100G傳輸中的軟判決技術解決方案

    軟判決是相對于硬判決而言的，與具體的糾錯編碼或后續算法沒有必然關聯。軟硬判決的區別在于：硬判決以閾值為準繩，武斷地對輸入信號進行判定;軟判決以閾值為參考，對輸入信號進行猜測，并聲明猜測的可信度。軟判決并未判決，僅提供猜測信息和可信度信息，便于后續算法(如Viterbi算法)結合其他信息進一步處理、綜合判定。

    對于一般的單比特判決而言，判決軟硬判決的不同在物理實現上表現為其對信號量化所采用的比特位數。硬判決對信號量化的比特數為1位，其判決結果非“0”即“1”，沒有回旋余地。軟判決則采用多個比特對信號進行量化，一個比特為猜測信息，額外的比特提供該猜測的可信度信息。

    采用軟判決的原因

    基于數字相干接收PM-QPSK調制100G接收機，不論其采用軟判決還是硬判決，其信號處理結構和流程基本相同，不同之處在于軟判決給后續的前向糾錯編碼(FEC)解碼單元提供了額外的可信度信息，而硬判決僅提供單比特判決信息，拋棄了可信度信息，放棄了模數轉換器和數字相干接收所提供的糾錯優勢。軟判決所提供的可信度信息可以進一步提高FEC編碼增益。

    糾錯編碼技術可以跳出傳輸物理層的限制，在邏輯層對一切物理傳輸損傷進行補償，特別是對非線性效應影響的補償。糾錯編碼的編碼增益越大，相同傳輸距離下對入纖光功率的要求越低，接收機OSNR要求越小。另一方面，光信號在傳輸過程中OSNR越小，纖芯光功率強度的變化越小，纖芯折射率的波動越小，非線性效應的影響就越不明顯。因此，對于主要受到非線性效應限制的100G光傳輸系統，1dB糾錯編碼增益對系統傳輸性能的提升遠高于衰減或色散受限的光傳輸系統。根據中國移動、中國電信100G測試結果以及100G行標，G.655光纖時采用軟判決的傳輸距離比硬判決多6個跨段，傳輸距離提升了60%。

    實現軟判決的途徑

    軟判決的實現得益于模數轉換(ADC)的使用。100G要求模數轉換器的有效比特位數(ENOB)大于6比特。輸入光信號經光學前端光電轉換為四路模擬電信號，四路模擬電信號經模數轉換器在時間和幅度上離散量化為四路數字信號，經數字信號處理完成信道均衡和載波估計得到估計的四通道(Ix，Qx，Iy，Qy)數據用于判決。

    其軟硬判決的差異僅在于四通道判決輸出的比特數：硬判決對每個通道輸出1個比特判決;軟判決除了對每個通道輸出1個比特的猜測信息外，還提供若干比特的可信度信息。軟判決以判決閾值為參考提供猜測信息，以若干可信度閾值為參考提供可信度信息。圖1為數字相干接收PM-QPSK單個偏振態上I，Q分量的軟判決示例。該示例對I，Q分別給出3比特的軟判決，其中以判決閾值為參考提供1比特猜測信息，以3個可信度閾值為參考提供2比特可信度信息。

　　基于軟判決的糾錯編碼

    糾錯編碼算法與軟判決沒有必然聯系，但某些糾錯編碼算法可以軟判決所提供的可信度概率信息進一步提高編碼的糾錯能力，提高編碼增益�；�于軟判決和迭代算法的第三代糾錯編碼，其編碼增益可達到11dB以上，其典型代表為Turbo和LDPC編碼，其中LDPC較Turbo編碼具有更優的糾錯特性和實現復雜度。LDPC碼即低密度奇偶校驗碼(Low Density Parity Check Code，LDPC)，它是由Robert G.Gallager博士于1963年提出的一類具有稀疏校驗矩陣的線性分組碼，不僅有逼近Shannon限的良好性能，而且譯碼復雜度較低，結構靈活，是近年信道編碼領域的研究熱點，目前已廣泛應用于深空通信、光纖通信、衛星數字視頻和音頻廣播等領域。LDPC碼已成為第四代通信系統(4G)強有力的競爭者，而基于LDPC碼的編碼方案已經被下一代衛星數字視頻廣播標準DVB-S2采納。