WDM系统光信噪比OSNR

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　　光信噪比（OSNR）是光纤信号与噪声的比值。在WDM系统中，OSNR能够较准确地反映传输 信号的质量。一般对于10Gbit/s信号接收端要求 OSNR在25dB以上（没有前向纠错FEC时），光信 噪比OSNR在WDM系统发送端一般为35～40dB，但 是经过第一个放大器后，OSNR将会有比较明显的 下降，以后每经过一个光放大器EDFA，OSNR都将 继续下降，但下降的幅度会越来越小。OSNR劣化 的原因在于光放大器在放大信号、噪声的同时，还 引入了新的ASE噪声，也就是放大器的自发辐射噪 声，从而使得总噪声水平提高，OSNR下降。
　　在WDM系统中，噪声的主要来源是光纤放大 器。对于掺铒光纤放大器而言，噪声的主要来源是 放大的自发辐射噪声（ASE）。光纤放大器在对光 信号进行放大时，伴随着对自发辐射光的放大，它 不仅会消耗大量反转粒子数，限制光放大器的增益和输出功率，而且构成了掺铒光纤放大器的附加噪 声源。因此，有效地抑制ASE噪声便成为实现高性 能掺铒光纤放大器的关键。
　　所有的光放大器都会带来额外的噪声。在 EDFA中，铒离子周围的电子从基态被泵浦到激发 态。在光信号穿过掺铒光纤时，前者从受激发的电 子中抽取能量，信号也随之通过受激辐射放大。但 是，电子会自发地回落到基态，同时随机辐射出光 子。掺铒光纤的前端随机辐射生成的光子可在光纤 的后部分获得放大。这种额外噪声可以由噪声系数 （NF）描述，由于光放大器不但能对输入的光信号 和ASE噪声进行相同增益的放大，而且还会额外增 加一部分ASE噪声功率，这种噪声还会沿着传输光 纤路径积累起来。显然，沿着传输光纤路 径，OSNR值是逐步降低的。
　　另一种噪声来源于信号的反射，由于存在有双 重瑞利散射，以及光纤连接器、熔接头对信号有反 射效应，应使用拉曼放大器系统，对这些效应要严 格控制。
　　在超长距离WDM系统中，级联的光放大器的个数可能会达到几十个甚至上百个，而产生于光放大 器的 ASE 噪声将同信号光一样重复一个衰减和放大 周期。进来的 ASE 噪声在每个放大器中均经过放 大，并且叠加在本地放大器所产生的 ASE 噪声上，所以总 ASE 噪声功率就随着光放大器数目的增多而 大致成比例增大，使光放进入饱和状态，信号功率 则随之减小。如果不加以控制，噪声功率可能超过 信号功率。
　　对于一个带光放大的传输链路，作为衡量系统 性能最终手段的接收端比特误码率（BER）直接与 接收端的OSNR有关，其他条件不变，OSNR越大，则BER越低。以10Gbit/s接收机为例，在背靠背（无 传输）配置下接收消光比10dB的光信号，为获得 10 −12 的BER所要求的最小OSNR的典型值为14～15dB，因此10Gbit/s传输系统接收机处的OSNR必须 大于这一数值，以保证BER小于10 −12 。这一OSNR 的数值成为传输系统的“OSNR容限”。在WDM传 输系统中OSNR容限是衡量系统性能最重要的光学 指标之一。其他条件不变的情况下，传输系统的OSNR容限越低，系统性能越优异。图5-2所示为 10Gbit/s光信号OSNR背靠背原始BER特性曲线比 较。