Was ist ein optischer EDFA-Verstärker für Long-Haul-DWDM-Netzwerke?

In den letzten Jahrzehnten wurde das Glasfasernetz in der Telekommunikation schnell ausgebaut und in zahlreichen Bereichen eingesetzt. EDFA ist eine Art von Glasfaserverstärker, der zum Glasfasernetz beigetragen hat. Mit den Funktionen der Signalkompensation und der gleichzeitigen Verstärkung mehrerer Kanäle werden EDFA-Verstärker in DWDM-Netzen für die Datenübertragung über große Entfernungen eingesetzt.

Was ist ein EDFA Amplifier?

EDFA (erbium-doped fiber amplifier) ist ein optischer Verstärker (OA), der im C-Band und L-Band arbeitet, wo der Faserverlust am geringsten ist. Die optischen Signale verschlechtern sich entlang des Glasfaser-Übertragungswegs in der Glasfaserkommunikation allmählich. Folglich ist die Übertragungsdistanz begrenzt, um die Link-Dämpfung (durch Faser, Steckverbinder, optische Verbindung usw.) innerhalb akzeptabler Schwellenwerte zu halten. Hier kommt der EDFA ins Spiel.

Abbildung 1: QSFPTEK EDFA-Verstärker

Wofür wird EDFA verwendet?

Verstärker sind darauf ausgelegt, das optische Signal zu verstärken, damit es bei Langstreckenübertragungsanwendungen weiter übertragen werden kann. Da EDFA mehrere optische Signale gleichzeitig verstärken kann, findet es in WDM-Netzwerken breite Anwendung. 

Abbildung 2: Booster-, Leitungs- und Vorverstärker werden in DWDM-Systemen für lange Strecken eingesetzt

Zurückblickend auf die Zeit, bevor EDFA erfunden wurde, war die Technologie zur Erweiterung der Reichweite des optischen Signals sehr komplex und kostspielig — optisch-elektrische Signalumwandlung, Signalverstärkung und elektrisch-optische Signalumwandlung. Der EDFA-Verstärker erspart den Aufwand der Signalregeneration und bietet eine optimierte Technologie, um eine einfache und kostengünstige Signalleistungskompensation zu erreichen.

Welche Arten von EDFA-Optischen Verstärkern gibt es?

Booster Amplifier (BA), Line Amplifier (LA) und Pre Amplifier (PA) sind die drei Arten von EDFA, die in optischen DWDM-Übertragungsleitungen eingesetzt werden. Sie werden üblicherweise kombiniert eingesetzt und an verschiedenen Positionen auf der Leitung platziert, um sicherzustellen, dass Signale letztendlich an den Empfänger geliefert werden können.

Abbildung 3: Platzierung von Booster-, Leitungs- und Vorverstärkern in der Glasfaserleitung

Optischer Booster-Verstärker (OBA)

Ein Glasfaser-Signalverstärker wird häufig auf der Senderseite platziert, um das optische Signal zu verstärken, bevor es in die Glasfaserstrecke eingespeist wird. Typischerweise wird er direkt nach der Mux-Demux-Ausrüstung installiert, um den Leistungsverlust von DWDM-Wellenlängen oder einzelnen Wellenlängen auszugleichen. Booster EDFA ist mit niedriger Verstärkung und hoher Ausgangsleistung ausgelegt, um mit WDM-Multiplexing- und Demultiplexing-Technologien kombiniert zu werden.

In-line-Verstärker (OLA)

Wie der Name schon sagt, werden optische Leitungsverstärker in die Übertragungsleitung eingesetzt, um die durch über Langstrecken-Glasfaserverbindungen übertragene Signale verursachte Verbindungsdämpfung auszugleichen. Ob die Installation eines Inline-Verstärkers erforderlich ist oder wie viele eingesetzt werden müssen, hängt von der Entfernung der Glasfaserverbindung ab. Im Allgemeinen wird alle 80km in einer Langstrecken-Glasfaserverbindung ein optischer Leitungsverstärker platziert. Das Hinzufügen von LAs zur optischen Leitung ist eine Lösung zur Verlängerung der Übertragungsdistanz. Die LA-Verstärker bieten moderate oder hohe Verstärkungen und verfügen über dieselbe hohe Ausgangsleistung wie der BA.

Vorverstärker (OPA)

Der optische Vorverstärker befindet sich nahe an jeder Empfängerseite, um sicherzustellen, dass ausreichend optische Leistung vom Empfänger erkannt werden kann. Der OPA ist erforderlich, um die optischen Signale auf das erforderliche Niveau zu verstärken, nachdem sie eine lange Glasfaserstrecke durchlaufen haben. Auf dem Markt erhältliche optische Vorverstärker bieten häufig hohe Verstärkungen und eine geringere Ausgangsleistung.

