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Importancia de la FEC para 400G

Updated on may 25, 2022
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La rápida adopción de las tecnologías de 400G ha supuesto un aumento de la demanda de ancho de banda y una baja tolerancia a los errores y la latencia en la transmisión de datos. Cumplir este objetivo puede ser todo un reto, teniendo en cuenta que la mejora de un aspecto de la transmisión de datos perjudica a otro. Sin embargo, la tecnología FEC es una solución que parece sobresalir del resto en lo que se refiere a permitir una transmisión de datos fiable, eficiente y de alta calidad.


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¿Qué es la FEC? ¿Cómo funciona la FEC?

La corrección de errores hacia adelante (FEC) es un método de rectificación de errores utilizado en las señales digitales para mejorar la fiabilidad de los datos. La técnica se utiliza para detectar y corregir errores en los datos que se transmiten sin retransmitirlos.

La FEC introduce datos redundantes y el código de corrección de errores antes de la transmisión de los datos. Los bits/datos redundantes son funciones complejas de la información original y se envían varias veces, ya que puede aparecer un error en cualquier muestra transmitida. A continuación, el receptor corrige los errores sin solicitar la retransmisión de los datos reconociendo sólo las partes de los datos sin errores aparentes.

Los códigos FEC también pueden generar señales de tasa de error de bits que se utilizan como retroalimentación para afinar la electrónica de recepción analógica. El diseño del código FEC determina el número de bits perdidos que pueden corregirse. Los códigos de bloque y los convolucionales son las dos categorías de códigos FEC más utilizadas. Los códigos convolucionales manejan datos de longitud arbitraria y utilizan el algoritmo de Viterbi para la decodificación. Por otro lado, los códigos de bloque manejan paquetes de datos de tamaño fijo y los bloques de código parciales se descodifican en un tiempo polinómico respecto a la longitud del bloque de código.

FEC
 

¿Qué es 400G?

En comparación con la solución 100G, 400G, también conocida como 400GbE o 400GB/s, es cuatro veces más rápida. Este Terabit Ethernet transmite datos a 400.000 millones de bits por segundo, es decir, en longitud de onda óptica; de ahí que esté encontrando aplicación en despliegues de alta velocidad y alto rendimiento.

La tecnología 400G también ofrece la potencia, la densidad de datos y la eficiencia necesarias para tecnologías de vanguardia como la realidad virtual (VR), la realidad aumentada (AR), el 5G y la transmisión de vídeo 4K. Además de consumir menos energía, las velocidades también son compatibles con las arquitecturas de ampliación y reducción, ya que proporcionan alta densidad, bajo coste por bit y un rendimiento confiable.

 

¿Por qué 400G requiere la FEC?

Varios centros de datos están adoptando 400 Gigabit Ethernet, gracias a las mayores velocidades de red y a la ampliación de los casos de uso que permiten nuevas oportunidades de negocio. Este estándar de transmisión de datos de 400GE utiliza la tecnología PAM4, que ofrece el doble de velocidad de transmisión que la tecnología NRZ utilizada para 100GE.

La mayor velocidad y comodidad de PAM4 también conlleva sus propios retos. Por ejemplo, la velocidad de transmisión de PAM4 es el doble de rápida que la de NRZ, pero los niveles de señal son la mitad que los de la tecnología 100G. Esto degrada la relación señal/ruido (SNR), por lo que las transmisiones de 400G son más susceptibles a la distorsión.

Por ello, la corrección de errores hacia adelante (FEC) se utiliza para resolver el problema de la distorsión de la forma de onda, común en las transmisiones de 400G. Dicho esto, la velocidad de transmisión real de un enlace Ethernet de 400G es de 425Gbps, con los 25 bits adicionales utilizados para establecer las técnicas FEC. Los elementos de 400GE, como las ópticas DR4 y FR4, tienen errores de transmisión, que la FEC ayuda a rectificar.

 

Consideraciones sobre FEC para Ethernet de 400 Gbps

Con los estándares 802.3bj, la latencia relacionada con la FEC suele tener como objetivo ser igual o inferior a 100ns. En este caso, el tiempo de recepción de la trama FEC tarda aproximadamente 50ns, y el resto del presupuesto de tiempo se utiliza para la descodificación. Este objetivo de latencia FEC es práctico y alcanzable.

El uso de un código FEC similar/igual para la transmisión de 400GbE permite conseguir una latencia menor. Pero cuando se requiere una mayor ganancia de codificación FEC, por ejemplo, a nivel de PMD, se puede compensar la latencia FEC por la ganancia de codificación deseada. Por lo tanto, se recomienda mantener un objetivo de latencia similar (preferiblemente 100ns) mientras se busca una mayor ganancia de codificación de FEC.

Dado que se utiliza la modulación PAM4, el objetivo de ganancia de codificación (CG) de FEC podría ser superior a 8dB. Y como la FEC de decisión suave conlleva un consumo de energía excesivo, no suele ser la preferida para los despliegues de 400GE. Del mismo modo, los códigos de bloque convencionales con su latencia limitada necesitan una relación de overclocking más alta para lograr el objetivo.

Suponiendo que se incluya un esquema de transcodificación similar al utilizado en 802.3bj, el ratio de overclocking debería ser inferior al 10%. Esto ayuda a minimizar el aumento de la velocidad de línea al tiempo que garantiza una ganancia de codificación suficiente con una latencia limitada.

Por lo tanto, con una latencia de 100 ns y una relación de overclocking de menos del 10 %, los códigos FEC con una ganancia de codificación de aproximadamente 8,5 dB son realizables para la transmisión de 400GE. De manera similar, puede emplear codificadores independientes M (es decir, M>1) para códigos de bloque intercalados M en lugar de codificadores paralelos para lograr un rendimiento de 400G.

 

Conclusión

La transmisión 400GE ofrece varios beneficios para los centros de datos y las grandes empresas que dependen de la transmisión de datos de alta velocidad para un funcionamiento eficiente. Y si bien esta tecnología 400G es altamente confiable, introduce algunos errores de transmisión que pueden resolverse de manera efectiva utilizando técnicas de corrección de errores hacia adelante. También hay algunas consideraciones de FEC para 400G Ethernet, la mayoría de las cuales dependen de sus necesidades únicas de red y transmisión de datos.

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