2004年 第 6期
(总第 126期)
光 通 信 研 究
STUDY ON OPTICAL COMM UNICATIONS
2004
(Sum．No．126)
光传输网络性能与前向纠错
林伟强
(福建省电信公司，福建 福州 350011)
摘要：为了提高光传输网络性能，人们将前向纠错技术应用于高速光纤通信 系统中。文章对同步数字系列／密集波分复用
(SDH／DWDM)传输网络性能进行 了简要分析，讨论 了前向纠错技术 以及它对系统误码率的改善。
关键词 ：前向纠错 ；同步数字体 系；波分复用；误码率 ；性能
中图分类号：TN915 文献标识码 ：A 文章编号 ：1005—8788(2004)06—0033—02
The performance of the optical transmission network and FEC
LIN W ei-qiang
(Fujian Telecom Co．。Ltd 。Fuzhou 350001，China)
Abstract：FEC has been applied into the high—speed fiber—optical comnmnication for further improvement of transmission performances
of the optical network The performance of SDH／DW DM network are simply analyzed in this paper．The FEC tec11nology and its im—
provement tO BER are also discussed．
Key words：forward error correction(FEC)；SDH；WDM；BER；performance
传输网络承载各种业务 ，是整个通信网络的基
础。应用于现代通信的光纤传输网络主要有同步数
字系列(SDH)和波分复用(WDM)。为了提高光纤
传输网络的传输特性，需要不断研究新的技术来满
足各种优化需求 ，如降低误码率、进一步扩大容量、
延长中继距离、提高光信噪比(OSNR)等等，于是前
向纠错技术 (FEC，Forward Error Correction)、拉曼
放大技术、色散补偿和非线性技术等陆续被应用到
高速光纤通信系统 中。其中 FEC的应用成为改善
网络性能的优选方案之一。本文将简要分析 SDH
传输网络和 WDM传输网络的性能，讨论 FEC技术
以及它对系统误码率的影响。
1 SDH传输网络
对 SDH网络经常考察 的性能指标是差错 (误
码、误块)性能。误码是指在传输过程中码元发生了
错误。误块在 SDH网络中对于高 比特率通道的误
码性能是以“块”，即通道中传送的连续比特的集合。
当块内的任意比特发生差错时，就称该块是误块。
为了进行差错检测 ，SDH的帧结构中安排了丰富的
差错监测字节一B1、B2、B3和 V5等 ，这些字节监测
的着重点不 同，如 B1反映 了再生段工作状态；B2
反映了两个复用段间的工作状态 ；B3字节反映了高
阶通道层的工作情况；V5字节反映了低阶通道层的
状态。传统的 SDH系统一方面由于采用低损耗、宽
带宽的光纤传输，与传统的传输技术相比，无再生距
离长 、误码率低；另一方面由于所传送的信号速率较
低 ，例如在 2 5 Gbit／s以下 ，所以没有特别的需要采
用 FEC技术，只是利用开销字节 ，采用比特间插奇
偶校验差错监测方法 ，有 BIP一2、BIP一8、BIP一24等
等，来保证系统的传输性能。
随着 SDH传输速率 的提高 ，ITu—T在后 来的
建议修订中对高速的 SDH系统定义了用于 FEC的
字节。FEC技术应用到 SDH传输 系统 ，改善了系
统的误块率，提高了系统的传输性能。
2 密集波分复用(DWDM)传输网络
在 DWDM 传输 网络 中光放 大器是必 不可少
的。光放大器可以延长光中继距离 ，但也会带来额
外的放大 自发辐射(ASE)噪声。光放大器在对输入
光信号放大的同时，会对 ASE噪声进行相同增益的
放大，而且还会额外增加一部分 ASE噪声功率 ，这
种噪声还会沿着传输光纤路径积累起来 。对于一个
带光放大的传输链路 ，作为衡量系统性能最终手段
的接收 比特误码率 (BER)直接与接收器的 OSNR
有关，其它条件不变的，OSNR越大，则 BER越低。
OsNR为某信 道的光功率与该信道波 长上的
ASE光功率之间的比值。沿着传输光纤路径 ，OS—
NR数值是逐步劣化 的，显然，OSNR最终也会对传
输距离造成 限制，所 以在 WDM 网络 中必须 要求
OSNR满足一定 的要求。传输系统 为获得一定的
