FEC在高速光纤通信中的运用.docVIP

FEC在高速光纤通信中的运用 摘要：在大数据时代，通信系统已经走向了光通信时代，在城域网、骨干网中大量应用了高速光纤网络。高速光纤网络目前是光纤通信领域中的一个研究热点，而高速光纤通信系统中FEC是其一项重要技术。文章主要研究了FEC的相关原理、作用及工作方式，然后研究了FEC与其他技术结合运用于光纤通信系统中。通过研究FEC技术在高速光纤通信系统中的应用来研究高速光纤通信系统的组网与实际应用。 关键词：FEC编码；高速光纤通信；码智能光 网络中普遍采用的动态路由分配技术使光信号传输距离变得更加难以测量与估计，造成了PMD在传输过程中的叠加效应越来越严重，从而导致接收端信号质量的下降。PMD已经成为光纤通信系统传输速率提高的一个重要技术瓶颈，许多学者都试图寻找新的技术和新型器件来解决这个问题。 1FEC技术原理 在高速光网络通信系统中对通信的延时要求比较高，故往往采用了前向纠错（FEC）的方式。目前在FEC的应用中主要有以下三种编码方式：带外FEC、带内FEC以及并行FEC。这种分类方法实际上是根据FEC与SDH之间的关系来划分的。带外FEC在实际应用中使用更为广泛，最典型的是码，在本文中将以码为例研究FEC技术的基本原理。码的定义为：在有限域中GF（q），则码长n=q-1的本原BCH码称为码，其主要的特点为码元的符号域与根域均取自GF（q）上，因此，对于码长为n=q-1，设计距离为d的码而言，其生成多项式为：（1）通常m=0或1，q=2m，其中为本原域元素。在有限域GF（2m）中，且选择系统没码字编码方式，则（n，k）的码字为：C=（Cn-1，Cn-2，…，C1，C0）=（Mk-1，Mk-2，…，M1，M0，R2t-1，R2t-2，…，R1，R0），其中Mi为信息符号，Ri为校验符号，2t=n-k。因此，这种以多项式除法为基础的编码器只需要四步就能完成编码。（1）选择有限域上的本原多项式；（2）计算码的生成多项式；（3）计算信息多项式、校验多项式以及码字多项式；（4）码编码器完成多项式的除法，得到多项式的余式则完成了编码过程。在国际标准中，对于FEC的帧结构进行了定义。其结构图如图1所示。图1FEC子帧结构图由图可知，1个FEC子帧共有255bit，其中具有1bit的开销位，238bit的负载位，16bit的编码位，子帧之间的复用采用的是bit间插与字节间插共用的方式，其中8个FEC子帧采用的是bit间插，64个FEC子帧采用的是字节间插，FEC子帧的详细内容可以参阅G.709标准。 2高速光纤通信 光纤在理论是可以实现超高速通信的，目前已经实现了多种形式的高速光纤通信，下面本文将详细阐述这几种方法基本原理、主要优势和缺点、及其基本实现方法。要实现光在光纤中的高效传输，最关键的一点就是需要降低光纤损耗，其次还应使光纤达到至少25THz的传输带宽。就目前的应用而言，光纤的传输速大部分都低于几十Gbps，远低于理论的传输带宽25THz，这主要是由于信号在光纤传输过程中受到了损耗与色散的严重影响。目前实现高速光纤通信网络主要是通过在光域进行复用实现的，复用的方法有：频域复用、时域复用以及空域复用。所谓“光频复用“指的是在系统设计时，人为地使光载波处于不同的频段上。目前广泛使用的光频复用技术主要有三种：WDM、DWDM和FDM。这几种通信方式使用了不同的波长间隔，因此各有各的特征。在光纤通信发展初期，许多学者相信基于FDM－相干检测原理的光通信将大有作为，然而这种通信方式无论在经济上还是在技术上都远远超越了当时的水平。后来，自掺铒光纤放大器的发明使光纤通信领域发生了重大革命。传统的”光—电—光”中继方式一度被推翻，取而代之的是全新的EDFA技术。该技术的最大特点是能对在一根光纤中传播的多路光信号进行同一时间的放大，这一革命性技术不但大大降低了光中继系统的生产成本，而且减少了光纤中的能量损耗，使光纤的通信能力进一步提升。其中，WDM由于波长间隔较容易满足实际需要，于是很快就得到了推广。光时分复用（OTDM）具有与电时分复用（ETDM）类似的基本原理，它们的不同点仅仅是利用的物理介质不同，前者是光频利用，后者是电频利用。由于光时分的复用，光信号在光纤中传输的码速率有了很大的提升。与WDM相比，OTDM具有其十分独特的优势，最关键的是OTDM可以实现相当高的频带利用率。为了避免各路信号相互窜扰，WDM信道之间往往会预留一段频率宽度，这直接导致了WDM通信系统的频带利用率低下。为了解决这个问题，OTDM方法有了很大的改进，它使用了超短光脉冲进行通信，单个信号通道就能实现接近640Gbit的速率，超短光脉冲使光纤的频带得到了更高效的利用。由于传输只采用一个载波，OTDM系统在光纤传输时只需一个载波，信号的处理实现起来比较简单。OTDM技术的实