近期，中国科学技术大学宋克柱教授团队在高速串行通信误码率理论建模的研究中取得重要进展，提出了一种新型的误码率建模方法。该成果近日以“Statistical Post-FEC BER Estimation of High-Speed Serial Links Subject to DFE Error Propagation”为题发表于电子工程领域知名期刊IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers。博士研究生陈卓为第一作者；宋克柱教授为通讯作者。
高速串行通信技术是有线网络通信的基石，在数据中心、GPU集群计算等场景中具有重要应用。随着通信数据率提升到数百Gbps的量级，判决反馈均衡器（decision-feedback equalizer, DFE）和前向纠错（forward error correction, FEC）已成为高速串行通信系统的标配。然而，DFE和FEC除了提高信号质量、降低误码率外，也使得系统的结构更加复杂、误码率更难以通过理论方法准确预测。在系统设计过程中，工程师通常需要借助理论模型推导FEC纠前-纠后误码率关系，以确保系统满足主流通信协议对FEC纠后误码率的要求。然而，现有理论模型研究存在计算效率低、对复杂系统适用性不足等问题，限制了其对设计过程的指导作用。
为了解决这一问题，该团队提出了一种新型误码率理论模型——Multi-Burst模型。传统方法通常采用马尔可夫模型对DFE引起的误码传递（error propagation）现象进行建模，并基于网格图（trellis）的动态规划算法推导单个FEC帧内的错误分布，从而计算FEC纠后误码率。与此不同，Multi-Burst模型的创新性在于：将单个FEC帧内的多段突发误码（burst error）视为近似相互独立的事件，而非马尔可夫模型中彼此关联的状态。具体而言，该模型首先通过突发误码表（burst table）描述单段突发误码的统计规律，再结合多段突发误码表的统计学关联，综合评估其对系统误码率的整体影响。
该团队提出的新建模方法带来了显著的效率提升。在针对KP-FEC码型的建模测试中，对于DFE的抽头数为1、2、3、4的情况，Multi-Burst模型分别只用了3.270%、1.648%、1.022%、0.780%的计算时间，就和先前模型取得一致的计算结果。对于抽头数越高，即复杂程度越高的系统，该建模方法的计算效率优势也越明显。该建模方法为高速串行通信系统的误码率建模提供了新的思路，为高速串行通信系统的设计和验证提供了有力的支持。
图 1 Multi-Burst模型（M.）和先前模型（T.）针对KP-FEC码型和1/2/3/4抽头DFE的FEC纠前-纠后误码率计算结果对比
该项研究工作得到了国家重点研发计划项目的支持。
论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10765078
（物理学院、核探测与核电子学国家重点实验室、科研部）