BER所要求的最小OSNR的数值称为传输 系统的
收稿 日期：2004．07．29
作者简介 ：林伟强(1957一)，男 ，福建福州人，工程师，本科，主要负责传输线路工程管理。
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光通信研究 2004年 第 6期 总第 126期
OSNR容限。在WDM传输系统中OSNR容限是衡
量系统性能的最重要的光学指标之一。其它条件不
变时 ，传输 系统 的 OSNR容限越低，系统性能越优
异 。
FEC技术通过在传输码列中加入冗余纠错码 ，
可降低接收端的 OSNR容限，从而达到改善 系统性
能、降低系统成本的 目的。FEC所贡献 的传输系统
OSNR容限的降低可以称为“FEC编码增益”，编码
增益越强 ，纠错性 能越高。标准 的 ITu—T G．975
FEC可提供 6 dB的编码增益 ，在 10 Gbit／s系统 中
利用 G．975 FEC技术可将 8×10 的原始 BER纠
错至 10 。
3 FEC技术
在光传输系统中采用 FEC技术，能够消除系统
性能曲线中的误码率平台现象，使其编码增益有一
定的系统富余量，从而降低光链路中线性及非线性
因素对系统性能的影响，提高传输 网络性能。FEC
属于差错控制编码中的信道编码，ITU—T标准中规
定用于高速光纤通信系统 中的 FEC码主要是 BCH
(Bose Chaudhuri Hocquengham code)码 和 RS(Reed
Solomon code)码。
目前业界提 出的用于 SDH／DWDM 的实用化
FEC技术主要有以下 3种 ：
(1)带内 FEC
带内 FEC是指利用信道本身的未使用的传输
开销字节 ，作为 FEC纠错编码字节 ，实施 FEC编码
后，信道码元速率不变。由于采用带内FEC不增加
系统速率，所以与现已普遍存在的 SDH标准接口相
兼容 ，同时 ，能够较好地改善系统传输性能。这种方
法的缺点是帧开销 中可利用的字节数 和帧长度有
限，编码增益较小(3～4 dB)。
带 内 FEC采 用 BCH(，z，k)码 ，典 型应 用是
BCH(8 191，8 152)系统 码 的 子码 BCH(4 359，
4 320)，可提供充足的纠错 比特以支持连续 3个突
发性错误的纠错，简称 BCH一3码 ，由 ITU—T G．707
标准支持。我们 以 STM一16为例讨论 FEC对系统
的性能改善。在 STM一16帧结构中取 k= 4 320，
4 320个数据 比特加上 39个校验 比特为带 内 FEC
的一个分组 ，即分组码长度为 N =4 359。
· 编码效率：编码效率 R定义为一个码字中信
息比特数与码字的总比特数 的比值。计算该码的编
码效率 R =4 320／4 359≈99．1％
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· 码字的冗余率 ：冗余率 刁定义为一个码字中
的校验比特数与码字的总比特数的比值。计算该码
的冗余率为 77=39／4 359~8．9。
· 对系统误码率的改善 ：衡量 FEC性能的一个
重要指标是它对通信系统的误码率的改善。设线路
固有的误码率为 BERIN，经过 FEC后线路的误码率
为 BER nI『 。由于该码能纠正一个码字中任意小于
或等于 3个 比特的随机错误。所以有
4359
BERouT= ( ／4359)Ct4359BER'~N‘
l 4
3
(1一BERIN) 。 1一 ：( ／4359)·
i = 0
cl359BER N(1一BERIN) 35 -’。 (1)
(2)带外 FEC
带外 FEC是指把 FEC纠错冗余字节加人传输
信道 ，实施 FEC编码后 ，信道码元速率增加。带外
FEC的编码冗余度大，纠错能力强，编码增益较高
(5～6 dB)，并可方便地插入 FEC开销而不受 SDH
帧格式的限制 ，具有较强的灵活性。缺点是插入的
开销会增加线路速率 ，需对相应的设备进行一定的
改动。带外 FEC由 ITU—T G．975／709标准支持。
带外 FEC采 用 RS(n，k)码 (一种 非二进 制
码)，ITU—T G．975标准规定利用 RS(255，239)码
交织编解码 ，在帧尾插入校验字 ，编码冗余度 7％。
所谓 RS(255，239)就是每 255个字节中有 239个字
节携带信息，而剩下的 16个字节作为 FEC的冗余
字节。RS239编码可以比无编码时 BER情况改善
5 dB左右。ITu—T G．709标准规定使用 RS(255，
238)编码 ，编码冗余度更大 ，开销也 有一定 的灵活
性。带外 FEC由于纠错能力强 ，因此超长距离系统
