Wzmocnienie, OSNR i granice odcinka DWDM

Łącze CWDM kończy się tam, gdzie odbiornikowi zabraknie światła. Łącze DWDM nie — wzmacniacze dokładają światło co 80 km — więc jego granicą jest coś innego: szum. Każdy wzmacniacz dokłada emisję spontaniczną, a po odpowiedniej liczbie wzmacniaczy sygnał jest wciąż silny, ale już nie czysty. Miarą jest OSNR (stosunek sygnału optycznego do szumu); zadaniem projektowym jest utrzymać go powyżej tego, czego wymaga format modulacji, pozostając jednocześnie poniżej mocy, przy której zaczyna gryźć nieliniowość światłowodu, i przy dyspersji wciąż możliwej do opanowania. Ta strona podaje narzędzia i liczby.

Typy wzmacniaczy

Wzmacniacz	Pasmo	Wzmocnienie	Moc wyjściowa	Współczynnik szumów	Gdzie
EDFA (światłowód domieszkowany erbem)	C (1530–1565 nm), L (1565–1625 nm)	15–35 dB	+17 … +23 dBm łącznie	4,5–6 dB	booster za multiplekserem, w linii co 60–100 km, przedwzmacniacz przed demultiplekserem
Raman (rozproszony)	dowolne, zależne od długości fali pompy (~100 nm poniżej sygnału)	10–15 dB rozproszone w światłowodzie transmisyjnym	—	efektywny współczynnik szumów może być ujemny w połączeniu z EDFA	długie odcinki, modernizacje przy niskim OSNR; wysoka moc pompy (0,5–1 W) — bezpieczeństwo
SOA	pasmo O i inne	10–20 dB	niska	7–9 dB	systemy pasma O, odbiorniki (Odbiorniki wspomagane SOA)
Hybrydowy Raman/EDFA	C/L	—	—	lepszy	odcinki ultra-długie

Wzmocnienie EDFA nie jest płaskie: filtry wyrównania wzmocnienia i kontrola nachylenia utrzymują 40–96 kanałów w zakresie ~1 dB względem siebie; dynamiczna kontrola wzmocnienia utrzymuje stałą moc wyjściową, gdy kanały są dodawane lub wydzielane (stany przejściowe). Lasery pompujące na 980/1480 nm zasilają erb; to one są elementem zużywającym się we wzmacniaczu.

OSNR

OSNR to stosunek mocy sygnału do mocy szumu ASE w referencyjnej szerokości pasma (0,1 nm ≈ 12,5 GHz), w dB. Dla łańcucha N identycznych odcinków:

OSNR ≈ 58 + P_ch − NF − L_span − 10·log10(N)     [dB, 0,1 nm]
  P_ch   = moc nadawana na kanał do światłowodu, dBm
  NF     = współczynnik szumów wzmacniacza, dB
  L_span = strata odcinka, dB
  N      = liczba odcinków (wzmacniaczy)

Przykład: P_ch = +1 dBm, NF = 5,5 dB, odcinki 80 km przy 0,22 dB/km + 2 dB złączy = 19,6 dB, N = 8 → OSNR ≈ 58 + 1 − 5,5 − 19,6 − 9 ≈ 24,9 dB.

Format	Szybkość	Typowe wymagane OSNR (0,1 nm), dB	Uwagi
10G NRZ, bez FEC	10G	18–20	starsze rozwiązanie
10G NRZ z FEC (OTU2, GFEC)	10,7G	11–13	~6 dB zysku kodowania
100G DP-QPSK koherentny, SD-FEC	100G	12–15	bardzo odporny
200G DP-16QAM	200G	18–21	—
400G DP-16QAM (400ZR)	400G, 60 GBd	≥ 26 (wymagane dla 400ZR)	zasięg wzmocniony 120 km
400G ZR+ przy 8QAM / QPSK	300G / 200G	20 / 14	przepustowość zamieniana na zasięg

Zapas projektowy: wymagane OSNR + 2–3 dB na starzenie, nachylenie i PMD. W powyższym przykładzie 100G QPSK ma komfortowy zapas, a 400ZR jest na granicy → mniej odcinków, wyższa moc nadawana, niższy NF albo Raman dla przypadku 400G (Koherentne i dalekiego zasięgu).

