FEC详解——精选推荐

2024年2月15日发(作者：增值税结转)

FEC

1 前向纠错

1.1 概述

前向纠错（FEC）通过在通信系统的传送层传输编码后的数据进行。编码引入了冗余，这使得解码器可以检测和纠正传输错误。例如，对于输入的BER＝10-4的数据，FEC解码器输出数据的BER将会下降到10-15。通过使用FEC技术，可以达到比较低的数据传输错误率，从而避免重传。

FEC可以增加链路预算3～4dB。这样，可以支持更高速率和更长的传输距离，以及每个PON使用更多数量的分支。

1.1.1 Reed-Solomon编码(基于块的FEC）

Reed-Solomon（RS）编码是基于块的编码，它取一个固定尺寸的数据块并在其结尾处增加额外的冗余比特。FEC解码器使用这些额外比特处理数据流，发现错误，纠正错误，并获取原始数据。Reed-Solomon在ITU-T J.81中规定。

常用的RS编码是RS(255,239），码字长度为255字节，包含了239数据字节，后面是16字节冗余字节。RS(255,239）在ITU-T G.975和ITU-T G.709中均被使用。

使用基于FEC的块时，原始数据被保留。这样，即使对端不支持FEC，通过忽略校验比特，原始数据也可以被处理。

FEC纠错对很高的BER情况下并不有效（例如，对于BER＝10-3，将会产生解码错误）。

1.1.2 OLT  ONU的互操作性

FEC解决方案必须支持OLT同时与支持FEC的ONU和不支持FEC的ONU通信的情况。

1.1.2.1 下行互操作性

 OLT应要么编码它的下行数据，要么不编码。

 FEC编码状态（on/off）使用IDENT字段的FEC比特域发送给ONU。

 每个ONU应该能够对它收到的数据进行解码，也可以不解码（假设数据是编码过的）。通过使用基于块的RS编码，可以提前得知校验比特的位置。这样，不支持FEC的ONU可以跳过校验比特，即不进行处理，并且不需要进行FEC解码就可以得到原始下行数据。

1.1.2.2 上行互操作性

 每个ONU既可以编码它的上行数据，也可以不编码

 OLT使用FLAGS字段的FEC比特设置ONU FEC编码状态（on/off）

 OLT必须能够(针对每次ONU的传输)解码或不解码接收的上行数据（假定是编码过的）

1.2 下行FEC

1.2.1 下行帧FEC结构

1.2.1.1 校验字节

当使用FEC构建下行帧时，FEC校验字节插入到每个码字末尾。当使用RS(255,239）时，每个239数据字节后面都有16个校验字节。

帧的PCBd部分包括在第一个码字中，也就是码字从帧的第一个字节开始。下一个码字在第255字节后开始，每255个字节重复。

注意由于下行的比特率没有增加，FEC校验字节取代了数据字节插入流中。因此，当使用FEC时，用户数据的有效带宽减少。

注：FEC编码过程是在扰码之前进行的。

9,720 TSs码字PCBd数据字节校验码字数据字节校验码字数据字节校验码字数据字节校验码字数据字节校验码字数据字节校验短码字数据校字节验

图 1

具有FEC的下行帧

1.2.1.2 较短的尾码字

下行帧分成了多个255字节的码字。当使用125us帧时，最后一个码字的数据会小于255字节。以下描述了尾码字机制。

 为使尾码字字节数等于255，在编码前应增加额外的‘0’字节到尾码字的末端。

 计算校验字节。

 额外的字节（‘0’填充字节）被删除，较短的码字被传输。

 当帧在OLT被接收，额外的‘0’字节在尾码字的末端重新插入到解码器中。

 之后在解码过程，额外字节再一次被删除。

对于2.488Gbps的下行数据速率，帧长度为38880字节。由于仅有120字节留给尾码字，其中104字节用作数据字节，16字节用作校验字节，135字节用‘0’填充。具体见图 2。

135个 '0' 填充字节2.488 Gbit/s 速率下38,880字节的下行帧PCBd239字节数据字节校验数据字节校验数据字节数据字节校验16码字#1码字 #152尾码字120字节

图 2 2.5 Gbps D/S数据速率的尾码字

1.2.2 FEC码字同步

1.2.2.1 ONU上的帧同步

下行帧同步序列是通过物理同步字段(PSync))，它是帧的第一个码字的PCBd的第一个32比特(0xB6AB31E0）。由于使用块编码，所以这些比特在FEC编码过程中不会改变，ONU也会正常的接收。这样，ONU仍然能够使用该帧同步序列。

PSyncPCBd数据校字节验数据字节校验码字码字码字PSyncPCBd数据校字节验数据字节校验P码字码字码字Sync125uc125uc

图 3

下行帧同步

1.2.2.2 码字同步

由于所有码字在帧中都被按次序安排，因此对于码字来说不需要额外同步，也就是说，一旦取得了帧同步，通过一个255字节计数器，就可以获得码字同步。

一旦取得码字同步，每个码字都被解码（校验比特被删除，正确的数据被接收），下行原始净荷就能够重建。

9,720 TSs码字PCBd数据字节码字数据字节码字数据字节码字数据字节码字数据字节码字数据字节短码字数据字节码字d#1的数据字节码字#2的数据字节码字#6的数据字节9,108 TSs

