OTN之G.709/G.872的解读（2）-编码增益怎么测量？

前向纠错编码（FEC）技术通过在传输码列中加入冗余纠错码，在一定条件下，通过解码可以自动纠正传输误码，降低接收信号的误码率（BER）。在WDM系统中，衡量FEC纠错能力的指标称为“编码增益Coding Gain ”，该增益越强表示纠错性能越强。

我们定义：编码增益CG是给定输出误码率下输入信噪比的差值。比如说在以Q因子来测量编码增益时，它指的是BER为1×10-15时所对应的Q值（18dB）和纠前BER容限所对应的Q（dB）值之间的差异。但是，增加FEC会带来开销，也就会使得传输速率增加，并在接收时带来一定的Q值代价。因此FEC的真实纠错能力即净编码增益NCG（Net Coding Gain）为：

在这里，我们的“净编码增益NCG”考虑到由于FEC的增加而有7%(当采用Reed-Solomon时)的速率扩展，这意味着为了传输数据和FEC，数据速率必须增加7%。下面人们来简单看看三种测试编码增益的方法：

• Q因子测量
• Eb/N0测量
• OSNR测量

通过Q因子测量编码增益

Q因子测量被广泛应用于测量编码增益。这项技术通过在可以准确确定误码率的电压水平下测量误码率与电压阈值的关系来估计光放大器或接收器的OSNR（见图1和图2）。Q因子是从眼图信号的测量中推导出的。它被定义为峰值与峰值信号与总噪声的比率：

眼图

• u1=电平平均值
• σ=电平噪声标准差
• u0=电平外平均值
• σ0=电平外噪声标准差1

如果系统的误码率要求为10-15，则在没有FEC的情况下，Q因子的测量值为18dB。采用RS（255239）FEC，Q因子测量值降至11.8dB，产生6.2dB的编码增益。

误码率与Q因子
通过FEC获得的6.2dB增益，将允许在保持原始BER的同时具有更长跨度的传输。因此，通过半导体含量的相对较小的增加来改善传输距离。

通过Eb/N0测量编码增益

另一种测量编码增益的方法是绘制BER与Eb/N0的关系图。其中Eb/N0指的是每个二进制bit能量与噪声功率谱密度的比值。Eb是bit能量，可以用信号功率乘以位时间Tb来描述。N0是噪声功率谱密度，可以描述为噪声功率（N）除以带宽（W）。因此Eb/N0等于SNR*（带宽/比特率）。

BER与Eb/N0
上图展示的是对于给定的输入SNR（Eb/N0），对应的FEC解码器的误码率的值。因此，如果要在10-13误码率下运行系统，则在没有FEC的情况下需要超过14dB的信噪比，或者有FEC时只要8.5dB。


通过OSNR测量编码增益

下图显示的是各种FEC方案下FEC净编码增益（NCG），它们都是运行系统的理论和实际测量结果。

在这里，编码增益是由于在参考BER处使用FEC而降低的信噪比。净编码增益（NCG）考虑了FEC方案所需的带宽扩展与接收机中增加的噪声相关的事实。例如，如上图，考虑10-15的参考误码率。SDH带内FEC提供了4dB的NCG。标准OTN FEC的NCG为6.2 dB，增强型FEC的NCG为9.5 dB。