CodingBox 說明文件

放大器與再生：EDFA、拉曼、SOA、OEO

一對光模組能把信號送多遠，取決於其功率預算和色散容限——LR 為 10 km，ZR 為 80 km，放大後的 400ZR 為 120 km。超出這個距離，線路中就必須有設備來恢復光纖消耗掉的部分：要麼是在不觸及數據的情況下一次性放大所有波長的光放大器，要麼是以電域方式接收信號後重新發送的再生器。本頁介紹預算在何處耗盡、放大器的類型及其參數、它們在線路中的位置、一旦引入放大器後預算如何變為 OSNR 預算、運行一條已放大線路有哪些要求，以及如何在放大、再生和相干模組之間做出選擇。

光模組的預算在何處耗盡

技術未放大傳輸距離延伸手段
10G LR / ER / ZR10 / 40 / 80 km色散補償加 EDFA 可延伸到 100–150 km；再遠則需 DWDM 線路系統
100G LR4 / ER4（直接檢測）10 / 40 km無——更長跨段需改用相干方案
100G–400G 相干可插拔模組（ZR、ZR+）40 km（400ZR 未放大，≤ 11 dB）一對 EDFA 可延伸到 120 km（ZR），放大器鏈可達 1 000+ km（ZR+、OpenZR+）（相干長距傳輸）
通過合波器的 10G DWDM採用 EDFA 時每跨段 80 km多個 EDFA 加色散補償模組串聯，可達 400–600 km，之後需要再生
相干轉發器每跨段 80–120 kmEDFA 和拉曼放大器鏈、ROADM，每個再生段可達 1 000–3 000 km
PON，class C+20 km，1:32–1:64延伸器（ITU-T G.984.6）可達 60 km 或更大分光比
多模100–400 m從不放大——由交換機或媒體轉換器再生

放大器類型

類型原理波段增益與輸出噪聲係數說明
EDFA（摻鉺光纖放大器）幾米長的摻鉺光纖，以 980 或 1480 nm 泵浦；信號激發受激輻射C 波段 1 530–1 565 nm；L 波段型號為 1 565–1 625 nm增益 15–35 dB；總輸出 +17…+23 dBm，功率放大型可達 +27 dBm4–6 dB最常用的主力機型；單信道或多信道；配有增益平坦濾波器、可變增益、用於信道上下路的瞬態控制（DWDM 組件）
拉曼（分佈式）把比信號波長短約 100 nm 的泵浦光（C 波段約為 1 450 nm）注入傳輸光纖，通常反向注入；光纖本身在最初的 20–40 km 內完成放大泵浦所允許的任意波段10–15 dB 的分佈式增益有效噪聲係數低於 EDFA——每跨段 OSNR 優於 EDFA 3–5 dB泵浦功率 +27…+30 dBm，4 類激光——連接器清潔度和 APR 事關生命安全（安全與操作規範）；長跨段或無中繼跨段（300+ km）採用拉曼-EDFA 混合放大
SOA（半導體光放大器）一塊沒有反射鏡的激光晶片；電泵浦任意波段，包括 1 310 nm 的 O 波段10–20 dB；+10…+13 dBm7–9 dB速度快、體積小、成本低；用於 PON 延伸器和突發模式；增益隨碼型變化，限制了在 DWDM 中的應用
遠程光泵浦放大器（ROPA）線路中一段不供電的鉺光纖線圈，由終端站通過光纖遠程泵浦C 波段10–15 dB—無中繼海底和沙漠跨段
3R 再生器（OEO）接收、重定時、整形並重新發送——兩個轉發器背靠背連接按信道計重置 OSNR、色散、PMD 和非線性失真—按信道計成本高，並增加時延；僅在單靠放大已無法達到所需 OSNR 時使用
2R 再生器、媒體轉換器以電域方式重新放大並整形，不重新定時按信道計重置功率和眼圖—用於小型鏈路；交換機端口就是最常見的再生器（傳輸與接入設備）

放大器在線路中的位置

位置作用典型值
發送端合波器之後的功率放大器（後置放大器）把合波後的各信道提升到發射功率總功率 +17…+20 dBm，每信道 0…+3 dBm
每跨段的線路放大器（在線放大）補償跨段損耗跨段 80–120 km，損耗 20–28 dB；增益設定為與之相等；傳統 10G 線路在中間級接入色散補償模組
接收端分波器之前的前置放大器把微弱信道提升到高於接收器噪聲的水平每信道輸入 −25 dBm，輸出 −5 dBm；有效靈敏度提高 10 dB 以上
跨段接收端的分佈式拉曼放大降低有效噪聲係數，延長跨段20–40 km 的分佈式增益
放大站點配備電池、散熱、OSC 終端和監測設備的供電機房或機櫃長途線路上每 80–120 km 一處（光纖網絡拓撲）

