1. 糾錯編碼技術(shù)

 

　　糾錯編碼是按照一定編碼規(guī)則人為增加冗余比特信息以便于在接收端檢錯糾錯的信道編碼,。準(zhǔn)確地說，就是把原碼字按某種規(guī)則變換成有一定剩余度的碼字,，并使每個碼字的碼元間有一定的對應(yīng)關(guān)系,。關(guān)系的建立過程稱為編碼。碼字到達接收端后,，用編碼時所用的規(guī)則去檢驗,。如果沒有錯誤，則原規(guī)則一定滿足,，否則就不滿足,；由此足以判定傳輸或存取過程有無錯誤。當(dāng)不能滿足時,，在可糾錯能力之內(nèi)按一定的規(guī)則確定錯誤所在的位置,，并予以糾正。

 

　　糾錯編碼的性能評價指標(biāo)包括①編碼增益：單位為dB,，一般用打開和關(guān)閉糾錯算法時背靠背無誤碼傳輸時最小信噪比之差來描述,，該差值即是糾錯編碼處理增益對傳輸信噪比要求的改善；②編碼開銷：也稱冗余比,，即所增加的冗余碼長與編碼前碼字長度之比,，通常以百分比來表示。例如RS(255,239)的編碼開銷為(255-239)/239=6.69%,；③實現(xiàn)復(fù)雜度：通常用物理實現(xiàn)的邏輯門數(shù)或軟件加乘運算的次數(shù)來描述,；④處理時延：與所采用的算法以及算法實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)相關(guān)，算法的并行能力越強,，處理時延越低,。

 

　　光傳輸常用的糾錯編碼經(jīng)歷了三代：第一代是以RS、BCH為代表的基礎(chǔ)編碼,，其編碼增益在6dB左右,，編碼開銷約為7%；第二代為以RS,、BCH為基礎(chǔ)兩級鏈接而成的鏈接編碼,，其編碼增益在9dB左右，詳見G.975.1,；第三代為以LDPC,、Turbo為代表的軟判決迭代編碼，其編碼增益約在12dB左右,，編碼開銷在15%以上,。

 

　　LDPC碼即低密度奇偶校驗碼（Low Density Parity Check Code）,，它由Robert G.Gallager博士于1963年提出的一類具有稀疏校驗矩陣的線性分組碼，不僅有逼近Shannon限的編碼增益,，而且譯碼復(fù)雜度低,、處理時延短、結(jié)構(gòu)靈活,，是近年信道編碼領(lǐng)域的研究熱點,，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,。未來的第四代糾錯編碼將是調(diào)制技術(shù)與LDPC技術(shù)的融合產(chǎn)物。

 

　　糾錯編碼技術(shù)可以跳出傳輸物理層的限制,，在邏輯層對一切物理傳輸損傷進行補償,，特別是對非線性效應(yīng)影響的補償。糾錯編碼的編碼增益越大,，相同傳輸距離下對入纖光功率的要求越低,，接收機OSNR要求越小。另一方面,，光信號在傳輸過程中OSNR越小,，纖芯光功率強度的變化越小，纖芯折射率的波動越小,，非線性效應(yīng)的影響就越不明顯,。

 

　　2. 100G軟判決糾錯技術(shù)

 

　　除了采用新的編碼算法外，采用軟判決也可以提高FEC編碼增益,。軟判決是相對于硬判決而言的,，與具體的糾錯編碼或后續(xù)算法沒有必然關(guān)聯(lián)。軟硬判決的區(qū)別在于其對信號量化所采用的比特位數(shù),。硬判決以閾值為準(zhǔn)繩,，武斷地對輸入信號進行判定；軟判決以閾值為參考,，對輸入信號進行猜測,，并聲明猜測的可信度。軟判決并未判決,，僅提供猜測信息和可信度信息,，便于后續(xù)算法（如Viterbi）結(jié)合其他信息進一步處理、綜合判定,。

 

 

圖1：QPSK調(diào)制軟判決示意圖

 

