Versterkers en regeneratie: EDFA, Raman, SOA, OEO

Een transceiverpaar draagt een signaal zo ver als het vermogensbudget en de dispersietolerantie toelaten — 10 km voor LR, 80 km voor ZR, 120 km voor een versterkte 400ZR. Daarbuiten moet iets in de lijn herstellen wat de glasvezel heeft weggenomen: een optische versterker die elke golflengte tegelijk versterkt zonder de gegevens aan te raken, of een regenerator die het signaal elektrisch ontvangt en opnieuw uitzendt. Deze pagina behandelt wanneer het budget eindigt, de versterkertypen en hun waarden, waar zij zich in de lijn bevinden, hoe het budget verandert in een OSNR-budget zodra versterkers aanwezig zijn, wat de bedrijfsvoering van een versterkte lijn vraagt en hoe u kiest tussen versterking, regeneratie en een coherente module.

Wanneer het budget van de transceiver eindigt

Technologie	Bereik zonder versterking	Wat het verlengt
10G LR / ER / ZR	10 / 40 / 80 km	dispersiecompensatie en een EDFA tot 100–150 km; daarboven DWDM-lijnsystemen
100G LR4 / ER4 (direct detect)	10 / 40 km	geen — schakel voor langere spans over op coherent
100G–400G coherente insteekmodules (ZR, ZR+)	40 km (400ZR zonder versterking, ≤ 11 dB)	één EDFA-paar tot 120 km (ZR), versterkerketens tot 1 000+ km (ZR+, OpenZR+) (Coherente transmissie over lange afstand)
10G DWDM via een mux	80 km per span met EDFAs	ketens van EDFAs met dispersiecompensatiemodules tot 400–600 km, daarna regeneratie
Coherente transponders	80–120 km per span	EDFA- en Raman-ketens, ROADMs, 1 000–3 000 km per regeneratiesectie
PON, klasse C+	20 km, 1:32–1:64	bereikverlengers (ITU-T G.984.6) tot 60 km of grotere splitsingen
Multimode	100–400 m	nooit versterkt — een switch of mediaconverter regenereert

Versterkertypen

Type	Principe	Band	Versterking en uitgang	Ruisgetal	Opmerkingen
EDFA (met erbium gedoteerde glasvezelversterker)	enkele meters met erbium gedoteerde glasvezel, gepompt bij 980 of 1480 nm; het signaal stimuleert emissie	C-band 1 530–1 565 nm; L-bandvarianten 1 565–1 625 nm	15–35 dB versterking; +17 … +23 dBm totale uitgang, boosters tot +27 dBm	4–6 dB	het werkpaard; één kanaal of meerdere kanalen; gain-flattening-filters, variabele versterking, transiëntregeling voor kanaaltoevoeging/-verwijdering (DWDM-componenten)
Raman (verdeeld)	een pomp ongeveer 100 nm onder het signaal (≈ 1 450 nm voor de C-band) wordt, meestal achterwaarts, in de transmissieglasvezel gestuurd; de glasvezel zelf versterkt gedurende de eerste 20–40 km	elke band die de pomp toelaat	10–15 dB verdeelde versterking	effectief ruisgetal lager dan dat van een EDFA — 3–5 dB betere OSNR per span	pompen +27 … +30 dBm, klasse 4 — schone connectoren en APR zijn van levensbelang (Veiligheid en gebruik); hybride Raman-EDFA voor lange of repeaterloze spans (300+ km)
SOA (halfgeleideroptische versterker)	een laserchip zonder spiegels; elektrisch gepompt	alle banden, inclusief de O-band bij 1 310 nm	10–20 dB; +10 … +13 dBm	7–9 dB	snel, klein, goedkoop; PON-bereikverlengers en burstmodus; patroonafhankelijke versterking beperkt gebruik in DWDM
Remote optically pumped amplifier (ROPA)	een ongevoede erbiumspoel in de lijn, via de glasvezel vanaf de terminal gepompt	C-band	10–15 dB	—	repeaterloze onderzeese en woestijnspans
3R-regenerator (OEO)	ontvangen, retimen, reshapen, opnieuw verzenden — twee transponders rug aan rug	per kanaal	herstelt OSNR, dispersie, PMD en niet-lineaire vervorming	—	duur per kanaal en voegt latentie toe; nodig wanneer versterking alleen de vereiste OSNR niet meer haalt
2R-regenerator, mediaconverter	elektrisch opnieuw versterken en reshapen zonder nieuwe klok	per kanaal	herstelt vermogen en oog	—	kleine links; een switchpoort is de dagelijkse regenerator (Transport- en toegangsapparatuur)

Waar versterkers zich in de lijn bevinden

Positie	Doel	Typische waarden
Booster (naversterker) na de multiplexer bij de verzendterminal	verhoog de gecombineerde kanalen tot het zendvermogen	+17 … +20 dBm totaal, 0 … +3 dBm per kanaal
Inline (lijnversterker) bij elke span	compenseer het spanverlies	span 80–120 km, 20–28 dB verlies; versterking gelijk daaraan ingesteld; toegang tussen de versterkertrappen voor een dispersiecompensatiemodule in oude 10G-lijnen
Voorversterker vóór de demultiplexer bij de ontvangende terminal	til zwakke kanalen boven de ruis van de ontvanger	−25 dBm per kanaal in, −5 dBm uit; verbetert de effectieve gevoeligheid met 10 dB en meer
Verdeelde Raman aan het ontvangende uiteinde van een span	verlaag het effectieve ruisgetal, verleng de span	20–40 km verdeelde versterking
Versterkerlocatie	een gevoed onderkomen of kast met batterijen, koeling, de OSC-terminal en bewaking	elke 80–120 km op lange routes (Glasvezelnetwerktopologieën)

Van een vermogensbudget naar een OSNR-budget

Een versterker voegt bij elke trap versterkte spontane emissie — ruis — toe. Zodra versterkers in de lijn zitten, wordt de ontvanger beperkt door de optische signaal-ruisverhouding, niet door vermogen.

