演變，從經典硬判決，到級聯(lián)碼，而100G相干技術的出現(xiàn)使得軟判決成為演進的方向。

圖1 FEC在光通信中的位置

性能三要素

　　FEC技術是一種廣泛應用于通信系統(tǒng)中的編碼技術。以典型的分組碼為例，其基本原理是：在發(fā)送端，通過將kbit信息作為一個分組進行編碼，加入（n-k）bit的冗余校驗信息，組成長度為n bit的碼字。碼字經過信道到達接收端之后，如果錯誤在可糾范圍之內，通過譯碼即可檢查并糾正錯誤bit，從而抵抗信道帶來的干擾，提高通信系統(tǒng)的可靠性。在光通信系統(tǒng)中，通過FEC的處理，可以以很小的冗余開銷代價，有效降低系統(tǒng)的誤碼率，延長傳輸距離，實現(xiàn)降低系統(tǒng)成本的目的。

　　FEC的使用可以有效提高系統(tǒng)的性能，根據(jù)香農定理可以得到噪聲信道無誤碼傳輸?shù)臉O限性能（香農限），如圖2所示。從圖2可以看出，F(xiàn)EC方案的性能主要由編碼開銷、判決方式、碼字方案這三個主要因素決定。

　?。?）編碼開銷：校驗位長度（n-k）與信息位長度k的比值，稱為編碼開銷。開銷越大，F(xiàn)EC方案的理論極限性能越高，但增加并不是線性的，開銷越大，開銷增加帶來的性能提高越小。開銷的選擇，需要根據(jù)具體系統(tǒng)設計的需求來確定。

圖2 硬判決FEC和軟判決FEC的香農限

　?。?）判決方式：FEC的譯碼方式分為硬判決譯碼和軟判決譯碼兩種。硬判決FEC譯碼器輸入為0，1電平，由于其復雜度低，理論成熟，已經廣泛應用于多種場景。軟判決FEC譯碼器輸入為多級量化電平。在相同碼率下，軟判決較硬判決有更高的增益，但譯碼復雜度會成倍增加。微電子技術發(fā)展到今天，100G吞吐量的軟判決譯碼已經可以實現(xiàn)。隨著傳送技術的發(fā)展，100G時代快速到來，軟判決FEC的研究與應用正日趨成熟，并將在基于相干接收的高速光通信中得到廣泛應用。

　?。?）碼字方案：當確定開銷和判決方式后，設計優(yōu)異碼字方案，使性能更接近香農極限，是FEC的主要研究課題。目前，軟判決LDPC碼，由于其良好的糾錯性能，且非常適合高并行度實現(xiàn)，逐步成為高速光通信領域主流FEC的方案。