試論超強FEC用于大容量長距離光通信系統的效果

摘要：前向糾錯技術（FEC）具有改善誤碼率、延長光信號單跳跨越以及提高光通信可靠性、降低成本投入等優勢，為此這一技術被廣泛的應用于光通信系統。文章從超強FEC的概念機實現入手，并在此基礎上論述了這一技術在工程中的應用，從而說明了超強糾錯編碼技術在大容量長距離光纖通信系統中的應用優勢。

關鍵詞：超強FEC 光通信系統 糾錯編碼技術

FEC的研究是隨著光通信系統的迅猛發展而逐漸開展起來的，經過多年發展形成了諸如ITU-T G.707、G.975、G.709、以及G.975.1等與此技術相關的協議。但是伴隨著更長距離以及更大容量、更大速度的光通信系統的發展，光纖中存在的多種傳輸效應就會受到傳輸距離以及傳輸速度的影響，例如受激拉曼散射、四波混頻、色散、偏振模色散以及受激布里淵散射等。為此傳統的FEC技術已經不再滿足現實工程需要，增強型的FEC技術以及超強型FEC技術從而應運而生，逐步發展、實踐并投入應用。

1、超強FEC技術的概念以及實現

1.1FEC技術分類

FEC作為差錯編碼中的信道編碼，在WDM光傳輸系統中可以采用兩種編碼方式：帶外編碼FEC以及帶內編碼FEC。其中帶內編碼FEC是指通過使用SDH中的部分開銷字節來裝載FEC碼的監督碼元。這種編碼方式由于使用了BCH糾錯碼，為此帶內FEC不會導致系統速率的增加，同時也可以保證較好的傳輸性能。但是這種編碼技術的糾錯容限較低，在SDH中利用FEC技術實現的系統誤碼性能僅有1-2db。

而所謂的帶外FEC指的是在糾錯處理中不改變原凈荷，而是在SDH層下面額外增加一個帶外FEC實現糾錯處理。由于帶外FEC層可以根據實際的需求選擇糾錯容限，為此具有很高的擴展性以及靈活性。同時這種帶外FEC技術具有很高的冗余度以及較高的糾錯能力，較之帶內FEC的編碼增益可以高出2—3db。此外這一技術除了SDH幀格式外，還具有其它較為靈活的插入FEC開銷格式。目前適用于帶外FEC的標準主要有兩種：1-TU-T G.709以及G.975，其中后者規定將RS（255，239）用于帶外FEC編解碼，并在幀尾插入校驗字節，相應的編碼冗余度為7%。前者使用RS（255，238）進行編碼，但是其編碼冗余度較之前者更大，為此具有較為靈活的比特開銷。帶外FEC的不足之處在于插入的額外開銷會導致線路速率增加，從而需要收發設備進行匹配及相應的改動。

目前眾多設備商使用的增強型FEC技術以及超強型FEC技術均屬于帶外FEC。

1.2超強型FEC技術及實現

研制超強型FEC技術主要是為了應用于編碼增益要求較高以及時延要求不高的光通信系統。ITU-TG.975.1曾提出了建設高速DWDM海底光纜通信的超強FEC，較之RS（255，239）有更為優異的糾錯能力，從而可以有效改善高速率DWDM海底光纜的通信傳輸性能。

超強型FEC一般使用級聯碼構造，也就是通過短碼來構成長碼。在建議751.1中給出了8種不同的超強FEC編碼級聯方式。大致可將8種方式分為兩大類：一類是依靠增加FEC碼字長度，另一種是通過使用兩類FEC編碼級聯方法。但是鑒于現在還沒有出臺統一的標準，為此很多公司致力于研發自己的高增益FEC碼型，例如PMW-Sierra就研發了屬于自己的螺旋方式交織編碼。這種編碼方式在編碼構造中進行了創新，使用了一種不同于增強型FEC二維級聯編碼的構造方式，也就是螺旋方式交織編碼，但是其冗余度依然為6.7%。這種全新的編碼方式不僅有效地消除了錯誤平層，同時使其延遲較低至不到正交二維級聯碼的50%。這種編碼方式較之現行的正交二維級聯碼有顯著地優勢：首先是可以允許更加并行的實現機制，從而在同樣的延遲條件下得到更優性能；其次是使用更優的交織結構提升了性能的同時減少了延遲；最后使用最大似然的譯碼方式后有效地提升了對錯誤譯碼的抵抗力。

2、超強FEC在工程中的應用

前文已經提到過FEC技術在海底電纜DWDM中的應用，但是這一技術的應用不僅局限于此，還可被廣泛的應用于長跨度的路纜SDH系統中。某工程的光纜通信長度為335—350km，要求其通信容量為10Gb/s，相應的誤碼率不高于10-12，使用壽命以及開通冗余量分別不少于30年與10db。經過前期工程的相關勘查，所使用的工程光纜為G.652光纖，處于1550處的平均損耗小于0.19db/km，測試得到的總體線路損耗大約為66db。此外由于要考慮10db的系統冗余量，從而最終要求備份系統的總體功率要大于76db。由于傳統的帶本地功率放大以及本地前置放大的點到點系統的功率預算為54db，與10Gb/s的傳輸速率不相適應，無法滿足工程76db的功率需求。為此需要在以上基礎上增設高增益分布式喇曼光放大設備、動態色散補償設備以及超強FEC設備，從而滿足以上功率預算需求。

經過計算獲得的功率預算圖表明在系統開通余量為10db以及壽命終結余量為1.9db條件下可以滿足本工程的設計需要。經過對本工程中系統接收端OSNR以及BER的測試，當其誤碼率為10E-13時，相應的超強FEC凈編碼增益為7.8db，而對于OSNR的要求為9.4db。由此可見，在工程中引入超強FEC技術不僅有效的保證了傳輸距離，同時對于OSNR的要求得以降低，從而改善了傳輸性能。

FEC技術作為實現大容量長距離高速光纖通信的重要技術，由此獲得的編碼增益可用于提升抗干擾能力、改善現有光纖鏈路的性能以及降低誤碼率；可以在實現同等傳輸距離以及誤碼率的條件下減少發射功率或者調整功率分配；可以有效地增加兩大中繼站之間的傳輸距離，從而實現長距離或者超長距離的無中繼站傳輸。為此，在使用DWDM技術的海底光纜光纖通信系統或者相關的大容量長距離光纖通信系統中，首選FEC技術，尤其是超強FEC技術。

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