Formule	Betekenis
OSNR_span [dB, 0,1 nm] ≈ 58 + P_channel [dBm] − L_span [dB] − NF [dB]	de OSNR na één span en één versterker
OSNR_total ≈ OSNR_span − 10 · log₁₀ N	N identieke spans
Vereiste OSNR: 10G NRZ ≈ 15–18 dB; 100G DP-QPSK met soft-decision FEC ≈ 12–15 dB; 400ZR ≈ 26 dB; 400G 16QAM ZR+ ≈ 22–24 dB	wat de ontvanger nodig heeft

Voorbeeld: 0 dBm per kanaal, 22 dB spans, 5 dB ruisgetal → 31 dB per span; drie spans → 26,2 dB, de limiet van 400ZR; tien spans → 21 dB, ruim voldoende voor 100G DP-QPSK. Hoger kanaalvermogen koopt OSNR tot niet-lineaire effecten dit weer wegnemen — het optimum is gewoonlijk 0 … +3 dBm per kanaal op G.652 (Niet-lineaire effecten, Versterking en OSNR).

Een versterkte lijn bedrijven

Onderdeel	Praktijk
Optische veiligheid	Klasse 3B/4 bij elke versterkeruitgang en Raman-pomp; automatische vermogensreductie (APR, ITU-T G.664) schakelt de pompen uit bij signaalverlies; koppel nooit een live connector met hoog vermogen los; gevarenlabels op elke locatie
Schone connectoren	bij +20 dBm en hoger brandt een vervuild eindvlak in en kan een fibre fuse ontstaan (een zich voortplantende thermische beschadiging van de glasvezel); inspecteer vóór elke verbinding (Inspectie en reiniging van eindvlakken)
Reflecties	isolatoren binnen de versterkers, APC-connectoren, ORL ≥ 24 dB op de lijn; een sterke reflectie in een EDFA laat deze laseren (Reflecties en retourverlies)
Pompbewaking	pompstroom bij constante uitgang is de verouderingsindicator; reservepompkaarten of complete versterkers
Versterking en helling	gain-flattening-filters en dynamische versterkingsegalisatie houden 40–96 kanalen binnen 1–2 dB; helling groeit met Raman en het aantal spans
Kanaaltoevoeging en -verwijdering	transiëntregeling voorkomt dat overblijvende kanalen pieken wanneer andere verdwijnen; voeg kanalen volgens de procedure toe
Optisch supervisiekanaal (OSC)	een aparte golflengte, gewoonlijk 1 510 of 1 610 nm, afgesloten op elke versterkerlocatie, voor beheer, alarmen en telemetrie van spanverlies (Monitoring en beheer)
Voeding en omgeving	−48 V DC met 4–8 uur batterij, koeling, deur- en temperatuursensoren op onbemande locaties
Eerst glasvezelkarakterisering	spanverlies, ORL, dispersie, PMD en effectief oppervlak bepalen het versterkerplan (Glasvezelkarakterisering)

Kiezen tussen versterking, regeneratie en coherent

Situatie	Keuze
10G enkel kanaal, 80–100 km	een 10G ZR-module, of LR/ER met een EDFA en dispersiecompensatie
10G DWDM, 200–400 km, oud	EDFA-keten met dispersiecompensatiemodules; overweeg vervanging door coherent
100G, 80–120 km	400ZR/100G ZR-insteekmodule met één EDFA-paar — de eenvoudigste moderne oplossing
100G–400G, 500–2 000 km	coherente transponders of ZR+ met EDFA-ketens en ROADMs; regeneratie alleen waar OSNR opraakt
Repeaterloos 250–400 km	boosters met hoog vermogen, Raman, ROPA, coherent
PON boven 20 km of grote splitsingen	bereikverlenger of optica van klasse C++/E2 (ODN-klassen)
Campusmultimode boven 400 m	een switch of mediaconverter als regenerator, of singlemode glasvezel
Elke link met een OSNR-tekort dat versterkers niet kunnen oplossen	3R-regeneratie

In CodingBox

De modules die een versterkte lijn voeden en afsluiten, zijn nog steeds insteekmodules, en CodingBox leest wat er bij de ingang van de versterker toe doet: zendvermogen, exacte golflengte of DWDM-kanaal, afstembaar bereik, vermogensklasse. Een coherente module rapporteert via VDM ook OSNR, chromatische dispersie en pre-FEC BER — de gezondheid van het lijnsysteem zoals de ontvanger deze ziet — en CodingBox toont welke van deze waarden de module adverteert (Afstembare transceivers, VDM- en FEC-metrieken, Check transceiver).

Vindt u een onjuistheid of fout in dit materiaal? Selecteer het betreffende fragment en druk op Ctrl+Enter om .