带内FEC与带外FEC性能分析及综合比较.docx

资源描述

带内FEC与带外FEC性能分析及综合比较.docx

《带内FEC与带外FEC性能分析及综合比较.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《带内FEC与带外FEC性能分析及综合比较.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

带内FEC与带外FEC性能分析及综合比较.docx

带内FEC与带外FEC性能分析及综合比较

关键词：

FEC编码增益带内FEC带外FEC

摘要：

本文介绍了FEC的常用编码码型，如BCH3码和RS码是常用、简单、高效和纠错性能强的编码技术，同时还介绍了相关理论，最后对各种编码的性能进行全面分析，有助于编码选型，为下一步深入研究奠定了良好基础。

缩略语清单：

无。

参考资料清单：

无。

带内和带外FEC性能分析及其比较

目前国内外提出用于SDH/DWDM的FEC技术主要包括以下三种：

●带内（in-band）FEC；

●海底光缆系统FEC（带外FEC）；

●平行FEC（Product-codedWDM）。

其中，前两种技术最为常用，为了分析方便，下面首先简单介绍有关编码增益的基本理论，然后分别详细阐述前两种FEC方案，并对其进行综合比较。

1编码增益有关理论

编码增益是指在满足一定误码率（如BER=10－12）的条件下，不采用FEC编码技术和采用FEC编码技术，对接收机灵敏度的要求的差值。

为了研究纠错码的性能，首先讨论误码率与Q值之间的关系，如果认为在接收机的判决点处噪声的统计规律是高斯分布，接收机的判决点是在最佳判决点处，定义、和、分别对应数字信号1和0的脉冲幅度的平均值和标准方差，则

（式1）

误码率和信噪比之间的关系可以表示为：

（式2）

电信号信噪比与Q值之间的关系为：

（式3）

经推导，光接收机输入处的光信噪比关系为：

（式4）

因此，光信噪比与Q值成正比，对（式4）两边取对数得：

（式5）

上述分析结果表明，OSNR的编码增益与20logQ的编码增益等价，故一般采用20logQ编码表示增益。

1、带内FEC及其性能分析

ITU-T在2000年4月的日内瓦会议上通过了对STM-N（N16）的SDH系统采用带内FEC的提案。

在这个提案中，将FEC作为STM-N（N16）系统的一个可供选择使用的方案。

所谓带内FEC，是指利用SDH帧中的一部分开销字节装载FEC监督码元，在不增加码速率的前提下，改善系统误码率。

由于带内FEC需要利用开销中的字节，因此受限于帧开销中的可利用字节数和帧本身的长度，误码率性能改善有限。

带内FEC的分层模型如图1所示，FEC层位于复用层的下面，其计算将所有复用层开销字节计算在内，但不包括RSOH。

带内FEC监督码元和状态字节FSI在帧内的分配如图2所示，图中每一个“FEC”表示一组FEC监督字节发，其下标表示它所监督的净荷所在的行，FSI为FEC状态指示字节，用来指明该SDH帧是否采用了FEC编码技术，决定该节点是否需要解码。

