Lorsque nous lisons un article, s'il y a une erreur typographique, dites deux mots dans le mauvais ordre, nous n'aurons aucune difficulté à comprendre le texte original. Mais s'il y a trop de fautes d'orthographe, il sera difficile pour les lecteurs de comprendre l'article. À l'heure actuelle, les informations ne peuvent pas être obtenues correctement et efficacement.

FEC (Forward Error Correction) fonctionne sur un principe similaire. Les signaux sont codés en « 0 » et « 1 » pour la transmission, avec une dégradation inévitable et des codes d'erreur. Lorsque ce niveau d'erreur se situe dans la plage de la capacité de correction d'erreurs du FEC, le système peut réaliser une réception sans erreur, et donc sans avoir besoin de retransmission.

Hamming Code, probablement la première forme de FEC, a été inventé par Richard Hamming en 1950. Alors qu'il travaillait chez Bell Labs, il était ennuyé par les erreurs fréquentes dans les cartes perforées (qui étaient utilisées pour enregistrer et transmettre des données à l'époque), donc il a conçu une méthode de codage pour identifier et corriger les erreurs, évitant ainsi la nécessité de copier et de renvoyer des cartes.

Les deux directions essentielles de développement de la communication par fibre optique sont d'augmenter le débit de transmission et d'étendre la distance de transmission. À mesure que le débit de transmission augmente, davantage de facteurs limitent la distance de transmission pendant la transmission du signal. La dispersion chromatique, les effets non linéaires, la dispersion du mode de polarisation et d'autres facteurs affectent l'amélioration simultanée des deux directions. Les experts de l'industrie ont proposé la fonction de correction d'erreur directe pour réduire l'impact de ces facteurs défavorables.

Dans les systèmes de transmission optique, le rôle central de la FEC est de réduire la tolérance de l'OSNR du système. Si l'on compare le système de transmission optique au processus de lecture, le FEC améliore la compréhension des lecteurs, enrichit leur expérience de discrimination et, dans une certaine mesure, permet plus d'erreurs dans l'article.

Figure1 : le schéma de principe de la fonction FEC

Par conséquent, nous définissons FEC (Forward Error Correction) comme une capacité qui garantit que le système de communication peut toujours réaliser une transmission sans erreur sous l'influence du bruit et d'autres dégradations. Essentiellement, FEC est un processus de codage et de décodage, et le résultat de l'algorithme est envoyé sous forme d'informations supplémentaires avec les données de l'émetteur. En répétant le même algorithme à l'extrémité distante, le récepteur peut détecter des erreurs au niveau d'un seul bit et les corriger (erreurs corrigibles) sans retransmettre les données.

Pour mesurer cette capacité, il est nécessaire de se concentrer sur quatre quantités de FEC : la tolérance du BER avant correction, le gain de codage (CG), le surdébit (OH) et le gain de codage net (NCG). Examinons la définition du gain de codage NCG : il définit la différence entre la valeur Q correspondant à un certain niveau de BER (par exemple, 1 × 10-15) et la valeur Q (dB) correspondant à la pré-correction Tolérance BER.

Figure 2 : le gain de codage entre un certain niveau de BEC avec FEC et sans FEC

NCG peut être comparé à la différence de capacité à corriger et à recevoir les bonnes informations entre un novice et un expert. D'une manière générale, il existe deux types de technologies FEC : la FEC intrabande et la FEC hors bande.

• FEC intrabande : défini par la norme ITU-T G.707. Il utilise un octet de surdébit de la trame SDH pour transporter le symbole FEC et est principalement utilisé dans le système SDH.
• FEC hors bande : pris en charge par la norme ITU-T G.975/709. G.975 est recommandé pour le FEC du système de câble optique sous-marin, utilisant RS (255, 239), et G.709 est modifié selon le code FEC de G.975.

Dans le système DWDM/OTN, nous utilisons principalement la technologie FEC hors bande. Dans G.709, Reed Solomon FEC (RS-FEC) est défini pour le système OTN, qui est situé dans le surdébit FEC de la couche OTUk, et son emplacement est indiqué dans la figure suivante.

Figure3：l'emplacement du RS-FEC dans G.709

À l'heure actuelle, FEC s'est développé pendant de nombreuses générations.

• La première génération de FEC utilise principalement des codes cycliques ou des codes algébriques, tels que les codes RS (255, 239) définis par ITU-T G.975, qui est souvent appelé FEC standard.
• La deuxième génération de FEC utilise principalement des codes en cascade pour construire le FEC, tels que RS+RS ou RS+BCH. Il existe deux types de FEC, Enhanced FEC (EFEC) et Addition FEC (AFEC).
• Le FEC de troisième génération adopte des méthodes de décision douce ou itératives, telles que Block Turbo Code et le code de contrôle de parité à faible densité LDPC.

