基于LDPC的软判决前向纠错(SD-FEC)技术VIP专享VIP免费

基于LDPC的软判决前向纠错(SD-FEC)技术泰尔网2014-06-0914:06:24来源[电信网技术]作者华为技术有限公司摘要1FEC实现光通信系统的可靠传输波分复用技术作为现在通信系统的基础承载技术，伴随着网络流量的快速增长，也经历了容量从小到大的发展过程。在这一发展过程中，每一次单波长速率的提升都伴随着技术的重大变化。从单波长2.5G时代的直接调制方式到10G时代的外调制方式及DCM色散补偿。10G时代到40G时代则是OOK调制技术向PSK调制技术的转变。40G时代到100G时代的关键技术特征则是高速DSP（ADC采用速率达到56Gbit/s以上）使能的相干技术。在波分复用技术的发展过程中，前向纠错（FEC，ForwardErrorCorrection）技术作为实现信息可靠传输的关键，逐渐成为必不可少的主流技术。光纤通信中的FEC也经历了几代技术的演变，从经典硬判决，到级联码，100G相干技术的出现使得软判决成为演进的方向。FEC技术是一种广泛应用于通信系统中的编码技术。以典型的分组码为例，其基本原理是：在发送端，通过将kbit信息作为一个分组进行编码，加入（n-k）bit的冗余校验信息，组成长度为nbit的码字；码字经过信道到达接收端之后，如果错误在可纠范围之内，通过译码即可检查并纠正错误bit，从而抵抗信道带来的干扰，提高通信系统的可靠性。在光通信系统中，通过FEC的处理，可以以很小的冗余开销代价，有效降低系统的误码率，延长传输距离，实现降低系统成本的目的（见图1）。图1FEC在光通信中的位置FEC的使用可以有效提高系统的性能，根据香农定理可以得到噪声信道无误码传输的极限性能（香农限）。从图2可以看出，FEC方案性能主要由编码开销、判决方式、码字方案这3个主要因素决定。图2硬判决FEC和软判决FEC的香农限（1）编码开销校验位长度（n-k）与信息位长度k的比值，称为编码开销。开销越大，FEC方案的理论极限性能越高，但增加并不是线性的，开销越大，开销增加带来的性能提高越小。开销的选择，需要根据具体系统设计的需求来确定。（2）判决方式FEC的译码方式分为硬判决译码和软判决译码两种。硬判决FEC译码器输入为0，1电平，由于其复杂度低，理论成熟，已经广泛应用于多种场景。软判决FEC译码器输入为多级量化电平，相同码率下，软判决较硬判决有更高的增益，但译码复杂度会成倍增加。微电子技术发展到今天，100G吞吐量的软判决译码已经可以实现。随着传送技术的发展，100G时代的快速到来，软判决FEC的研究与应用正日趋成熟，将在基于相干接收的高速光通信中得到广泛的应用。（3）码字方案当确定开销和判决方式后，设计优异码字方案，使性能更接近香农极限，是FEC的主要研究课题。目前，软判决LDPC码，由于其良好的纠错性能，且非常适合高并行度实现，逐步成为高速光通信领域主流FEC的方案。2基于LDPC码软判决译码的第三代FEC是100G及以上速率高性能传输的关键FEC在光纤通信中的应用研究起步较晚，从1988年Grover最早将FEC用于光纤通信开始，光纤通信中的FEC应用可分为3代。●第一代FEC采用经典的硬判决码字，例如汉明码，BCH码，RS码等。最典型的代表码字为RS（255，239），开销6.69％，当输入BER为1.4E-4时输出BER为1E-13，净编码增益为5.8dB。RS（255，239）已被推荐为大范围长距离通信系统的ITU-TG.709标准，可以很好地匹配STM16帧格式，获得了广泛的应用。1996年，RS（255，239）被成功用于跨太平洋、大西洋长达7000km的远洋通信系统中，数据速率达到5Gbit/s。●第二代FEC在经典的硬判决码字的基础上，采用级联的方式，并引入了交织、迭代、卷积的技术方法，大大提高了FEC方案的增益性能，可以支撑10G，甚至40G系统的传输需求。许多方案性能均达到8dB以上。ITU-TG.975.1中推荐的FEC方案可以作为第二代FEC的代表。现有10G系统多数采用第二代硬判决FEC，采用更大开销的硬判决FEC可以支撑现有系统的平滑升级。例如，10G海缆传输系统目前采用ITU-TG.975.1推荐的开销为6.69％的硬判决FEC方案，若采用20％开销的高性能硬判决FEC，较现有方案可以提高1.5dB左右的编码增益，极大的改善系统的性能。●第三代FEC相干接收技术在光通信中的应用使软判决FEC的应用成为可能。采用更大开销（20%或以上...