Amplificatori e rigenerazione: EDFA, Raman, SOA, OEO

Una coppia di ricetrasmettitori porta un segnale fin dove lo consentono il suo bilancio di potenza e la tolleranza alla dispersione — 10 km per LR, 80 km per ZR, 120 km per un 400ZR amplificato. Oltre questo limite, qualcosa in linea deve ripristinare ciò che la fibra ha tolto: un amplificatore ottico che rafforza tutte le lunghezze d’onda insieme senza toccare i dati, oppure un rigeneratore che riceve il segnale in forma elettrica e lo ritrasmette da capo. Questa pagina tratta quando finisce il bilancio, i tipi di amplificatore e i loro numeri, dove si collocano in linea, come il bilancio diventa un bilancio OSNR quando sono presenti amplificatori, cosa richiede la gestione di una linea amplificata, e come scegliere tra amplificazione, rigenerazione e un modulo coerente.

Dove finisce il bilancio del ricetrasmettitore

Tecnologia	Portata non amplificata	Cosa la estende
10G LR / ER / ZR	10 / 40 / 80 km	compensazione della dispersione e un EDFA fino a 100–150 km; oltre, sistemi di linea DWDM
100G LR4 / ER4 (rilevazione diretta)	10 / 40 km	nessuno — per tratte più lunghe si passa al coerente
Pluggable coerenti 100G–400G (ZR, ZR+)	40 km (400ZR non amplificato, ≤ 11 dB)	una coppia di EDFA fino a 120 km (ZR), catene di amplificatori fino a 1 000+ km (ZR+, OpenZR+) (Coerente a lunga distanza)
10G DWDM su multiplexer	80 km per tratta con EDFA	catene di EDFA con moduli di compensazione della dispersione fino a 400–600 km, poi rigenerazione
Transponder coerenti	80–120 km per tratta	catene EDFA e Raman, ROADM, 1 000–3 000 km per sezione di rigenerazione
PON, classe C+	20 km, 1:32–1:64	reach extender (ITU-T G.984.6) fino a 60 km o split più grandi
Multimodale	100–400 m	mai amplificato — rigenera uno switch o un media converter

Tipi di amplificatore

Tipo	Principio	Banda	Guadagno e uscita	Figura di rumore	Note
EDFA (amplificatore a fibra drogata all’erbio)	pochi metri di fibra drogata all’erbio pompata a 980 o 1480 nm; il segnale stimola l’emissione	banda C 1 530–1 565 nm; varianti in banda L 1 565–1 625 nm	guadagno 15–35 dB; uscita totale +17 … +23 dBm, booster fino a +27 dBm	4–6 dB	il cavallo di battaglia; a canale singolo o multicanale; filtri di livellamento del guadagno, guadagno variabile, controllo dei transitori per l’aggiunta/estrazione di canali (Componenti DWDM)
Raman (distribuito)	una pompa a circa 100 nm sotto il segnale (≈ 1 450 nm per la banda C) viene lanciata nella fibra di trasmissione, di solito in contropropagazione; la fibra stessa amplifica nei primi 20–40 km	qualsiasi banda consentita dalla pompa	10–15 dB di guadagno distribuito	figura di rumore effettiva più bassa di quella di un EDFA — OSNR migliore di 3–5 dB per tratta	pompe +27 … +30 dBm, Classe 4 — la pulizia dei connettori e l’APR sono questioni di sicurezza vitale (Sicurezza e manipolazione); ibrido Raman-EDFA per tratte lunghe o senza ripetitori (300+ km)
SOA (amplificatore ottico a semiconduttore)	un chip laser senza specchi, pompato elettricamente	qualsiasi, inclusa la banda O a 1 310 nm	10–20 dB; +10 … +13 dBm	7–9 dB	veloce, piccolo, economico; reach extender PON e burst-mode; il guadagno dipendente dal pattern ne limita l’uso in DWDM
Amplificatore remoto a pompaggio ottico (ROPA)	una bobina di erbio non alimentata in linea, pompata dal terminale attraverso la fibra	banda C	10–15 dB	—	tratte sottomarine e desertiche senza ripetitori
Rigeneratore 3R (OEO)	ricevere, ritemporizzare, riformare, ritrasmettere — due transponder back to back	per canale	azzera OSNR, dispersione, PMD e distorsione non lineare	—	costoso per canale e aggiunge latenza; necessario dove la sola amplificazione non raggiunge più l’OSNR richiesto
Rigeneratore 2R, media converter	riamplifica e riforma elettricamente senza un nuovo clock	per canale	azzera potenza e diagramma a occhio	—	collegamenti piccoli; una porta switch è il rigeneratore di tutti i giorni (Apparati di trasporto e accesso)

Dove si collocano gli amplificatori in linea

Posizione	Scopo	Valori tipici
Booster (post-amplificatore) dopo il multiplexer al terminale di trasmissione	portare i canali combinati alla potenza di lancio	+17 … +20 dBm totali, 0 … +3 dBm per canale
In linea (amplificatore di linea) a ogni tratta	compensare la perdita di tratta	tratta 80–120 km, perdita 20–28 dB; guadagno impostato pari a essa; accesso intermedio per un modulo di compensazione della dispersione nelle linee 10G legacy
Preamplificatore prima del demultiplexer al terminale di ricezione	sollevare i canali deboli sopra il rumore del ricevitore	−25 dBm per canale in ingresso, −5 dBm in uscita; migliora la sensibilità effettiva di 10 dB e oltre
Raman distribuito all’estremità di ricezione di una tratta	abbassare la figura di rumore effettiva, allungare la tratta	20–40 km di guadagno distribuito
Sito dell’amplificatore	una cabina o un armadio alimentati, con batterie, raffreddamento, terminale OSC e monitoraggio	ogni 80–120 km sui percorsi lunghi (Topologie di rete in fibra)

Dal bilancio di potenza al bilancio OSNR

Un amplificatore aggiunge emissione spontanea amplificata — rumore — a ogni stadio. Una volta che gli amplificatori sono in linea, il ricevitore è limitato dal rapporto segnale-rumore ottico, non dalla potenza.

