伴随着网络流量的快速增长，波分复用技术作为现在通信系统的基础承载技术，也经历了容量从小到大的发展过程。在这一发展过程中，每一次单波长速率的提升都伴随着技术的重大变化：从单波长2.5G时代的直接调制方式到10G时代的外调制方式及DCM色散补偿；10G时代到40G时代是OOK调制技术向PSK调制技术的转变；40G时代到100G时代的关键技术特征则是高速DSP的相干技术。
FEC技术概述
在波分复用技术的发展过程中，前向纠错（FEC，Forward Error Correction）技术作为实现信息可靠传输的关键，逐渐成为必不可少的主流技术。FEC技术的原理是在发送端对k bit信息进行分组编码，并加入(n-k)bit冗余校验比特组成长度为n bit的码字；而在接收端则通过译码来完成错误比特的筛选和纠正，以提高通信系统的可靠性。FEC的纠错性能主要取决于如下三个因素：判决方式、编码开销以及码字方案。
软判决和硬判决FEC技术
FEC的判决方式可分为硬判决（HD）和软判决（SD）两种。HD-FEC广泛用于10G，40G非相干及早期的40G/100G相干传输系统，是一种复杂度低，理论成熟的判决方式。HD-FEC的特点为，在FEC译码单元之前，有一个阈值电平判决电路，对携带有噪声的传输后的信号进行1比特量化。即先设定一个固定的判决电平，若信号高于此阈值电平则被判决为1，低于此阈值电平则被判决为0。该两电平信息输入译码器，后者再根据纠错算法将被误判为1的0比特纠正为0，将被被误判为0的1比特纠正为1。由于HD-FEC的1比特量化过程不够精细，不能估计1比特量化过程中的可信度，更无法向译码器传递量化的可信度，因此提前损失了待判决信号的电平分布的概率性信息；类似于用黑白相机拍摄世界，不可避免地忽略了大千世界丰富的色彩信息。反映在纠错性能上，HD-FEC的净编码增益不能做得很高，在7％ OH条件下净编码增益一般不超过9dB。
硬判决FEC对前端电路的要求是比较低的，对阈值电平判决电路之前的信号是模拟信号也可以正常工作。因此硬判决FEC广泛用于2.5G，10G，40G非相干等采用模拟接收机的传输系统。另一方面，对于业已采用了数字接收机的40G/100G相干传输系统，传输后的信号在相干接收后即经由ADC实现了多比特量化，已经包含了待纠错信号的电平估计值和概率性信息。此时再使用HD-FEC，则要对多比特量化信息重新进行单比特量化，即没有充分利用数字相干接收机带来的多比特量化的好处。而SD-FEC技术则可克服HD-FEC的这种局限性。
用于100G相干传输系统的SD-FEC可直接使用数字相干接收机和DSP处理后的多电平信号，N比特量化输入信息中有1比特携带（0，1）等猜测信息，N-1比特提供该猜测信息的可信度（概率信息）。再利用后续算法进行处理，提升译码器的正确判决概率。可见HD-FEC和SD-FEC的差异主要在于所利用的待判决的信号的量化程度不同。在相同码率下，软判决较硬判决有更高的增益，但译码复杂度会成倍增加，对应的ASIC电路的规模和复杂性远比硬判决译码大。随着微电子技术和ASIC制作工艺的发展，软判决FEC技术已经成熟，成为100G传输关键技术的重要组成部分。
软判决与硬判决FEC之间的差别
编码开销和码字方案
编码开销定义为FEC中的冗余校验比特与信息比特数目的比值。一般来讲，编码开销越大，FEC的纠错能力越强，但两者之间并不呈简单的线性关系。
