우리가 기사를 읽을 때 오타가 있거나 두 단어의 순서가 잘못된 경우 원문을 이해하는 데 어려움이 없을 것입니다. 그러나 맞춤법 오류가 너무 많으면 독자가 기사를 이해하기 어려울 수 있습니다. 현재 정보를 정확하고 효율적으로 얻을 수 없습니다.

FEC(Forward Error Correction)는 유사한 원리로 작동합니다. 신호는 전송을 위해 "0"과 "1"로 인코딩되며 불가피한 성능 저하 및 오류 코드가 있습니다. 이 수준의 오류가 FEC의 오류 수정 기능 범위 내에 있을 때 시스템은 오류 없는 수신을 달성할 수 있으므로 재전송할 필요가 없습니다.

아마도 FEC의 첫 번째 형태인 해밍 코드는 1950년 Richard Hamming이 처음 발명했습니다. Bell Labs에서 근무하는 동안 그는 펀치 카드(당시 데이터를 기록하고 전송하는 데 사용됨)의 빈번한 오류에 짜증을 냈습니다. 그는 오류를 식별하고 수정하는 코딩 방법을 고안하여 카드를 복사하고 다시 보낼 필요가 없도록 했습니다.

광섬유 통신의 두 가지 중요한 발전 방향은 전송 속도를 높이고 전송 거리를 확장하는 것입니다. 전송 속도가 증가함에 따라 더 많은 요소가 신호 전송 중에 전송 거리를 제한합니다. 색 분산, 비선형 효과, 편광 모드 분산 및 기타 요인은 두 방향의 동시 향상에 영향을 미칩니다. 업계 전문가들은 이러한 불리한 요인의 영향을 줄이기 위해 Forward Error Correction 기능을 제안했습니다.

광 전송 시스템에서 FEC의 핵심 역할은 시스템의 OSNR 허용 오차를 줄이는 것입니다. 광학 전송 시스템을 읽기 프로세스에 비유하면 FEC는 독자의 이해력을 향상시키고 식별 경험을 풍부하게 하며 기사에서 어느 정도 더 많은 오류를 허용합니다.

그림 1: FEC 기능의 개략도

따라서 우리는 FEC(Forward Error Correction)를 통신 시스템이 노이즈 및 기타 장애의 영향 하에서 여전히 오류 없는 전송을 달성할 수 있도록 보장하는 기능으로 정의합니다. 기본적으로 FEC는 부호화와 복호화 과정이며, 알고리즘 결과는 송신기에서 데이터와 함께 부가정보로 전송된다. 맨 끝에서 동일한 알고리즘을 반복함으로써 수신기는 단일 비트 수준의 오류를 감지하고 데이터를 재전송하지 않고 수정(수정 가능한 오류)할 수 있습니다.

이 기능을 측정하려면 사전 수정 BER 허용 오차, 코딩 이득(CG), 오버헤드(OH) 및 순 코딩 이득(NCG)의 네 가지 FEC 수량에 집중해야 합니다. NCG 코딩 게인의 정의를 살펴보겠습니다. 특정 수준의 BER(예: 1 × 10-15)에 해당하는 Q 값과 사전 보정에 해당하는 Q(dB) 값의 차이를 정의합니다. BER 내성.

그림 2: FEC를 사용하는 것과 FEC를 사용하지 않는 특정 수준의 BEC 사이의 코딩 이득

NCG는 초보자와 전문가 사이의 올바른 정보를 수정하고 받는 능력의 차이에 비유할 수 있습니다. 일반적으로 FEC 기술에는 대역 내 FEC와 대역 외 FEC의 두 가지 유형이 있습니다.

• 인밴드 FEC: ITU-T G.707 표준에 의해 정의됩니다. SDH 프레임의 오버헤드 바이트를 사용하여 FEC 심볼을 전달하며 주로 SDH 시스템에서 사용됩니다.
• 대역 외 FEC: ITU-T G.975/709 표준에서 지원합니다. G.975는 RS(255, 239)를 사용하는 해저 광케이블 시스템의 FEC로 권장되며, G.709는 FEC 코드인 G.975에 따라 수정됩니다.

DWDM/OTN 시스템에서는 주로 대역 외 FEC 기술을 사용합니다. G.709에서는 OTUk 레이어의 FEC 오버헤드에 위치하는 OTN 시스템에 대해 Reed Solomon FEC(RS-FEC)를 정의하고 그 위치는 다음 그림과 같다.

그림 3：G.709에서 RS-FEC의 위치

현재 FEC는 여러 세대에 걸쳐 개발되었습니다.

• 255세대 FEC는 주로 표준 FEC라고 하는 ITU-T G.239에서 정의한 RS(975, XNUMX) 코드와 같은 순환 코드 또는 대수 코드를 사용합니다.
• XNUMX세대 FEC는 주로 캐스케이드 코드를 사용하여 RS+RS 또는 RS+BCH와 같은 FEC를 구성합니다. FEC에는 EFEC(Enhanced FEC)와 AFEC(Addition FEC)의 두 가지 유형이 있습니다.
• XNUMX세대 FEC는 블록 터보 코드 및 LDPC 저밀도 패리티 검사 코드와 같은 소프트 결정 또는 반복 방법을 채택합니다.

그림 4: XNUMX세대 FEC

0세대 및 1세대 FEC 기술에서 디코딩은 일반적으로 코드의 대수적 구조만 사용합니다. 이진 시퀀스는 복조기에 의해 디코더에 공급됩니다. 즉, 복조기는 수신된 시퀀스에 대해 XNUMX, XNUMX 결정만 수행합니다. 이 디코딩 방법을 HD-FEC(Hard-Decision)라고 합니다. 다양한 유형의 하드 결정 FEC를 다음과 같이 비교합니다.

