FEC詳解——精選推薦

2024年2月15日發(作者：增值稅結轉)

FEC

1 前向糾錯

1.1 概述

前向糾錯（FEC）通過在通信系統的傳送層傳輸編碼后的數據進行。編碼引入了冗余，這使得解碼器可以檢測和糾正傳輸錯誤。例如，對于輸入的BER＝10-4的數據，FEC解碼器輸出數據的BER將會下降到10-15。通過使用FEC技術，可以達到比較低的數據傳輸錯誤率，從而避免重傳。

FEC可以增加鏈路預算3～4dB。這樣，可以支持更高速率和更長的傳輸距離，以及每個PON使用更多數量的分支。

1.1.1 Reed-Solomon編碼(基于塊的FEC）

Reed-Solomon（RS）編碼是基于塊的編碼，它取一個固定尺寸的數據塊并在其結尾處增加額外的冗余比特。FEC解碼器使用這些額外比特處理數據流，發現錯誤，糾正錯誤，并獲取原始數據。Reed-Solomon在ITU-T J.81中規定。

常用的RS編碼是RS(255,239），碼字長度為255字節，包含了239數據字節，后面是16字節冗余字節。RS(255,239）在ITU-T G.975和ITU-T G.709中均被使用。

使用基于FEC的塊時，原始數據被保留。這樣，即使對端不支持FEC，通過忽略校驗比特，原始數據也可以被處理。

FEC糾錯對很高的BER情況下并不有效（例如，對于BER＝10-3，將會產生解碼錯誤）。

1.1.2 OLT ? ONU的互操作性

FEC解決方案必須支持OLT同時與支持FEC的ONU和不支持FEC的ONU通信的情況。

1.1.2.1 下行互操作性

? OLT應要么編碼它的下行數據，要么不編碼。

? FEC編碼狀態（on/off）使用IDENT字段的FEC比特域發送給ONU。

? 每個ONU應該能夠對它收到的數據進行解碼，也可以不解碼（假設數據是編碼過的）。通過使用基于塊的RS編碼，可以提前得知校驗比特的位置。這樣，不支持FEC的ONU可以跳過校驗比特，即不進行處理，并且不需要進行FEC解碼就可以得到原始下行數據。

1.1.2.2 上行互操作性

? 每個ONU既可以編碼它的上行數據，也可以不編碼

? OLT使用FLAGS字段的FEC比特設置ONU FEC編碼狀態（on/off）

? OLT必須能夠(針對每次ONU的傳輸)解碼或不解碼接收的上行數據（假定是編碼過的）

1.2 下行FEC

1.2.1 下行幀FEC結構

1.2.1.1 校驗字節

當使用FEC構建下行幀時，FEC校驗字節插入到每個碼字末尾。當使用RS(255,239）時，每個239數據字節后面都有16個校驗字節。

幀的PCBd部分包括在第一個碼字中，也就是碼字從幀的第一個字節開始。下一個碼字在第255字節后開始，每255個字節重復。

注意由于下行的比特率沒有增加，FEC校驗字節取代了數據字節插入流中。因此，當使用FEC時，用戶數據的有效帶寬減少。

注：FEC編碼過程是在擾碼之前進行的。

9,720 TSs碼字PCBd數據字節校驗碼字數據字節校驗碼字數據字節校驗碼字數據字節校驗碼字數據字節校驗碼字數據字節校驗短碼字數據校字節驗

圖 1

具有FEC的下行幀

1.2.1.2 較短的尾碼字

下行幀分成了多個255字節的碼字。當使用125us幀時，最后一個碼字的數據會小于255字節。以下描述了尾碼字機制。

? 為使尾碼字字節數等于255，在編碼前應增加額外的‘0’字節到尾碼字的末端。

? 計算校驗字節。

? 額外的字節（‘0’填充字節）被刪除，較短的碼字被傳輸。

? 當幀在OLT被接收，額外的‘0’字節在尾碼字的末端重新插入到解碼器中。

? 之后在解碼過程，額外字節再一次被刪除。

對于2.488Gbps的下行數據速率，幀長度為38880字節。由于僅有120字節留給尾碼字，其中104字節用作數據字節，16字節用作校驗字節，135字節用‘0’填充。具體見圖 2。

