Когда мы читаем статью, если есть опечатка, скажем два слова в неправильном порядке, нам не составит труда понять исходный текст. Но если орфографических ошибок будет слишком много, читателям будет сложно понять статью. В настоящее время информация не может быть получена правильно и эффективно.

FEC (Forward Error Correction) работает по аналогичному принципу. Сигналы кодируются как «0» и «1» для передачи с неизбежным ухудшением качества и кодами ошибок. Когда этот уровень ошибки находится в пределах возможностей коррекции ошибок FEC, система может обеспечить безошибочный прием и, следовательно, без необходимости повторной передачи.

Код Хэмминга, вероятно, первая форма FEC, была впервые изобретена Ричардом Хэммингом в 1950 году. Во время работы в Bell Labs его раздражали частые ошибки в перфокартах (которые в то время использовались для записи и передачи данных), поэтому он разработал метод кодирования для выявления и исправления ошибок, что позволило избежать необходимости копировать и повторно отправлять карты.

Двумя важными направлениями развития волоконно-оптической связи являются увеличение скорости передачи и увеличение дальности передачи. По мере увеличения скорости передачи все больше факторов ограничивают расстояние передачи во время передачи сигнала. Хроматическая дисперсия, нелинейные эффекты, поляризационная модовая дисперсия и другие факторы влияют на одновременное усиление двух направлений. Отраслевые эксперты предложили функцию прямого исправления ошибок, чтобы уменьшить влияние этих неблагоприятных факторов.

В оптических системах передачи основная роль FEC заключается в снижении допустимого значения OSNR системы. Если мы сравним систему оптической передачи с процессом чтения, FEC улучшает понимание читателем, обогащает его различающий опыт и в некоторой степени допускает больше ошибок в статье.

Рисунок 1: схематическая диаграмма функции FEC

Поэтому мы определяем FEC (упреждающая коррекция ошибок) как способность, которая гарантирует, что система связи все еще может обеспечивать безошибочную передачу под влиянием шума и других ухудшений. По сути, FEC представляет собой процесс кодирования и декодирования, а результат работы алгоритма отправляется в виде дополнительной информации вместе с данными от передатчика. Повторяя тот же алгоритм на дальнем конце, приемник может обнаруживать однобитовые ошибки и исправлять их (исправимые ошибки) без повторной передачи данных.

Чтобы измерить эту возможность, необходимо сосредоточиться на четырех параметрах FEC: допуске BER до коррекции, выигрыше кодирования (CG), служебной нагрузке (OH) и чистом выигрыше кодирования (NCG). Давайте взглянем на определение выигрыша кодирования NCG: оно определяет разницу между значением Q, соответствующим определенному уровню BER (например, 1 × 10-15), и значением Q (дБ), соответствующим уровню предварительной коррекции. BER толерантность.

Рисунок 2: выигрыш от кодирования между определенным уровнем BEC с FEC и без FEC

NCG можно сравнить с разницей в способности исправлять и получать правильную информацию между новичком и экспертом. Вообще говоря, существует два типа технологий FEC: внутриполосная FEC и внеполосная FEC.

• Внутриполосный FEC: определяется стандартом ITU-T G.707. Он использует служебный байт кадра SDH для переноса символа FEC и в основном используется в системе SDH.
• Внеполосный FEC: поддерживается стандартом ITU-T G.975/709. G.975 рекомендуется для FEC подводной оптической кабельной системы с использованием RS (255, 239), а G.709 модифицирован в соответствии с кодом FEC G.975.

В системе DWDM/OTN мы в основном используем внеполосную технологию FEC. В G.709 FEC Рида-Соломона (RS-FEC) определен для системы OTN, которая расположена в служебной части FEC уровня OTUk, и ее расположение показано на следующем рисунке.

Рисунок 3: расположение RS-FEC в G.709

В настоящее время FEC разработана для многих поколений.

• Первое поколение FEC в основном использует циклические коды или алгебраические коды, такие как коды RS (255, 239), определенные ITU-T G.975, которые часто называют стандартными FEC.
• Второе поколение FEC в основном использует каскадные коды для построения FEC, такие как RS+RS или RS+BCH. Существует два типа FEC: расширенный FEC (EFEC) и дополнительный FEC (AFEC).
• FEC третьего поколения использует мягкое решение или итерационные методы, такие как блочный турбокод и код проверки на четность с низкой плотностью LDPC.

Рисунок 4: Три поколения FEC

В технологиях FEC первого и второго поколения при декодировании обычно используется только алгебраическая структура кода. Двоичная последовательность подается в декодер демодулятором, то есть демодулятор выполняет только решение 0, 1 по полученной последовательности. Этот метод декодирования называется Hard-Decision (HD-FEC). Различные виды жесткого решения FEC сравниваются следующим образом:

Кодирование	Алгоритм кодирования	Усиление кодирования	Линейная скорость	Стандарт
Внеполосный FEC	RS (255,239 XNUMX)	5 ~ 7dB	10.7Gbps	G.709
Расширенный FEC	RS (255,238 XNUMX) RS (245,210 XNUMX)	7 ~ 9dB	12.5Gbps	Нет
Advanced-FEC	RS (255,238 XNUMX) МПБ (900,860 XNUMX) МПБ (500,491 XNUMX)	7 ~ 9dB	10.7 Гбит / с.	G.709

Таблица XNUMX: Сравнение трех различных типов FEC с жестким решением

Мягкое решение, используемое в третьем поколении FEC (SD-FEC), представляет собой вероятностный метод декодирования. Он выполняет многобитовое квантование дискретизированного напряжения на выходе демодулятора, а затем отправляет его в декодер для декодирования алгебраической структуры кода.

