100G技术革命：纠错编码技术

2013-08-02 00:02

　　OFweek光通讯网，基于数字相干接收PM-QPSK调制的100G光传输技术在长距离光传输技术史上具有里程碑意义。在调制、检测、均衡以及复用技术无法满足系统传输性能要求的情况下，可采用纠错编码技术进一步改善系统性能。要在现有线路上达到目前10G OOK的传输误码率性能，100G收发机至少需要提高10dB 增益，而相干检测PM-QPSK调制结合目前的电均衡补偿技术最多能提供7dB增益，额外3dB增益需借助FEC提供。这要求100G传输系统的FEC编码净增益(NCG: Net Coding Gain)达到11dB以上。

　1. 纠错编码技术

　　纠错编码是按照一定编码规则人为增加冗余比特信息以便于在接收端检错纠错的信道编码。准确地说，就是把原码字按某种规则变换成有一定剩余度的码字，并使每个码字的码元间有一定的对应关系。关系的建立过程称为编码。码字到达接收端后，用编码时所用的规则去检验。如果没有错误，则原规则一定满足，否则就不满足；由此足以判定传输或存取过程有无错误。当不能满足时，在可纠错能力之内按一定的规则确定错误所在的位置，并予以纠正。

　　纠错编码的性能评价指标包括①编码增益：单位为dB，一般用打开和关闭纠错算法时背靠背无误码传输时最小信噪比之差来描述，该差值即是纠错编码处理增益对传输信噪比要求的改善；②编码开销：也称冗余比，即所增加的冗余码长与编码前码字长度之比，通常以百分比来表示。例如RS(255,239)的编码开销为(255-239)/239=6.69%；③实现复杂度：通常用物理实现的逻辑门数或软件加乘运算的次数来描述；④处理时延：与所采用的算法以及算法实现的结构相关，算法的并行能力越强，处理时延越低。

　　光传输常用的纠错编码经历了三代：第一代是以RS、BCH为代表的基础编码，其编码增益在6dB左右，编码开销约为7%；第二代为以RS、BCH为基础两级链接而成的链接编码，其编码增益在9dB左右，详见G.975.1；第三代为以LDPC、Turbo为代表的软判决迭代编码，其编码增益约在12dB左右，编码开销在15%以上。

　　LDPC码即低密度奇偶校验码（Low Density Parity Check Code），它由Robert G.Gallager博士于1963年提出的一类具有稀疏校验矩阵的线性分组码，不仅有逼近Shannon限的编码增益，而且译码复杂度低、处理时延短、结构灵活，是近年信道编码领域的研究热点，目前已广泛应用于深空通信、光纤通信、卫星数字视频和音频广播等领域。未来的第四代纠错编码将是调制技术与LDPC技术的融合产物。

　　纠错编码技术可以跳出传输物理层的限制，在逻辑层对一切物理传输损伤进行补偿，特别是对非线性效应影响的补偿。纠错编码的编码增益越大，相同传输距离下对入纤光功率的要求越低，接收机OSNR要求越小。另一方面，光信号在传输过程中OSNR越小，纤芯光功率强度的变化越小，纤芯折射率的波动越小，非线性效应的影响就越不明显。

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