135個 '0' 填充字節2.488 Gbit/s 速率下38,880字節的下行幀PCBd239字節數據字節校驗數據字節校驗數據字節數據字節校驗16碼字#1碼字 #152尾碼字120字節

圖 2 2.5 Gbps D/S數據速率的尾碼字

1.2.2 FEC碼字同步

1.2.2.1 ONU上的幀同步

下行幀同步序列是通過物理同步字段(PSync))，它是幀的第一個碼字的PCBd的第一個32比特(0xB6AB31E0）。由于使用塊編碼，所以這些比特在FEC編碼過程中不會改變，ONU也會正常的接收。這樣，ONU仍然能夠使用該幀同步序列。

PSyncPCBd數據校字節驗數據字節校驗碼字碼字碼字PSyncPCBd數據校字節驗數據字節校驗P碼字碼字碼字Sync125uc125uc

圖 3

下行幀同步

1.2.2.2 碼字同步

由于所有碼字在幀中都被按次序安排，因此對于碼字來說不需要額外同步，也就是說，一旦取得了幀同步，通過一個255字節計數器，就可以獲得碼字同步。

一旦取得碼字同步，每個碼字都被解碼（校驗比特被刪除，正確的數據被接收），下行原始凈荷就能夠重建。

9,720 TSs碼字PCBd數據字節碼字數據字節碼字數據字節碼字數據字節碼字數據字節碼字數據字節短碼字數據字節碼字d#1的數據字節碼字#2的數據字節碼字#6的數據字節9,108 TSs

圖 4 FEC解碼器中的碼字同步

1.2.3 下行FEC On/Off控制

1.2.3.1 下行FEC指示比特

下行FEC功能能夠通過OpS系統在OLT激活/去激活。一個帶內指示比特用來通知ONU關于FEC狀態的改變。

FEC指示比特包含在IDENT字段中。

FEC指示比特含義如下：

? ‘0’ ：FEC Off。下行幀中無FEC。

? ‘1’ ：FEC On。下行幀是編碼的。

如果不支持FEC（FEC ‘Off’），則：

? 下行流中不包含校驗字節。

? 下行流沒有被編碼。

1.2.3.2 ONU接收機上的下行 FEC On/Off 檢測操作

當線路BER不是非常高(?10）時，在ONU上收到錯誤FEC指示比特的概率相對較高。這樣，FEC On/Off檢測需要使用滯后機制：

? FEC的默認狀態為Off’。沒有下行 FEC 解碼在ONU中應用。

? 4個連續FEC ‘On’指示比特之后，FEC狀態設為‘On’。在ONU中激活下行FEC解碼。

? 4個連續FEC ‘Off’指示比特之后，FEC狀態設為‘Off’。在ONU中停止下行FEC解碼。

1.3 上行FEC

1.3.1 上行幀的FEC結構

1.3.1.1 校驗字節

當使用FEC構建上行傳輸時，FEC校驗字節插入到每個碼字末尾。當使用RS(255,239），每239數據（原始傳輸）字節后面是16字節的校驗字節。

ONU OH的PLOu部分的定界和前導字段并不包含在第一個碼字中，也就是說，碼字是從BIP字節開始的。

注：FEC編碼過程是在擾碼之前進行的。

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ONT OHPLOu靜荷定界和前導BOIINnPUdID碼字#1的數據字節碼字#2的數據字節碼字#5的數據字節碼字#6的數據字節ONT OHPLOu數據校字節驗Data Bytes校驗數據字節校驗數據字節校驗數據字節校驗數據字節校驗碼字碼字碼字碼字碼字碼字

