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010 和101 两个码字,并且传输过程中有两位 出现了错误.如果这两个误码分别出现在两个码字中,可以很容易地校正误码.但是,如果两个误码出 现在同一个码字中,就不能正确地校正了.因此,突发误码(相对于分布误码)可能会极大地降低 FEC 编 码的纠错能力,这正是问题所在. 普遍的观点认为突发误码发生的概率极小,因此它们的影响大体可以忽略.这一论点基于以下假设:每 一位发生错误的概率均等(例如 10-9 ),因此两个相邻位发生错误的概率是单个数据位发生错误的概率的平 方(即10-9 x 10-9 = 10-18 ),以此类推.所以多个相邻位发生错误几乎不可能.这也引发了一些有趣的问 题:(1) 突发误码发生的概率极小这一假设在多大程度上是成立的呢?(2) 是否有可能存在更容易发生突 发误码的实际情况呢?这些问题的答案对于依赖FEC编码增益的系统来说极具意义. II. 振幅噪声及时序噪声(抖动) 导致误码的两个主要原因是:(1) 信号振幅上的加性高斯白噪声(AWGN),(2) 数据和恢复的时钟信号之间 时序不同步,称为抖动[1].由AWGN 引起的振幅噪声本质上是随机的,许多数字通信教材对此均有讲述 [2],与之对应,由它导致的误码也是随机的,并且发生概率与信噪比成反比.另一方面,随机或确定性 因素可能引起抖动.抖动会造成 FEC 编码增益下降,这是本篇文章讨论的主要议题. 技术文章 HFTA-14.0 (Rev.1;

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7 抖动通常分为两类:随机抖动(RJ)和确定性抖动(DJ).产生随机抖动最通常的原因是:当限幅放大器输入 信号穿越

0 和

1 之间的转换门限时,振幅噪声会转换成时序噪声[3].确定性抖动的两种最常见类 型是码型相关抖动(也称码间干扰或 ISI)和脉宽失真(PWD).ISI 是系统带宽与信号带宽不匹配造成的, PWD 则是因 TIA 的输出幅度太小,以至于和限幅放大器的灵敏度相当而造成的.需要特别注意的是,当 限幅放大器的输入信号逐渐减小直至接近规定的最小值(灵敏度)时,其输出抖动急剧增加. 现在比较两种接收器,每一种均使用了互阻放大器(TIA),后跟一个限幅放大器(LA).这两种接收器中, 我们假定 TIA 和LA 组合后的总增益是相同的.第一种接收器的 TIA 增益较高,LA 增益较低.相反,第 二种接收器的 TIA 增益较低,而LA 增益较高.当TIA 的输入功率减小到接近接收器灵敏度时,我们来 讨论这两种接收器的性能表现.在第一种接收器中,由于 TIA 增益较高,因此其输出信号总是大于 LA 的灵敏度,所以整个接收器的灵敏度主要取决于 TIA 的输入参考噪声.在第二种接收器中,TIA 增益较 小,导致其输出信号可能会下降到接近 LA 的灵敏度,所以整个接收器的灵敏度主要由 LA 输入参考噪声 决定,这也导致限幅放大器输出的抖动增大.这个例子说明了一个很重要的问题:即使两个接收器总的 接收灵敏度是一样的,最终限幅放大器输出信号的振幅噪声和抖动特性也可能存在非常大的差异. III. 抖动对时钟和数据恢复电路(CDR)的影响 在典型的数字通信接收器中,限幅放大器后跟时钟和数据恢复(CDR)电路.CDR 使用一个锁相环(PLL)来 生成与输入数据信号同步的时钟信号.抖动容限是 CDR 的一个关键指标,它是指不会导致误码率升高并 超过规定门限的条件下,CDR 能够承受的输入抖动大小.不同的 CDR 架构(通常与其复杂度和价格相 关),所具有的抖动容限也不相同.并且,某些 CDR 对随机抖动的承受度要优于对确定性抖动的承受 度,反之亦然. 根据定义,当CDR 输入抖动开始接近规定的抖动容限时,误码将会增加.与采用 FEC 编码技术相关的一 个重要问题是,CDR 输入抖动造成的误码是如何分布的.误码是随机间隔的,还是突发形式的呢?这个 问题的确切答案取决于许多因素,如CDR 的电路结构,但一般来说,CDR 输入抖动导致的误码主要是由 数据和恢复时钟之间的短暂同步错误引起的,许多次同步错误就会导致突发误码.如上所述,TIA 增益 和LA 增益之间的大小关系会极大地改变总的振幅噪声和抖动特性,这些反过来又会影响 CDR 的性能并 可能影响误码的分布形式.下面我们将通过实际测试结果,来说明这种关系对 FEC 编码增益所产生的深 远影响. IV. 测试数据 为了说明抖动和突发误码对千兆位FEC数字接收器的影响,在接与不接CDR的情况下,分别对两种接收 器电路的各种参数进行了测试.第一个接收器是常规的 2.5Gbps接收器,包括一个PIN二极管、一个低增 益TIA和一个限幅放大器.第二个接收器采用增益较高、但噪声也较大的TIA.两种接收器的BER与输入 功率(归一化至给定灵敏度等级,BER = 10-10 )之间的关系如图