عندما نقرأ مقالًا ، إذا كان هناك خطأ مطبعي ، قل كلمتين بترتيب خاطئ ، فلن تواجهنا صعوبة في فهم النص الأصلي. ولكن إذا كان هناك الكثير من الأخطاء الإملائية ، فسيكون من الصعب على القراء فهم المقال. في هذا الوقت ، لا يمكن الحصول على المعلومات بشكل صحيح وفعال.

يعمل FEC (Forward Error Correction) على مبدأ مماثل. يتم ترميز الإشارات كـ "0" و "1" للإرسال ، مع تدهور لا مفر منه ورموز خطأ. عندما يكون هذا المستوى من الخطأ في نطاق قدرة تصحيح الخطأ في FEC ، يمكن للنظام تحقيق استقبال خالٍ من الأخطاء ، وبالتالي دون الحاجة إلى إعادة الإرسال.

اخترع Richard Hamming لأول مرة رمز Hamming Code ، الذي ربما يكون الشكل الأول من FEC ، في عام 1950. أثناء عمله في Bell Labs ، انزعج من الأخطاء المتكررة في البطاقات المثقوبة (التي كانت تستخدم لتسجيل البيانات ونقلها في ذلك الوقت) ، لذلك ابتكر طريقة تشفير لتحديد الأخطاء وتصحيحها ، وبالتالي تجنب الحاجة إلى نسخ البطاقات وإعادة إرسالها.

يتمثل الاتجاهان الأساسيان لتطوير اتصالات الألياف البصرية في زيادة معدل الإرسال وإطالة مسافة الإرسال. مع زيادة معدل الإرسال ، تحد المزيد من العوامل من مسافة الإرسال أثناء إرسال الإشارة. يؤثر التشتت اللوني والتأثيرات غير الخطية وتشتت وضع الاستقطاب وعوامل أخرى على التعزيز المتزامن للاتجاهين. اقترح خبراء الصناعة وظيفة التصحيح الأمامي للأخطاء لتقليل تأثير هذه العوامل المعاكسة.

في أنظمة الإرسال الضوئية ، يتمثل الدور المركزي لـ FEC في تقليل تحمل OSNR للنظام. إذا قارنا نظام الإرسال البصري بعملية القراءة ، فإن FEC يحسن فهم القراء ، ويثري تجربتهم التمييزية ، ويسمح إلى حد ما بمزيد من الأخطاء في المقالة.

الشكل 1: الرسم التخطيطي لوظيفة FEC

لذلك ، فإننا نعرّف FEC (تصحيح الخطأ الأمامي) بأنه القدرة التي تضمن أن نظام الاتصال لا يزال بإمكانه تحقيق إرسال خالٍ من الأخطاء تحت تأثير الضوضاء وغيرها من حالات الانحطاط. في الأساس ، FEC هي عملية ترميز وفك تشفير ، ويتم إرسال نتيجة الخوارزمية كمعلومات إضافية مع البيانات من جهاز الإرسال. من خلال تكرار نفس الخوارزمية في النهاية البعيدة ، يمكن للمستقبل اكتشاف أخطاء مستوى بت واحد وتصحيحها (أخطاء قابلة للتصحيح) دون إعادة إرسال البيانات.

لقياس هذه القدرة ، من الضروري التركيز على أربع كميات من FEC: تحمل BER قبل التصحيح ، وكسب الترميز (CG) ، والنفقات العامة (OH) ، وكسب الترميز الصافي (NCG). دعنا نلقي نظرة على تعريف كسب تشفير NCG: فهو يحدد الفرق بين قيمة Q المقابلة لمستوى معين من BER (على سبيل المثال ، 1 × 10-15) وقيمة Q (ديسيبل) المقابلة للتصحيح المسبق تحمل BER.

الشكل 2: كسب التشفير بين مستوى معين من BEC مع FEC وبدون FEC

يمكن مقارنة NCG باختلاف القدرة على تصحيح وتلقي المعلومات الصحيحة بين مبتدئ وخبير. بشكل عام ، هناك نوعان من تقنيات FEC: FEC داخل النطاق و FEC خارج النطاق.

