Che cos'è un amplificatore ottico EDFA per reti DWDM a lunga distanza?

Negli ultimi decenni, la rete in fibra ottica ha avuto una rapida implementazione nelle telecomunicazioni e ampi ambiti di applicazione. EDFA è un tipo di apparecchiatura amplificatrice in fibra ottica, che ha contribuito alla rete in fibra ottica. Grazie alle caratteristiche di compensazione del segnale e di amplificazione simultanea di più canali, gli amplificatori EDFA sono applicati nelle reti DWDM per la trasmissione dati a lunga distanza.

Che cos'è un amplificatore EDFA?

EDFA (amplificatore in fibra drogata con erbio) è un amplificatore ottico (OA) che opera nella banda C e nella banda L, dove la perdita nella fibra è minima. I segnali ottici si deterioreranno gradualmente lungo il percorso di trasmissione in fibra ottica nella comunicazione in fibra ottica. Di conseguenza, per controllare l'attenuazione del collegamento (da fibra, connettore, giunto ottico, ecc.) entro soglie accettabili, la distanza di trasmissione è limitata. È qui che entra in gioco l'EDFA.

Figura 1: amplificatore EDFA QSFPTEK

A cosa serve EDFA?

Gli amplificatori sono progettati per potenziare il segnale ottico e consentirgli di viaggiare più lontano nelle applicazioni di trasmissione a lunga distanza. Dato che l'EDFA è in grado di amplificare simultaneamente più segnali ottici, è ampiamente adottato nelle reti WDM. 

Figura 2: Booster, amplificatori di linea e preamplificatori sono applicati nel sistema DWDM a lunga distanza

Tornando all'epoca in cui l'EDFA non era stato inventato, la tecnologia per estendere la portata del segnale ottico era molto complessa e costosa — conversione del segnale da ottico a elettrico, amplificazione del segnale e conversione del segnale da elettrico a ottico. L'amplificatore EDFA elimina i problemi della rigenerazione del segnale, fornendo una tecnologia ottimizzata per ottenere una compensazione della potenza del segnale semplice e conveniente.

Quali sono i tipi di amplificatori ottici EDFA?

Booster Amplifier (BA), Line Amplifier (LA) e Pre Amplifier (PA) sono i tre tipi di EDFA applicati nelle linee di trasmissione ottica DWDM. Di solito vengono impiegati in combinazione e posizionati in punti diversi della linea per assicurarsi che i segnali possano infine essere consegnati al ricevitore.

Figura 3: Posizionamento di booster, amplificatori di linea e preamplificatori nella linea in fibra ottica

Amplificatore ottico booster (OBA)

Il booster di segnale in fibra ottica viene spesso posizionato sul lato del trasmettitore per amplificare il segnale ottico prima che venga emesso sul collegamento in fibra. In genere, viene installato subito dopo l'apparecchiatura Mux Demux per compensare la perdita di potenza delle lunghezze d'onda DWDM o delle singole lunghezze d'onda. Il Booster EDFA è progettato con basso guadagno e alta potenza di uscita per essere combinato con le tecnologie di multiplexing e demultiplexing WDM.

Amplificatore in linea (OLA)

Come indica il nome, gli amplificatori di linea ottica vengono inseriti nella linea di trasmissione per compensare l'attenuazione del collegamento causata dai segnali trasmessi attraverso collegamenti in fibra a lunga distanza. La necessità di installare un amplificatore in linea o il numero da implementare dipende dalla distanza del collegamento in fibra. Generalmente, un amplificatore di linea ottica viene posizionato ogni 80km in un collegamento in fibra a lunga distanza. L'aggiunta di LA alla linea ottica è una soluzione per estendere la distanza di trasmissione. Gli amplificatori LA offrono guadagni moderati o elevati e condividono la stessa elevata potenza di uscita del BA.

Preamplificatore (OPA)

Il preamplificatore ottico si trova vicino a ciascun lato ricevente per garantire che il ricevitore possa rilevare una potenza ottica sufficiente. L'OPA è necessario per amplificare i segnali ottici fino al livello richiesto dopo che hanno percorso un lungo tratto in fibra. Il preamplificatore ottico disponibile sul mercato spesso offre guadagni elevati e una potenza di uscita inferiore.