圖 5 上行FEC結構

1.3.1.2 較短的尾碼字

原始傳輸數據分為239字節的碼字。在大多數情況下，最后一個碼字的數據少于239字節。下面描述了尾碼字機制：

? 為使最后一個碼字的數量為239，在編碼器前需要在最后一個碼字末端增加額外的‘0’字節（‘0’填充字節）。

? 計算校驗字節。

? 額外字節被移除，變短的碼字被傳輸。

? 在OLT接收傳輸數據。

? 在解碼前插入額外‘0’字節到碼字末端。由于傳輸字節尺寸OLT已經提前得知，很容易計算出‘0’字節的數量。

? 在解碼過程中，額外字節再一次被移除。

ONT TX原始窗口編碼前的窗口編碼后的窗口ONT發送窗口ONT OH數據字節數據字節數據字節數據字節校驗數據字節數據字節數據字節數據字節校驗ONT OH數據字節數據字節'0' 填充ONT OH數據字節校驗數據字節數據'0' 填充字節數據字節校驗ONT OH校驗數據字節校驗數據字節校驗校驗OLT RXOLT 的Rx窗口解碼前的窗口解碼后的窗口輸出窗口ONT OH數據字節數據字節數據字節數據字節校驗數據字節校驗數據字節校驗數據字節數據字節校驗ONT OH校驗數據字節校驗數據字節校驗'0' 填充校驗ONT OH數據字節數據字節數據字節數據字節'0' 填充ONT OH數據字節數據字節

圖 6 上行傳輸的FEC結構

1.3.1.3 ONU傳輸長度

在下行幀PCBd部分定義的上行BW Map中定義的傳輸長度，計為編碼后沒有‘0’填充字節的長度。

1.3.2 FEC碼字同步

1.3.2.1 傳輸同步

ONU上行傳輸的PLOu部分的前導和定界字段用于上行流的傳輸同步。這些字段在FEC編碼過程中并不改變。這樣，OLT能夠繼續使用前導碼和定界符用于傳輸同步。

由于所有碼字在傳輸中順序安排，不需要額外進行碼字同步。一旦達到傳輸同步，每個碼字的確切位置就可以知道了，也就能夠實現碼字同步（每個碼字255字節）。

1.3.2.2 Framing-word錯誤

當BER較高時，用于幀定界的碼字錯誤的概率也很高。這樣，如果定界符是16或著20比特長，為了達到傳輸同步，在幀定界符中允許大概3到4個錯誤比特。

1.3.3 上行FEC On/Off

1.3.3.1 上行FEC指示比特

ONU的上行FEC功能能夠通過OLT使用OpS系統激活/去激活。OLT使用一個帶內指示比特來通知ONU FEC狀態的改變。

OLT使用FLAGS字段的UFEC域設置ONU FEC編碼狀態(on/off）。

FEC指示比特含義如下：

? ‘0’ – Off。在上行傳輸中無FEC。

? ‘1’ – On。上行傳輸被FEC編碼。

如果不支持FEC(FEC ‘Off’）：

? 傳輸中不包含校驗字節。

? 對上行數據無需解碼處理。

1.3.3.2 OLT上的U/S FEC On/Off 檢測操作

當線路BER不是能夠非常高(?10）時，在ONU上收到錯誤FEC指示比特的概率也相對較高。這樣，在OLT上的FEC On/Off鎖定需要使用滯后機制：

? FEC的默認狀態為Off’。無上行FEC解碼在OLT中應用。

? 4個連續FEC ‘On’指示比特之后，FEC狀態設為‘On’。在OLT中激活上行FEC解碼。

? 4個連續FEC ‘Off’指示比特之后，FEC狀態設為‘Off’。在OLT中停止上行FEC解碼。

1.4 ONU發送活動

對于所有的特定ONU發送動作，例如，發送SN或發送測距，不應使用FEC。這是因為特定動作發送的長度較短，并且發送的頻率較低。

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