軟判決是相對(duì)于硬判決而言的，與具體的糾錯(cuò)編碼或后續(xù)算法沒(méi)有必然關(guān)聯(lián),。軟硬判決的區(qū)別在于：硬判決以閾值為準(zhǔn)繩,，武斷地對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行判定;軟判決以閾值為參考，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行猜測(cè),，并聲明猜測(cè)的可信度,。軟判決并未判決，僅提供猜測(cè)信息和可信度信息,，便于后續(xù)算法(如Viterbi算法)結(jié)合其他信息進(jìn)一步處理,、綜合判定。
對(duì)于一般的單比特判決而言,，判決軟硬判決的不同在物理實(shí)現(xiàn)上表現(xiàn)為其對(duì)信號(hào)量化所采用的比特位數(shù),。硬判決對(duì)信號(hào)量化的比特?cái)?shù)為1位，其判決結(jié)果非“0”即“1”,，沒(méi)有回旋余地,。軟判決則采用多個(gè)比特對(duì)信號(hào)進(jìn)行量化，一個(gè)比特為猜測(cè)信息,，額外的比特提供該猜測(cè)的可信度信息,。
采用軟判決的原因
基于數(shù)字相干接收PM-QPSK調(diào)制100G接收機(jī)，不論其采用軟判決還是硬判決，其信號(hào)處理結(jié)構(gòu)和流程基本相同,，不同之處在于軟判決給后續(xù)的前向糾錯(cuò)編碼(FEC)解碼單元提供了額外的可信度信息,，而硬判決僅提供單比特判決信息，拋棄了可信度信息,，放棄了模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字相干接收所提供的糾錯(cuò)優(yōu)勢(shì),。軟判決所提供的可信度信息可以進(jìn)一步提高FEC編碼增益。
糾錯(cuò)編碼技術(shù)可以跳出傳輸物理層的限制,，在邏輯層對(duì)一切物理傳輸損傷進(jìn)行補(bǔ)償,，特別是對(duì)非線性效應(yīng)影響的補(bǔ)償。糾錯(cuò)編碼的編碼增益越大,，相同傳輸距離下對(duì)入纖光功率的要求越低,，接收機(jī)OSNR要求越小。另一方面,，光信號(hào)在傳輸過(guò)程中OSNR越小,，纖芯光功率強(qiáng)度的變化越小，纖芯折射率的波動(dòng)越小,，非線性效應(yīng)的影響就越不明顯,。因此，對(duì)于主要受到非線性效應(yīng)限制的100G光傳輸系統(tǒng),，1dB糾錯(cuò)編碼增益對(duì)系統(tǒng)傳輸性能的提升遠(yuǎn)高于衰減或色散受限的光傳輸系統(tǒng),。根據(jù)移動(dòng)" title="中國(guó)移動(dòng)">中國(guó)移動(dòng)、電信" title="中國(guó)電信">中國(guó)電信100G測(cè)試結(jié)果以及100G行標(biāo),，G.655光纖時(shí)采用軟判決的傳輸距離比硬判決多6個(gè)跨段,，傳輸距離提升了60%。
實(shí)現(xiàn)軟判決的途徑
軟判決的實(shí)現(xiàn)得益于模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)的使用,。100G要求模數(shù)轉(zhuǎn)換器的有效比特位數(shù)(ENOB)大于6比特,。輸入光信號(hào)經(jīng)光學(xué)前端光電轉(zhuǎn)換為四路模擬電信號(hào)，四路模擬電信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器在時(shí)間和幅度上離散量化為四路數(shù)字信號(hào),，經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理完成信道均衡和載波估計(jì)得到估計(jì)的四通道(Ix,，Qx，Iy,，Qy)數(shù)據(jù)用于判決,。
其軟硬判決的差異僅在于四通道判決輸出的比特?cái)?shù)：硬判決對(duì)每個(gè)通道輸出1個(gè)比特判決;軟判決除了對(duì)每個(gè)通道輸出1個(gè)比特的猜測(cè)信息外，還提供若干比特的可信度信息,。軟判決以判決閾值為參考提供猜測(cè)信息,，以若干可信度閾值為參考提供可信度信息。圖1為數(shù)字相干接收PM-QPSK單個(gè)偏振態(tài)上I,，Q分量的軟判決示例,。該示例對(duì)I,，Q分別給出3比特的軟判決，其中以判決閾值為參考提供1比特猜測(cè)信息,，以3個(gè)可信度閾值為參考提供2比特可信度信息,。
基于軟判決的糾錯(cuò)編碼
