利用FEC解码纠错计数进行ROADM的自动色散补偿

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前向纠错技术对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。

1  引言

随着业务迅速发展，特别是数据业务对骨干网带宽的拉动，DWDM技术越来越多的走近人们的视野，从国家一干到省内二干再到本地网越来越多的工程，DWDM技术正在成为我们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80×40Gbit/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，最终将实现网状网拓扑。ROADM设备应用中，出于业务调度需要，网络变化可能非常频繁，对10Gbit/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差异，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的解决方案。

2  色散及FEC前向纠错技术

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，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现象，即产生码间干扰，造成误码（见图1）。在对光纤色散利用负色散补偿时情况正好相反，会出现脉宽压缩的情况（见图2）。

图1  正色散脉冲展宽图

图2  负色散补偿脉冲压缩图

FEC(前向纠错，Forward error correction)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。前向纠错(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10Gbit/s信号以及更高速率的40Gbit/s信号长距离传输中，FEC功能都已经成为必选项。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"在接收时误判为"0"，通过FEC解码可以将其还原为"1"并将对其纠错数目进行统计，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1。

在采用FEC技术后，系统接收时能够承受更低的OSNR，对于线路传输过程中因为色散或其他因素造成的线路小误码通过纠错技术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纠错计数可能比0纠错计数多，而在补偿过度（过补）时产生的0纠错计数可能比1纠错计数多，利用FEC纠错的这种特性我们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调整其色散补偿量来适应线路色散的变化。

3  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纠错计数和0纠错计数的进行统计，得出如表1所示的结果。结果表明可以根据FEC解码计数的对比关系来大致判断线路色散情况。表中纠错计数的统计时间为5min。

图3 测试系统连接图
 
表1  色散与FEC纠错计数关系

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板卡，利用TDC器件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纠错和1纠错计数，对这两种纠错计数的实时统计信息可以通过板卡间CPU接口单元通信告知TDCM板卡，TDCM板卡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。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单元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。

图4  纠错计数控制TDCM调整流程图

4  结束语

烽火通信从2000年开始对ROADM技术的跟踪和研发，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"。

总之，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应特征，在设备具有相当的灵活性的同时，诸如色散管理等各项管理的自动化必须跟进，这样才能充分发挥ROADM的灵活业务调度优势。上述结合FEC解码纠错计数来控制色散调整的方案对于非ROADM系统的常规高速WDM系统同样适用。

参考文献

1 T-REC-G.709-200303

2 吴国锋. 动态色散补偿技术与器件. 光纤新闻网. 2, 4, 2005.