基于大气激光通信系统的FEC应用研究 摘要：随着大气激光通信系统(FSO)向更远传输距离和更大传输容量方向发展，为保证通信系统的稳定性和通信质量，除了在光域上提高光信噪比(OSNR)．还可以在电域上进行编码纠错前向纠错技术( FEC)能改善系统信嗓比劣化冗余度，在接收端OSNR较低的情况下依然获得较佳的误码性能指标，有效增强系统性能，对工程技术有一定的实用价值关键词：大气激光通信光信哚比前向纠错技术TN929.11：A：1673-1131(2010)04-036-02一、引言大气激光通信是一种以激光为信息载体，以大气为通信信道，进行语音、数据、图像等信息传输的通信方式由于大气激光通信系统受雾、雨、太阳照射等天气因素影响较大，保证系统通信余量、提高光信噪比和提高探测器件灵敏度是现有FSO系统设计中考虑的主要因素现有FSO系统为满足系统对通信余量的需求常引入大功率输出掺铒光纤放大器{EDFA），在引入EDFA的同时会引入较大的噪声，降低信号的信噪比EDFA输出功率永远低于FSO系统传输距离的需求，同时面临高噪声消失、非线性等等难题所以有必要在电域上引入FEC技术以解决光功率预算的难题。
二、FSo系统的误码性能和纠错需求大气信道对FSO系统激光束的传播主要的影响有大气分子及悬浮微粒对光束的吸收与散射和大气湍流运动对光束的扰动前者主要导致光束能量的损失，后者引起光束的强度闪烁，光束漂移，扩展与抖动等现象FSO系统中存在的干扰主要来自激光传输过程中的大气干扰和接收时的背景光干扰,存在的噪声主要来源于接收机中的各器件和电路、EDFA.光滤波器等，这些噪声和干扰会影响传输质量工程应用上,FSO系统为满足长距离或大容量DWDM传输性能要求，首先考虑的是满足功率的需求，以克服大气信道引起的功率损耗和湍流引起的功率跳变通常采用增大发送光功率的方式，但同时引入较大的噪声，降低了系统的OSNR．影响系统通信性能大气激光通信中误码原因包括：光束被遮挡和通信光功率余量不足在一段时间内激光束的传播受到物体短时遮挡时表现为突发误码，而由于湍流或大气衰减等影响造成通信余量不足时，表现为零星的随机和少量的突发误码前者因为信号载体的缺失通信会中断，后者误码多属于随机误码，误码之间没有相关性，可以通过电信号纠错工具来改善理论上讲，误码率的改善是基于噪声为高斯噪声，误码是非相关性的FEC技术通过在传输码型中加入冗余纠错码以降低接收端的OSNR容限，采用FEC所获得的编码增益大大降低了误码率，有效地提高了通信可靠性，从而改善系统性能。
在误码率处于中等的环境中，FEC可以检测误码和纠正误码可以使中等误码率改善成较低误码率改善的成效取决于噪声的特性和所采用的FEC技术三，适用-FSO系统的FEC技术FEC技术是通过在发送端被传输的信息序列中加入一些冗余的监督码进行纠错在发送端由发送设备按一定算法生成冗余码插入到要传输的数据流中，接收端按同样算法对接收到的数据流进行译码，根据接收到的码流确定误码的位置并进行纠错FEC纠错能力指的是在一个码块中，能够纠正比特错误(Bit Error)或符号错误(Symbol Error)的多少解码器复杂程度几乎完全取决于需要纠正的比特数或符号数需要纠正的比特（符号）数越多，解码器的实现就越复杂目前，商用化的STM-64系统都只使用单比特（符号）纠错码，这也主要是出于对实用的解码器复杂程度的考虑现常用的FEC技术包含带内FEC和带外FEC带内FEC系统将FEC纠错码写入未定义的SDH开销字段中，由于能使用的未定义的开销字节不多，FEC的性能．如BER改进程度，延时等都改善得有限带外FEC系统将生成的FEC纠错码加到原待发数据中而不使用SDH的开销字节，因而相应的线路速率将提高但它能较大幅度的提高编码增益，获得更广泛的应用，也适合FSO系统的应用需求。
考虑到不过多增加器件成本，使光信号传送更长的距离，选取的FEC码型要有很好的净编码增益．从而使传输长距离时的可靠性得到满足在大量传输容量的情形下，如果选用的FEC码型冗余度很大，就会占用过多的码数容量来传输非信息数据，严重降低传输的有效性因此．选取的FEC码型要尽可能有低的冗余度此外．考虑到将来的实现问题，选取的FEC码型还必须有利于硬件实现，不会带来过多的编译码延时图1是带外FEC编码示意图，图2是带外FEC解码示意图(以RS(255, 239)编码方式为例）FEC纠错码按其信息元处理方法分为分组码和卷积码，考虑到FSO通信中的差错大部分均为无记忆的独立随机差错，一般选用分组码按校验元与信息元之间的关系又分为线性码和非线性码，由于非线性码缺乏理论分析和应用实现，故采用线性码因此在FSO通信系统里主要采用的是线性分组码循环码是一类最重要的线性分组码，它适合于在FSO通信中应用．Reed-Solomon{RS）码是一种常用的循环纠错码Reed-Solomon码将一个字节或相连的两个字节看作一个“符号(symbol)"，它可纠正在一套码组内单个符号或多个符号错误，既可纠正随机误码，又能纠正一定程度上的突发误码。
四、FEC对FSO系统传输性能的改善根据ITU-T G．975建议的RS码型：RS(255, 239)-块的长度是255bit，每个符号(Symbol)规定为8bit，包含239个信息字节和16个校验字节，该码型有6.69%的冗余，最多可以纠正8个字节的错误当BER=1×10-2时，编码增益(OSNR的改善)近似等于2.3dB(RS-I编码)到7.3dB(RS-8编码)不等误码率改善情况见表1．可以看出，经纠错后线路误码率大大降低采用RS(255. 239)编码，带宽增加约1/14．以传输STM-16信号为例，编码后传输总带宽为：2.488×(15/14)Gb/s=2.66 Gb/s目前的光器件均可满足此传输带宽需求五、结束语前向纠错编码技术是实现长距离高速大气激光通信的有效方法，采用FEC所获得的编码增益可有效降低误码率，增大传输距离、系统的通信余量，或降低所需的发射功率，因而可有效提高系统通信性能、降低系统成本基于级联码、分组Tu rbo码和低密度奇偶校验码等角度考虑来构造适用于光传输系统的超强FEC码型，并对其进行相关的研究与分析的工作也在进行将先进的FEC编码技术与大功率EDFA及高质量光探测器件相结合，可以建立稳定可靠的长距离、大容量FSO系统。
参考文献[1]袁建国，李秋俊，刘宇，叶文伟光通信系统中前向纠错(FEC)码型的理论分析压电与声光2009.4，31 (2)：198-2014[2]曾智龙，徐林，杨乾远等天气因素对大气激光通信质量影响分析光通信技术2009, 33 (10)：56-574[3]ITU-T Recommendation G.975 Forward errorcorrection for submarine systems[s]作者简介何晓垒，男，1983年生，长期从事大气激光通信系统的研制开发，研究方向为FSO通信设备的研制开发工作，熊汉林，男，1982年生，长期从事大气激光通信系统的研制开发，研究方向为通信信号编解码的研制开发工作，雷利娟，女，1975年生，长期从事大气激光通信系统的研制开发，研究方向为FSO通信设备的研制开发工作 -全文完-。