CodingBox ドキュメント

増幅と再生中継：EDFA、ラマン、SOA、OEO

トランシーバーのペアが信号を伝送できる距離は、パワーバジェットと分散許容量で決まります。LR は 10 km、ZR は 80 km、増幅された 400ZR は 120 km です。それを超えると、光ファイバーが奪った分を線路内の何かが補わなければなりません。データに手を加えずにすべての波長を一度に増幅する光増幅器か、信号を電気的に受信して新たに送信する再生器のどちらかです。このページでは、バジェットが尽きる地点、増幅器の種類とその諸元、線路上での配置、増幅器が入ることでバジェットが OSNR バジェットに変わる仕組み、増幅された線路の運用に求められること、そして増幅・再生・コヒーレントモジュールのどれを選ぶかについて扱います。

トランシーバーのバジェットが尽きる地点

技術未増幅時の伝送距離延長する手段
10G LR / ER / ZR10 / 40 / 80 km分散補償と EDFA で 100–150 km まで延長。それ以上は DWDM 線路システム
100G LR4 / ER4（直接検波）10 / 40 kmなし（それ以上のスパンはコヒーレントに切り替え）
100G–400G コヒーレントプラガブル（ZR、ZR+）40 km（400ZR 未増幅、≤ 11 dB）EDFA 1対で 120 km まで（ZR）、増幅器チェーンで 1 000+ km まで（ZR+、OpenZR+）（コヒーレント長距離伝送）
合波器を介した 10G DWDMEDFA 使用時はスパンあたり 80 km分散補償モジュール付きの EDFA チェーンで 400–600 km まで、その先は再生
コヒーレントトランスポンダスパンあたり 80–120 kmEDFA とラマンのチェーン、ROADM、再生区間あたり 1 000–3 000 km
PON、クラス C+20 km、1:32–1:64リーチエクステンダー（ITU-T G.984.6）で 60 km まで、または分岐数を拡大
マルチモード100–400 m増幅は行わない（スイッチまたはメディアコンバーターが再生を担う）

増幅器の種類

種類原理バンド利得と出力雑音指数備考
EDFA（エルビウム添加光ファイバー増幅器）980 nm または 1480 nm で励起される数メートルのエルビウム添加光ファイバー。信号が誘導放出を刺激するC バンド 1 530–1 565 nm；L バンドタイプは 1 565–1 625 nm利得 15–35 dB；総出力 +17 … +23 dBm、ブースター型は +27 dBm まで4–6 dB主力機種。単一チャネルまたは多チャネル対応。利得平坦化フィルター、可変利得、チャネル追加・削除時の過渡応答制御を備える（DWDM コンポーネント）
ラマン（分布形）信号より約 100 nm 短い波長の励起光（C バンドでは ≈ 1 450 nm）を、通常は逆方向に伝送用光ファイバーへ入射する。光ファイバー自体が最初の 20–40 km にわたって増幅する励起光が許す任意のバンド10–15 dB の分布利得実効雑音指数は EDFA より低く、スパンあたりの OSNR が 3–5 dB 優れる励起光出力 +27 … +30 dBm、クラス 4。コネクターの清浄さと APR が安全上重要（安全対策と取り扱い）。長スパンや無中継スパン（300+ km）ではラマン・EDFA ハイブリッドを使用
SOA（半導体光増幅器）鏡を持たないレーザーチップ。電気的に励起するO バンド（1 310 nm）を含む任意のバンド10–20 dB；+10 … +13 dBm7–9 dB高速・小型・低コスト。PON のリーチエクステンダーやバーストモードに使用。利得がパターンに依存するため DWDM での用途は限定される
遠隔光励起増幅器（ROPA）線路内にある無給電のエルビウムコイルを、端局から光ファイバー経由で励起するC バンド10–15 dB—無中継の海底区間や砂漠区間
3R 再生器（OEO）受信・再タイミング・再整形・再送信を行う。トランスポンダを2台背中合わせに接続チャネルごとOSNR、分散、PMD、非線形ひずみをリセットする—チャネルあたりのコストが高く遅延も増える。増幅だけでは必要な OSNR に届かない場合に必要
2R 再生器、メディアコンバーター新しいクロックなしで、電気的に再増幅・再整形するチャネルごとパワーとアイパターンをリセットする—小規模リンク向け。スイッチのポートが日常的な再生器として機能する（伝送・アクセス機器）

増幅器を線路のどこに配置するか

位置目的標準的な値
送信端局の合波器の後段にあるブースター（後置増幅器）合波後の各チャネルを送出パワーまで引き上げる総出力 +17 … +20 dBm、チャネルあたり 0 … +3 dBm
各スパンに設置するインライン（線路増幅器）スパン損失を補償するスパン 80–120 km、損失 20–28 dB。利得はこれと等しく設定。従来の 10G 線路では中間段に分散補償モジュールを挿入
受信端局の分波器の前段にある前置増幅器弱いチャネルを受信器のノイズより高いレベルまで引き上げるチャネルあたり入力 −25 dBm、出力 −5 dBm。実効感度を 10 dB 以上改善
スパンの受信端にある分布ラマン増幅実効雑音指数を下げ、スパンを延長する20–40 km にわたる分布利得
増幅局バッテリー、冷却設備、OSC 端局装置、監視機能を備えた給電局舎またはキャビネット長距離ルートでは 80–120 km ごとに設置（光ファイバーネットワークトポロジー）

