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04/08 GPON FEC 接收器的设计挑战 类似文章发表在Lightwave Magazine (2006年5月刊) GPON FEC 接收器的设计挑战

1 引言 在ONT 中究竟是选择 APD 还是 FEC 技术呢?这是一个涉及数百万美元成本的重要问题,因此许多 GPON 系统制造商对此极为关心.为向遍布北美乃至世界其它地区的家庭提供 Triple-Play 业务(视频、语 音和数据),千兆位无源光网络(GPON)是被重点考虑的方案.为满足用户端(ONT - 光网络终端)的链路预 算和成本目标,最佳方案究竟是采用雪崩光电二极管(APD)接收器还是选择带前向纠错(FEC)的标准接收 器,目前尚存在许多争议.考虑到 GPON 部署后可预见的巨大用量,这的确是一个涉及数百万美元的重 要问题,因为不同的实施方案有着不同的材料成本、测试成本或面市时间,这将直接导致数百万美元的 收益或损失. 采用 APD 的接收器可以很轻松地满足灵敏度要求,但成本较高.雪崩光电二极管价格昂贵,需要高压偏 置和温度补偿.虽然 FEC 要实现编、解码会增加一些成本和复杂度,但大家普遍认为它比 APD 方案要便 宜得多.不过,在设计基于 FEC 的GPON 接收器时,将要面临的设计挑战及其所带来的复杂度和成本增 加问题常常被忽视. 本文简要阐述了 FEC 的工作原理,说明了采用 FEC 方案时抖动对接收器灵敏度的影响.文中还给出了两 种不同类型接收器电路的实际测试数据,从而说明其预期性能.采用 FEC 技术构建 GPON 时,选择 ONT 接收器元件(图1)应该考虑哪些问题,本文也进行了讨论. Optical Splitter 1:32 or 1:64 TX = 2.488Gbps @1490nm OLT Digital Transmitter MAC Layer, FEC, Deserializer, etc. Clock and Data Recovery Limiting Amplifier TIA Optical Block 1490nm 1550nm 1310nm RX = 1.244Gbps (Burst) @1310nm Video Overlay @ 1550nm ONT Physical Layer 图1. GPON ONT 接收器元件构成 技术文章 HFTA-14.0 (Rev.1;

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7 技术文章 HFTA-14.0 (Rev.1;

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7 I. 前向纠错 前向纠错(FEC)是一种降低数字通信链路误码率(BER)的技术,其基本原理是:按照某种方式对发送的数 据位进行编码,接收到数据位后,可检测并校正数据位错误.这通常需要在数据流中加入额外的 冗余 位 ,这些冗余信息是由接收器已知的、预先定义的编码算法得到的.接收到数据和冗余位以后(位于链 路的 前向 端),可以通过算法逆推来恢复原始数据. 举一个简单的例子,我们可以考虑发送三位 码字 来表示每个数据位,例如,发送

010 代表数据位

0 ,发送

101 代表

1 .如果接收的码字是

010 或101 以外的其它值,则说明出现了误码,假定单 个位发生错误的概率远大于多位错误的概率,可以很容易地校正错误.例如,假设接收到

000、110 或011,则正确的码字最有可能是 010.这种方法的缺点是我们必须发送三倍于原始数据的数据量,但链路 前向端的所有单个位错误均可得到校正. 对FEC 编码方案的研究步伐一直没有停止过,目前已经存在多种不同的方案.改进 FEC 的目标是实现更 高的编码效率(冗余位开销更低),同时能够校正更多错误(称为编码增益).FEC 编码降低了 BER,不带 FEC 时要实现相同的 BER 则需要相应提高发送功率(或提高灵敏度),此时需要提高的发送功率幅度即是 编码增益.多种编码方案的复杂细节不属本文的论述范围,下面讨论 FEC 编码都会遇到的一个问题,这 也是本篇文章论述的重点. 与分离的误码(在数据中随机分布)情况相比,FEC 编码往往更容易受到突发误码的影响,这是一个非常值 得关注的问题.还是参考上文给出的简单例子,假设发送