從功率預算到 OSNR 預算

每一級放大器都會增加放大自發輻射——也就是噪聲。一旦線路中引入放大器，接收器的限制因素就變成了光信噪比，而不再是功率。

公式含義
OSNR_span [dB，0.1 nm] ≈ 58 + P_channel [dBm] − L_span [dB] − NF [dB]經過一個跨段和一台放大器後的 OSNR
OSNR_total ≈ OSNR_span − 10 · log₁₀ NN 個相同跨段的情況
所需 OSNR：10G NRZ ≈ 15–18 dB；帶軟判決 FEC 的 100G DP-QPSK ≈ 12–15 dB；400ZR ≈ 26 dB；400G 16QAM ZR+ ≈ 22–24 dB接收器的需求

舉例：每信道 0 dBm，跨段損耗 22 dB，噪聲係數 5 dB → 每跨段 31 dB；三個跨段 → 26.2 dB，達到 400ZR 的極限；十個跨段 → 21 dB，對 100G DP-QPSK 而言綽綽有餘。提高信道功率可以換取更高的 OSNR，直到非線性效應把這部分增益吞噬掉——在 G.652 光纖上，最優值通常是每信道 0…+3 dBm （非線性效應、放大與 OSNR）。

運行已放大的線路

項目做法
光安全每個放大器輸出端和拉曼泵浦均為 3B/4 類；自動功率降低（APR，ITU-T G.664）在信號丟失時關閉泵浦；切勿斷開帶電的高功率連接器；每個站點均須張貼危險標籤
連接器清潔度在 +20 dBm 及以上，污染的端面會燒毀，並可能引發光纖熔絲效應；每次對接前都要檢查（端面檢查與清潔）
反射放大器內置隔離器，採用 APC 連接器，線路 ORL ≥ 24 dB；強反射進入 EDFA 會使其起振（反射與回波損耗）
泵浦監測恆定輸出下的泵浦電流是老化指標；應備有泵浦板或整台放大器的備件
增益與傾斜增益平坦濾波器和動態增益均衡把 40–96 個信道控制在 1–2 dB 以內；傾斜會隨拉曼放大和跨段數增加而加劇
信道上下路瞬態控制可防止其他信道消失時剩餘信道功率浪湧；按規程增加信道
光監控信道（OSC）一個獨立波長，通常為 1 510 或 1 610 nm，在每個放大站點終結，承載管理資訊、警報和跨段損耗遙測（監測與管理）
電源與環境−48 V 直流，配 4–8 小時電池；無人值守站點配備散熱、門禁和溫度傳感器
先做光纖特性測試跨段損耗、ORL、色散、PMD 和有效面積決定放大器方案（光纖特性測試）

在放大、再生和相干方案之間選擇

情況選擇
10G 單信道，80–100 km10G ZR 模組，或 LR/ER 配合 EDFA 和色散補償
10G DWDM，200–400 km，傳統系統帶色散補償模組的 EDFA 鏈；可考慮改用相干方案
100G，80–120 km400ZR/100G ZR 可插拔模組配一對 EDFA——目前最簡單的方案
100G–400G，500–2 000 km相干轉發器或 ZR+，配合 EDFA 鏈和 ROADM；僅在 OSNR 耗盡處才使用再生
無中繼 250–400 km高功率放大器、拉曼放大、ROPA、相干方案
PON 超過 20 km 或分光比很大延伸器，或 class C++/E2 光模組（ODN 等級）
園區多模超過 400 m用交換機或媒體轉換器作為再生器，或改用單模光纖
任何放大器無法彌補 OSNR 缺口的鏈路採用 3R 再生

在 CodingBox 中

為已放大線路饋入信號和終結信號的模組仍是可插拔模組，CodingBox 會讀取放大器輸入端所關心的參數：發射功率、精確波長或 DWDM 信道、可調諧範圍、功率等級。相干模組還會通過 VDM 報告 OSNR、色度色散和前 FEC 誤碼率——這是接收器眼中線路系統的健康狀況——CodingBox 會顯示該模組支援哪些此類可觀測量（可調諧光模組、VDM 與 FEC 指標、 檢測光模組）。

如果您發現本文有不準確之處或錯誤，請選取相應片段並按 Ctrl+Enter，即可。