Wie das obige Diagramm zeigt, sind sowohl die Sendeseiten als auch die Empfangsseiten jeweils mit einem Booster-Verstärker und einem Vorverstärker ausgestattet, um die Signalverstärkung nach oder vor dem WDM-Knoten durchzuführen. Außerdem werden ein oder mehrere Leitungsverstärker entlang der Glasfaser-Übertragungsstrecke platziert, um den durch die Faserdämpfung verursachten Leistungsverlust auszugleichen. OBA und OPA werden in konvergenten DWDM-Netzwerken paarweise eingesetzt, die Verwendung von OLA ist in realen Anwendungen jedoch optional; bitte prüfen Sie die Übertragungsdistanz.

Was sind die EDFA-Verstärkung und die EDFA-Rauschzahl?

Die Verstärkung und die Rauschzahl sind Schlüsselparameter zur Messung der Qualität von Glasfaserverstärkern. Sie werden üblicherweise durch Einspeisen mehrerer Signale in den optischen Spektrumanalysator (OSA) bewertet. 

EDFA Gain

Einfach ausgedrückt ist die Verstärkung eines EDFA das Verhältnis des optischen Ausgangssignals zum optischen Eingangssignal. Sie dient dazu, den Verstärkungsgrad zu messen, den der EDFA auf die Eingangssignale anwendet. Je nach gemessenem Parameter der optischen Leistung kann die EDFA-Verstärkung eine Leistungsverstärkung (Ap), Stromverstärkung (Ai) oder Spannungsverstärkung (Av) sein. Wenn wir jedoch von optischer Verstärkung sprechen, ist häufig die Leistungsverstärkung gemeint. Das Eingangs- und Ausgangssignal vor und nach dem Durchlaufen des Verstärkers sind im folgenden Bild dargestellt.

Abbildung 4: EDFA-Verstärker Verstärkungsdiagramm

Optische Spannungsverstärkung = Ausgangsspannung / Eingangsspannung

Optische Stromverstärkung = Ausgangsstrom / Eingangsstrom

Da Leistung = Spannung * Stromstärke, gilt:

Optische Leistungsverstärkung = optische Spannungsverstärkung * optische Stromverstärkung = Ausgangsspannung / Eingangsspannung * Ausgangsstrom / Eingangsstrom

EDFA-Rauschzahl

Der Verstärkungsprozess erzeugt Rauschen durch verstärkte spontane Emission (Amplified Spontaneous Emission, ASE), das dem Signal hinzugefügt wird und zu einer Verringerung des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) des Ausgangs führt. Das Verhältnis des Eingangs-SNR zum Ausgangs-SNR wird als Rauschzahl (Noise Figure, NF) angegeben:

Rauschzahl (NF) = Eingangs-SNR / Ausgangs-SNR

QSFPTEK EDFA und Empfehlung verwandter Produkte

Neue QSFPTEK-Produkte für optische Transportnetzwerke (OTN) umfassen zwei EDFA-Verstärker — QT8600-PA (Vorverstärker) und QT8600-BA (Booster-Verstärker). 

Sie können symmetrisch eingesetzt werden, um die Signalreichweite in Langstrecken-DWDM-Systemen zu erweitern. Beide können in die QT8600-Serie integriert werden verwaltete Chassis-Plattform, optional für 5U- und 2U-Modelle. Außerdem können andere OTN-Produkte derselben Serie, einschließlich OLP, DCM sowie Transponder und Muxponder, für eine vollständige DWDM-Lösung verwendet werden. 

Abbildung 5: EDFA-Verstärker und andere Produkte, die in der 5U-Chassis-Plattform installiert sind

Zusammenfassung

Ein EDFA-Verstärker ist ein Kartenmodul zur Leistungskompensation und Signalverstärkung, das zur Erweiterung der Signalreichweite in Glasfasernetzen verwendet wird. Die beliebteste Anwendung des EDFA-Erbium-dotierten Faserverstärkers ist das DWDM-Netzwerk, das einen dringenden Bedarf an ultralanger Übertragung hat. Drei Arten von optischen EDFA-Verstärkern sind Booster-Verstärker, Inline-Verstärker und Vorverstärker. Booster-EDFA wird am Senderende installiert, um das Signal zu verstärken, bevor es die Glasfaserleitung erreicht. Ein Leitungsverstärker wird alle 80km in die Glasfaserleitung eingesetzt, um die Signalleistung zu kompensieren. Ein Vorverstärker wird vor dem Empfänger platziert, um sicherzustellen, dass ein Signal mit ausreichender Leistung zur Erkennung an den Empfänger gelangt. 

Wenn Sie noch Fragen zu EDFA-Verstärkern oder Produktangeboten haben, wenden Sie sich bitte an [email protected] für Support. QSFPTEK hilft Ihnen gerne weiter.