एम्प्लिफ़िकेशन, OSNR और DWDM स्पैन की सीमाएँ

CWDM लिंक वहाँ ख़त्म होता है जहाँ रिसीवर के पास रोशनी ख़त्म हो जाती है। DWDM लिंक ऐसा नहीं करता — एम्प्लिफ़ायर हर 80 km पर रोशनी जोड़ते हैं — इसलिए इसकी सीमा अलग होती है: नॉइज़। हर एम्प्लिफ़ायर स्पॉन्टेनियस एमिशन जोड़ता है, और काफ़ी सारे एम्प्लिफ़ायर के बाद सिग्नल अब भी मज़बूत होता है लेकिन अब साफ़ नहीं रहता। इसका मेट्रिक OSNR (ऑप्टिकल सिग्नल-टु-नॉइज़ रेशियो) है; डिज़ाइन का काम इसे उतना ऊँचा रखना है जितना मॉड्युलेशन फ़ॉर्मैट को चाहिए, साथ ही उस पावर से नीचे रहना है जहाँ फ़ाइबर की नॉन-लीनियरिटी असर दिखाने लगती है और जहाँ डिस्पर्शन क़ाबू में रहता है। यह पेज इसके लिए टूल और आँकड़े देता है।

एम्प्लिफ़ायर के प्रकार

एम्प्लिफ़ायर	बैंड	गेन	आउटपुट	नॉइज़ फ़िगर	कहाँ
EDFA (एर्बियम-डोप्ड फ़ाइबर)	C (1530–1565 nm), L (1565–1625 nm)	15–35 dB	+17 … +23 dBm कुल	4.5–6 dB	मल्टीप्लेक्सर के बाद बूस्टर, हर 60–100 km पर इनलाइन, डीमल्टीप्लेक्सर से पहले प्री-एम्प्लिफ़ायर
Raman (डिस्ट्रिब्यूटेड)	कोई भी, पंप तरंगदैर्ध्य से तय (सिग्नल से ~100 nm नीचे)	ट्रांसमिशन फ़ाइबर में 10–15 dB डिस्ट्रिब्यूटेड	—	EDFA के साथ मिलाने पर प्रभावी नॉइज़ फ़िगर नेगेटिव हो सकता है	लंबे स्पैन, लो-OSNR अपग्रेड; ऊँचा पंप पावर (0.5–1 W) — सेफ़्टी
SOA	O-बैंड और अन्य	10–20 dB	कम	7–9 dB	O-बैंड सिस्टम, रिसीवर (SOA-असिस्टेड रिसीवर)
हाइब्रिड Raman/EDFA	C/L	—	—	बेहतर	अल्ट्रा-लॉन्ग स्पैन

EDFA का गेन फ़्लैट नहीं होता: गेन-फ़्लैटनिंग फ़िल्टर और टिल्ट कंट्रोल 40–96 चैनलों को आपस में ~1 dB के भीतर रखते हैं; डायनैमिक गेन कंट्रोल चैनल जोड़े या हटाए जाने पर (ट्रांज़िएंट) आउटपुट को स्थिर रखता है। 980/1480 nm पर पंप लेज़र एर्बियम को पावर देते हैं; ये एम्प्लिफ़ायर का घिसने वाला कंपोनेंट हैं।

OSNR

OSNR एक रेफ़रेंस बैंडविड्थ (0.1 nm ≈ 12.5 GHz) में सिग्नल पावर और ASE नॉइज़ पावर का अनुपात है, dB में। N एक जैसे स्पैन की चेन के लिए:

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)

उदाहरण: P_ch = +1 dBm, NF = 5.5 dB, 0.22 dB/km पर 80 km स्पैन + कनेक्टर के 2 dB = 19.6 dB, N = 8 → OSNR ≈ 58 + 1 − 5.5 − 19.6 − 9 ≈ 24.9 dB।