Come mostra il diagramma sopra, ciascun lato trasmittente e ciascun lato ricevente sono rispettivamente dotati di un amplificatore booster e di un preamplificatore per eseguire l'amplificazione del segnale dopo o prima del nodo WDM. Inoltre, uno o più amplificatori di linea sono posizionati lungo la linea di trasmissione in fibra per compensare la perdita di potenza causata dall'attenuazione della fibra. OBA e OPA sono utilizzati in coppia nelle reti DWDM convergenti, tuttavia l'adozione dell'OLA è selettiva nelle applicazioni reali; controllare la distanza di trasmissione.

Che cosa sono il guadagno EDFA e la figura di rumore EDFA?

Il guadagno e la figura di rumore sono parametri chiave per misurare la qualità degli amplificatori in fibra ottica. Di solito vengono valutati inviando più segnali all'analizzatore di spettro ottico (OSA). 

Guadagno EDFA

In parole semplici, il guadagno di EDFA è il rapporto tra il segnale ottico in uscita e il segnale ottico in ingresso. Serve a misurare il grado di amplificazione che l'EDFA applica ai segnali in ingresso. A seconda del diverso parametro misurato della potenza ottica, il guadagno EDFA può essere guadagno di potenza (Ap), guadagno di corrente (Ai) o guadagno di tensione (Av). Tuttavia, ciò che menzioniamo riguardo al guadagno ottico spesso si riferisce al guadagno di potenza. Il segnale in ingresso e il segnale in uscita prima e dopo il passaggio attraverso l'amplificatore sono mostrati nell'immagine seguente.

Figura 4: diagramma del guadagno dell'amplificatore EDFA

Guadagno di tensione ottica = Tensione di uscita / Tensione di ingresso

Guadagno di corrente ottica = Corrente di uscita / Corrente di ingresso

Poiché Potenza = Tensione * Corrente, allora:

Guadagno di potenza ottica = Guadagno di tensione ottica * Guadagno di corrente ottica = Tensione di uscita / Tensione di ingresso * Corrente di uscita / Corrente di ingresso

Figura di rumore EDFA

Il processo di amplificazione genera rumore di emissione spontanea amplificata (Amplified Spontaneous Emission, ASE), che si aggiunge al segnale e porta a una diminuzione del rapporto segnale-rumore (SNR) dell'uscita. Il rapporto tra l'SNR in ingresso e l'SNR in uscita è specificato come figura di rumore (Noise Figure, NF):

Figura di rumore (NF) = SNR in ingresso / SNR in uscita

QSFPTEK EDFA e raccomandazione di prodotti correlati

Le novità QSFPTEK per le reti di trasporto ottico (OTN) includono due amplificatori EDFA — QT8600-PA (preamplificatore) e QT8600-BA (amplificatore booster). 

Possono essere utilizzati simmetricamente per estendere la portata del segnale nei sistemi DWDM a lunga distanza. Entrambi possono essere integrati nella serie QT8600 piattaforma chassis gestita, opzionale per i modelli 5U e 2U. Inoltre, altri prodotti OTN della stessa serie, inclusi OLP, DCM e transponder e muxponder, possono essere utilizzati per una soluzione DWDM completa. 

Figura 5: amplificatori EDFA e altri prodotti caricati nella piattaforma chassis 5U

Riepilogo

L'amplificatore EDFA è un modulo scheda di compensazione della potenza e amplificazione del segnale utilizzato per estendere la portata del segnale nelle reti in fibra ottica. L'utilizzo più diffuso dell'amplificatore in fibra drogata con erbio EDFA è nella rete DWDM, che ha esigenze urgenti di trasmissione a lunghissima distanza. Tre tipi di amplificatori ottici EDFA sono gli amplificatori booster, gli amplificatori in linea e i preamplificatori. L'EDFA booster è installato all'estremità del trasmettitore per amplificare il segnale prima che raggiunga la linea in fibra. Un amplificatore di linea viene inserito nella linea in fibra ogni 80km per compensare la potenza del segnale. Il preamplificatore viene posizionato prima del ricevitore per garantire che un segnale di potenza sufficiente arrivi al ricevitore per il rilevamento. 

Se hai ancora domande sugli amplificatori EDFA o sui preventivi dei prodotti, contatta [email protected] per assistenza. QSFPTEK sarà lieta di aiutare.