Versterking, OSNR en de grenzen van een DWDM-span

Een CWDM-link eindigt wanneer de ontvanger te weinig licht ontvangt. Een DWDM-link niet — versterkers voegen elke 80 km licht toe — dus heeft die een andere grens: ruis. Elke versterker voegt spontane emissie toe en na voldoende versterkers is het signaal nog sterk, maar niet meer schoon. De maat daarvoor is OSNR (optische signaal-ruisverhouding); bij het ontwerp moet de OSNR boven de waarde blijven die het modulatieformaat vereist, terwijl het zendvermogen onder de waarde blijft waarbij de niet-lineariteit van de glasvezel toeslaat en de dispersie beheersbaar blijft. Deze pagina geeft de hulpmiddelen en getallen.

Typen versterkers

Versterker	Band	Versterking	Uitgang	Ruisgetal	Waar
EDFA (met erbium gedoteerde glasvezel)	C (1530–1565 nm), L (1565–1625 nm)	15–35 dB	+17 … +23 dBm totaal	4,5–6 dB	booster na de mux, inline elke 60–100 km, voorversterker vóór de demux
Raman (gedistribueerd)	elke band, bepaald door pompgolflengte (~100 nm onder het signaal)	10–15 dB verdeeld in de transmissieglasvezel	—	effectief NF kan negatief zijn in combinatie met een EDFA	lange spans, upgrades met lage OSNR; hoog pompvermogen (0,5–1 W) — veiligheid
SOA	O-band en andere	10–20 dB	laag	7–9 dB	O-bandsystemen, ontvangers (SOA-ondersteunde ontvangers)
Hybride Raman/EDFA	C/L	—	—	verbeterd	ultralange spans

De EDFA-versterking is niet vlak: gain-flatteningfilters en tiltregeling houden de 40–96 kanalen binnen ~1 dB van elkaar. Dynamische versterkingsregeling houdt de uitgang constant wanneer kanalen worden toegevoegd of afgetakt (transiënten). Pumplasers op 980/1480 nm voeden het erbium; zij zijn het onderdeel van een versterker dat slijt.

OSNR

OSNR is de verhouding tussen signaalvermogen en ASE-ruisvermogen in een referentiebandbreedte (0,1 nm ≈ 12,5 GHz), in dB. Voor een keten van N identieke spans:

OSNR ≈ 58 + P_ch − NF − L_span − 10·log10(N)     [dB, 0.1 nm]
  P_ch   = launch power per channel into the fibre, dBm
  NF     = amplifier noise figure, dB
  L_span = span loss, dB
  N      = number of spans (amplifiers)

Voorbeeld: P_ch = +1 dBm, NF = 5,5 dB, 80 km-spans bij 0,22 dB/km + 2 dB connectoren = 19,6 dB, N = 8 → OSNR ≈ 58 + 1 − 5,5 − 19,6 − 9 ≈ 24,9 dB.

Formaat	Snelheid	Typisch vereiste OSNR (0,1 nm), dB	Opmerkingen
10G NRZ, zonder FEC	10G	18–20	ouder
10G NRZ met FEC (OTU2, GFEC)	10,7G	11–13	~6 dB coderingswinst
100G DP-QPSK coherent, SD-FEC	100G	12–15	zeer robuust
200G DP-16QAM	200G	18–21	—
400G DP-16QAM (400ZR)	400G, 60 GBd	≥ 26 (opgegeven voor 400ZR)	versterkt bereik van 120 km
400G ZR+ bij 8QAM / QPSK	300G / 200G	20 / 14	capaciteit inruilen voor bereik

Ontwerpmarge: vereiste OSNR + 2–3 dB voor veroudering, tilt en PMD. In het voorbeeld hierboven is 100G QPSK ruim binnen de marge en is 400ZR krap → minder spans, hoger zendvermogen, lager NF of Raman voor het 400G-geval (Coherent en lange afstand).

