FEC（前向纠错）的工作原理是什么

当我们阅读一篇文章，如果有一个排印错误，比如说有两个字的顺序错了，对我们理解原文的意思没有任何困难。但是如果存在太多的拼写错误，看了多遍了不知所云。这时对我们来说，信息就无法正确有效的获取。

（中文自带纠错功能）

FEC（前向纠错）的工作原理与此类似。对比在通信里面，信号被编码为0和1传输，不可避免的会出现劣化、误码，当这种程度在FEC的纠错能力的范围内时，系统就仍然能实现无差错接收，从而就不需要重传。

扒一点历史，Hamming Code可能是FEC的第一种形式，最早是由Richard Hamming于1950年发明的。在贝尔实验室工作时，他对打孔卡中经常出现的错误感到的恼火（该打孔卡当时用于记录和传输数据），因此设计了一种编码方法来识别和纠正错误，从而避免了复制和重新发送卡片的需要。

在光传输系统中，FEC的作用主要是降低了降低系统的OSNR的容限。用上面阅读文章来比喻，相当于提高了阅读者的理解能力，拥有了更加丰富的判别经验，在一定程度上允许文章中出现更多的错误。

因此，我们定义FEC (Forward Error Correction)为： 确保通信系统在噪声和其他损伤的影响下，依然能够实现无错误传输的能力。

本质上来说，FEC 是一个编码解码的过程，其算法的结果作为附加信息与来自发送端的数据一起发送。通过在远端重复相同的算法，使接收器能够检测单个bit级别的错误并对其进行纠正（可纠正的错误），而无需重新传输数据。

而如何来衡量这个能力，一般需要关注FEC的四个量：纠前BER容限、编码增益（CG）、开销（OH）和净编码增益（NCG）。

我们了解一下NCG编码增益的定义：它定义BER为一定水平（比如说1×10^-15^）时所对应的Q值和纠前BER容限所对应的Q（dB）值之间的差异。

在这里我们主要看净编码增益（NCG）。NCG可以理解为小白看一篇文章和专家看同一篇文章，纠错并获取正确信息的能力差。即有FEC和没有FEC时的OSNR需求降低量。

通常来说，FEC技术有带内FEC和带外FEC两种。

带内FEC：由ITU-T G.707标准定义，利用SDH帧的开销字节承载FEC码元，主要用于SDH系统中。

带外FEC：由ITU-T G.975/709标准支持。G.975推荐用于海底光缆系统的FEC，采用RS（255，239），G.709根据G.975的FEC编码修改。

在DWDM/OTN系统中我们主要使用带外FEC技术，在G.709中，为OTN系统定义了Reed Solomon FEC (RS-FEC)，位于OTUk层的FEC开销，它的位置如下图所示。

目前FEC已经发展了多代。

第1代FEC主要采用循环码或代数码，比如说ITU-T G.975定义的RS（255，239）码，我们常称之为标准FEC。

第2代FEC主要级联码来构建FEC，比如说RS+RS或者RS+BCH，这种FEC有两种，增强型Ehanced FEC（EFEC）和超强FEC（AFEC）。

第3代FEC则采用软判决或迭代的方式，比如说Block Turbo Code分组Turbo码和LDPC低密度奇偶校验码。

在第1代、第2代FEC技术中，通常只利用码的代数结构进行译码，由解调器供给译码器的是二进制序列，即解调器仅对接收序列进行0、1判决，这种译码方法称为硬判决Hard-Decision（HD-FEC）。这几种硬判决FEC对比如下：

而在第3代FEC中则使用软判决技术Soft-Decision(SD-FEC)。它是一种概率译码法，它将解调器输出的抽样电压进行多位量化后，再送入译码器进行码的代数结构译码。

如上图所示，简单一点理解，SD-FEC与硬判决只使用1个门限来量化1个比特不同，软判决使用多个门限来量化恢复的符号，从而得到一个比特信息加上若干比特概率（置信度）信息。

相当于在YES和NO之间再增加了Maybe。在同样的开销比例下，软判决SD-FEC要比硬判决HFEC高出1-1.5dB的NCG增益。

目前来说，对100G及超100G波分系统而言，采用的多是SD-FEC或者SD-FEC与EFEC/HFEC等编码的混合方式。以LOFC会议对LDPC定义为例，其开销和NCG如下表所示.

从上表中，我们似乎看到了一个规律，FEC使用的开销越大，编码增益也越大。是不是意味着开销越大越好？

审核编辑：刘清