फ़ॉर्मैट	रेट	सामान्य ज़रूरी OSNR (0.1 nm), dB	नोट
10G NRZ, बिना FEC	10G	18–20	लेगेसी
10G NRZ, FEC के साथ (OTU2, GFEC)	10.7G	11–13	~6 dB कोडिंग गेन
100G DP-QPSK कोहेरेंट, SD-FEC	100G	12–15	बहुत मज़बूत
200G DP-16QAM	200G	18–21	—
400G DP-16QAM (400ZR)	400G, 60 GBd	≥ 26 (400ZR के लिए तय)	120 km एम्प्लिफ़ाइड रीच
400G ZR+, 8QAM / QPSK पर	300G / 200G	20 / 14	रीच के बदले क्षमता

डिज़ाइन मार्जिन: ज़रूरी OSNR + एजिंग, टिल्ट और PMD के लिए 2–3 dB। ऊपर के उदाहरण में, 100G QPSK आराम से पूरा होता है और 400ZR मार्जिनल है → 400G के मामले में कम स्पैन, ज़्यादा लॉन्च पावर, कम NF या Raman (कोहेरेंट और लॉन्ग हॉल)।

लॉन्च पावर और नॉन-लीनियरिटी

P_ch बढ़ाने से OSNR उतने ही dB बेहतर होता है — जब तक फ़ाइबर की कर नॉन-लीनियरिटी पावर को डिस्टॉर्शन में न बदल दे:

प्रभाव	तंत्र	लक्षण	शमन
SPM — सेल्फ़-फ़ेज़ मॉड्युलेशन	चैनल की अपनी इंटेंसिटी उसका फ़ेज़ मॉड्युलेट कर देती है	स्पेक्ट्रल ब्रॉडनिंग, डिस्पर्शन के साथ इंटरैक्शन	प्रति-चैनल पावर सीमित करें
XPM — क्रॉस-फ़ेज़ मॉड्युलेशन	पड़ोसी चैनलों की इंटेंसिटी किसी चैनल का फ़ेज़ मॉड्युलेट कर देती है	50 GHz ग्रिड पर क्रॉसटॉक	डिस्पर्शन मैनेजमेंट, स्पेसिंग
FWM — फ़ोर-वेव मिक्सिंग	चैनल मिलकर नई फ़्रीक्वेंसी बना देते हैं	रेगुलर ग्रिड पर घोस्ट चैनल	असमान स्पेसिंग, डिस्पर्शन ≠ 0 (DSF की जगह G.655/G.652)
SBS / SRS — ब्रिलुइन / रामन प्रकीर्णन	प्रति चैनल ऊँचा पावर / बैंड टिल्ट	पावर सीमा, पूरे बैंड में टिल्ट	डिदरिंग, टिल्ट कंट्रोल

व्यावहारिक प्रति-चैनल लॉन्च पावर: G.652 पर कोहेरेंट 100G+ के लिए −2 … +3 dBm, 10G के लिए 0 … +3 dBm। ऑप्टिमम वहाँ है जहाँ नॉन-लीनियर पेनल्टी OSNR गेन के बराबर हो जाए।

डिस्पर्शन

टाइप	G.652 पर मान	असर	हैंडलिंग
क्रोमैटिक डिस्पर्शन (CD)	1550 nm पर ≈ 17 ps/(nm·km)	पल्स स्प्रेडिंग; 10G NRZ बिना कंपनसेशन के ~800–1000 ps/nm (≈ 60 km) बर्दाश्त करता है	DCF मॉड्यूल (डिस्पर्शन-कंपनसेटिंग फ़ाइबर, लॉस जोड़ता है), FBG कंपनसेटर, या — कोहेरेंट सिस्टम में — DSP इलेक्ट्रॉनिकली दसियों हज़ार ps/nm कंपनसेट कर देता है
पोलराइज़ेशन-मोड डिस्पर्शन (PMD)	आधुनिक फ़ाइबर पर 0.1–0.5 ps/√km, पुराने पर ज़्यादा	रैंडम, समय के साथ बदलता; 40G+ डायरेक्ट-डिटेक्ट पर मायने रखता है	कोहेरेंट DSP इसे ट्रैक करता है; डायरेक्ट-डिटेक्ट 40G को लो-PMD फ़ाइबर चाहिए था
डिस्पर्शन स्लोप	—	कंपनसेशन सिर्फ़ एक तरंगदैर्ध्य पर सटीक	स्लोप-मैच्ड DCF

