ตัวขยายสัญญาณและการฟื้นฟูสัญญาณ: EDFA, Raman, SOA, OEO

คู่ทรานซีฟเวอร์ส่งสัญญาณได้ไกลเท่าที่งบประมาณกำลังแสงและค่าทนทานดิสเพอร์ชันของคู่นั้นเอื้ออำนวย ได้แก่ 10 km สำหรับ LR, 80 km สำหรับ ZR, 120 km สำหรับ 400ZR ที่ขยายสัญญาณ เกินจากนั้นไป ต้องมีบางสิ่งในสายทำหน้าที่ฟื้นฟูสิ่งที่ใยแก้วนำแสงพรากไป: ตัวขยายสัญญาณแสงที่ขยายทุกความยาวคลื่นพร้อมกันโดยไม่แตะข้อมูล หรือรีเจนเนอเรเตอร์ที่รับสัญญาณในรูปแบบไฟฟ้าแล้วส่งสัญญาณออกไปใหม่ เพจนี้ครอบคลุมจุดที่งบประมาณหมดลง ประเภทของตัวขยายสัญญาณและตัวเลขของแต่ละประเภท ตำแหน่งที่ตัวขยายสัญญาณวางอยู่บนสาย วิธีที่งบประมาณเปลี่ยนเป็นงบประมาณ OSNR เมื่อมีตัวขยายสัญญาณอยู่ในระบบ สิ่งที่การใช้งานสายที่มีการขยายสัญญาณต้องการ และวิธีเลือกระหว่างการขยายสัญญาณ การรีเจนเนอเรชัน และโมดูลโคฮีเรนต์

จุดที่งบประมาณของทรานซีฟเวอร์หมดลง

เทคโนโลยี	ระยะส่งแบบไม่ขยายสัญญาณ	สิ่งที่ช่วยขยายระยะ
10G LR / ER / ZR	10 / 40 / 80 km	การชดเชยดิสเพอร์ชันและ EDFA ขยายระยะถึง 100–150 km ไกลกว่านั้นใช้ระบบสาย DWDM
100G LR4 / ER4 (ตรวจจับโดยตรง)	10 / 40 km	ไม่มี ต้องเปลี่ยนไปใช้โคฮีเรนต์สำหรับสแปนที่ยาวกว่านี้
ทรานซีฟเวอร์โคฮีเรนต์แบบถอดเสียบ 100G–400G (ZR, ZR+)	40 km (400ZR แบบไม่ขยายสัญญาณ, ≤ 11 dB)	EDFA คู่เดียวขยายถึง 120 km (ZR) ชุดตัวขยายสัญญาณขยายถึง 1 000+ km (ZR+, OpenZR+) (ระยะไกลแบบโคฮีเรนต์)
10G DWDM ผ่านมัลติเพล็กเซอร์	80 km ต่อสแปนโดยใช้ EDFA	ชุด EDFA ร่วมกับโมดูลชดเชยดิสเพอร์ชันขยายถึง 400–600 km จากนั้นจึงใช้การรีเจนเนอเรชัน
ทรานสปอนเดอร์โคฮีเรนต์	80–120 km ต่อสแปน	ชุด EDFA และ Raman, ROADM, 1 000–3 000 km ต่อช่วงรีเจนเนอเรชัน
PON คลาส C+	20 km, 1:32–1:64	ตัวขยายระยะ (ITU-T G.984.6) ขยายถึง 60 km หรืออัตราส่วนสปลิตที่สูงขึ้น
มัลติโหมด	100–400 m	ไม่มีการขยายสัญญาณ สวิตช์หรือมีเดียคอนเวอร์เตอร์ทำหน้าที่ฟื้นฟูสัญญาณ

