Cuando leemos un artículo, si hay un error tipográfico, decir dos palabras en el orden equivocado, no habrá dificultad para que entendamos el texto original. Pero si hay demasiadas faltas de ortografía, será difícil que los lectores comprendan el artículo. En este momento, la información no se puede obtener de manera correcta y eficiente.

FEC (Corrección de errores hacia adelante) funciona con un principio similar. Las señales se codifican como "0" y "1" para la transmisión, con degradación inevitable y códigos de error. Cuando este nivel de error está dentro del rango de la capacidad de corrección de errores de FEC, el sistema puede lograr una recepción sin errores y, por lo tanto, sin necesidad de retransmisión.

El Código Hamming, probablemente la primera forma de FEC, fue inventado por primera vez por Richard Hamming en 1950. Mientras trabajaba en Bell Labs, estaba molesto por los frecuentes errores en las tarjetas perforadas (que se usaban para registrar y transmitir datos en ese momento), así que ideó un método de codificación para identificar y corregir errores, evitando así la necesidad de copiar y reenviar tarjetas.

Las dos direcciones de desarrollo esenciales de la comunicación por fibra óptica son aumentar la tasa de transmisión y extender la distancia de transmisión. A medida que aumenta la tasa de transmisión, más factores limitan la distancia de transmisión durante la transmisión de la señal. La dispersión cromática, los efectos no lineales, la dispersión del modo de polarización y otros factores afectan la mejora simultánea de las dos direcciones. Los expertos de la industria han propuesto la función de corrección de errores de reenvío para reducir el impacto de estos factores adversos.

En los sistemas de transmisión óptica, el papel central de FEC es reducir la tolerancia de la OSNR del sistema. Si comparamos el sistema de transmisión óptica con el proceso de lectura, FEC mejora la comprensión de los lectores, enriquece su experiencia discriminatoria y, hasta cierto punto, permite más errores en el artículo.

Figura 1: el diagrama esquemático de la función FEC

Por lo tanto, definimos FEC (Corrección de errores hacia adelante) como una capacidad que garantiza que el sistema de comunicación aún pueda lograr una transmisión sin errores bajo la influencia del ruido y otras deficiencias. Esencialmente, FEC es un proceso de codificación y decodificación, y el resultado del algoritmo se envía como información adicional junto con los datos del transmisor. Al repetir el mismo algoritmo en el otro extremo, el receptor puede detectar errores de un solo bit y corregirlos (errores corregibles) sin retransmitir los datos.

Para medir esta capacidad, es necesario centrarse en cuatro cantidades de FEC: tolerancia de BER de precorrección, ganancia de codificación (CG), tara (OH) y ganancia de codificación neta (NCG). Echemos un vistazo a la definición de ganancia de codificación NCG: define la diferencia entre el valor Q correspondiente a un cierto nivel de BER (por ejemplo, 1 × 10-15) y el valor Q (dB) correspondiente a la precorrección Tolerancia BER.

Figura 2: la ganancia de codificación entre un cierto nivel de BEC con FEC y sin FEC

NCG se puede comparar con la diferencia de capacidad para corregir y recibir la información correcta entre un novato y un experto. En términos generales, existen dos tipos de tecnologías FEC: FEC en banda y FEC fuera de banda.

• FEC en banda: definido por el estándar ITU-T G.707. Utiliza un byte de cabecera de la trama SDH para transportar el símbolo FEC y se utiliza principalmente en el sistema SDH.
• FEC fuera de banda: compatible con el estándar ITU-T G.975/709. Se recomienda G.975 para el FEC del sistema de cable óptico submarino, utilizando RS (255, 239), y se modifica G.709 según el código FEC de G.975.

En el sistema DWDM/OTN, utilizamos principalmente tecnología FEC fuera de banda. En G.709, Reed Solomon FEC (RS-FEC) se define para el sistema OTN, que se encuentra en la cabecera FEC de la capa OTUk, y su ubicación se muestra en la siguiente figura.

Figura 3: la ubicación de RS-FEC en G.709

En la actualidad, FEC se ha desarrollado durante muchas generaciones.

• La primera generación de FEC utiliza principalmente códigos cíclicos o códigos algebraicos, como los códigos RS (255, 239) definidos por ITU-T G.975, que a menudo se denomina FEC estándar.
• La segunda generación de FEC utiliza principalmente códigos en cascada para construir FEC, como RS+RS o RS+BCH. Hay dos tipos de FEC, FEC mejorado (EFEC) y FEC adicional (AFEC).
• El FEC de tercera generación adopta métodos iterativos o de decisión suave, como Block Turbo Code y LDPC low-density parity-check code.

Figura 4: Las tres generaciones de FEC

En las tecnologías FEC de primera y segunda generación, la decodificación generalmente usa solo la estructura algebraica del código. El demodulador suministra la secuencia binaria al decodificador, es decir, el demodulador solo realiza una decisión 0, 1 en la secuencia recibida. Este método de decodificación se denomina decisión dura (HD-FEC). Los diferentes tipos de FEC de decisión difícil se comparan de la siguiente manera:

Codificación	Algoritmo de codificación	Ganancia de codificación	Velocidad de línea	Estándar
FEC fuera de banda	RS (255,239)	5 ~ 7dB	10.7Gbps	G.709
FEC mejorado	RS (255,238) RS (245,210)	7 ~ 9dB	12.5Gbps	No
Avanzado-FEC	RS (255,238) BCH(900,860) BCH(500,491)	7 ~ 9dB	10.7 Gbps.	G.709

Tabla uno: Comparaciones de tres tipos diferentes de FEC de decisión difícil

La Soft-Decision utilizada en la tercera generación de FEC (SD-FEC) es un método de decodificación probabilística. Realiza una cuantificación de bits múltiples en la salida de voltaje muestreada por el demodulador y luego la envía al decodificador para decodificar la estructura algebraica del código.

