軟判決是相對(duì)于硬判決而言的，與具體的糾錯(cuò)編碼或后續(xù)算法沒有必然關(guān)聯(lián)。軟硬判決的區(qū)別在于：硬判決以閾值為準(zhǔn)繩，武斷地對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行判定;軟判決以閾值為參考，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行猜測(cè)，并聲明猜測(cè)的可信度。軟判決并未判決，僅提供猜測(cè)信息和可信度信息，便于后續(xù)算法(如Viterbi算法)結(jié)合其他信息進(jìn)一步處理、綜合判定。
對(duì)于一般的單比特判決而言，判決軟硬判決的不同在物理實(shí)現(xiàn)上表現(xiàn)為其對(duì)信號(hào)量化所采用的比特位數(shù)。硬判決對(duì)信號(hào)量化的比特?cái)?shù)為1位，其判決結(jié)果非“0”即“1”，沒有回旋余地。軟判決則采用多個(gè)比特對(duì)信號(hào)進(jìn)行量化，一個(gè)比特為猜測(cè)信息，額外的比特提供該猜測(cè)的可信度信息。
采用軟判決的原因
基于數(shù)字相干接收PM-QPSK調(diào)制100G接收機(jī)，不論其采用軟判決還是硬判決，其信號(hào)處理結(jié)構(gòu)和流程基本相同，不同之處在于軟判決給后續(xù)的前向糾錯(cuò)編碼(FEC)解碼單元提供了額外的可信度信息，而硬判決僅提供單比特判決信息，拋棄了可信度信息，放棄了模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字相干接收所提供的糾錯(cuò)優(yōu)勢(shì)。軟判決所提供的可信度信息可以進(jìn)一步提高FEC編碼增益。
糾錯(cuò)編碼技術(shù)可以跳出傳輸物理層的限制，在邏輯層對(duì)一切物理傳輸損傷進(jìn)行補(bǔ)償，特別是對(duì)非線性效應(yīng)影響的補(bǔ)償。糾錯(cuò)編碼的編碼增益越大，相同傳輸距離下對(duì)入纖光功率的要求越低，接收機(jī)OSNR要求越小。另一方面，光信號(hào)在傳輸過程中OSNR越小，纖芯光功率強(qiáng)度的變化越小，纖芯折射率的波動(dòng)越小，非線性效應(yīng)的影響就越不明顯。因此，對(duì)于主要受到非線性效應(yīng)限制的100G光傳輸系統(tǒng)，1dB糾錯(cuò)編碼增益對(duì)系統(tǒng)傳輸性能的提升遠(yuǎn)高于衰減或色散受限的光傳輸系統(tǒng)。根據(jù)中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信100G測(cè)試結(jié)果以及100G行標(biāo)，G.655光纖時(shí)采用軟判決的傳輸距離比硬判決多6個(gè)跨段，傳輸距離提升了60%。
實(shí)現(xiàn)軟判決的途徑
軟判決的實(shí)現(xiàn)得益于模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)的使用。100G要求模數(shù)轉(zhuǎn)換器的有效比特位數(shù)(ENOB)大于6比特。輸入光信號(hào)經(jīng)光學(xué)前端光電轉(zhuǎn)換為四路模擬電信號(hào)，四路模擬電信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器在時(shí)間和幅度上離散量化為四路數(shù)字信號(hào)，經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理完成信道均衡和載波估計(jì)得到估計(jì)的四通道(Ix，Qx，Iy，Qy)數(shù)據(jù)用于判決。
其軟硬判決的差異僅在于四通道判決輸出的比特?cái)?shù)：硬判決對(duì)每個(gè)通道輸出1個(gè)比特判決;軟判決除了對(duì)每個(gè)通道輸出1個(gè)比特的猜測(cè)信息外，還提供若干比特的可信度信息。軟判決以判決閾值為參考提供猜測(cè)信息，以若干可信度閾值為參考提供可信度信息。圖1為數(shù)字相干接收PM-QPSK單個(gè)偏振態(tài)上I，Q分量的軟判決示例。該示例對(duì)I，Q分別給出3比特的軟判決，其中以判決閾值為參考提供1比特猜測(cè)信息，以3個(gè)可信度閾值為參考提供2比特可信度信息。
基于軟判決的糾錯(cuò)編碼
糾錯(cuò)編碼算法與軟判決沒有必然聯(lián)系，但某些糾錯(cuò)編碼算法可以軟判決所提供的可信度概率信息進(jìn)一步提高編碼的糾錯(cuò)能力，提高編碼增益。基于軟判決和迭代算法的第三代糾錯(cuò)編碼，其編碼增益可達(dá)到11dB以上，其典型代表為Turbo和LDPC編碼，其中LDPC較Turbo編碼具有更優(yōu)的糾錯(cuò)特性和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。LDPC碼即低密度奇偶校驗(yàn)碼(Low Density Parity Check Code，LDPC)，它是由Robert G.Gallager博士于1963年提出的一類具有稀疏校驗(yàn)矩陣的線性分組碼，不僅有逼近Shannon限的良好性能，而且譯碼復(fù)雜度較低，結(jié)構(gòu)靈活，是近年信道編碼領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于深空通信、光纖通信、衛(wèi)星數(shù)字視頻和音頻廣播等領(lǐng)域。LDPC碼已成為第四代通信系統(tǒng)(4G)強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者，而基于LDPC碼的編碼方案已經(jīng)被下一代衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)DVB-S2采納。
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