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       物理定律不能單靠思維來獲得，還應(yīng)致力于觀察和實(shí)驗(yàn)。

                                                       ——普朗克（M.K.E.L.Planck）

一、前向糾錯(cuò)概述——提高色散限制系統(tǒng)性能的最好辦法

       今天，前向糾錯(cuò)（FEC）技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光通信系統(tǒng)，特別是光纖通信系統(tǒng)。這種技術(shù)既可以在損耗限制系統(tǒng)中使用，也可以在色散限制系統(tǒng)中使用，但在高比特率、長(zhǎng)距離的色散限制系統(tǒng)中使用更為重要。它使光纖通信系統(tǒng)在傳輸中產(chǎn)生的突發(fā)性長(zhǎng)串誤碼和隨機(jī)單個(gè)誤碼得到糾正，提高了通信質(zhì)量。同時(shí)，也提高了接收機(jī)靈敏度，延長(zhǎng)了無中繼傳輸距離，增加了傳輸容量，放松了對(duì)系統(tǒng)光路器件的要求。前向糾錯(cuò)技術(shù)是提高光纖通信系統(tǒng)可靠性的重要手段。

       在色散限制系統(tǒng)中，信息傳輸速率達(dá)到Gbit/s量級(jí)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)不隨信號(hào)功率變化的背景誤碼效應(yīng)。這種背景誤碼主要由多縱模激光器的模式噪聲、啁啾噪聲和光路器件引入的反射效應(yīng)，以及由單縱模激光器中的部分模式噪聲和模跳變效應(yīng)引起。目前，克服這種誤碼效應(yīng)的辦法通常是在系統(tǒng)中加入光隔離器以防止光反射，采用外調(diào)制技術(shù)以防止啁啾噪聲，采用高性能激光器以防止模式噪聲。但是，采用上述措施，將使光纖通信系統(tǒng)造價(jià)增加，而效果并不理想。將前向糾錯(cuò)技術(shù)引入色散限制光纖通信系統(tǒng)，效果最好。

       前向糾錯(cuò)是一種數(shù)據(jù)編碼技術(shù)，該技術(shù)通過在發(fā)送端傳輸?shù)男畔⑿蛄兄屑尤胍恍┤哂啾O(jiān)督碼進(jìn)行糾錯(cuò)。在發(fā)送端，由發(fā)送設(shè)備按一定算法生成冗余碼，插入要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流中；在接收端，按同樣的算法對(duì)接收到的數(shù)據(jù)流進(jìn)行解碼，根據(jù)接收到的碼流確定誤碼的位置，并進(jìn)行糾錯(cuò)。比如，發(fā)送端在SDHSTM-1信號(hào)（155Mbit/s）的開銷字節(jié)中，插入總字節(jié)7%的冗余糾錯(cuò)碼，對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行前向糾錯(cuò)（FEC）編碼；在接收端，對(duì)傳輸過程中產(chǎn)生的誤碼，通過奇偶校驗(yàn)進(jìn)行監(jiān)視并糾正，可使BER減小，如圖10.1.1所示。由圖可見，輸入誤碼率為10-3時(shí)，輸出誤碼率可減小到10-6；當(dāng)輸入誤碼率為10-4時(shí)，輸出誤碼率進(jìn)一步可減小到10-14，提高了10個(gè)數(shù)量級(jí)。圖10.1.2表示2.5Gbit/s信號(hào)傳輸480km之后，經(jīng)前向糾錯(cuò)后接收機(jī)靈敏度在BER=10-9時(shí)提高了5.7dB。FEC技術(shù)在光通信中的應(yīng)用主要是為了獲得額外的增益，即凈編碼增（NCG）。

圖10.1.1FEC使BER減小

圖10.1.2采用FEC前后的BER與接收光功率對(duì)比

二、前向糾錯(cuò)實(shí)現(xiàn)方法——并行處理級(jí)聯(lián)內(nèi)外編碼

        ITU-T制定了G.975建議，規(guī)定用RS（255，239）碼，即規(guī)定信息碼組長(zhǎng)度為239bit，F(xiàn)EC冗余碼組長(zhǎng)度為（255-239）bit，所以冗余率為（255-239）/239=6.69%。這種EFC可以糾錯(cuò)8字節(jié)的碼字，使用插入16字節(jié)的幀，可以糾錯(cuò)1017個(gè)連續(xù)誤碼比特。RS編碼方式是由Reed和Solomon提出的一種多進(jìn)制BCH編碼。

        ITU-T為高比特率WDM海底光纜系統(tǒng)FEC制定了G.975.1建議，規(guī)定了8種級(jí)聯(lián)碼型。這是一種比G.975建議RS（255,239）碼具有更強(qiáng)糾錯(cuò)能力的超級(jí)FEC（SFEC）碼。大部分SFEC是用里德-所羅門（RS）編碼為內(nèi)編碼和其他一些編碼方式為外編碼級(jí)聯(lián)而成。

       級(jí)聯(lián)碼由2個(gè)取自不同域的子碼（一般采用分組碼）串接而成長(zhǎng)碼，不需要長(zhǎng)碼所需的復(fù)雜解碼設(shè)備，且具有極強(qiáng)的糾正突發(fā)和隨機(jī)錯(cuò)誤能力。理論上，SFEC通常采用一個(gè)二進(jìn)制碼作內(nèi)編碼，采用另一個(gè)非二進(jìn)制碼作外編碼，組成一個(gè)簡(jiǎn)單的級(jí)聯(lián)碼，其原理實(shí)現(xiàn)如圖10.1.3所示。

圖10.1.3級(jí)聯(lián)碼原理實(shí)現(xiàn)框圖

       當(dāng)信道產(chǎn)生少量的隨機(jī)錯(cuò)誤時(shí)，可以通過內(nèi)編碼糾正；當(dāng)產(chǎn)生較大的突發(fā)錯(cuò)誤或隨機(jī)錯(cuò)誤，以至于超過內(nèi)碼的糾錯(cuò)能力時(shí)，用外編碼糾正。內(nèi)解碼器產(chǎn)生錯(cuò)譯，輸出的碼字錯(cuò)誤僅相當(dāng)于外碼的幾個(gè)錯(cuò)誤符號(hào)，外解碼器能較容易地糾正。因此，級(jí)聯(lián)碼用來糾正組合信道錯(cuò)誤以及較長(zhǎng)的突發(fā)性錯(cuò)誤非常有效，而且編解碼電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，付出代價(jià)較少，非常適合光纖通信使用。