均采用带外 FEC编码。下面讨论 FEC RS(255，
239)码对系统的性能改善。
· 纠错能力 ：RS(255，239)码能纠正 8个字节
的随机错误和检测 16个字节的随机错误。
· 编码效率：R =239／255≈93．73％
· 码字的冗余率：77=16／255~6．27％
· 对通信系统误码率的改善：设 FEC前系统的
误码率为 BERIN，则此时每个字节出错 的概率 P
为 P =1一(1一BERIN) ；设 FEC后系统的误码率
为 BERouT，则 此 时每个 字节 出错 的概 率 P 为
P =1一(1一BER【)L T) 。由于 RS(255，239)码最
多能纠正 8个字节 的错误 ，所以每个字节不可纠正
的概率，即 P 为 (下转第59页)
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金永南 等： 大功率半导体激光器调制特性的实验研究
的情况下 ，减缓了阈值 电流随调制频率的变化趋势
及平均功率随调制频率的变化趋势．当用更高频率
的电信号对激光器调制时 ，会 出现啁啾等现象，这些
现象有待于进一步研究．
参考文献 ：
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<，●<)-<，●<，●<)●<， ●<)●<)●<)●<)●<) ●<)●<，●<)●<)●<)●<)●<)●<)●<，●<)●<)●<)●<)●<)●<)●<，●<)●<)●<)●<)●<)●<)●<，●<)●<) ●<)●0 ●<)●<)●<)●()●<)●<)●<)●<)●<)●<) ●<)●
(上接第 34页)
Pue c P ) (1一P ) =
8 ．
1一∑ c 55 (卜 P ) ～。(2)
i = 0 _
由此得出 FEC前后误码率 BERIN和 BERouT的关系
为
f P =1一(1一BERIN) ，
I 8 {P
ue = l—
i
∑
=0
c 55 (卜 Pse) ～， (3)
I 【
BE尺ouT=1一(1一P )百。
BERIN与 BERouT之间的数学关系描述为
BE尺oUT= RS(255，239)(BERIN)。
由于通过 FEC可以改善系统误码率，使系统的
误码率相对 于不进行 FEC时有所降低，所 以通过
FEC也可以改善系统的 Q值 ，即当系统的 Q值适
当降低时，系统的误码率却保持不变。例如：当线路
的 BERIN=6．0×10I5时，对应的 Q值为3．85，如
果采用 RS(255，239)进行 FEC时 ，纠错后的误码率
为 1．1 x 10 ，对应的 Q值为 8．21，故此时系统的
Q值 的改善量为 4．36。
(3)增强型 FEC(EFEC)
随着软／硬件技术的发展，光通信系统逐步引入
了级联信 道编码等大增益编码技术 ，进行 增强型
FEC的研制，主要应用于时延要求不严、编码增益
要求特别高的光通信系统。涉及的码型包括 RS级
联码 、分组 Turbo码和 Goppa码等。级联码具有极
强的纠正突发错误 、随机错误的能力，使系统的误码
率得到极大的改善。例如，RS(255，239)+RS(255，
239)二级级联纠错码的编码效率 R = (239×239)／
(255×255)≈87．85％，码字的冗余率≈1一(239×
239)／(255×255)12．15％，对于通信 系统的误码率
的改善：如果线 路固有的误码率 BERIN为 1．0×
l0～，则 BERouT=RS(255，239)RS(255．239)(BERIN)≈
1．0× 10～33。
级联码不仅具有极强的纠正突发错误、随机错
误的能力，提供更大的编码增益 ，而且更重要的是可
以利用其构造方法 ，达到信道编码定理所给出的码
限(Shannon)。虽然 EFEC的编解码过程 比较复杂 ，
目前还较少应用，但 由于其性能优势，必将发展成为
一 项实用技术，并成为下一代带外 FEC的主流。
5 结束语
随着通信容量的继续扩大，通信距离 的进一步
延长，FEC技术在高速光通信中的应用必将进一步
提高光传输网络的性能。
参考文献 ：
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optical transport network(OTN)[S]．
[2] ITU T Recommendation G．975—2000．Forward error
correction for submarine system[S]．
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