利用FEC解码纠错计数进行ROADM的自动色散补偿.doc

利用FEC解码纠错计数进行ROADM的自动色散补偿杨兆华，雷 非（武汉邮电科学研究院 武汉 430074）摘要 ROADM技术提供了波长灵活调度功能，同时也对线路色散的补偿技术提出了新的要求。本文结合FEC技术对ROADM系统应用中的色散如何进行自动补偿进行了探讨。通过对FEC解码纠错计数的统计值与波长路径上色散量关系的研究，寻求自动控制色散补偿器件调整色散补偿量的方法，力求解决波长路由变化带来的色散差异的自动补偿问题，使得ROADM系统更加稳健。关键词光通信；ROADM系统；前向纠错；可调色散补偿随着业务的迅速发展，特别是数据业务对骨干网带宽的拉动，DWDM技术逐渐走进人们的视野，应用范围从国家一干到省内二干再到本地网，正在成为建设大容量骨干网的首选技术。超长距离WDM设备的大量商用以及8040 Gbit/s波分系统的面世基本上解决了大容量、高速率、长距离的应用需求，而ROADM设备的出现也使WDM设备组网从简单的点对点拓扑过渡到环网拓扑、两环相交拓扑以及更复杂的格形组网结构，最终将实现网状网拓扑。ROADM设备应用时，出于业务调度需要，网络变化可能非常频繁，对10 Gbit/s以上的高速率波长信号而言，一旦发生传输路径的变化，损耗、色散等物理量也会产生较大变化，可能造成信号传输质量的下降。因此，对于ROADM设备组成的网络，势必要有更加机动、灵活的色散补偿解决方案。1色散及FEC技术色散是光纤的传输特性之一，光纤的色散现象对光纤通信极为不利。通常所用的通信光纤在通信波长段均为正色散，长距离传输中需要用一定长度的具有负色散特性的色散补偿器件来对光纤色散进行补偿。光纤数字通信传输的是一系列脉冲码，例如NRZ码型。对于正啁啾信号，正色散会使脉冲展宽，而传输中的脉冲展宽会导致脉冲与脉冲相重叠，即产生码间干扰，造成误码，如图1所示，T为周期。在对光纤色散利用负色散补偿时情况正好相反，会出现脉宽压缩的现象，如图2所示。FEC（forward error correction，前向纠错）技术的原理是在发射端编码时加入检验字节，根据比特相关性，在接收端通过对校验比特进行一定的计算以纠正码流中的错误，从而达到改善系统误码性能的目的。FEC技术作为超长距离光传输系统的关键技术之一，正被广泛用于现网光传输系统中，在10 Gbit/s信号以及40 Gbit/s信号长距离传输中，FEC功能已经成为必选项。FEC技术对信号传输过程中引起的小误码可以进行纠错，如果一个码字“1”在接收时被误判为“0”，通过FEC解码可以将其还原为“1”并对0比特纠错数目进行统计，将FEC纠错0比特计数值相应加一；同样，如果码字“0”在接收端被FEC解码从“1”纠正回“0”，则FEC纠错1比特计数值对应加一。在采用FEC技术后，接收系统能够承受更低的OSNR（光信噪比），对线路传输过程中因为色散或其他因素造成的线路小误码可以进行纠正从而保证业务的正常传输。正啁啾信号在传输过程中，正色散将导致数字信号脉宽变宽，对于NRZ编码的数字序列而言，过多的色散可能导致“1”脉冲展宽，从而造成其旁边的“0”码字被误判为“1”。这样一来，从FEC技术对接收信号的解码统计来看，接收信号色散补偿不到位（欠补）时产生的1比特纠错计数可能比0比特纠错计数多，而在补偿过度（过补）时产生的0比特纠错计数可能比1比特纠错计数多。利用FEC技术的这种特性，可以大致判断当前接收信号是处于欠补还是过补状态，从而根据这个信息自动控制TDCM（可调色散补偿模块），通过调整其色散补偿量来适应线路色散的变化。2系统实验及色散补偿管理采用如图3所示的线路配置，对不同色散情况下接收端FEC解码1比特纠错计数值和0比特纠错计数值进行统计，得出如表1所示的结果，表明可以根据FEC纠错计数值的对比关系来大致判断线路色散情况。表1中纠错计数的统计时间为5 min。 在ROADM系统应用中，如果需要对色散进行自动精确补偿，可以在系统接收末端配置可调色散补偿器件即TDCM，对分段固定光学补偿后的残余色散进行精确管理。带有FEC功能的OTU板卡都可以进行FEC的0比特纠错和1比特纠错计数，这两种纠错计数的实时统计信息可以通过板卡间CPU接口单元告知TDCM，TDCM接收到此信息后可以按照预设的色散调整步进对色散补偿量进行调整，整个调整过程如图4所示。具体如下：接收OTU板卡对线路侧O/E转换后的信号进行FEC解码，利用解码芯片提供的纠错计数可以大致判定当前线路的色散是属于过补还是欠补，并根据纠错信息由CPU接口单元控制TDCM进行补偿调节，一直到线路侧FEC纠错消失即线路色散补偿量与线路色散量达到匹配。3结束语烽火通信从2000年开始对ROADM技术进行跟踪和研发，经过几年的努力，逐步在国内引领ROADM技术的发展，包括基于WB、PLC、WSS技术的ROADM设备的逐步商用化，在光域内的波长交叉，实现波长级的大颗粒业务的任意“调度”等。ROADM设备的应用是一项复杂的系统工程，作为一种智能的WDM传输设备，应该具备一定的光网络传输自适