带内FEC与带外FEC性能分析及综合比较文档格式.docx
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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
A1
A2
J0
Z0
X
Payload1
B1
FEC1
∆
E1
F1
Payload2
D1
FEC2
D2
D3
FEC3
+FSI
Payload3
H14
H24
H34
Payload4
B25
K15
FEC4
K25
FEC5
Payload5
D4
D5
D6
FEC6
Payload6
D7
D8
D9
FEC7
Payload7
D10
D11
D12
FEC8
Payload8
S19
FEC9
M19
X9
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
1
S
(2,1,16)throughS
(2,1,64)
(2,4,16)throughS
(2,4,64)
(2,6,16)throughS
(2,6,64)
2
(3,1,16)throughS
(3,1,64)
(3,4,16)throughS
(3,4,64)
(3,6,16)throughS
(3,6,616)
3
(3,7,16)throughS
(3,7,64)
(3,8,16)throughS
(3,8,64)
(3,9,16)throughS
(3,9,64)
(3,9,12)throughS
(3,9,15)forFSIbytes
4
(5,4,16)throughS
(5,4,64)
(5,5,16)throughS
(5,5,64)
(5,6,16throughS
(5,6,64)
5
(5,7,16)throughS
(5,7,64)
(5,8,16)throughS
(5,8,64)
(5,9,16throughS
(5,9,64)
6
(6,7,16)throughS
(6,7,64)
(6,8,16)throughS
(6,8,64)
(6,9,16throughS
(6,9,64)
7
(7,7,16)throughS
(7,7,64)
(7,8,16)throughS
(7,8,64)
(7,9,16throughS
(7,9,64)
8
(8,7,16)throughS
(8,7,64)
(8,8,16)throughS
(8,8,64)
(8,9,16throughS
(8,9,64)
9
(9,1,16)throughS
(9,1,64)
(9,2,16)throughS
(9,2,64)
(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)
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
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