ประเภทของตัวขยายสัญญาณ

ประเภท	หลักการ	แบนด์	เกนและเอาต์พุต	ตัวประกอบสัญญาณรบกวน	หมายเหตุ
EDFA (ตัวขยายสัญญาณใยแก้วนำแสงเจือเออร์เบียม)	ใยแก้วนำแสงเจือเออร์เบียมยาวไม่กี่เมตรที่ถูกปั๊มด้วยความยาวคลื่น 980 หรือ 1480 nm สัญญาณจะกระตุ้นให้เกิดการปลดปล่อยแสง	C-band 1 530–1 565 nm รุ่น L-band 1 565–1 625 nm	เกน 15–35 dB เอาต์พุตรวม +17 … +23 dBm บูสเตอร์ถึง +27 dBm	4–6 dB	ตัวหลักที่ใช้งานทั่วไป ใช้ได้ทั้งแบบช่องสัญญาณเดียวและหลายช่องสัญญาณ มีฟิลเตอร์ปรับเกนให้เรียบ เกนปรับได้ ควบคุมทรานเซียนต์สำหรับการเพิ่ม/ลดช่องสัญญาณ (องค์ประกอบ DWDM)
Raman (แบบกระจาย)	ปั๊มที่มีความยาวคลื่นต่ำกว่าสัญญาณประมาณ 100 nm (≈ 1 450 nm สำหรับ C-band) จะถูกส่งเข้าไปในใยแก้วนำแสงสายส่งสัญญาณ โดยมักส่งสวนทางกับสัญญาณ ตัวใยแก้วนำแสงเองทำหน้าที่ขยายสัญญาณตลอดช่วง 20–40 km แรก	แบนด์ใดก็ได้ที่ปั๊มรองรับ	เกนแบบกระจาย 10–15 dB	ตัวประกอบสัญญาณรบกวนที่ใช้งานจริงต่ำกว่าของ EDFA ให้ OSNR ต่อสแปนดีกว่า 3–5 dB	ปั๊ม +27 … +30 dBm คลาส 4 ความสะอาดของคอนเนกเตอร์และ APR มีผลถึงความปลอดภัยของชีวิต (ความปลอดภัยและการดูแลรักษา) ใช้ Raman-EDFA แบบผสมสำหรับสแปนที่ยาวหรือไม่มีรีพีตเตอร์ (300+ km)
SOA (ตัวขยายสัญญาณแสงสารกึ่งตัวนำ)	ชิปเลเซอร์ที่ไม่มีกระจกสะท้อน ปั๊มด้วยไฟฟ้า	แบนด์ใดก็ได้ รวมถึง O-band ที่ 1 310 nm	10–20 dB; +10 … +13 dBm	7–9 dB	เร็ว เล็ก ราคาถูก ใช้เป็นตัวขยายระยะสำหรับ PON และโหมดเบิร์สต์ เกนที่ขึ้นกับรูปแบบสัญญาณจำกัดการใช้งานใน DWDM
ตัวขยายสัญญาณปั๊มด้วยแสงจากระยะไกล (ROPA)	ขดลวดเออร์เบียมที่ไม่มีไฟเลี้ยงในสาย ปั๊มพลังงานจากสถานีปลายทางผ่านใยแก้วนำแสง	C-band	10–15 dB	—	สแปนใต้ทะเลและในทะเลทรายแบบไม่มีรีพีตเตอร์
รีเจนเนอเรเตอร์ 3R (OEO)	รับสัญญาณ ปรับจังหวะเวลาใหม่ ปรับรูปคลื่นใหม่ ส่งสัญญาณใหม่ ด้วยทรานสปอนเดอร์สองตัวต่อกันโดยตรง	ต่อช่องสัญญาณ	รีเซ็ต OSNR ดิสเพอร์ชัน PMD และความผิดเพี้ยนแบบไม่เชิงเส้น	—	ราคาแพงต่อช่องสัญญาณและเพิ่มเวลาหน่วง จำเป็นเมื่อการขยายสัญญาณเพียงอย่างเดียวไม่สามารถให้ OSNR ตามที่ต้องการได้อีกต่อไป
รีเจนเนอเรเตอร์ 2R มีเดียคอนเวอร์เตอร์	ขยายสัญญาณใหม่และปรับรูปคลื่นใหม่ทางไฟฟ้า โดยไม่มีสัญญาณนาฬิกาใหม่	ต่อช่องสัญญาณ	รีเซ็ตกำลังสัญญาณและ eye diagram	—	ลิงก์ระยะสั้น พอร์ตสวิตช์ก็คือรีเจนเนอเรเตอร์ที่ใช้งานกันทั่วไป (อุปกรณ์ทรานสปอร์ตและการเข้าถึง)

ตำแหน่งของตัวขยายสัญญาณบนสาย

ตำแหน่ง	วัตถุประสงค์	ค่าทั่วไป
บูสเตอร์ (ตัวขยายสัญญาณหลัง) หลังมัลติเพล็กเซอร์ที่สถานีปลายด้านส่ง	เพิ่มกำลังของช่องสัญญาณที่รวมกันแล้วให้ถึงกำลังส่งออก	+17 … +20 dBm รวม, 0 … +3 dBm ต่อช่องสัญญาณ
อินไลน์ (ตัวขยายสัญญาณกลางสาย) ทุกสแปน	ชดเชยการสูญเสียของสแปน	สแปนยาว 80–120 km สูญเสีย 20–28 dB ตั้งเกนให้เท่ากับค่าที่สูญเสีย มีช่องเข้าถึงกลางสเตจสำหรับโมดูลชดเชยดิสเพอร์ชันในสายรุ่นเก่าแบบ 10G
ตัวขยายสัญญาณก่อน ก่อนดีมัลติเพล็กเซอร์ที่สถานีปลายด้านรับ	ยกระดับช่องสัญญาณที่อ่อนให้อยู่เหนือสัญญาณรบกวนของตัวรับ	−25 dBm ต่อช่องสัญญาณขาเข้า, −5 dBm ขาออก ปรับปรุงความไวที่ใช้งานจริงได้ 10 dB ขึ้นไป
Raman แบบกระจายที่ปลายด้านรับของสแปน	ลดตัวประกอบสัญญาณรบกวนที่ใช้งานจริง ยืดความยาวสแปนได้มากขึ้น	เกนแบบกระจายตลอดระยะ 20–40 km
สถานีตัวขยายสัญญาณ	ห้องหรือตู้ที่มีไฟเลี้ยง พร้อมแบตเตอรี่ ระบบระบายความร้อน อุปกรณ์ปลาย OSC และระบบตรวจติดตาม	ทุก 80–120 km บนเส้นทางระยะไกล (โทโพโลยีเครือข่ายใยแก้วนำแสง)