　　對于一般的單比特判決而言,，判決軟硬判決的不同在物理實現(xiàn)上表現(xiàn)為其對信號量化所采用的比特位數(shù)。硬判決對信號量化的比特數(shù)為1位,，其判決結(jié)果非“0”即“1”,，沒有回旋余地。軟判決則采用多個比特對信號進行量化,，一個比特為猜測信息,，額外的比特提供該猜測的可信度信息。

 

　　以如圖1所示QPSK調(diào)制的符號判決為例：由于QPSK調(diào)制包含了四個相位狀態(tài)（體現(xiàn)為4個點的星座圖）,，每個載波符號承載2bit信息,，I(In-phase)、Q(Quadrature-phase)兩個維度分別承載1bit進行,，每個維度上硬判決僅根據(jù)“判決閾值”進行“0”或“1”的判定,；而軟判決在硬判決的“判決閾值”基礎(chǔ)上還提供了一組“置信度閾值”，圖中“置信度閾值”中3個參考值將“判決閾值”“0”或“1”判定之后的空間根據(jù)判決可靠性概率分為4個區(qū)域,，需要用2bit對該組區(qū)域進行區(qū)分,，所以軟判決給后續(xù)糾錯算法所提供的信息即為1bit的判決值＋2bit的置信度信息。

 

　　軟判決所提供的可信度信息可以進一步提高FEC編碼增益,。一般而言,，在相同開銷和編碼算法的情況下，相對于硬判決,，軟判決可以獲得1.1dB以上的編碼增益提升,。對于主要受到非線性效應(yīng)限制的100G光傳輸系統(tǒng)，1dB糾錯編碼增益對系統(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)中國移動,、中國電信100G測試結(jié)果以及100G行標(biāo)，G.655光纖時采用軟判決的傳輸距離比硬判決多6個跨段,，傳輸距離提升了60%,。

 

　　3. 烽火100G糾錯編碼技術(shù)

 

　　烽火100G糾錯編碼采用13%軟判決低密度奇偶校驗編碼（LDPC），并輔以7% EFEC編碼,，分別置于ASIC和framer中（圖2）,。其中7%的硬判決糾錯編碼為G.975.1所定義的二級鏈接碼，這種組合實際上構(gòu)成三級鏈接碼,。

 

 

圖2：烽火100G糾錯編碼

 

　　之所以采用三級鏈接碼編碼形式,，是因為LDPC編碼具極強的突發(fā)大誤碼糾錯能力，可以將2.5e-2 的誤碼降低到1e-5以下,，但LDPC因其解碼過程出現(xiàn)環(huán)路和死鎖導(dǎo)致“誤碼平層”問題,，無法將誤碼降低到1e-12以下。烽火在外部采用G.975.1所定義的7%二級鏈接硬判決糾錯編碼消除了LDPC“誤碼平層”的影響,。通俗地講,，內(nèi)部13%軟判決LDPC編碼的作用屬于大炮式的大火力“面攻擊”，外部7%硬判決糾錯編碼屬于狙擊槍式的“點清除”,。

 

　　烽火100G糾錯編碼方式一方面利用了LDPC編碼對大誤碼的糾錯能力,，利用外部硬判決糾錯編碼消除了“誤碼平層”的影響,，另一方面利用成熟商用7%硬判決糾錯編碼的高增益盡可能的降低了LDPC編碼的復(fù)雜度、功耗和時延,，具有最優(yōu)的性價比,。

 

　　4. 烽火100G特性

 

　　烽火全系列100G OTN產(chǎn)品支持五超特性：96*100G超大系統(tǒng)容量、2600Km無電中繼超長傳輸距離,、NCG>11.5dB超強糾錯編碼,、超高色散容限、小于50ms超快保護恢復(fù),。為進一步降低每比特傳送成本,，持續(xù)提升網(wǎng)絡(luò)容量，烽火正在研制400G 波分傳輸系統(tǒng),，分別針對長距離干線傳輸和城域應(yīng)用提供了兩套解決方案,，滿足移動在網(wǎng)絡(luò)擴容和投資收益方面的迫切要求。