इसी वजह से डायरेक्ट-डिटेक्ट DWDM (10G, कुछ 25G) को एम्प्लिफ़ायर साइट पर DCF के साथ एक डिस्पर्शन मैप चाहिए; कोहेरेंट लिंक को नहीं, जिसने इंजीनियरिंग की एक पूरी परत हटा दी (DWDM कंपोनेंट)।

स्पैन डिज़ाइन चेकलिस्ट

फ़ाइबर टाइप, लंबाई और 1550 nm पर प्रति स्पैन मापा गया लॉस (OTDR)।
चैनल गिनती, ग्रिड और फ़ॉर्मैट → ज़रूरी OSNR और नॉन-लीनियर सीमाएँ।
एम्प्लिफ़ायर की जगह: बूस्टर, हर 60–100 km पर इनलाइन (स्पैन लॉस 15–25 dB), प्री-एम्प।
प्रति चैनल लॉन्च पावर, टिल्ट और ट्रांज़िएंट कंट्रोल सेटिंग।
डिस्पर्शन मैप (डायरेक्ट डिटेक्ट) या DSP क्षमता जाँच (कोहेरेंट)।
कमिशनिंग पर प्रति चैनल रिसीव्ड OSNR और pre-FEC BER — सिस्टम की पूरी ज़िंदगी के लिए बेसलाइन (VDM और FEC मेट्रिक्स)।
प्रोटेक्शन और मॉनिटरिंग: OSC, प्रति-चैनल पावर मॉनिटर, OTDR एक्सेस।

प्लगेबल कहाँ फ़िट होता है

एक ट्यून करने योग्य 10G DWDM SFP+ या एक 400ZR QSFP-DD इस सिस्टम का एक चैनल है। इसका DDM अपना Tx और डीमल्टीप्लेक्सर के बाद कुल या प्रति-चैनल Rx दिखाता है; एम्प्लिफ़ायर और OSNR इसे pre-FEC BER (कोहेरेंट मॉड्यूल पर VDM) के अलावा कहीं नज़र नहीं आते। अच्छी Rx पावर के साथ ख़राब BER दिखाने वाला मॉड्यूल असल में ख़ुद OSNR की सीमा दिखा रहा होता है (ट्यून करने योग्य ट्रांसीवर)।

CodingBox में

CodingBox स्पैन के मॉड्यूल वाले पक्ष को पढ़ता है: चैनल/तरंगदैर्ध्य, लॉन्च पावर, Rx पावर और, कोहेरेंट CMIS मॉड्यूल के लिए, DDM पर VDM ऑब्ज़र्वेबल (OSNR अनुमान, pre-FEC BER, CD, DGD, Q-फ़ैक्टर)। इन्हें कमिशनिंग बेसलाइन से मिलाने पर पता चलता है कि गिरावट मॉड्यूल में है या लाइन में।

ये एम्प्लिफ़ायर जिन स्पैन को जोड़ते हैं उन पर क्रोमैटिक डिस्पर्शन, PMD और डिस्पर्शन कंपनसेशन: डिस्पर्शन और बैंडविड्थ।

OSNR ख़रीदने के लिए लॉन्च पावर को क्यों बस बढ़ाया नहीं जा सकता — SPM, XPM, FWM, ब्रिलुइन और रामन की सीमाएँ, प्रति चैनल ऑप्टिमम पावर और शमन: नॉन-लीनियर प्रभाव।

एम्प्लिफ़िकेशन का इन्फ़्रास्ट्रक्चर नज़रिया — EDFA, Raman, SOA और OEO की तुलना, वे कहाँ बैठते हैं, एम्प्लिफ़ाइड लाइन ऑपरेट करने के लिए क्या चाहिए: एम्प्लिफ़ायर और रीजनरेशन।

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