前方誤り訂正技術（FEC）：100G 光トランシーバーにおける活用

帯域幅の需要が増加し、エラーおよび遅延の許容範囲が減少するにつれて、データ通信システムの設計者は、利用可能な帯域幅を拡大し、伝送品質を改善する新しい方法を探しています。これは前方誤り訂正（FEC）と呼ばれ、ノイズの多いチャネルで効率的で高品質のデータ通信を可能にするために長年使用されてきた技術です。

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FECとは何ですか？

前方誤り訂正機能（FEC：Forward Error Correction）とは、オリジナルパケットに冗長パケット（誤り訂正用の符号）を付与することで、転送時の誤りを直ちに検出して修正するというデジタル信号処理技術です。元々付随した冗長パケットにより、パケットロスに対する修復が行われます。

FECは、データの再送信を要求するリバースチャネルなしで誤りを修正する機能を受信機に提供します。ご存知のように、送信中のいくつかの要因により光信号が劣化し、受信側で誤判定が発生する場合があります。「1」信号は「0」信号と間違えられたり、「0」信号は「1」信号と間違えられたりします。送信誤りの数が訂正能力内にある場合（不連続誤り）、チャネルデコーダーは偽の「0」または「1」を見つけて訂正し、信号の品質を改善することができます。

図1. FECの動作原理

光通信における前方誤り訂正の発展は、3つの世代に分けることができます。第1世代のFECは、海底システムおよび地上システムで正常に使用される第1世代を表しています。WDMシステムが成熟するにつれて、より強力な第2世代FECが商用システムにインストールされました。第三世代FECの出現により、次世代の光通信システムの新しい展望が開かれました。

FECのタイプと特徴は何ですか？

タイプ

現在、SDH（同期デジタルハイアラ—キ）およびDWDM（高密度波長分割多重）の実用的なFEC技術は、主に次のとおりです。

• インバンドFEC：インバンドFECは、ITU-T G.707標準でサポートされています。FECコードの監視シンボルは、SDHフレームのオーバーヘッドバイトの一部を使用してロードされます。コーディングゲインは小さい（3-4dB）です。

• アウトオブバンドFEC：アウトオブバンドFECは、ITU-T G.975/709標準でサポートされています。帯域外FECには、大きなコーディング冗長性、強力な誤り訂正機能、強力な柔軟性、および高いコーディングゲイン（5-6dB）があります。

• 拡張FEC（EFEC）：拡張FECは主に、遅延要件が厳しくなく、コーディングゲイン要件が特に高い光通信システムで使用されます。EFECの符号化および復号化プロセスは現在、より複雑で適用性が低位ですが、そのパフォーマンス上の利点により、実用的な技術に発展し、次世代のアウトオブバンドFECの主流になります。

 

特徴

FECは、伝送誤りの数を減らし、動作範囲を拡大し、通信システムの所要電力を減らします。FECは、ランダムノイズによって破損したデータを再送信する必要性を排除することで、データビットに追加のチェックビットを追加しても、システムの実効スループットを向上させられます。

FECは、受信側のデータの信頼性を独立して向上させます。システムコンテキスト内で、FECは、システム設計者がいくつかの方法で使用できる有効化テクノロジになります。FECを使用する最も明らかなメリットは、電力が制限されたシステムに関するものです。ただし、高次シグナリングを使用すると、帯域幅の制限にも対処できます。多くの無線システムでは、送信機の許容電力が制限されています。これらの制限は、標準または実際の考慮事項を順守することで実現できます。FECを使用すると、追加の帯域幅が利用可能な場合、はるかに高いデータレートで送信することができます。

 

100GネットワークでのFECの適用

光ファイバネットワーキングのコンテキストでは、FECは光SNR（OSNR）に対処するために使用されます。OSNRは、再生が必要になるまで波長がどれだけ移動できるかを決定する重要なパラメータの1つです。FECは、分散と周波数グリッドとの信号対応を最小限に抑えるために高度な変調方式が必要な高速データレートで特に重要です。FECが組み込まれていないと、100G転送は非常に短い距離に制限されます。長距離伝送（>2500km）を実装するには、システムゲインをさらに約2dB改善する必要があります。FECの硬判定から軟判定へのアップグレードは、このパフォーマンスのギャップを埋めます。

伝送速度をさらに高めようとする動きが続くにつれて、軟判定前方誤り訂正（SD-FEC）スキームの人気が高まっています。これらは、20％程度のバイトオーバーヘッド（元のRSコーディングスキームのほぼ3倍）を必要とする可能性がありますが、高速ネットワーキングのコンテキストで得られる利点は相当なものです。たとえば、100Gネットワークで1〜2dBのゲインが得られるFECは、リーチが20〜40％拡大します。

100GネットワークのFECにおける注意が必要な事項

100GネットワークでFECを構成する際に考慮すべきことは何ですか？以下のヒントに注意することをお勧めします。

実装方法

FS 100G CFP変換モジュールなど、一部の特別なモジュールには独自のFEC機能があります。100G QSFP28光モジュールは、100Gスイッチなどの誤り訂正を実装するために、デバイスのFEC機能構成に依存しています。

 

スイッチがFECをサポートするかどうか

すべてのスイッチがFEC構成をサポートするわけではないです。 100GスイッチがFECをサポートする場合にのみ実現できます。FSが提供する100GスイッチはすべてFECをサポートしています。