当确定开销和判决方式后，设计优异码字方案，使性能更接近香农极限，是FEC的主要研究课题。当前HD-FEC的发展趋势是在经典的硬判决码字的基础上，采用级联的方式，并引入了交织，迭代，卷积的技术方法，大大提高了FEC方案的增益性能，可以支撑10G，40G非相干传输系统的性能需求。而SD-FEC方案的性能受码字构造，译码算法的影响较大。合理地构造高效的译码算法、采用交织，级联，卷积等技术手段，充分利用冗余信息可以大大提高SD-FEC方案的性能。当前的发展趋势是，采用更大开销(20%或以上)，选择合理的码字构造（Turbo 码、LDPC 码和TPC码等），并结合交织、级联、卷积等技术手段，可以提供大于11dB的编码增益，有效支撑40G，100G至400G的长距离传输需求。其中LDPC码由于其良好的纠错性能，且非常适合高并行度实现，逐步成为高速光通信邻域主流FEC的方案。
高性能软判决FEC技术
在业界现有的SD-FEC技术基础上，华为推出了性能更优异的SD-FEC算法，功耗更低，净编码增益更强，可延伸33％的传输距离。早在2011年，华为即在业界首次提出了高新能LDPC SD-FEC算法，采用卷积、级联技术等手段，以及独特的级联流水实现架构，大大降低了SD-FEC的实现复杂度。这种高性能SD-FEC技术的独特价值在于：
- 创新的SD-FEC可获得更高的编码增益、更高的集成度和更低的功耗，延时大大的降低；
- 采用创新架构SD-FEC方案，兼容100G/400G/1T/2T等传输系统的要求，因此可扩展实现不同功耗，不同性能的解决方案；
- SD-FEC结合发端频谱压缩技术，可以在传送带宽增加的同时，降低速率提升的传输代价，保证高开销SD-FEC带来的增益性能；
- 该SD-FEC可更好的和DSP算法相结合，提供差异化的系统场景解决方案；
应该指出，在当前实际网络应用过程中，不必认为软判决100G传输系统将完全取代硬判100G传输系统，而是两者各有其最优的应用环境。硬判100G传输系统的功耗较小，成本较低，能很好地用于城域网、本地网和一部分长途骨干网，建网的CAPEX较低。而软判100G传输系统技术领先、抵抗ASE噪声累计及光纤非线性效应的能力更强，因此尤其适用于传输距离达到2500km及以上的ULH传输系统，有利于节省电中继数目、提升网络的覆盖面积。两种100G传输技术高低搭配，才能在建网过程中获得最佳的效费比。
发端DSP技术
软判FEC的应用，会使得100G传输码型的线路速率达到130Gbit/s左右，相应的100G码型的光谱更宽，会导致100G WDM信号之间的线性串扰问题。此外在组建ROADM网络过程中，较宽的100G光谱穿通多个50GHz滤波器，会带来比较明显的光谱窄化效应，导致光滤波器级联代价上升，显著降低ROADM网络中的100G组网能力。为避免这种情况发生，业界提出了发射端光谱整型（也称为频谱压缩）的方案，即通过在发端调整电域驱动信号的波形及其频谱分布，进而优化光域信号的频谱的集中程度。光谱整型技术需要在发端使用DSP芯片和DAC（模-数转换器），以实现对频谱形态的控制。光谱整型技术的优势是显而易见的，可以大大增加传输系统的频谱利用效率，有助于提升系统容量，但同时也增加了技术的复杂度，此外对光器件的响应特性也有一定要求。
结语
在100G日益成为传送网络主流应用的今天，作为少量的完全掌握100G相干核心技术及自研能力的设备厂家，华为领先提供了基于PDM-QPSK及相干DSP技术的100G解决方案，极大地提升了系统容量，单纤可达8T容量。其优异的传送性能、可帮助运营商从当前的10G、40G网络升级至100G，最大程度降低网络CAPEX和OPEX，充分保护现网投资，同时快速响应市场的100G业务需求，并改善带宽瓶颈。
华为100G产品具有多种码型及硬判/软判FEC技术选择方案，其完备的技术组合有利于运营商根据自身网络特点灵活选择，以最佳的效费比实现100G网络升级与扩容。
