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       物理定律不能單靠思維來獲得，還應致力于觀察和實驗。

                                                       ——普朗克（M.K.E.L.Planck）

一、前向糾錯概述——提高色散限制系統性能的最好辦法

       今天，前向糾錯（FEC）技術已經廣泛應用于光通信系統，特別是光纖通信系統。這種技術既可以在損耗限制系統中使用，也可以在色散限制系統中使用，但在高比特率、長距離的色散限制系統中使用更為重要。它使光纖通信系統在傳輸中產生的突發性長串誤碼和隨機單個誤碼得到糾正，提高了通信質量。同時，也提高了接收機靈敏度，延長了無中繼傳輸距離，增加了傳輸容量，放松了對系統光路器件的要求。前向糾錯技術是提高光纖通信系統可靠性的重要手段。

       在色散限制系統中，信息傳輸速率達到Gbit/s量級時，經常出現不隨信號功率變化的背景誤碼效應。這種背景誤碼主要由多縱模激光器的模式噪聲、啁啾噪聲和光路器件引入的反射效應，以及由單縱模激光器中的部分模式噪聲和模跳變效應引起。目前，克服這種誤碼效應的辦法通常是在系統中加入光隔離器以防止光反射，采用外調制技術以防止啁啾噪聲，采用高性能激光器以防止模式噪聲。但是，采用上述措施，將使光纖通信系統造價增加，而效果并不理想。將前向糾錯技術引入色散限制光纖通信系統，效果最好。

       前向糾錯是一種數據編碼技術，該技術通過在發送端傳輸的信息序列中加入一些冗余監督碼進行糾錯。在發送端，由發送設備按一定算法生成冗余碼，插入要傳輸的數據流中；在接收端，按同樣的算法對接收到的數據流進行解碼，根據接收到的碼流確定誤碼的位置，并進行糾錯。比如，發送端在SDHSTM-1信號（155Mbit/s）的開銷字節中，插入總字節7%的冗余糾錯碼，對發射信號進行前向糾錯（FEC）編碼；在接收端，對傳輸過程中產生的誤碼，通過奇偶校驗進行監視并糾正，可使BER減小，如圖10.1.1所示。由圖可見，輸入誤碼率為10-3時，輸出誤碼率可減小到10-6；當輸入誤碼率為10-4時，輸出誤碼率進一步可減小到10-14，提高了10個數量級。圖10.1.2表示2.5Gbit/s信號傳輸480km之后，經前向糾錯后接收機靈敏度在BER=10-9時提高了5.7dB。FEC技術在光通信中的應用主要是為了獲得額外的增益，即凈編碼增（NCG）。

圖10.1.1FEC使BER減小

圖10.1.2采用FEC前后的BER與接收光功率對比

二、前向糾錯實現方法——并行處理級聯內外編碼

        ITU-T制定了G.975建議，規定用RS（255，239）碼，即規定信息碼組長度為239bit，FEC冗余碼組長度為（255-239）bit，所以冗余率為（255-239）/239=6.69%。這種EFC可以糾錯8字節的碼字，使用插入16字節的幀，可以糾錯1017個連續誤碼比特。RS編碼方式是由Reed和Solomon提出的一種多進制BCH編碼。

        ITU-T為高比特率WDM海底光纜系統FEC制定了G.975.1建議，規定了8種級聯碼型。這是一種比G.975建議RS（255,239）碼具有更強糾錯能力的超級FEC（SFEC）碼。大部分SFEC是用里德-所羅門（RS）編碼為內編碼和其他一些編碼方式為外編碼級聯而成。

       級聯碼由2個取自不同域的子碼（一般采用分組碼）串接而成長碼，不需要長碼所需的復雜解碼設備，且具有極強的糾正突發和隨機錯誤能力。理論上，SFEC通常采用一個二進制碼作內編碼，采用另一個非二進制碼作外編碼，組成一個簡單的級聯碼，其原理實現如圖10.1.3所示。

圖10.1.3級聯碼原理實現框圖

       當信道產生少量的隨機錯誤時，可以通過內編碼糾正；當產生較大的突發錯誤或隨機錯誤，以至于超過內碼的糾錯能力時，用外編碼糾正。內解碼器產生錯譯，輸出的碼字錯誤僅相當于外碼的幾個錯誤符號，外解碼器能較容易地糾正。因此，級聯碼用來糾正組合信道錯誤以及較長的突發性錯誤非常有效，而且編解碼電路實現簡單，付出代價較少，非常適合光纖通信使用。