Figure4 : Les trois générations de FEC

Dans les technologies FEC de première et deuxième génération, le décodage n'utilise généralement que la structure algébrique du code. La séquence binaire est fournie au décodeur par le démodulateur, c'est-à-dire que le démodulateur n'effectue qu'une décision 0, 1 sur la séquence reçue. Cette méthode de décodage est appelée Hard-Decision (HD-FEC). Différents types de décision dure FEC sont comparés comme suit :

Codage	Algorithme d'encodage	Gain de codage	Vitesse	Standard
FEC hors bande	RS (255,239 XNUMX)	5 ~ 7dB	10.7Gbps	G.709
FEC améliorée	RS (255,238 XNUMX) RS (245,210 XNUMX)	7 ~ 9dB	12.5Gbps	Non
Avancé-FEC	RS (255,238 XNUMX) CERB(900,860 XNUMX) CERB(500,491 XNUMX)	7 ~ 9dB	10.7 Gbit / s.	G.709

Tableau XNUMX : Comparaisons de trois types différents de FEC à décision dure

La Soft-Decision utilisée dans la troisième génération de FEC (SD-FEC) est une méthode de décodage probabiliste. Il effectue une quantification multi-bits sur la sortie de tension échantillonnée par le démodulateur, puis l'envoie au décodeur pour décoder la structure algébrique du code.

Figure 5 : Diagramme schématique de la technologie de décision douce

Comme le montre la figure ci-dessus, la décision dure n'utilise qu'un seul seuil pour quantifier un bit, tandis que la décision douce utilise plusieurs seuils pour quantifier les symboles récupérés, obtenant des informations sur un bit plus des informations de probabilité (confiance) sur plusieurs bits. Cela équivaut à ajouter Peut-être entre OUI et NON. Avec le même rapport de surdébit, le gain NCG du SD-FEC est supérieur de 1 à 1.5 dB à celui du HFEC à décision ferme.

Au-dessus	HD	SD	NCG supplémentaire (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

Tableau XNUMX : comparaisons de NCG de SD-FEC et HD-FEC

À l'heure actuelle, SD-FEC ou une méthode de codage hybride telle que SD-FEC et EFEC/HFEC est principalement utilisée dans les systèmes de division de longueur d'onde 100G et au-delà de 100G. En prenant comme exemple la définition de LDPC par la conférence LOFC, son surcoût et son NCG sont indiqués dans le tableau suivant.

Type FEC	Frais généraux OH	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

Tableau XNUMX : frais généraux et NCG des différents FEC

D'après le tableau ci-dessus, nous semblons tirer une règle : plus le surdébit utilisé par FEC est élevé, plus le gain de codage est élevé.

FEC convient aux communications à haut débit (25G, 40G et 100G, en particulier 40G et 100G). Le signal optique est dégradé en raison d'autres facteurs pendant la transmission, ce qui entraîne une erreur d'appréciation du côté récepteur. Il peut considérer à tort le signal « 1 » comme un signal « 0 », ou le signal « 0 » comme un signal « 1 ». La fonction FEC transforme le code d'information en un code avec une capacité de correction d'erreur via le codeur de canal à l'extrémité de transmission, et le décodeur de canal à l'extrémité de réception décode le code reçu. Le décodeur localisera et corrigera l'erreur pour améliorer la qualité du signal si le nombre d'erreurs générées dans la transmission est dans la capacité de correction d'erreurs (erreurs discontinues).

Module optique 100G QSFP28 et fonction FEC

La fonction FEC entraînera inévitablement des retards de paquets dans le processus de correction des erreurs de bits, donc pas tous 100G QSFP28 les modules optiques doivent activer cette fonction. Selon le protocole standard IEEE, lors de l'utilisation du 100G QSFP28 LR4 module optique, il n'est pas recommandé d'activer FEC, et il est recommandé pour d'autres modules optiques.

Les modules optiques 100G QSFP28 de différentes sociétés sont différents à certains égards. Le tableau suivant indique s'il est recommandé d'activer la fonction FEC lors de l'utilisation du module optique FiberMall 100G QSFP28.

Référence	Description du produit	Avec FEC
QSFP28-100G-SR4	Module émetteur-récepteur MTP/MPO MMF DDM 100G QSFP28 SR4 850nm 100m	NON
QSFP28-100G-LR4	Module émetteur-récepteur 100G QSFP28 LR4 1310nm (LAN WDM) 10km LC SMF DDM	NON
QSFP28-100G-PSM4	Module émetteur-récepteur 100G QSFP28 PSM4 1310nm 500m MTP/MPO SMF DDM	NON
QSFP28-100G-IR4	Module émetteur-récepteur 100G QSFP28 IR4 1310nm (CWDM4) 2km LC SMF DDM	Oui
QSFP28-100G-4WDM-10	Module émetteur-récepteur 100G QSFP28 4WDM 10km LC SMF DDM	Oui
QSFP28-100G-ER4	Module émetteur-récepteur 100G QSFP28 ER4 Lite 1310nm (LAN WDM) 40km LC SMF DDM	Oui

Tableau XNUMX : Wpoule à utiliser FEC dans FiberMall 100G QSFP28

Cohérence des fonctions FEC aux deux extrémités de la liaison

La fonction FEC d'une interface fait partie de l'auto-négociation. Lorsque la négociation automatique est activée sur une interface, la fonction FEC est déterminée par les deux extrémités de la liaison via la négociation. Si une extrémité a la fonction FEC activée, l'autre extrémité doit également activer la fonction FEC.

 Fonction d'empilement et FEC

Si l'interface a été configurée en tant que port de membre physique de pile, la commande FEC n'est pas prise en charge. Inversement, l'interface qui a été configurée avec la commande FEC ne peut pas être configurée en tant que port de membre physique de pile.