DWDM系统光信噪比计算的改进方法Word下载.docx

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而安立的MS9720,在输入信号的光信噪比较高时尚可精确测量光放大器的噪声系数，

因为在光信噪比较高时可忽略放大的源噪声GPSSE，但在输入信号的光信噪比较低时其噪声系数

测量结果就很离谱了。

1.2光放大器的等效噪声模型

WDM系统光信噪比计算的中间步骤需要计算噪声功率Pn,Pn=PaseGPsse,其中Psse可

根据输入信号功率及相应的输入光信噪比计算得出，而PASE可根据光放大器的噪声系数得出。

下图是光放大器的等效噪声模型：

11

因为通常情况下有：

NF…一，所以在Pase计算过程中省略散粒噪声—，光放大器的等效

GG

1

噪声简化模型为下图。

注1）在增益较低的EDFA或DRA的噪声计算中不能省略；

注2）下图

G

中GPase才是光放大器在放大过程中产生的ASE噪声。

图3光放大器的等效噪声简化模型

下图是后向泵浦DRA的等效噪声模型，系统等效为一个增益为Goff的光纤损耗单元，和一个

增益为Gon-off、噪声系数为NFeq的集中式光放大器单元。

其中Gon-off是开关增益，Goff是对应有效光纤长度Leff=_6的增益（典型值为-5dB）。

DRA的等效噪声系数典型值为-2.5dB。

信号

CL

经过任何光放大器放大，总会产生噪声，降低信号的光信噪比。

噪声系数为负值是因为实际的分布

式放大模型等效为集中式光放大模型引起的。

DRA在放大过程中产生的噪声会因为光纤损耗而衰

减一部分，一定程度上降低了噪声系数。

如下图，等效输入点之前为光纤损耗，等效输入点之后为光放大器。

参考输出平面和参考输入平面之间的噪声系数肯定为正值，即光信噪比降低，而参考输出平面和等效输入点之间的噪声系数有可能为负值，即光信噪比提高。

图4后向泵浦分布式喇曼光放大器的等效噪声模型

1.3典型子系统的噪声系数

在色散补偿系统中，很多情况下需要配置2个光放大器以及色散补偿模块和衰减器组成2R光

中继子系统。

如下图。

NF,NF2=LNF3

图5典型光中继子系统

F面分析和计算上图中继子系统的等效噪声系数。

源自0A1产生的噪声为:

衰减单元不产生噪声，因为

源自0A3产生的噪声为:

NF1

NF2

NF3

—=0-

G2

=<

hvB汇G2汉G3；

XG^hvB。

等效噪声系数为:

