FEC（前向糾錯）的工作原理是什么

當(dāng)我們閱讀一篇文章，如果有一個排印錯誤，比如說有兩個字的順序錯了，對我們理解原文的意思沒有任何困難。但是如果存在太多的拼寫錯誤，看了多遍了不知所云。這時對我們來說，信息就無法正確有效的獲取。

（中文自帶糾錯功能）

FEC（前向糾錯）的工作原理與此類似。對比在通信里面，信號被編碼為0和1傳輸，不可避免的會出現(xiàn)劣化、誤碼，當(dāng)這種程度在FEC的糾錯能力的范圍內(nèi)時，系統(tǒng)就仍然能實(shí)現(xiàn)無差錯接收，從而就不需要重傳。

扒一點(diǎn)歷史，Hamming Code可能是FEC的第一種形式，最早是由Richard Hamming于1950年發(fā)明的。在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作時，他對打孔卡中經(jīng)常出現(xiàn)的錯誤感到的惱火（該打孔卡當(dāng)時用于記錄和傳輸數(shù)據(jù)），因此設(shè)計(jì)了一種編碼方法來識別和糾正錯誤，從而避免了復(fù)制和重新發(fā)送卡片的需要。

在光傳輸系統(tǒng)中，F(xiàn)EC的作用主要是降低了降低系統(tǒng)的OSNR的容限。用上面閱讀文章來比喻，相當(dāng)于提高了閱讀者的理解能力，擁有了更加豐富的判別經(jīng)驗(yàn)，在一定程度上允許文章中出現(xiàn)更多的錯誤。

因此，我們定義FEC (Forward Error Correction)為： 確保通信系統(tǒng)在噪聲和其他損傷的影響下，依然能夠?qū)崿F(xiàn)無錯誤傳輸?shù)哪芰Α?/p>

本質(zhì)上來說，F(xiàn)EC 是一個編碼解碼的過程，其算法的結(jié)果作為附加信息與來自發(fā)送端的數(shù)據(jù)一起發(fā)送。通過在遠(yuǎn)端重復(fù)相同的算法，使接收器能夠檢測單個bit級別的錯誤并對其進(jìn)行糾正（可糾正的錯誤），而無需重新傳輸數(shù)據(jù)。

而如何來衡量這個能力，一般需要關(guān)注FEC的四個量：糾前BER容限、編碼增益（CG）、開銷（OH）和凈編碼增益（NCG）。

我們了解一下NCG編碼增益的定義：它定義BER為一定水平（比如說1×10^-15^）時所對應(yīng)的Q值和糾前BER容限所對應(yīng)的Q（dB）值之間的差異。

在這里我們主要看凈編碼增益（NCG）。NCG可以理解為小白看一篇文章和專家看同一篇文章，糾錯并獲取正確信息的能力差。即有FEC和沒有FEC時的OSNR需求降低量。

通常來說，F(xiàn)EC技術(shù)有帶內(nèi)FEC和帶外FEC兩種。

帶內(nèi)FEC：由ITU-T G.707標(biāo)準(zhǔn)定義，利用SDH幀的開銷字節(jié)承載FEC碼元，主要用于SDH系統(tǒng)中。

帶外FEC：由ITU-T G.975/709標(biāo)準(zhǔn)支持。G.975推薦用于海底光纜系統(tǒng)的FEC，采用RS（255，239），G.709根據(jù)G.975的FEC編碼修改。

在DWDM/OTN系統(tǒng)中我們主要使用帶外FEC技術(shù)，在G.709中，為OTN系統(tǒng)定義了Reed Solomon FEC (RS-FEC)，位于OTUk層的FEC開銷，它的位置如下圖所示。

目前FEC已經(jīng)發(fā)展了多代。

第1代FEC主要采用循環(huán)碼或代數(shù)碼，比如說ITU-T G.975定義的RS（255，239）碼，我們常稱之為標(biāo)準(zhǔn)FEC。

第2代FEC主要級聯(lián)碼來構(gòu)建FEC，比如說RS+RS或者RS+BCH，這種FEC有兩種，增強(qiáng)型Ehanced FEC（EFEC）和超強(qiáng)FEC（AFEC）。

第3代FEC則采用軟判決或迭代的方式，比如說Block Turbo Code分組Turbo碼和LDPC低密度奇偶校驗(yàn)碼。

在第1代、第2代FEC技術(shù)中，通常只利用碼的代數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行譯碼，由解調(diào)器供給譯碼器的是二進(jìn)制序列，即解調(diào)器僅對接收序列進(jìn)行0、1判決，這種譯碼方法稱為硬判決Hard-Decision（HD-FEC）。這幾種硬判決FEC對比如下：

而在第3代FEC中則使用軟判決技術(shù)Soft-Decision(SD-FEC)。它是一種概率譯碼法，它將解調(diào)器輸出的抽樣電壓進(jìn)行多位量化后，再送入譯碼器進(jìn)行碼的代數(shù)結(jié)構(gòu)譯碼。

如上圖所示，簡單一點(diǎn)理解，SD-FEC與硬判決只使用1個門限來量化1個比特不同，軟判決使用多個門限來量化恢復(fù)的符號，從而得到一個比特信息加上若干比特概率（置信度）信息。

相當(dāng)于在YES和NO之間再增加了Maybe。在同樣的開銷比例下，軟判決SD-FEC要比硬判決HFEC高出1-1.5dB的NCG增益。

目前來說，對100G及超100G波分系統(tǒng)而言，采用的多是SD-FEC或者SD-FEC與EFEC/HFEC等編碼的混合方式。以LOFC會議對LDPC定義為例，其開銷和NCG如下表所示.

從上表中，我們似乎看到了一個規(guī)律，F(xiàn)EC使用的開銷越大，編碼增益也越大。是不是意味著開銷越大越好？

審核編輯：劉清