（许昌学院，461000）
摘要：前向纠错（FEC）技术经过多年的发展，已相对成熟并广泛应用到了光纤通信系统中来提高系统的可靠性。本文首先简要介绍了前向纠错技术的相关技术分类及其区别和FEC技术的优势，最后介绍了常用的三种编码方式，并应用仿真软件对三种码型进行了分析比较，仿真结果表明使用FEC技术的系统比不使用系统的误码率有显著下降，其中级联编码效果最为显著，FEC技术的使用极大的提高了光通信系统的可靠性。
关键词：光通信系统；FEC技术；BCH码；RS码；级联码
1.引言
自光纤通信问世以来，就很注重传输速率（容量）的提高和传输距离的延长。密集波分（DWDM）复用技术成功运用后，极大地增加了可传输信息的容量，同时降低成本，光纤通信技术进入了超高速、大容量的时代。每一次传输容量和传输速度的提升对整个通信事业都是有着极大意义的，但技术的变革总有附加问题，一个问题的解决总伴随着其它新限制因素出现。随着波分复用信道数的增加，对光纤通信的误码率有了更高的要求，前向纠错编码（FEC）技术应运而生。FEC技术可以有效的延长光信号传输距离，降低光发射机发射功率，是超长距离传输中有效增加光纤通信速率和提高通信可靠性、降低误码率的一项关键技术。
FEC技术信道编码属于差错控制编码，是在发射机编码时往信号中加入某些校验比特，这样就可以在已经产生了误码的接收端的码流中通过对校验比特进行解码来发现并纠正在传输过程中由噪声引起的误码，以较低的成本和较小的带宽损失换取高质量的传输，降低系统误码率。
2.FEC技术及概述
2.1FEC技术的分类
FEC的实现方式主要有三种，带内FEC（In-bandFEC）、带外FEC（Out-of-bandFEC）以及超强FEC（super-FEC）。
2.1.1带内FEC
带内FEC是指利用信道本身未使用的传输开销字节，作为FEC纠错编码字节，实施FEC编码后，信道码速不变。缺点是帧开销中可利用的字节数和帧长度有限，编码增益较小，纠错容限不高，一般为3dB左右。对于单信道速率10Gbit/s系统，一般选带内FEC,不增加线路速率，可以避免由于增加高速信号速率而受到光纤传输色散等限制问题，可以应用在具有标准SDH光接口的WDM光传送网络系统中，与现已普遍存在的标准SDH接口相兼容，增加系统的兼容性。采用带内FEC不增加系统速率但能较好地改善系统传输性能，是一种较理想的方案。
2.2.2带外FEC
带内FEC不增加系统速率，兼容性高，但编码增益较小，纠错能力非常有限，因而ITU-T提出了适于光传送网的带外FEC。带外FEC是指把FEC纠错冗余字节加入传输信道，实施FEC编码后，信道码速增加，能够较大地改善系统性能。带外FEC的增益远高于带内FEC，具有较高的纠错能力，可以灵活地选择纠错容限以满足系统的需要，因此超长距离系统均采用带外FEC编码。
2.1.3超强FEC
随着超长距离传输系统的发展，RS（255，239）已经不能满足不断发展的需要，需要有更强纠错能力的超强纠错编码，2003年的ITU-TSG15会议通过了G.975.1高速DWDM海底光缆系统。G.975.1中的超强FEC比G.975中的RS(255,239)有更强的纠错能力，能够改善高速率海底光纤通信系统的传输性能。
2.2FEC的技术优势
2.2.1放宽对发送机和接收机特性的要求
在最大限度放宽时，可以把最大BER放宽，容许降低判决电路处的信号噪声比。假定一个没有FEC的参考系统中某一给定OSNR能足够产生所要求的BER,则加入FEC到系统中所提供的编码增益可以被用来放宽对发送机和接收机的要求。有许多参数因此而收益，如总发送功率、PIN接收机的电噪声、光前置放大器的噪声数值等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.2.2降低输出功率电平以节省泵浦功率