Formula	Significato
OSNR_span [dB, 0,1 nm] ≈ 58 + P_channel [dBm] − L_span [dB] − NF [dB]	l’OSNR dopo una tratta e un amplificatore
OSNR_total ≈ OSNR_span − 10 · log₁₀ N	N tratte identiche
OSNR richiesto: 10G NRZ ≈ 15–18 dB; 100G DP-QPSK con FEC soft-decision ≈ 12–15 dB; 400ZR ≈ 26 dB; 400G 16QAM ZR+ ≈ 22–24 dB	ciò di cui il ricevitore ha bisogno

Esempio: 0 dBm per canale, tratte da 22 dB, figura di rumore 5 dB → 31 dB per tratta; tre tratte → 26,2 dB, il limite del 400ZR; dieci tratte → 21 dB, comodo per il 100G DP-QPSK. Aumentare la potenza per canale guadagna OSNR finché gli effetti non lineari non la riprendono — l’ottimo è di solito 0 … +3 dBm per canale su G.652 (Effetti non lineari, Amplificazione e OSNR).

Gestire una linea amplificata

Voce	Pratica
Sicurezza ottica	Classe 3B/4 a ogni uscita di amplificatore e pompa Raman; la riduzione automatica di potenza (APR, ITU-T G.664) spegne le pompe in caso di perdita del segnale; non scollegare mai un connettore ad alta potenza sotto tensione; etichette di pericolo in ogni sito
Pulizia dei connettori	a +20 dBm e oltre una faccia del connettore contaminata brucia e può innescare un effetto fibre fuse; ispeziona prima di ogni accoppiamento (Ispezione e pulizia della faccia del connettore)
Riflessioni	isolatori dentro gli amplificatori, connettori APC, ORL ≥ 24 dB in linea; una riflessione forte in un EDFA lo fa entrare in oscillazione laser (Riflessioni e perdita di ritorno)
Monitoraggio delle pompe	la corrente di pompa a uscita costante è l’indicatore di invecchiamento; schede pompa o interi amplificatori di scorta
Guadagno e tilt	i filtri di livellamento del guadagno e l’equalizzazione dinamica del guadagno mantengono 40–96 canali entro 1–2 dB; il tilt cresce con il Raman e il numero di tratte
Aggiunta ed estrazione di canali	il controllo dei transitori evita che i canali superstiti abbiano un picco quando altri scompaiono; aggiungi i canali secondo procedura
Canale di supervisione ottico (OSC)	una lunghezza d’onda separata, tipicamente 1 510 o 1 610 nm, terminata in ogni sito amplificatore, che porta gestione, allarmi e telemetria della perdita di tratta (Monitoraggio e gestione)
Alimentazione e ambiente	−48 V DC con 4–8 ore di batteria, raffreddamento, sensori di porta e temperatura nei siti non presidiati
Prima la caratterizzazione della fibra	perdita di tratta, ORL, dispersione, PMD e area efficace decidono il piano degli amplificatori (Caratterizzazione della fibra)

Scegliere tra amplificazione, rigenerazione e coerente

Situazione	Scelta
10G a canale singolo, 80–100 km	un modulo 10G ZR, oppure LR/ER con un EDFA e compensazione della dispersione
10G DWDM, 200–400 km, legacy	catena di EDFA con moduli di compensazione della dispersione; valutare la sostituzione con il coerente
100G, 80–120 km	pluggable 400ZR/100G ZR con una coppia di EDFA — la risposta moderna più semplice
100G–400G, 500–2 000 km	transponder coerenti o ZR+ con catene di EDFA e ROADM; rigenerazione solo dove l’OSNR si esaurisce
Senza ripetitori, 250–400 km	booster ad alta potenza, Raman, ROPA, coerente
PON oltre 20 km o split grandi	reach extender oppure ottiche di classe C++/E2 (Classi ODN)
Campus multimodale oltre 400 m	uno switch o un media converter come rigeneratore, oppure fibra monomodale
Qualsiasi collegamento con un deficit di OSNR che gli amplificatori non possono correggere	rigenerazione 3R

In CodingBox

I moduli che alimentano e terminano una linea amplificata restano pluggable, e CodingBox legge ciò che conta all’ingresso dell’amplificatore: potenza di lancio, lunghezza d’onda esatta o canale DWDM, intervallo di sintonia, classe di potenza. Un modulo coerente riporta anche OSNR, dispersione cromatica e BER pre-FEC tramite VDM — lo stato di salute del sistema di linea come lo vede il ricevitore — e CodingBox mostra quali di questi osservabili il modulo dichiara (Ricetrasmettitori sintonizzabili, Metriche VDM & FEC, Check transceiver).

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