Рисунок 5: Схематическая диаграмма технологии мягкого принятия решений

Как показано на рисунке выше, жесткое решение использует только одно пороговое значение для квантования одного бита, в то время как мягкое решение использует несколько пороговых значений для квантования восстановленных символов, получая однобитовую информацию плюс несколько битовую информацию о вероятности (достоверности). Это эквивалентно добавлению «Может быть» между «ДА» и «НЕТ». При том же коэффициенте накладных расходов усиление SD-FEC NCG на 1–1.5 дБ выше, чем у HFEC с жестким решением.

Накладные расходы	HD	SD	Дополнительный 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

Таблица XNUMX: сравнение NCG SD-FEC и HD-FEC

В настоящее время SD-FEC или гибридный метод кодирования, такой как SD-FEC и EFEC/HFEC, в основном используется в системах с разделением по длине волны 100G и выше. Взяв в качестве примера определение LDPC на конференции LOFC, его служебные данные и NCG показаны в следующей таблице.

Тип ФЭК	Оверхед ОН	NCG
ЭФЕК+LDPC	0.205	10.8dB
LDPC	0.2	11.3dB
LDPC+СС	0.11	10.2dB
LDPC+СС	0.2	11.5dB
МПБ+LDPC	0.255	12.0dB

Таблица XNUMX: накладные расходы и NCG различных FEC

Из приведенной выше таблицы мы, кажется, выводим правило: чем выше служебная информация, используемая FEC, тем выше выигрыш от кодирования.

FEC подходит для высокоскоростной связи (25G, 40G и 100G, особенно 40G и 100G). Во время передачи оптический сигнал ухудшается из-за других факторов, что приводит к неправильной оценке на принимающей стороне. Он может ошибочно принять сигнал «1» за сигнал «0» или сигнал «0» за сигнал «1». Функция FEC формирует информационный код в код с возможностью исправления ошибок с помощью канального кодера на передающей стороне, а канальный декодер на принимающей стороне декодирует полученный код. Декодер обнаружит и исправит ошибку, чтобы улучшить качество сигнала, если количество ошибок, генерируемых при передаче, находится в пределах возможностей исправления ошибок (прерывистые ошибки).

Оптический модуль 100G QSFP28 и функция FEC

Функция FEC неизбежно вызовет некоторые задержки пакетов в процессе исправления битовых ошибок, поэтому не все 100G QSFP28 оптические модули должны включить эту функцию. Согласно стандартному протоколу IEEE, при использовании 100G QSFP28 LR4 оптический модуль, не рекомендуется включать FEC, и рекомендуется для других оптических модулей.

Оптические модули 100G QSFP28 разных компаний отличаются в некоторых аспектах. В следующей таблице показано, рекомендуется ли включать функцию FEC при использовании оптического модуля FiberMall 100G QSFP28.

Номер модели	Описание товара	С ФЭК
КСФП28-100Г-СР4	Модуль приемопередатчика 100G QSFP28 SR4 850nm 100m MTP/MPO MMF DDM	НЕТ
КСФП28-100Г-ЛР4	Модуль приемопередатчика 100G QSFP28 LR4 1310nm (LAN WDM) 10 км LC SMF DDM	НЕТ
КСФП28-100Г-ПСМ4	Модуль приемопередатчика 100G QSFP28 PSM4 1310nm 500m MTP/MPO SMF DDM	НЕТ
КСФП28-100Г-ИР4	Модуль приемопередатчика LC SMF DDM 100G QSFP28 IR4 1310nm (CWDM4) 2 км	Да
КСФП28-100Г-4ВДМ-10	Модуль приемопередатчика 100G QSFP28 4WDM 10 км LC SMF DDM	Да
КСФП28-100Г-ЭР4	Модуль приемопередатчика LC SMF DDM 100G QSFP28 ER4 Lite 1310nm (LAN WDM) 40 км	Да

Таблица четвертая: Вткак использовать FEC в FiberMall 100G QSFP28

Согласованность функций FEC на обоих концах канала

Функция FEC интерфейса является частью автосогласования. Когда на интерфейсе включено автосогласование, функция FEC определяется двумя концами канала посредством согласования. Если на одном конце включена функция FEC, на другом конце также должна быть включена функция FEC.

 Стекирование и функция FEC

Если интерфейс настроен как физический порт-член стека, команда FEC не поддерживается. И наоборот, интерфейс, настроенный с помощью команды FEC, не может быть настроен как физический порт-член стека.