利用NCG值降低发送机和线路放大器的输出功率电平可以降低光放大线路末端的OSNR及相关的较高的电噪声，因而较高的BER可以通过FEC得到补偿。同理可适于具有光前置放大接收机的单跨段应用。在无光前置放大接收机的单跨段系统中，利用FEC可以使发送机的输出功率节省一半。
2.2.3降低功率电平以避免非线性
在其他参数不变的情况下，降低光放大器的输出和输入功率电平将使系统由受非线性效应限制的系统变成为OSNR受限系统。根据NCG值(或更大)，降低其功率是可行的。如在功率电平降低后，G.652和G.655的多信道系统参数也可适于G.653，因此一种共用的系统规范可能对所有光纤类型均适用。
2.2.4增加最大跨段衰减
如果多个跨段的系统不是色度色散受限系统，则利用FEC可以扩展目标跨段距离。每个线路放大器的输入功率都可减少等于净编码增益的数值，所以最大跨段衰减可以增加等于净编码增益的数值。这时可能除去比规定损耗稍大的系统中不必要的中继器。
2.2.5增加长途系统最大跨段数
若色度色散和偏振模色数不是系统受限的因素,则通过增加跨段以及线路放大器数可以经济地延长长途系统的目标距离。在标准带外FEC下，目标距离可以增加到约4倍。
2.2.6增加高容量系统的信道数
若多跨段系统受到光放大器输出功率的限制，则利用FEC可把信道数增加到NCG倍。在标准带外FEC下，信道数可以增加到约4倍。只要参考系统不受非线性效应的影响，均可使用此方法增加信道数。
3.前向纠错编码方式
3.1二进制BCH码
带内FEC采用的是能纠正3个比特误码的二进制BCH(n,k)系统码，典型应用为BCH(8191，8152)系统码的子码，即缩短的BCH(4359,4320)码，可提供充足的纠错比特以支持连续3个突发误码的纠错，简称BCH-3。若经过交织处理，带内FEC可纠正单个接收码组中的任意3个比特误码，同时可纠正STM-16帧中长度多达24比特的突发误码。
3.2RS前向纠错码
带外FEC采用RS(n,k)码，单个分组中最大纠错突发误码为r=(n-k)/2,编/解码实现较为简单。ITU-TG.975标准利用RS(255，239)码交织编解码，简称RS-8，即239个数据比特加上16个校验比特为一个分组，分组码长度为255,可改正最大突发错码率为r=8,线路建率增加7.14%。RS(255,238)编码冗余度更大,使得开销也有一定的灵活性。
3.3级联码
级联码具有极强的纠正突发错误、随机错误的能力，提供更大的编码增益。级联码是编码由内码和外码交织级联而成，以便更好地纠正多个连续错误。与标准RS(255,239)码相比，级联的RS(255，239)+RS(255，239)能多获得1.4dB的编码增益，得到10-13BER,而RS(255，239)+RS(255，223)可使增益增加到1.9dB。
4.性能比较
利用仿真软件对三种编码方式（BCH(4359,4320)、RS(255，239)、RS(255，239)+RS(255，223)级联码）进行了性能比较。相同信噪比下，FEC技术的应用使误码率大大下降，说明FEC技术在光纤通信中有极大的实用价值，有效的提高了系统性能。FEC技术的三种编码虽各有优缺点，但总的来说级联编码有着更明显的优势，相同的信噪比下误码率最低。显而易见FEC技术在光纤通信的领域有明显的优势，是光通信领域的关键技术。FEC技术的应用，对通信速度和通信质量的提高做出突出贡献。
论文作者:付芳芳
论文发表刊物:《知识-力量》2019年6月下
论文发表时间:2019/4/4
标签：系统论文; 信道论文; 技术论文; 增益论文; 误码率论文; 速率论文; 光纤通信论文; 《知识-力量》2019年6月下论文;