當我們閱讀一篇文章，如果有一個排印錯誤，比如說有兩個字的順序錯了，對我們理解原文的意思沒有任何困難。但是如果存在太多的拼寫錯誤，看了多遍了不知所云。這時對我們來說，信息就無法正確有效的獲取。

（中文自帶糾錯功能）

FEC（前向糾錯）的工作原理與此類似。對比在通信里面，信號被編碼為0和1傳輸，不可避免的會出現劣化、誤碼，當這種程度在FEC的糾錯能力的范圍內時，系統就仍然能實現無差錯接收，從而就不需要重傳。

扒一點歷史，Hamming Code可能是FEC的第一種形式，最早是由Richard Hamming于1950年發明的。在貝爾實驗室工作時，他對打孔卡中經常出現的錯誤感到的惱火（該打孔卡當時用于記錄和傳輸數據），因此設計了一種編碼方法來識別和糾正錯誤，從而避免了復制和重新發送卡片的需要。

在光傳輸系統中，FEC的作用主要是降低了降低系統的OSNR的容限。用上面閱讀文章來比喻，相當于提高了閱讀者的理解能力，擁有了更加豐富的判別經驗，在一定程度上允許文章中出現更多的錯誤。

因此，我們定義FEC (Forward Error Correction)為： 確保通信系統在噪聲和其他損傷的影響下，依然能夠實現無錯誤傳輸的能力。

本質上來說，FEC 是一個編碼解碼的過程，其算法的結果作為附加信息與來自發送端的數據一起發送。通過在遠端重復相同的算法，使接收器能夠檢測單個bit級別的錯誤并對其進行糾正（可糾正的錯誤），而無需重新傳輸數據。

而如何來衡量這個能力，一般需要關注FEC的四個量：糾前BER容限、編碼增益（CG）、開銷（OH）和凈編碼增益（NCG）。

我們了解一下NCG編碼增益的定義：它定義BER為一定水平（比如說1×10^-15^）時所對應的Q值和糾前BER容限所對應的Q（dB）值之間的差異。

在這里我們主要看凈編碼增益（NCG）。NCG可以理解為小白看一篇文章和專家看同一篇文章，糾錯并獲取正確信息的能力差。即有FEC和沒有FEC時的OSNR需求降低量。

通常來說，FEC技術有帶內FEC和帶外FEC兩種。

帶內FEC：由ITU-T G.707標準定義，利用SDH幀的開銷字節承載FEC碼元，主要用于SDH系統中。

帶外FEC：由ITU-T G.975/709標準支持。G.975推薦用于海底光纜系統的FEC，采用RS（255，239），G.709根據G.975的FEC編碼修改。

在DWDM/OTN系統中我們主要使用帶外FEC技術，在G.709中，為OTN系統定義了Reed Solomon FEC (RS-FEC)，位于OTUk層的FEC開銷，它的位置如下圖所示。

目前FEC已經發展了多代。

第1代FEC主要采用循環碼或代數碼，比如說ITU-T G.975定義的RS（255，239）碼，我們常稱之為標準FEC。

第2代FEC主要級聯碼來構建FEC，比如說RS+RS或者RS+BCH，這種FEC有兩種，增強型Ehanced FEC（EFEC）和超強FEC（AFEC）。

第3代FEC則采用軟判決或迭代的方式，比如說Block Turbo Code分組Turbo碼和LDPC低密度奇偶校驗碼。

在第1代、第2代FEC技術中，通常只利用碼的代數結構進行譯碼，由解調器供給譯碼器的是二進制序列，即解調器僅對接收序列進行0、1判決，這種譯碼方法稱為硬判決Hard-Decision（HD-FEC）。這幾種硬判決FEC對比如下：

而在第3代FEC中則使用軟判決技術Soft-Decision(SD-FEC)。它是一種概率譯碼法，它將解調器輸出的抽樣電壓進行多位量化后，再送入譯碼器進行碼的代數結構譯碼。

如上圖所示，簡單一點理解，SD-FEC與硬判決只使用1個門限來量化1個比特不同，軟判決使用多個門限來量化恢復的符號，從而得到一個比特信息加上若干比特概率（置信度）信息。

相當于在YES和NO之間再增加了Maybe。在同樣的開銷比例下，軟判決SD-FEC要比硬判決HFEC高出1-1.5dB的NCG增益。

目前來說，對100G及超100G波分系統而言，采用的多是SD-FEC或者SD-FEC與EFEC/HFEC等編碼的混合方式。以LOFC會議對LDPC定義為例，其開銷和NCG如下表所示.

從上表中，我們似乎看到了一個規律，FEC使用的開銷越大，編碼增益也越大。是不是意味著開銷越大越好？

審核編輯：劉清