千兆以太网光传输系统前向纠错算法的研究与实现

作     者：汪智杰 

作者单位：武汉邮电科学研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：周治柱

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：RS码 可编程逻辑门阵列 自定义帧 长距离光传输 

摘      要：在光网络信号的传输过程中,长距离传输是一个非常重要的研究方向,光信号经过长距离传输会出现信号质量劣化的现象进而导致输出信号的光信噪比降低、接收端出现误码,所以为了提高信号的质量在长距传输中一般会加入掺铒光纤放大器、拉曼放大器、遥泵等设备和添加前向纠错码。通过使用前向纠错码能够以较低的代价提升信号的传输距离,现有的前向纠错码应用的环境基本为2.5Gbit/s速率以上的光传送网中,而千兆速率的以太网帧在传输过程中没有合适的前向纠错码对其进行编解码。目前实现前向纠错功能一般是使用国外FPGA厂商提供的十分成熟的IP核,或者国外专用的编译码器件。相比于专用的编译码器,使用FPGA能够灵活的提供前向纠错功能且成本低,但由于国产FPGA起步慢,在国产FPGA上还不具备封装好的IP核,所以在国产FPGA平台上前向纠错码的应用很少。本文通过对RS码编译码理论进行研究,设计了基于国产FPGA的RS编译码器和自定义帧封装模块并搭建了长距传输实验系统对设计的程序进行测试。本文主要工作内容如下:（1）通过对RS码编码和译码原理的研究,设计了RS（255,239）编译码器。针对有限域乘法模块消耗资源多的问题,实现了一种有限域乘法器提升乘法模块性能,并在国产FPGA上实现编码器模块和译码器,同时在设计的FEC板卡上对编译码器进行上板测试。（2）针对以太网报文不定长的问题,提出了一种自定义帧设计以适应RS编译码器,对设计的自定义帧模块基于国产FPGA进行实现,并对程序进行仿真和板级调试。测试不同包长的以太网数据帧传输效果,能够实现不定长数据包的切片功能并且速率能够达到1.25Gbit/s。（3）搭建长距传输实验系统对设计的RS编译码器和自定义帧封装模块进行系统测试,经过实验结果分析使用RS编译码器和自定义封装模块的长距传输系统比不含FEC功能的长距传输实验系统的接收门限降低了5.5d B以上。