• داخل النطاق FEC: معرّف بمعيار ITU-T G.707. وهي تستخدم بايتات علوية لإطار SDH لحمل رمز FEC وتستخدم بشكل أساسي في نظام SDH.
• FEC خارج النطاق: مدعوم بمعيار ITU-T G.975 / 709. يوصى باستخدام G.975 من أجل FEC لنظام الكبل البصري البحري ، باستخدام RS (255 ، 239) ، ويتم تعديل G.709 وفقًا لرمز FEC الخاص بـ G.975.

في نظام DWDM / OTN ، نستخدم بشكل أساسي تقنية FEC خارج النطاق. في G.709 ، تم تعريف Reed Solomon FEC (RS-FEC) لنظام OTN ، الموجود في FEC العلوي لطبقة OTUk ، ويظهر موقعه في الشكل التالي.

الشكل 3 - موقع RS-FEC في G.709

في الوقت الحاضر ، تم تطوير FEC لعدة أجيال.

• يستخدم الجيل الأول من FEC بشكل أساسي الرموز الدورية أو الرموز الجبرية ، مثل أكواد RS (255 ، 239) المحددة بواسطة ITU-T G.975 ، والتي غالبًا ما تسمى FEC القياسي.
• يستخدم الجيل الثاني من FEC بشكل أساسي رموز التسلسل لإنشاء FEC ، مثل RS + RS أو RS + BCH. هناك نوعان من FEC ، FEC المحسن (EFEC) و FEC الإضافي (AFEC).
• يعتمد الجيل الثالث من FEC على اتخاذ قرارات ناعمة أو طرق تكرارية ، مثل Block Turbo Code و LDPC منخفض الكثافة رمز التحقق من التكافؤ.

الشكل 4: الأجيال الثلاثة من FEC

في الجيل الأول والثاني من تقنيات FEC ، يستخدم فك التشفير عادةً البنية الجبرية للشفرة فقط. يتم توفير التسلسل الثنائي إلى مفكك التشفير بواسطة مزيل التشكيل ، أي أن مزيل التشكيل لا يقوم إلا بقرار 0 ، 1 على التسلسل المستلم. تسمى طريقة فك التشفير هذه القرار الصعب (HD-FEC). تتم مقارنة أنواع مختلفة من القرار الصعب FEC على النحو التالي ：

البرمجة	خوارزمية الترميز	كسب الترميز	خط سرعة	المجموعة الأساسية
خارج النطاق FEC	RS (255,239،XNUMX)	5 ~ 7dB	10.7Gbps	G.709
المحسن- FEC	RS (255,238،XNUMX) RS (245,210،XNUMX)	7 ~ 9dB	12.5Gbps	لا
متقدم- FEC	RS (255,238،XNUMX) BCH (900,860) BCH (500,491)	7 ~ 9dB	10.7 جيجابت في الثانية.	G.709

الجدول XNUMX: مقارنات بين ثلاثة أنواع مختلفة من القرار الصعب FEC

القرار الناعم المستخدم في الجيل الثالث من FEC (SD-FEC) هو طريقة فك تشفير احتمالية. يقوم بإجراء تكميم متعدد البتات على خرج الجهد الذي تم أخذ عينات منه بواسطة مزيل التشكيل ، ثم يرسله إلى مفكك التشفير لفك تشفير البنية الجبرية للشفرة.

الشكل 5: رسم تخطيطي لتقنية القرار الناعم

كما هو مبين في الشكل أعلاه ، يستخدم القرار الصعب عتبة واحدة فقط لتقدير بت واحد ، بينما يستخدم القرار الناعم عتبات متعددة لتحديد الرموز المستردة ، والحصول على معلومات بت واحد بالإضافة إلى معلومات احتمالية متعددة بت (ثقة). وهو يعادل إضافة ربما بين YES و NO. مع نفس النسبة العامة ، يكون كسب NCG SD-FEC أعلى بمقدار 1-1.5 ديسيبل من HFEC ذو القرار الصعب.

فوق	HD	SD	NCG إضافية (HD> SD)
0.07	10.00dB	11.10dB	1.10dB
0.15	10.95dB	12.20dB	1.25dB
0.25	11.60dB	12.90dB	1.30dB

الجدول XNUMX: مقارنات NCG لـ SD-FEC و HD-FEC

في الوقت الحاضر ، تُستخدم SD-FEC أو طريقة تشفير هجينة مثل SD-FEC و EFEC / HFEC في الغالب في أنظمة تقسيم الطول الموجي 100G وما وراء 100G. بأخذ تعريف LDPC من خلال مؤتمر LOFC كمثال ، يتم عرض النفقات العامة و NCG في الجدول التالي.