Zendvermogen en niet-lineariteit

Een hogere P_ch verhoogt de OSNR met hetzelfde aantal dB, totdat de Kerr-niet-lineariteit van de glasvezel vermogen omzet in vervorming:

Effect	Mechanisme	Symptoom	Maatregel
SPM — zelf-fasemodulatie	de eigen intensiteit van een kanaal moduleert zijn fase	spectrale verbreding, interactie met dispersie	vermogen per kanaal begrenzen
XPM — kruisfasemodulatie	de intensiteit van naburige kanalen moduleert de fase van een kanaal	overspraak op rasters van 50 GHz	dispersiebeheer, kanaalafstand
FWM — four-wave mixing	kanalen mengen tot nieuwe frequenties	spookkanalen op regelmatige rasters	ongelijke kanaalafstand, dispersie ≠ 0 (G.655/G.652 in plaats van DSF)
SBS / SRS — Brillouin-/Raman-verstrooiing	hoog vermogen per kanaal / bandtilt	vermogenslimieten, tilt over de band	dithering, tiltregeling

Praktisch zendvermogen per kanaal: −2 … +3 dBm voor coherente 100G+ op G.652, 0 … +3 dBm voor 10G. Het optimum ligt waar de niet-lineaire penalty gelijk is aan de OSNR-winst.

Dispersie

Type	Waarde op G.652	Effect	Behandeling
Chromatische dispersie (CD)	≈ 17 ps/(nm·km) bij 1550 nm	pulsverbreding; 10G NRZ verdraagt ~800–1000 ps/nm (≈ 60 km) zonder compensatie	DCF-modules (dispersiecompenserende glasvezel, voegt verlies toe), FBG-compensatoren, of — in coherente systemen — de DSP compenseert elektronisch tienduizenden ps/nm
Polarisatiemodedispersie (PMD)	0,1–0,5 ps/√km op moderne glasvezel, slechter op oude	willekeurig, tijdsvariabel; belangrijk bij 40G+ direct detect	coherente DSP volgt dit; direct-detect-40G vereiste glasvezel met lage PMD
Dispersiehelling	—	compensatie is slechts op één golflengte exact	DCF met passende helling

Direct-detect-DWDM (10G, sommige 25G) heeft daarom een dispersiekaart met DCF bij versterkerlocaties nodig; coherente links niet. Daardoor vervalt een hele laag engineering (DWDM-componenten).

Controlelijst voor spanontwerp

Glasvezeltype, lengte en gemeten verlies per span bij 1550 nm (OTDR).
Aantal kanalen, raster en formaat → vereiste OSNR en niet-lineaire limieten.
Plaatsing van versterkers: booster, inline elke 60–100 km (spanverlies 15–25 dB), voorversterker.
Zendvermogen per kanaal, instellingen voor tilt en regeling van transiënten.
Dispersiekaart (direct detect) of controle van DSP-capaciteit (coherent).
Ontvangen OSNR en pre-FEC BER per kanaal bij ingebruikname — de referentie voor de levensduur van het systeem (VDM- en FEC-metrieken).
Bescherming en monitoring: OSC, vermogensmonitors per kanaal, OTDR-toegang.

Waar de insteekmodule past

Een afstembare 10G DWDM SFP+ of een 400ZR QSFP-DD is één kanaal van dit systeem. De DDM toont zijn eigen Tx en de totale of per kanaal gemeten Rx na de demux; de versterkers en OSNR zijn niet zichtbaar voor de module, behalve via pre-FEC BER (VDM op coherente modules). Een module die een gezond Rx-vermogen meldt met een slechte BER toont de OSNR-limiet (Afstembare transceivers).

In CodingBox

CodingBox leest de kant van de module in de span: kanaal/golflengte, zendvermogen, Rx-vermogen en, voor coherente CMIS-modules, de VDM-grootheden (OSNR-schatting, pre-FEC BER, CD, DGD, Q-factor) op DDM. Vergelijking met de referentie van de ingebruikname toont of een verslechtering in de module of in de lijn zit.

Chromatische dispersie, PMD en dispersiecompensatie op de spans die deze versterkers overbruggen: Dispersie en bandbreedte.

Waarom zendvermogen niet eenvoudig omhoog kan om OSNR te winnen — SPM-, XPM-, FWM-, Brillouin- en Raman-limieten, het optimale vermogen per kanaal en maatregelen: Niet-lineaire effecten.

Het infrastructuurperspectief op versterking — EDFA, Raman, SOA en OEO vergeleken, waar ze staan en wat de bedrijfsvoering van een versterkte lijn vereist: Versterkers en regeneratie.

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