糾錯(cuò)編碼算法與軟判決沒(méi)有必然聯(lián)系，但某些糾錯(cuò)編碼算法可以軟判決所提供的可信度概率信息進(jìn)一步提高編碼的糾錯(cuò)能力,，提高編碼增益,。基于軟判決和迭代算法的第三代糾錯(cuò)編碼,，其編碼增益可達(dá)到11dB以上,，其典型代表為Turbo和LDPC編碼，其中LDPC較Turbo編碼具有更優(yōu)的糾錯(cuò)特性和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度,。LDPC碼即低密度奇偶校驗(yàn)碼(Low Density Parity Check Code,，LDPC)，它是由Robert G.Gallager博士于1963年提出的一類具有稀疏校驗(yàn)矩陣的線性分組碼,，不僅有逼近Shannon限的良好性能,，而且譯碼復(fù)雜度較低，結(jié)構(gòu)靈活,，是近年信道編碼領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于深空通信,、光纖通信,、衛(wèi)星數(shù)字視頻和音頻廣播等領(lǐng)域。LDPC碼已成為第四代通信系統(tǒng)(4G)強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者,，而基于LDPC碼的編碼方案已經(jīng)被下一代衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)DVB-S2采納,。
烽火科技100G糾錯(cuò)編碼技術(shù)
烽火科技100G DWDM采用了基于數(shù)字相干接收PM-QPSK調(diào)制技術(shù)，其糾錯(cuò)編碼采用7%硬判決和13%軟判決結(jié)合的方式,，分別置于framer和ASIC中,，如圖2所示。其中,，7%的硬判決糾錯(cuò)編碼為G.975.1所定義的二級(jí)鏈接碼,，13%軟判決糾錯(cuò)編碼為低密度奇偶校驗(yàn)編碼(LDPC)，這種組合實(shí)際上構(gòu)成三級(jí)鏈接碼,。
之所以采用這種三級(jí)鏈接碼,，是因?yàn)長(zhǎng)DPC編碼具極強(qiáng)的大誤碼糾錯(cuò)能力，可以將2.5e-2的誤碼降低到1e-5以下,，但LDPC因其解碼過(guò)程出現(xiàn)環(huán)路和死鎖導(dǎo)致“誤碼平層”問(wèn)題,，無(wú)法將誤碼降低到1e-12以下。烽火在外部采用G.975.1所定義的7%二級(jí)鏈接硬判決糾錯(cuò)編碼消除了LDPC“誤碼平層”的影響,。這種配置一方面利用了LDPC編碼對(duì)大誤碼的糾錯(cuò)能力,，利用外部硬判決糾錯(cuò)編碼消除了“誤碼平層”的影響,，另一方面利用成熟商用7%硬判決糾錯(cuò)編碼的高增益盡可能地降低了LDPC編碼的復(fù)雜度、功耗和時(shí)延,，具有最優(yōu)的性價(jià)比,。例如，LDPC(9216,，7936)+RS(992,，956)編碼組合以3%硬判決糾錯(cuò)編碼消除17% LDPC的誤碼平層可獲得9.7dB凈編碼增益，而LDPC(4608,，4080)+G.975.1則通過(guò)7%硬判決糾錯(cuò)編碼消除13% LDPC的誤碼平層獲得11.5dB凈編碼增益且LDPC編碼長(zhǎng)度少一半,。
烽火科技100G三級(jí)鏈接糾錯(cuò)編碼以較小的編碼復(fù)雜度、處理時(shí)延和功耗達(dá)到11.5dB的凈編碼增益和2E-2的糾前誤碼極限,，極大的提高了系統(tǒng)的可靠性,、穩(wěn)定性和健壯性。
100G軟判決現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用成熟問(wèn)題及將來(lái)發(fā)展由上述分析可以看出：基于數(shù)字相干接收PM-QPSK調(diào)制100G接收機(jī),，不論其采用軟判決還是硬判決,，其信號(hào)處理結(jié)構(gòu)和流程基本相同，不同之處在于軟判決給后續(xù)的前向糾錯(cuò)編碼(FEC)解碼單元提供了額外的可信度信息,，而硬判決僅提供單比特判決信息,，拋棄了可信度信息，放棄了模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字相干接收所提供的糾錯(cuò)優(yōu)勢(shì),。(也就是說(shuō),，僅從純技術(shù)的角度而言，軟判決相對(duì)于硬判決的成熟度問(wèn)題實(shí)際上是一個(gè)偽問(wèn)題,。)
軟判決所提供的可信度信息可以進(jìn)一步提高FEC編碼增益,。根據(jù)電信以及移動(dòng)100G測(cè)試結(jié)果以及100G行標(biāo)來(lái)看，軟判決比硬判決具備很多性能優(yōu)勢(shì)：①軟判決糾前誤碼率極限高達(dá)2.5E-2,，而硬判決的糾前誤碼極限為6E-3;②接收機(jī)OSNR容限：行標(biāo)規(guī)定軟判決為13dB(BOL),，硬判決為14.5dB(BOL);③傳輸距離：G.652軟判決比硬判決多4段，G.655軟判決比硬判決多6段,。
從產(chǎn)業(yè)鏈的角度而言,，軟判決的產(chǎn)業(yè)鏈比硬判決更成熟。業(yè)界做DSP的芯片供應(yīng)商,，無(wú)一例外全部采用軟判決技術(shù),，而硬判決只是一些廠家內(nèi)部自行研究開(kāi)發(fā)。
從成本的角度來(lái)看,，軟硬判的內(nèi)部結(jié)構(gòu)幾乎完全相同,，區(qū)別只在于DSP處理芯片。當(dāng)前軟判比硬判價(jià)格略高,，原因是DSP前期投入太多,，現(xiàn)階段量產(chǎn)不多的情況下造成價(jià)格虛高,。而一旦上量后，成本分?jǐn)傁陆捣浅,？?。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，由于軟判決的產(chǎn)業(yè)鏈更成熟,，軟判決的整體價(jià)格可以做到比硬判更低,。