จากงบประมาณกำลังแสงสู่งบประมาณ OSNR

ตัวขยายสัญญาณแต่ละตัวเพิ่มสัญญาณรบกวนจากการปลดปล่อยแสงเองที่ถูกขยาย (amplified spontaneous emission) เข้ามาในทุกสเตจ เมื่อมีตัวขยายสัญญาณอยู่ในสาย ตัวรับจะถูกจำกัดด้วยอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนเชิงแสง ไม่ใช่ด้วยกำลังแสง

สูตร	ความหมาย
OSNR_span [dB, 0.1 nm] ≈ 58 + P_channel [dBm] − L_span [dB] − NF [dB]	OSNR หลังจากหนึ่งสแปนและตัวขยายสัญญาณหนึ่งตัว
OSNR_total ≈ OSNR_span − 10 · log₁₀ N	N สแปนที่เหมือนกัน
OSNR ที่ต้องการ: 10G NRZ ≈ 15–18 dB; 100G DP-QPSK ที่ใช้ FEC แบบตัดสินใจอ่อน ≈ 12–15 dB; 400ZR ≈ 26 dB; 400G 16QAM ZR+ ≈ 22–24 dB	สิ่งที่ตัวรับต้องการ

ตัวอย่าง: 0 dBm ต่อช่องสัญญาณ สแปนละ 22 dB ตัวประกอบสัญญาณรบกวน 5 dB → 31 dB ต่อสแปน สามสแปน → 26.2 dB ซึ่งเป็นขีดจำกัดของ 400ZR สิบสแปน → 21 dB ซึ่งมีค่าเผื่อสบายสำหรับ 100G DP-QPSK การเพิ่มกำลังต่อช่องสัญญาณช่วยเพิ่ม OSNR ได้จนกว่าผลจากความไม่เชิงเส้นจะดึงกลับไป โดยค่าที่เหมาะสมที่สุดมักอยู่ที่ 0 … +3 dBm ต่อช่องสัญญาณบน G.652 (ผลจากความไม่เชิงเส้น, การขยายสัญญาณและ OSNR)

การใช้งานสายที่มีการขยายสัญญาณ

รายการ	แนวปฏิบัติ
ความปลอดภัยด้านแสง	คลาส 3B/4 ที่เอาต์พุตของตัวขยายสัญญาณและปั๊ม Raman ทุกจุด ระบบลดกำลังอัตโนมัติ (APR, ITU-T G.664) จะปิดปั๊มเมื่อสัญญาณขาดหาย ห้ามถอดคอนเนกเตอร์กำลังสูงที่มีไฟอยู่โดยเด็ดขาด ต้องมีป้ายเตือนอันตรายทุกสถานี
ความสะอาดของคอนเนกเตอร์	ที่ +20 dBm ขึ้นไป หน้าตัดปลายที่ปนเปื้อนอาจไหม้และก่อให้เกิดไฟลุกในใยแก้วนำแสง (fibre fuse) ได้ ต้องตรวจสอบก่อนเชื่อมต่อทุกครั้ง (การตรวจสอบและทำความสะอาดหน้าตัดปลาย)
การสะท้อนแสง	ไอโซเลเตอร์ภายในตัวขยายสัญญาณ คอนเนกเตอร์ APC, ORL ≥ 24 dB บนสาย การสะท้อนที่รุนแรงเข้าไปใน EDFA อาจทำให้เกิดการเลซซิ่ง (lasing) ขึ้นเอง (การสะท้อนแสงและการสูญเสียย้อนกลับ)
การตรวจติดตามปั๊ม	กระแสปั๊มที่เอาต์พุตคงที่คือตัวบ่งชี้การเสื่อมสภาพตามอายุการใช้งาน ควรมีการ์ดปั๊มหรือตัวขยายสัญญาณทั้งตัวสำรองไว้
เกนและทิลต์	ฟิลเตอร์ปรับเกนให้เรียบและระบบปรับสมดุลเกนแบบไดนามิกช่วยรักษาช่องสัญญาณ 40–96 ช่องให้อยู่ในช่วง 1–2 dB ทิลต์จะเพิ่มขึ้นตามการใช้ Raman และจำนวนสแปน
การเพิ่มและลดช่องสัญญาณ	การควบคุมทรานเซียนต์ป้องกันไม่ให้ช่องสัญญาณที่เหลืออยู่มีกำลังพุ่งสูงเมื่อช่องอื่นหายไป ให้เพิ่มช่องสัญญาณตามขั้นตอนที่กำหนด
ช่องสัญญาณกำกับดูแลเชิงแสง (OSC)	ความยาวคลื่นแยกต่างหาก โดยทั่วไปคือ 1 510 หรือ 1 610 nm สิ้นสุดที่สถานีตัวขยายสัญญาณทุกแห่ง นำพาข้อมูลการจัดการ อะลาร์ม และข้อมูลโทรมาตรของการสูญเสียต่อสแปน (การตรวจติดตามและการจัดการ)
ไฟเลี้ยงและสภาพแวดล้อม	−48 V DC พร้อมแบตเตอรี่สำรอง 4–8 ชั่วโมง ระบบระบายความร้อน เซนเซอร์ประตูและอุณหภูมิที่สถานีไร้คนประจำ
การวิเคราะห์คุณลักษณะใยแก้วนำแสงก่อน	การสูญเสียของสแปน, ORL, ดิสเพอร์ชัน, PMD และพื้นที่ใช้งานจริงเป็นตัวกำหนดแผนตัวขยายสัญญาณ (การวิเคราะห์คุณลักษณะใยแก้วนำแสง)