NFeq

r/人、

/鼻、

|iNF1-——

xGtxhvBXG2xGs+

NF3一——

xG3沢hvB

A6丿

<

6丿

丄

GiG2G3：

：

hvB

GtotalhvBGtotal

GiG2G3

G1

NF3

G31

-

G1G2G1G2G3

^NF1

G1G2

.NF3L

从上式可见,

中继子系统的等效噪声系数与

NF1、G1、NF3、L密切相关，在实际系统中,

G1G2G3相等。

很难保证各中继子系统的等效噪声系数、以及子系统总增益

F面再给出单个放大衰减子系统和多个放大衰减子系统的等效噪声系数的计算，供参考。

图6单个放大衰减子系统

G/LhvB

二NF

=NF-1/G+L/G

图7多个放大衰减子系统

NFeq

了1、1

nNF“GhvB/L

IlG丿」十_

G/L

1.4噪声功率vs信号功率

近年来随着电域信号处理技术的进步，如EDC技术、FEC技术，以及各种层出不穷的新型调

制码型技术，大大提高了系统的噪声容忍能力。

在未来的长距WDM系统中，10Gb/s系统的光信噪

比最低标准有可能达到10dB左右，所以越来越有必要考虑总功率中噪声功率所占的分量。

下面通过典型值估算信号功率和噪声功率：

40波C波段WDM系统，假设0A增益带宽为40nm，

信号的光信噪比为15dB，通道信号功率平坦，单通道信号功率为P1。

总的信号功率为：

40XP1。

总的噪声功率为：

P1X10-15/10X（40/0.1）=12.649XP1。

15/10

单通道噪声功率为：

P1X10-X（0.8/0.1）=0.253XP1。

这样总信号功率大约是总噪声功率的3.16倍，单通道信号功率大约是单通道噪声功率的3.95

倍。

所以本文建议光信噪比的分析和计算中应该考虑噪声功率。

有人说，当光信噪比较高时（>

20dB）,噪声功率连信号功率的1/100都不到，所以可以忽略噪

P—p

声功率。

在所有光谱分析仪的光信噪比测量计算中，采用的公式均为：

OSNR二一3，其

Pnoise

中Pnoise是内插法得出的0.1nm内的噪声功率，Petal是信号峰值功率。

2光信噪比计算的传统方法

噪声、色度色散、非线性效应和偏振模色散是目前DWDM系统设计需要考虑的四大关键问题。

ITU-T系列建议对WDM系统的光信噪比计算一直比较重视，但采用的是计算模型有很多不太符合工程实际且影响计算结果精度的假设。

2.1G.692

ITU-TG692（10/98）OPTICALINTERFACESFORMULTICHANNELSYSTEMSWITH

OPTICALAMPLIFIERS”，附录1.1.1假设所有跨段的损耗是相同的，所有跨段的发送功率相等，所

有节点的噪声系数相等，给出的公式为：

OSNR=Pout-L-Nf-10LogN-10Log[h。

（注：

单

位均为dBm或dB）。

可以看出当系统的损耗或每跨段的发送功率稍微变动，由于平均效应，OSNR变化并不大。

但

是，当系统不是等距光中继，且相差较大，这时就不能再采用这个公式计算系统接收端的光信噪比了。

2.2G.696.1

ITU-TG.696.1（07/2005）"

Longitudinallycompatibleintra-domainDWDMapplications”，附录1.1.1

假设系统有x个跨段，含1个OBA,x-1个OLA,1个OPA,且假设跨段损耗均为、且L等于OLA的增益GLa，所有光放大器的噪声系数相同，OLA和OBA的输出功率相同，给出的计算公式为（注:

单位均为dBm或dB）:

经过分析，上式在计算过程中采用的是简化模型，仅考虑信号和ASE噪声之间的拍噪声，忽

略散粒噪声一，试推导如下：

源自发送端的OBA产生的噪声为：

-10logh「：

.'

\I■GBA-L-GPA

NFeff■10loghV'

J■Gba-L+Gla一…Gp^=NFeff

源自第1个OLA产生的噪声为：

NFeff■10loghJ■GLA-L...-GPA=NFeff-10loglhaJ-GPA

源自第x-1个OLA产生的噪声为

NFeff■10logh、>

J■GLA-L-GPA二NFeff-10logh・>

J■G

源自接收端的OPA产生的噪声为：

NFeff-10logh-\^u'

GPA

这样接收端输出的总噪声为:

GBA

1010

L

接收端输出的总信号功率为:

Pout■L'

GLA'

...'

GPA-Pout■L'

GPA

所以最终的光信噪比为:

OSNR

f

/GbaW

（Pout—L+GPA）-

NFeff+10loghVvJ+Gpa+10log

1010X+L

10^

J

丿

x1010

1010

2.3Sup.39

ITU-T建议SupplementSup.39（August2003）Opticalsystemdesignandengineeringconsiderations,version1.9（foragreement）”，其中9.5是关于噪声级联的计算，给出的光信噪比为：

可见和ITU-TG.696.1完全一致。

并给出了一系列特定条件下简化公式,

当OBA和OLA的增益大致相同时，即GBA:

.L，有:

当跨段损耗远大于OBA的增益时，即L…Gba，有:

OSNR=Pout-L-NF-10logN-10loghv、.r这也是ITU-TG.692上给出的特殊用例。

当单跨段应用，且系统只有一个OBA，有：

OSNR—Pout_Gba-NF-10logihvyri

当单跨段应用时，且系统只有一个OPA，有：

OSNR二Pout-L—NF-10loghv•r

2.4Sup.41

ITU-T建议SeriesGSupplement41（05/2005）'

Designguidelinesforopticalfibresubmarinecable

systems”，其中7.1.3.1是关于OSNR的计算，也包含三个假设：

假设所有光放大器的噪声系数相同，假设所有跨段的损耗相同，假设所有OLA的输出光功率相同。

给出的N个跨段，N-1个OLA系统

的光信噪比计算公式为（注：

单位均为线性单位）：

N.Namp

Pout

NFGh、.Br

gr

当G■-1时，上式可简化为:

试推导如下：

源自发送端OBA产生的噪声为:

源自第N-1个OLA产生的噪声为:

源自接收端OPA产生的噪声为:

2.5ZTE

以下适用于ZTE北研各种版本的光信噪比EXCEL计算软件。

OA产生的噪声功率折

北研EXCEL计算均采用简化模型，忽略散粒噪声。

将系统中各节点

算到系统的接收端，从而计算出信号的光信噪比。

F面图及说明引用自北研内部技术文档《一种计算不同跨距的光信噪比的方法》

图8采用简化模型计算累积的噪声功率

第1点折算到接收端的噪声（dB）=Pase+G1+L1+G2+L2+G3+L