在實際信道上傳輸數字信號時,由于信道傳輸特性不理想及加性噪聲的影響,所收到的數字信號不可避免地會發生錯誤。尤其是隨著比特率的提高,光接收機靈敏度下降。因此,在高速及超高速系統中,為了使誤碼性能滿足指標要求,必須采用差錯控制編碼,來進一步降低誤碼率。
前向糾錯(FEC,Forward Error Correction)是一種差錯控制方式,它是指信號在被送入傳輸信道之前預先按一定的算法進行編碼處理,加入帶有信號本身特征的冗碼,在接收端按照相應算法對接收到的信號進行解碼,從而找出在傳輸過程中產生的錯誤碼并將其糾正的技術。
由于前向糾錯能自動實現糾錯,不要求檢錯重發,因而延時小、實時性好,在高速及超高速系統中得到應用。由于增加了一些額外的冗碼,前向糾錯技術要付出一定的帶寬代價。但是,相對于直接傳輸,使用前向糾錯技術可以使得誤碼率(BER)下降,而且對于光、無線等不同的傳輸媒質,根據其物理特點可以設計不同的前向糾錯算法,從而獲得最高的效率,以很小的帶寬代價獲得很大的誤碼率改善。
前向糾錯在數字通信領域應用很廣,在無線、接入、傳輸等各個方面都有廣泛的應用。如在光通信領域,前向糾錯最先應用于長距離傳輸的海纜,應用結果表明:前向糾錯可以有效地延長光信號的傳輸距離,提高整個通信系統的性能。
前向糾錯分為帶內和帶外兩種。ITU-T G.707建議利用SDH的段開銷中空余字節以BCH-3碼方式增加前向糾錯可選功能,可應用到2.5Gbit/s、10Gbit/s和40Gbit/s SDH系統,預期可獲得2~3dB的誤碼性能改善。或者在承載的客戶層電信號之外附加前向糾錯功能,可以改善光信噪比5~7dB。
在高速光傳輸系統中,光信號在光纖中傳輸時會受到放大器噪聲、光纖衰耗、色散和非線性效應等的影響,從而產生波形畸變,最終的結果反映在系統的誤碼性能上。為了降低系統的誤碼率,正逐漸廣泛采用前向糾錯技術。對于高速光傳輸系統中使用的同步數字體系(SDH),當線性糾錯分組碼的冗碼部分位于SDH幀內開銷部分的時候,稱為帶內糾錯;當線性糾錯分組碼的冗碼部分位于SDH幀外的時候,稱為帶外糾錯。帶內前向糾錯的方法由W. Grover等人于1990提出,由于這種方法糾錯能力有限,現在主要使用帶外的前向糾錯。美國專利No.5574717(朗訊擁有)描述的是一種應用于SDH的帶外前向糾錯方法,得到了廣泛應用。ITU-T G.709和ITU-T G.975標準將Reed-Solomon(255,239)算法規定為標準的帶外糾錯算法,同時確定了前向糾錯術傳輸的幀結構。這種標準的前向糾錯算法使用了大概7%的糾錯冗碼,可以獲得5~6dB的凈編碼增益。
超強前向糾錯(EFEC,Enhanced Forward Error Correction),有時也被稱做Super FEC、High FEC、Advanced FEC,是針對G.709和G.975所規定的標準FEC而言的。它對標準前向糾錯的Reed-Solomon(255,239)算法做了改進,采用了具有更加強大糾錯能力的前向糾錯編解碼方式。由于現在沒有統一的標準,各個廠家采用超強前向糾錯的算法各不相同。從現狀看,實現超強前向糾錯的方法可以大致分為兩種:一是完全突破了G.709所規定的幀結構,采用兩級矩陣式編碼,如RS-RS、RS-BCH、BCH-BCH編碼等;二是保留G.709所規定的幀結構,只是將幀結構中冗碼部分的計算由Reed-Solomon(255,239)算法換為其他算法。前一種方法可以獲得很高的凈編碼增益(7~8dB),但是付出的帶寬代價也很高(15%~25%),現在已經開始實用。后一種方法保持7%的冗碼比例不變,通過算法的優化來獲得比標準前向糾錯更優的編碼增益。當然,相對于第一種方法,這種方法獲得的編碼增益略低。
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