下面以STM-64为例，说明FEC监督位在SDH的SOH中的具体分配情况，如表1所示。

图1.带内FEC的参考模型

Payload1

FEC1

∆

FEC1

∆

FEC1

Payload2

FEC2

∆

FEC2

∆

FEC2

FEC3

+FSI

Payload3

H14

H24

H34

Payload4

B25

K15

FEC4

K25

FEC5

Payload5

FEC6

Payload6

FEC7

Payload7

D10

D11

D12

FEC8

Payload8

S19

FEC9

M19

Payload9

图2.SDH帧中FEC字节的位置示意图

表1STM-64帧中FEC和FSI的具体分配表

FECparitybitsforRow#

FECparitybitset#1

FECparitybitset#2

FECparitybitset#3and

FECstatusbyte

S （2，1，16）throughS （2，1，64）

S （2，4，16）throughS （2，4，64）

S （2，6，16）throughS （2，6，64）

S （3，1，16）throughS （3，1，64）

S （3，4，16）throughS （3，4，64）

S （3，6，16）throughS （3，6，616）

S （3，7，16）throughS （3，7，64）

S （3，8，16）throughS （3，8，64）

S （3，9，16）throughS （3，9，64）

S （3，9，12）throughS （3，9，15）forFSIbytes

S （5，4，16）throughS （5，4，64）

S （5，5，16）throughS （5，5，64）

S （5，6，16throughS （5，6，64）

S （5，7，16）throughS （5，7，64）

S （5，8，16）throughS （5，8，64）

S （5，9，16throughS （5，9，64）

S （6，7，16）throughS （6，7，64）

S （6，8，16）throughS （6，8，64）

S （6，9，16throughS （6，9，64）

S （7，7，16）throughS （7，7，64）

S （7，8，16）throughS （7，8，64）

S （7，9，16throughS （7，9，64）

S （8，7，16）throughS （8，7，64）

S （8，8，16）throughS （8，8，64）

S （8，9，16throughS （8，9，64）

S （9，1，16）throughS （9，1，64）

S （9，2，16）throughS （9，2，64）

S （9，3，16throughS （9，3，64）

*基本原理

带内FEC采用的码型为缩短的二进制BCH码，来自于码BCH（8191，8152），如STM－16信号的FEC信息码元的长度正好是STM-16帧的一行长度，即k=270*16=4320，监督码元的长度为39bit，FEC码的长度为n=4320+39=4359，为缩短的BCH（4359，4320）码，该码的最小距离d＝7，纠错误比特数t=（d-1）/2＝3。

该BCH码生成多项式为：

G（x）=G1（x）∙G3（x）∙G5（x）

（式6）

其中

G1（x）=x13+x4+x3+x+1

（式7）

G3（x）=x13+x10+x9+x7+x5+x4+1

（式8）

G5（x）=x13+x11+x8+x7+x4+x+1

（式9）

由上面多项式得到系统码，所有C（x）=I（x）+R（x），其中C（x）为编码后的码多项式，I（x）为信息多项式，监督多项式R（x）＝I（x）modG（x）。

在SDH帧中，不包含在FEC纠错范围内的开销字节有：

全部再生段开销字节（包括未定义，但FEC状态字节FSI包含在FEC纠错范围内）和被其FEC码组使用的开销字节。

编解码器工作时，首先将这些字节置零，完成编解码后，再恢复原值。

SDH帧的第三行定义了FEC状态字节FSI，用于告知下游是否误用FEC解码器。

FSI＝01表示上游进行了FEC编码，下游必须对其解码；FSI＝00表示上游没有进行FEC编码，下游不需解码；FSI＝10或11不是编码器状态的正常值。

*基本要求和性能指标

延迟要求：

ITU-TG.707规范要求编码和解码延迟不超过15，总延迟不超过30。

SDH帧的一行（row）时间为13.9，即每片FEC的持续时间为13.9，也就是说理论上译码延迟最小为13.9。

FEC编码速率：

每个SDH帧（STM-N）分为片，即每个FEC模块的等效速率为。

纠错性能：

每个Slice能纠正三位随机错误，因此个Slice交织后能纠正位突发错误。

对于STM-16来说，能纠正24位突发错误；对于STM-64来说，能纠正96位突发错误；对于STM-256来说，能纠正384位突发错误。

对于误码相互独立的信号，BCH3不能纠错的概率即输出误码率为：

（式10）

其中N＝4359。

误码率改善曲线如图3所示，若输入BER为，则经BCH3编解码输出BER可达到，误码率提高8个数量级。

若输入BER为，则经BCH3编解码输出BER可达到，误码率改善效果非常明显。

图3.码率输入输出改善曲线图

2、带外FEC及其性能分析

ITU-TG.975为带外FEC标准，它利用RS（255，239）码交织编解码，将校验字放在帧尾。

由于插入了一些开销，其线路速率必然增加，编码冗余度为7%，相应速率增加7%。

对于STM-16来说，速率由2.48832Gb/s升高至2.666Gb/s。

由于编码冗余度大，纠错能力强，不受SDH帧格式限制，因此具有较强的灵活性。

由于线速率不同，收发设备必须更换，同时灵活性牺牲了标准性能和通用性能，使不同厂家的设备难以互通。

为了便于并行实现，有人提出将其扩展，变换为扩展RS（256，240）码，具体描述的如下：

*FEC算法

利用RS（255，239）码编解码完成线路差错检测和修复，RS（255，239）码是一种256（）进制的BCH码，也是一种线性系统循环码，其生成多项式为：

（式11）

其中是二进制本原多项式x8+x4+x3+x2+1的一个根，一个数据字节（d7，d6，...，d1，d0）即可用GF（256）的元素表示为d7⋅7+d6⋅6+⋯+d1⋅1+d0。

*RS（255，239）码特性

●纠错能力强，每个码字（255字节）能纠正8个符号（字节）错误；

●FEC编解码复杂度低，不需处理复杂的帧开销；

●码结构兼容二进制传输，只需串并转换；

●纠正突发错能力强，对于STM-16，交织深度16时能纠正1024比特突发错误；

●码开销小，码率比较高，额外开销为7%。

*性能

理论计算如下：

（式12）

其中

PUE=不能纠的概率

PSE=符号错误概率

N=码长（255）

RS（255，239）码的理论纠错性能如表2所示。

表2纠错前后的理论BER对照表

BERInput

BEROutput

10-3

8.610-8

210-4

2.010-12

10-4

5.010-15

10-5

6.310-24

10-6

6.410-33

从理论上

展开阅读全文