パワーバジェットから OSNR バジェットへ

増幅器は、段を追うごとに増幅自然放出光（雑音）を加えます。線路に増幅器が入ると、受信器を制限する要因はパワーではなく光信号対雑音比（OSNR）になります。

数式意味
OSNR_span [dB, 0.1 nm] ≈ 58 + P_channel [dBm] − L_span [dB] − NF [dB]1つのスパンと1台の増幅器を経た後の OSNR
OSNR_total ≈ OSNR_span − 10 · log₁₀ N同一スパンが N 個ある場合
必要 OSNR：10G NRZ ≈ 15–18 dB；ソフト判定 FEC 使用時の 100G DP-QPSK ≈ 12–15 dB；400ZR ≈ 26 dB；400G 16QAM ZR+ ≈ 22–24 dB受信器が必要とする値

例：チャネルあたり 0 dBm、スパン損失 22 dB、雑音指数 5 dB → スパンあたり 31 dB。スパン3個 → 26.2 dB で 400ZR の限界。スパン10個 → 21 dB で 100G DP-QPSK には余裕がある値です。チャネルパワーを上げると OSNR は向上しますが、非線形効果がその分を打ち消します。G.652 光ファイバーでの最適値は、通常チャネルあたり 0 … +3 dBm です（非線形効果、増幅と OSNR）。

増幅された線路の運用

項目運用方法
光安全すべての増幅器出力とラマン励起光源はクラス 3B/4。自動出力低減（APR、ITU-T G.664）が信号断時に励起光源を停止する。通電中の高出力コネクターは絶対に外さない。すべての局に危険表示を掲示する
コネクターの清浄さ+20 dBm 以上では、汚れた端面が焼損し、ファイバーヒューズ現象を引き起こすことがある。接続のたびに検査する（端面の検査と清掃）
反射増幅器内部のアイソレーター、APC コネクター、線路の ORL ≥ 24 dB。強い反射が EDFA に入ると発振することがある（反射と反射減衰量）
励起光源の監視一定出力時の励起電流が経年劣化の指標となる。励起光源カードまたは増幅器一式の予備を用意する
利得とチルト利得平坦化フィルターと動的利得等化により、40–96 チャネルを 1–2 dB の範囲に収める。チルトはラマン増幅とスパン数の増加とともに大きくなる
チャネルの追加・削除過渡応答制御により、他のチャネルが消失した際に残存チャネルがサージすることを防ぐ。チャネルは手順に従って追加する
光監視チャネル（OSC）通常 1 510 nm または 1 610 nm の別波長で、すべての増幅局で終端され、管理情報・アラーム・スパン損失のテレメトリーを伝送する（監視と管理）
電源と環境−48 V DC、4–8 時間分のバッテリー、無人局における冷却・扉・温度センサー
事前の光ファイバー特性評価スパン損失、ORL、分散、PMD、実効断面積が増幅器計画を左右する（光ファイバー特性評価）

増幅・再生・コヒーレントの選択

状況選択肢
10G 単一チャネル、80–100 km10G ZR モジュール、または EDFA と分散補償を組み合わせた LR/ER
10G DWDM、200–400 km、既存設備分散補償モジュール付きの EDFA チェーン。コヒーレントへの置き換えも検討
100G、80–120 kmEDFA 1対を使った 400ZR/100G ZR プラガブル（現在もっとも簡単な選択肢）
100G–400G、500–2 000 kmコヒーレントトランスポンダ、または EDFA チェーンと ROADM を伴う ZR+。再生は OSNR が尽きる箇所のみ
無中継 250–400 km高出力ブースター、ラマン増幅、ROPA、コヒーレント
PON で 20 km 超、または大きな分岐比リーチエクステンダー、またはクラス C++/E2 の光モジュール（ODN クラス）
キャンパス内マルチモードで 400 m 超スイッチまたはメディアコンバーターを再生器として使用、あるいはシングルモード光ファイバーに変更
増幅器では補えない OSNR 不足があるリンク3R 再生

CodingBox では

増幅された線路に信号を送り込み、終端するモジュールも、やはりプラガブルモジュールです。CodingBox は、増幅器の入力にとって重要な項目を読み取ります。送出パワー、正確な波長または DWDM チャネル、波長可変範囲、電力クラスです。コヒーレントモジュールは、VDM を通じて OSNR、波長分散、FEC 前の BER も報告します。これは受信器から見た線路システムの健全性を示すものであり、CodingBox はモジュールがこれらの観測値のどれに対応しているかを表示します（波長可変トランシーバー、VDM と FEC 指標、Check transceiver）。

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