从Avvio公司A1020G谈前向纠错技术

增大传输容量和延长传输距离是光通信系统发展的两个重要方向。密集波分复用（DWDM）是提高光纤传输容量一个非常有效的途径，也是目前最主要的发展方向。随着市场需求的驱动，各厂家不断开发新技术新产品，来提升光通信系统容量的增加和延长传输距离。就延长光信号的传输距离这方面来说，可以通过增大发射机的功率，使用光放大器件等方式，也可以采用一些行之有效的技术来实现，比如美国小型光传输设备供应商Avvio网络公司在9月24日推出带有FEC编码功能的A1020G OC-192/10G以太网中继器，就是采用了前向纠错FEC技术来延长传输距离，增加系统的可靠性。A1020G可以通过一个可选的延伸距离接口，无需增加外部的色散补偿就可以支持普通SMF-28光纤上达200公里传输。下面我们就来谈谈关于FEC技术以及光通信系统中FEC技术在延长传输距离上的应用。
1 前向纠错码FEC
前向纠错FEC是通过在传输码列中加入冗余位，在接受端通过纠错译码自动纠正传输中的差错来实现码纠错功能。前向纠错的优点是不需要反馈信道，译码实时性较好，控制电路比ARQ的简单。缺点是译码设备比较复杂，所选用的纠错码必须与信道的干扰情况相匹配，对信道的适应性差。
前向纠错码FEC技术广泛应用于电通信系统和光通信系统，已成为数字通信系统的一个重要组成部分，在很多通信产品当中都是采用了这项技术来改善通信系统的性能。在光传输系统中采用前向纠错（FEC）技术，能够消除系统性能曲线中的误码率平台现象，其编码增益也提供了一定的系统富余量，从而降低光链路中线性及非线性因素对系统性能的影响，达到延长传输距离的目的。Intel公司以经推出应用于10G光传输系统的Intel® IXF30003型FEC编码和解码芯片，该芯片广泛应用于SDH/SONET、海底光缆和光传送网。我国烽火承担的国家863项目 “超强前向误码纠错（FEC）技术”也通过了专家组的一致验收，该超强FEC子系统在全面支持G.709的FEC技术的同时，还提供超强FEC技术，光信噪比预算可以提高至少8dB以上，与标准FEC相比，该系统对光信噪比的容忍度大大改善。该子系统已成功应用于FONST W1600骨干网传输设备中，为中国电信东北环、昆拉干线、中国网通覆盖西南、西北及东南部分省份的数条国家一级干线提供了大跨距的解决方案，并实现了该技术在国家一级干线中的大规模成熟商用。
2 FEC在光通信系统中的应用
光纤通信系统采用FEC技术首要目的是来改善和优化光链路传输质量，延长传输距离，从而来减少昂贵的中继器的数目，降低网络投资成本。光传输系统无电中继传输距离受放大自发射辐射噪声积累、色度色散、非线性效应和偏振模色散等这些物理限制因素限制。在单信道10Gbps的ULH DWDM光传输中，又以前三种物理效应最为明显，而偏振模色散(PMD)效应主要在更高速率如40G传输系统中才明显起作用。为了应对这些技术挑战，诞生了多种技术，包括喇曼放大技术、前向纠错技术、色散补偿和非线性技术等。
通常延长传输距离可采用两种方法：降低OSNR（光信噪比）容限，如采用前向纠错(FEC)技术、码型技术等，或采用低噪声光放大器，延缓OSNR的劣化，如喇曼放大技术等。Avvio公司A1020G中继器就是采用FEC技术来延长传输距离的一个成功的解决方案，采用前向纠错FEC，能在接收端光信噪比OSNR较低的情况下依然获得较佳的误码性能指标。在WDM传输系统中“OSNR容限”是衡量系统性能的最重要的光学指标之一。其它条件不变，传输系统的OSNR容限越低，系统性能也越优异。由于随着传输距离的增加，OSNR会不断地减少，对传输距离造成限制。FEC技术通过在传输码列中加入冗余纠错码，可降低接收端的OSNR容限，从而达到延长传输距离、改善系统性能、降低系统成本的目的。FEC所贡献的传输系统OSNR容限的降低可以称为“FEC编码增益”，编码增益越强，纠错性能高越。
3 光通信系统中FEC分类
目前业界提出的用于SDH/DWDM的实用化FEC技术主要有以下三种：1带内FEC 带内FEC由ITU-T G.707标准支持。利用SDH帧中的一部分开销字节装载FEC码的监督码元。编码增益较小(3-4dB)。2带外FEC 带外FEC由ITU-T G.975/709标准支持。带外FEC的编码冗余度大，纠错能力强，具有较强的灵活性，编码增益较高(5-6dB)。3增强型FEC(EFEC) 　　增强型FEC主要应用于时延要求不严、编码增益要求特别高的光通信系统。涉及的码型包括RS级联码、分组Turbo码和Goppa码等。虽然EFEC的编解码过程比较复杂，目前还较少应用，但由于其性能优势，必将发展成为一项实用技术，并成为下一代带外FEC的主流。 
总体来讲，若对编码增益要求不太高，不想对现有系统进行大的调整，带内FEC是一种最佳方案，方便平滑升级。带外FEC具有灵活的开销，可用于需要更大的编码增益的通信系统，但由于会改变调制速率，需要根据码率对整个发送/接收设备作一定的更换。