Moc nadawana i nieliniowość

Podniesienie P_ch podnosi OSNR o tyle samo dB — dopóki nieliniowość Kerra światłowodu nie zamieni mocy w zniekształcenia:

Efekt	Mechanizm	Objaw	Łagodzenie
SPM — samomodulacja fazy	własna intensywność kanału moduluje jego fazę	poszerzenie widmowe, interakcja z dyspersją	ograniczenie mocy na kanał
XPM — modulacja fazy krzyżowej	intensywność sąsiadów moduluje fazę kanału	przesłuch na siatkach 50 GHz	zarządzanie dyspersją, odstępy
FWM — mieszanie czterofalowe	kanały mieszają się, tworząc nowe częstotliwości	fałszywe kanały na regularnych siatkach	nierówne odstępy, dyspersja ≠ 0 (G.655/G.652 zamiast DSF)
SBS / SRS — rozpraszanie Brillouina / Ramana	wysoka moc na kanał / nachylenie pasma	limity mocy, nachylenie w całym paśmie	dithering, kontrola nachylenia

Praktyczna moc nadawana na kanał: −2 … +3 dBm dla koherentnych 100G+ na G.652, 0 … +3 dBm dla 10G. Optimum wypada tam, gdzie kara nieliniowa zrównuje się z zyskiem OSNR.

Dyspersja

Typ	Wartość na G.652	Efekt	Postępowanie
Dyspersja chromatyczna (CD)	≈ 17 ps/(nm·km) przy 1550 nm	rozmycie impulsu; 10G NRZ toleruje ~800–1000 ps/nm (≈ 60 km) bez kompensacji	moduły DCF (światłowód kompensujący dyspersję, dokłada stratę), kompensatory FBG albo — w systemach koherentnych — DSP kompensuje elektronicznie dziesiątki tysięcy ps/nm
Dyspersja modowa polaryzacji (PMD)	0,1–0,5 ps/√km na nowoczesnym światłowodzie, gorzej na starym	losowa, zmienna w czasie; ma znaczenie przy detekcji bezpośredniej 40G+	DSP koherentny ją śledzi; detekcja bezpośrednia 40G wymagała światłowodu o niskim PMD
Nachylenie dyspersji	—	kompensacja dokładna tylko przy jednej długości fali	DCF dopasowany do nachylenia

DWDM z detekcją bezpośrednią (10G, część 25G) potrzebuje więc mapy dyspersji z DCF w lokalizacjach wzmacniaczy; łącza koherentne tego nie potrzebują, co usunęło całą warstwę inżynierii (Komponenty DWDM).

Lista kontrolna projektowania odcinka

Typ światłowodu, długość i zmierzona strata na odcinek przy 1550 nm (OTDR).
Liczba kanałów, siatka i format → wymagane OSNR i limity nieliniowości.
Rozmieszczenie wzmacniaczy: booster, w linii co 60–100 km (strata odcinka 15–25 dB), przedwzmacniacz.
Moc nadawana na kanał, ustawienia nachylenia i kontroli stanów przejściowych.
Mapa dyspersji (detekcja bezpośrednia) albo sprawdzenie możliwości DSP (koherentne).
Odebrane OSNR i BER przed FEC dla każdego kanału przy uruchomieniu — wartość bazowa na cały cykl życia systemu (Metryki VDM i FEC).
Ochrona i monitoring: OSC, monitory mocy dla poszczególnych kanałów, dostęp OTDR.

Gdzie pasuje moduł wpinany

Przestrajalny 10G DWDM SFP+ albo 400ZR QSFP-DD to jeden kanał tego systemu. Jego DDM pokazuje własny Tx oraz całkowity albo przypadający na kanał Rx za demultiplekserem; wzmacniacze i OSNR są dla niego niewidoczne poza BER przed FEC (VDM w modułach koherentnych). Moduł odczytujący zdrową moc Rx przy złym BER to objaw granicy OSNR (Transceivery przestrajalne).

W CodingBox

CodingBox odczytuje stronę odcinka należącą do modułu: kanał/długość fali, moc nadawaną, moc Rx oraz, dla koherentnych modułów CMIS, wielkości VDM (oszacowanie OSNR, BER przed FEC, CD, DGD, współczynnik Q) na ekranie DDM w aplikacji. Porównanie ich z wartością bazową z uruchomienia pokazuje, czy degradacja leży w module, czy w linii.

Dyspersja chromatyczna, PMD i kompensacja dyspersji na odcinkach, które łączą te wzmacniacze: Dyspersja i szerokość pasma.

Dlaczego mocy nadawanej nie da się po prostu podnieść, żeby kupić OSNR — limity SPM, XPM, FWM, Brillouina i Ramana, optymalna moc na kanał i łagodzenie skutków: Efekty nieliniowe.

Infrastrukturalne spojrzenie na wzmacnianie — porównanie EDFA, Ramana, SOA i OEO, ich rozmieszczenie, wymagania eksploatacji linii wzmocnionej: Wzmacniacze i regeneracja.

Jeśli znajdziesz nieścisłość lub błąd w tym materiale, zaznacz odpowiedni fragment i naciśnij Ctrl+Enter, aby .