การเลือกระหว่างการขยายสัญญาณ การรีเจนเนอเรชัน และโคฮีเรนต์

สถานการณ์	ตัวเลือก
10G ช่องสัญญาณเดียว 80–100 km	โมดูล 10G ZR หรือ LR/ER ร่วมกับ EDFA และการชดเชยดิสเพอร์ชัน
10G DWDM, 200–400 km, รุ่นเก่า	ชุด EDFA ร่วมกับโมดูลชดเชยดิสเพอร์ชัน ควรพิจารณาเปลี่ยนไปใช้โคฮีเรนต์
100G, 80–120 km	ทรานซีฟเวอร์แบบถอดเสียบ 400ZR/100G ZR ร่วมกับ EDFA คู่เดียว เป็นคำตอบที่เรียบง่ายที่สุดในปัจจุบัน
100G–400G, 500–2 000 km	ทรานสปอนเดอร์โคฮีเรนต์ หรือ ZR+ ร่วมกับชุด EDFA และ ROADM ใช้การรีเจนเนอเรชันเฉพาะจุดที่ OSNR ไม่พอ
ไม่มีรีพีตเตอร์ 250–400 km	บูสเตอร์กำลังสูง, Raman, ROPA, โคฮีเรนต์
PON เกิน 20 km หรือสปลิตอัตราส่วนสูง	ตัวขยายระยะ หรือออปติกคลาส C++/E2 (คลาส ODN)
มัลติโหมดในแคมปัสเกิน 400 m	สวิตช์หรือมีเดียคอนเวอร์เตอร์ทำหน้าที่เป็นรีเจนเนอเรเตอร์ หรือใยแก้วนำแสงซิงเกิลโหมด
ลิงก์ใดก็ตามที่ OSNR ขาดจนตัวขยายสัญญาณแก้ไม่ได้	การรีเจนเนอเรชันแบบ 3R

ใน CodingBox

โมดูลที่ป้อนสัญญาณเข้าและปิดท้ายสายที่มีการขยายสัญญาณยังคงเป็นแบบถอดเสียบ และ CodingBox อ่านค่าที่สำคัญที่อินพุตของตัวขยายสัญญาณ ได้แก่ กำลังส่งออก ความยาวคลื่นที่แน่นอนหรือช่องสัญญาณ DWDM ช่วงที่ปรับความยาวคลื่นได้ และคลาสกำลัง โมดูลโคฮีเรนต์ยังรายงาน OSNR ดิสเพอร์ชันแบบโครมาติก และ pre-FEC BER ผ่าน VDM ซึ่งสะท้อนสุขภาพของระบบสายตามที่ตัวรับมองเห็น และ CodingBox แสดงให้เห็นว่าโมดูลประกาศรองรับค่าที่ตรวจวัดใดในจำนวนนี้บ้าง (ทรานซีฟเวอร์ปรับความยาวคลื่นได้, ค่าตรวจวัด VDM และ FEC, Check transceiver)

หากพบข้อมูลที่ไม่ถูกต้องหรือข้อผิดพลาดในบทความนี้ ให้เลือกข้อความส่วนนั้นแล้วกด Ctrl+Enter เพื่อ