코딩	인코딩 알고리즘	코딩 게인	라인 속도	스탠다드
대역 외 FEC	RS(255,239)	5 ~ 7dB	10.7Gbps	G.709
향상된 FEC	RS(255,238) RS(245,210)	7 ~ 9dB	12.5Gbps	아니
고급 FEC	RS(255,238) BCH(900,860) BCH(500,491)	7 ~ 9dB	10.7Gbps.	G.709

표 XNUMX: 하드 디시전 FEC의 세 가지 다른 종류 비교

XNUMX세대 FEC(SD-FEC)에서 사용되는 Soft-Decision은 확률론적 디코딩 방법입니다. 복조기에 의해 샘플링된 전압 출력에 대해 다중 비트 양자화를 수행한 다음 코드의 대수 구조를 디코딩하기 위해 디코더로 보냅니다.

그림 5: 소프트 의사결정 기술의 개략도

위의 그림에서 볼 수 있듯이 경판정은 하나의 임계값만 사용하여 1비트를 양자화하는 반면 연판정은 여러 임계값을 사용하여 복구된 기호를 양자화하여 1.5비트 정보와 몇 비트 확률(신뢰도) 정보를 얻습니다. YES와 NO 사이에 Maybe를 추가하는 것과 같습니다. 동일한 오버헤드 비율에서 SD-FEC의 NCG 이득은 하드 결정 HFEC보다 XNUMX~XNUMXdB 더 높습니다.

간접비	HD	SD	추가 NCG (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

표 XNUMX: SD-FEC와 HD-FEC의 NCG 비교

현재 SD-FEC 또는 SD-FEC와 EFEC/HFEC와 같은 하이브리드 인코딩 방식은 100G 이상 100G 파장 분할 시스템에서 주로 사용됩니다. LOFC 회의에서 정의한 LDPC를 예로 들면, 그 오버헤드와 NCG는 다음 표와 같다.

FEC 유형	오버헤드 오하이오	NCG
EFEC+LDPC	0.205	10.8dB
LDPC	0.2	11.3dB
LDPC+CC	0.11	10.2dB
LDPC+CC	0.2	11.5dB
비트코인+LDPC	0.255	12.0dB

표 XNUMX: 다양한 FEC의 오버헤드 및 NCG

위의 표에서 규칙을 그리는 것 같습니다. FEC에서 사용하는 오버헤드가 높을수록 코딩 게인이 높아집니다.

FEC는 고속 통신(25G, 40G 및 100G, 특히 40G 및 100G)에 적합합니다. 광 신호는 전송 중 다른 요인으로 인해 열화되어 수신단에서 오판단이 발생합니다. "1" 신호를 "0" 신호로, "0" 신호를 "1" 신호로 오판할 수 있습니다. FEC 기능은 정보 코드를 송신단의 채널 인코더를 통해 오류 정정 기능이 있는 코드로 만들고 수신단의 채널 디코더는 수신된 코드를 디코딩합니다. 디코더는 전송에서 생성된 오류 수가 오류 수정 기능(불연속 오류) 내에 있는 경우 신호 품질을 개선하기 위해 오류를 찾아 수정합니다.

100G QSFP28 광 모듈 및 FEC 기능

FEC 기능은 비트 오류를 ​​수정하는 과정에서 불가피하게 약간의 패킷 지연을 발생시키므로 모든 100G QSFP28 광학 모듈은 이 기능을 활성화해야 합니다. IEEE 표준 프로토콜에 따르면, 100G QSFP28 LR4 광 모듈의 경우 FEC를 활성화하는 것이 권장되지 않으며 다른 광 모듈에 대해 권장됩니다.

다른 회사의 100G QSFP28 광 모듈은 일부 측면에서 다릅니다. 다음 표는 FiberMall 100G QSFP28 광 모듈을 사용할 때 FEC 기능을 활성화하는 것이 권장되는지 여부를 보여줍니다.

모델 번호	제품 설명	FEC 사용
QSFP28-100G-SR4	100G QSFP28 SR4 850nm 100m MTP/MPO MMF DDM 트랜시버 모듈	아니
QSFP28-100G-LR4	100G QSFP28 LR4 1310nm(LAN WDM) 10km LC SMF DDM 트랜시버 모듈	아니
QSFP28-100G-PSM4	100G QSFP28 PSM4 1310nm 500m MTP/MPO SMF DDM 트랜시버 모듈	아니
QSFP28-100G-IR4	100G QSFP28 IR4 1310nm(CWDM4) 2km LC SMF DDM 트랜시버 모듈	가능
QSFP28-100G-4WDM-10	100G QSFP28 4WDM 10km LC SMF DDM 트랜시버 모듈	가능
QSFP28-100G-ER4	100G QSFP28 ER4 Lite 1310nm(LAN WDM) 40km LC SMF DDM 트랜시버 모듈	가능

표 XNUMX: WFiberMall에서 FEC를 사용하는 암탉 100G QSFP28

링크 양쪽 끝에서 FEC 기능의 일관성

인터페이스의 FEC 기능은 자동 협상의 일부입니다. 인터페이스에서 자동 협상이 활성화되면 FEC 기능은 협상을 통해 링크의 두 끝에서 결정됩니다. 한쪽 끝이 FEC 기능을 활성화한 경우 다른 쪽 끝도 FEC 기능을 활성화해야 합니다.

 스태킹 및 FEC 기능

인터페이스가 스택 물리적 구성원 포트로 구성된 경우 FEC 명령이 지원되지 않습니다. 반대로 FEC 명령으로 구성된 인터페이스는 스택 물리적 구성원 포트로 구성할 수 없습니다.