نوع FEC	النفقات العامة يا	NCG
EFEC + LDPC	0.205	10.8dB
LDPC	0.2	11.3dB
LDPC + CC	0.11	10.2dB
LDPC + CC	0.2	11.5dB
BCH + LDPC	0.255	12.0dB

الجدول الثالث: النفقات العامة و NCGs لمختلف FEC

من الجدول أعلاه ، يبدو أننا نرسم قاعدة: كلما زادت النفقات العامة المستخدمة بواسطة FEC ، زاد كسب الترميز.

FEC مناسب للاتصالات عالية السرعة (25G ، 40G ، 100G ، خصوصًا 40G و 100G). تنخفض الإشارة الضوئية بسبب عوامل أخرى أثناء الإرسال ، مما يؤدي إلى سوء التقدير عند الطرف المستقبل. قد يخطئ في تقدير الإشارة "1" كإشارة "0" ، أو الإشارة "0" كإشارة "1". تقوم وظيفة FEC بتشكيل شفرة المعلومات في كود مع إمكانية تصحيح الخطأ عبر مشفر القناة في نهاية الإرسال ، ويقوم مفكك تشفير القناة في الطرف المستقبل بفك الشفرة المستلمة. سيقوم مفكك الشفرة بتحديد موقع الخطأ وتصحيحه لتحسين جودة الإشارة إذا كان عدد الأخطاء المتولدة في الإرسال ضمن القدرة على تصحيح الخطأ (أخطاء متقطعة).

100G QSFP28 وحدة بصرية ووظيفة FEC

سوف تتسبب وظيفة FEC حتماً في بعض حالات تأخير الحزم في عملية تصحيح أخطاء البت ، لذلك ليس كل شيء 100G QSFP28 تحتاج الوحدات الضوئية إلى تمكين هذه الوظيفة. وفقًا لبروتوكول IEEE القياسي ، عند استخدام ملف 100G QSFP28 LR4 وحدة بصرية ، لا يوصى بتمكين FEC ، ويوصى به للوحدات البصرية الأخرى.

تختلف الوحدات البصرية 100G QSFP28 لشركات مختلفة في بعض الجوانب. يوضح الجدول التالي ما إذا كان من المستحسن تمكين وظيفة FEC عند استخدام الوحدة البصرية FiberMall 100G QSFP28.

موديل	.	مع FEC
QSFP28-100G-SR4	100G QSFP28 SR4nm 850m MTP / MPO MMF DDM وحدة الإرسال والاستقبال	لا
QSFP28-100G-LR4	100G QSFP28 LR4 1310nm (LAN WDM) 10 كم LC SMF DDM وحدة الإرسال والاستقبال	لا
QSFP28-100G-PSM4	100G QSFP28 PSM4 1310nm 500m MTP / MPO SMF DDM وحدة الإرسال والاستقبال	لا
QSFP28-100G-IR4	100G QSFP28 IR4 1310nm (CWDM4) 2 كم LC SMF DDM وحدة الإرسال والاستقبال	نعم
QSFP28-100G-4WDM-10	100G QSFP28 4WDM 10km LC SMF DDM وحدة الإرسال والاستقبال	نعم
QSFP28-100G-ER4	100G QSFP28 ER4 Lite 1310nm (LAN WDM) 40 كم LC SMF DDM وحدة الإرسال والاستقبال	نعم

الجدول الرابع: دبليوالدجاجة لاستخدام FEC في FiberMall 100G QSFP28

تناسق وظائف FEC في كلا طرفي الارتباط

تعد وظيفة FEC للواجهة جزءًا من التفاوض التلقائي. عند تمكين التفاوض التلقائي على واجهة ، يتم تحديد وظيفة FEC بواسطة طرفي الارتباط من خلال التفاوض. إذا تم تمكين وظيفة FEC على أحد الطرفين ، فيجب أن يقوم الطرف الآخر أيضًا بتمكين وظيفة FEC.

 وظيفة التكديس و FEC

إذا تم تكوين الواجهة كمنفذ عضو فعلي للمكدس ، فلن يتم دعم أمر FEC. على العكس من ذلك ، لا يمكن تكوين الواجهة التي تم تكوينها باستخدام الأمر FEC كمنفذ عضو فعلي للمكدس.