中国科大宋克柱团队提出新型高速串行通信误码率理论模型

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研究中取得了突破性进展，推出了一种新颖的误码率建模方法。该研究成果以“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的权威期刊ieee transactions on circuits and systems i: regular papers。博士研究生陈卓为该论文的第一作者，而宋克柱教授担任通讯作者。

高速串行通信技术是现代有线网络通信的基础，在数据中心和GPU集群计算等领域发挥着关键作用。随着通信速率提升至数百Gbps，判决反馈均衡器（DFE）和前向纠错（FEC）已成为高速串行通信系统的必备组件。然而，DFE和FEC虽然能提升信号质量并降低误码率，但也使系统结构更加复杂，导致误码率的理论预测更加困难。在设计过程中，工程师通常依赖理论模型来推算FEC纠前-纠后误码率的关系，以确保系统符合主流通信协议对FEC纠后误码率的要求。然而，现有的理论模型存在计算效率低和对复杂系统适应性不足等问题，限制了其在设计过程中的指导作用。

为解决这一难题，该团队开发了一种新的误码率理论模型——Multi-Burst模型。与传统方法不同，传统方法通常采用马尔可夫模型来模拟DFE引发的误码传播现象，并通过网格图的动态规划算法计算单个FEC帧内的错误分布，从而推算FEC纠后误码率。Multi-Burst模型的创新之处在于，它将单个FEC帧内的多段突发误码视为近似独立的事件，而不是彼此关联的状态。具体来说，该模型首先通过突发误码表描述单段突发误码的统计特征，然后结合多段突发误码表的统计关联，全面评估其对系统误码率的整体影响。

该团队的新建模方法显著提高了计算效率。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模型分别仅用了3.270%、1.648%、1.022%、0.780%的时间，就达到了与先前模型一致的计算结果。随着抽头数的增加，即系统复杂度的提升，该建模方法的计算效率优势更为明显。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，为系统设计和验证提供了强有力的支持。

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

图 2 Multi-Burst模型的实验验证

该研究工作得到了国家重点研发计划项目的资助。