Figura 5: Diagrama esquemático de la tecnología de decisión suave

Como se muestra en la figura anterior, la decisión dura solo usa un umbral para cuantificar un bit, mientras que la decisión blanda usa múltiples umbrales para cuantificar los símbolos recuperados, obteniendo información de un bit más información de probabilidad (confianza) de varios bits. Es equivalente a sumar Quizás entre SÍ y NO. Con la misma relación de sobrecarga, la ganancia NCG de SD-FEC es 1-1.5dB más alta que la de HFEC de decisión dura.

Gastos generales	HD	SD	GNC adicional (HD>SD)
0.07	10.00dB	11.10dB	1.10dB
0.15	10.95dB	12.20dB	1.25dB
0.25	11.60dB	12.90dB	1.30dB

Tabla dos: comparaciones de NCG de SD-FEC y HD-FEC

En la actualidad, SD-FEC o un método de codificación híbrido como SD-FEC y EFEC/HFEC se utiliza principalmente en sistemas de división de longitud de onda de 100G y más allá de 100G. Tomando como ejemplo la definición de LDPC por la conferencia LOFC, su sobrecarga y NCG se muestran en la siguiente tabla.

tipo FEC	OH aérea	NCG
EFEC+LDPC	0.205	10.8dB
LDPC	0.2	11.3dB
LDPC+CC	0.11	10.2dB
LDPC+CC	0.2	11.5dB
BCH+LDPC	0.255	12.0dB

Tabla tres: gastos generales y NCG de diferentes FEC

A partir de la tabla anterior, parece que sacamos una regla: cuanto mayor sea la sobrecarga utilizada por FEC, mayor será la ganancia de codificación.

FEC es adecuado para comunicaciones de alta velocidad (25G, 40G y 100G, especialmente 40G y 100G). La señal óptica se degrada debido a otros factores durante la transmisión, lo que provoca un error de juicio en el extremo receptor. Puede juzgar erróneamente la señal "1" como una señal "0", o la señal "0" como una señal "1". La función FEC convierte el código de información en un código con capacidad de corrección de errores a través del codificador de canal en el extremo de transmisión, y el decodificador de canal en el extremo de recepción decodifica el código recibido. El decodificador localizará y corregirá el error para mejorar la calidad de la señal si el número de errores generados en la transmisión está dentro de la capacidad de corrección de errores (errores discontinuos).

Módulo óptico 100G QSFP28 y función FEC

La función FEC inevitablemente causará algunos retrasos en los paquetes en el proceso de corrección de errores de bits, por lo que no todos 100G QSFP28 Los módulos ópticos deben habilitar esta función. De acuerdo con el protocolo estándar IEEE, cuando se utiliza el 100G QSFP28 LR4 módulo óptico, no se recomienda habilitar FEC, y se recomienda para otros módulos ópticos.

Los módulos ópticos 100G QSFP28 de diferentes empresas son diferentes en algunos aspectos. La siguiente tabla muestra si se recomienda habilitar la función FEC cuando se usa el módulo óptico FiberMall 100G QSFP28.

Número de modelo	Descripción del producto	Con FEC
QSFP28-100G-SR4	Módulo transceptor 100G QSFP28 SR4 850nm 100m MTP/MPO MMF DDM	NO
QSFP28-100G-LR4	Módulo transceptor 100G QSFP28 LR4 1310nm (LAN WDM) 10km LC SMF DDM	NO
QSFP28-100G-PSM4	Módulo transceptor 100G QSFP28 PSM4 1310nm 500m MTP/MPO SMF DDM	NO
QSFP28-100G-IR4	Módulo transceptor 100G QSFP28 IR4 1310nm (CWDM4) 2km LC SMF DDM	Sí
QSFP28-100G-4WDM-10	Módulo transceptor 100G QSFP28 4WDM 10km LC SMF DDM	Sí
QSFP28-100G-ER4	Módulo transceptor 100G QSFP28 ER4 Lite 1310nm (LAN WDM) 40km LC SMF DDM	Sí

Mesa cuatro: Wgallina para usar FEC en FiberMall 100G QSFP28

Coherencia de las funciones FEC en ambos extremos del enlace

La función FEC de una interfaz es parte de la negociación automática. Cuando la negociación automática está habilitada en una interfaz, la función FEC está determinada por los dos extremos del enlace a través de la negociación. Si un extremo tiene habilitada la función FEC, el otro extremo también debe habilitar la función FEC.

 Apilamiento y función FEC

Si la interfaz se configuró como un puerto de miembro físico de pila, el comando FEC no es compatible. Por el contrario, la interfaz que se configuró con el comando FEC no se puede configurar como un puerto de miembro físico de pila.