图 4 FEC解码器中的码字同步

1.2.3 下行FEC On/Off控制

1.2.3.1 下行FEC指示比特

下行FEC功能能够通过OpS系统在OLT激活/去激活。一个带内指示比特用来通知ONU关于FEC状态的改变。

FEC指示比特包含在IDENT字段中。

FEC指示比特含义如下：

 ‘0’ ：FEC Off。下行帧中无FEC。

 ‘1’ ：FEC On。下行帧是编码的。

如果不支持FEC（FEC ‘Off’），则：

 下行流中不包含校验字节。

 下行流没有被编码。

1.2.3.2 ONU接收机上的下行 FEC On/Off 检测操作

当线路BER不是非常高(10）时，在ONU上收到错误FEC指示比特的概率相对较高。这样，FEC On/Off检测需要使用滞后机制：

 FEC的默认状态为Off’。没有下行 FEC 解码在ONU中应用。

 4个连续FEC ‘On’指示比特之后，FEC状态设为‘On’。在ONU中激活下行FEC解码。

 4个连续FEC ‘Off’指示比特之后，FEC状态设为‘Off’。在ONU中停止下行FEC解码。

1.3 上行FEC

1.3.1 上行帧的FEC结构

1.3.1.1 校验字节

当使用FEC构建上行传输时，FEC校验字节插入到每个码字末尾。当使用RS(255,239），每239数据（原始传输）字节后面是16字节的校验字节。

ONU OH的PLOu部分的定界和前导字段并不包含在第一个码字中，也就是说，码字是从BIP字节开始的。

注：FEC编码过程是在扰码之前进行的。

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ONT OHPLOu静荷定界和前导BOIINnPUdID码字#1的数据字节码字#2的数据字节码字#5的数据字节码字#6的数据字节ONT OHPLOu数据校字节验Data Bytes校验数据字节校验数据字节校验数据字节校验数据字节校验码字码字码字码字码字码字

图 5 上行FEC结构

1.3.1.2 较短的尾码字

原始传输数据分为239字节的码字。在大多数情况下，最后一个码字的数据少于239字节。下面描述了尾码字机制：

 为使最后一个码字的数量为239，在编码器前需要在最后一个码字末端增加额外的‘0’字节（‘0’填充字节）。

 计算校验字节。

 额外字节被移除，变短的码字被传输。

 在OLT接收传输数据。

 在解码前插入额外‘0’字节到码字末端。由于传输字节尺寸OLT已经提前得知，很容易计算出‘0’字节的数量。

 在解码过程中，额外字节再一次被移除。

ONT TX原始窗口编码前的窗口编码后的窗口ONT发送窗口ONT OH数据字节数据字节数据字节数据字节校验数据字节数据字节数据字节数据字节校验ONT OH数据字节数据字节'0' 填充ONT OH数据字节校验数据字节数据'0' 填充字节数据字节校验ONT OH校验数据字节校验数据字节校验校验OLT RXOLT 的Rx窗口解码前的窗口解码后的窗口输出窗口ONT OH数据字节数据字节数据字节数据字节校验数据字节校验数据字节校验数据字节数据字节校验ONT OH校验数据字节校验数据字节校验'0' 填充校验ONT OH数据字节数据字节数据字节数据字节'0' 填充ONT OH数据字节数据字节

图 6 上行传输的FEC结构

1.3.1.3 ONU传输长度

在下行帧PCBd部分定义的上行BW Map中定义的传输长度，计为编码后没有‘0’填充字节的长度。

1.3.2 FEC码字同步

1.3.2.1 传输同步

ONU上行传输的PLOu部分的前导和定界字段用于上行流的传输同步。这些字段在FEC编码过程中并不改变。这样，OLT能够继续使用前导码和定界符用于传输同步。

由于所有码字在传输中顺序安排，不需要额外进行码字同步。一旦达到传输同步，每个码字的确切位置就可以知道了，也就能够实现码字同步（每个码字255字节）。

1.3.2.2 Framing-word错误

当BER较高时，用于帧定界的码字错误的概率也很高。这样，如果定界符是16或着20比特长，为了达到传输同步，在帧定界符中允许大概3到4个错误比特。

1.3.3 上行FEC On/Off

1.3.3.1 上行FEC指示比特

ONU的上行FEC功能能够通过OLT使用OpS系统激活/去激活。OLT使用一个带内指示比特来通知ONU FEC状态的改变。

OLT使用FLAGS字段的UFEC域设置ONU FEC编码状态(on/off）。

FEC指示比特含义如下：

 ‘0’ – Off。在上行传输中无FEC。

 ‘1’ – On。上行传输被FEC编码。

如果不支持FEC(FEC ‘Off’）：

 传输中不包含校验字节。

 对上行数据无需解码处理。

1.3.3.2 OLT上的U/S FEC On/Off 检测操作

当线路BER不是能够非常高(10）时，在ONU上收到错误FEC指示比特的概率也相对较高。这样，在OLT上的FEC On/Off锁定需要使用滞后机制：

 FEC的默认状态为Off’。无上行FEC解码在OLT中应用。

 4个连续FEC ‘On’指示比特之后，FEC状态设为‘On’。在OLT中激活上行FEC解码。

 4个连续FEC ‘Off’指示比特之后，FEC状态设为‘Off’。在OLT中停止上行FEC解码。

1.4 ONU发送活动

对于所有的特定ONU发送动作，例如，发送SN或发送测距，不应使用FEC。这是因为特定动作发送的长度较短，并且发送的频率较低。

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