Amplificadores y regeneración: EDFA, Raman, SOA, OEO

Un par de transceptores transporta una señal hasta donde lo permiten su presupuesto de potencia y su tolerancia a la dispersión — 10 km para LR, 80 km para ZR, 120 km para un 400ZR amplificado. Más allá de eso, algo en la línea debe restaurar lo que la fibra quitó: un amplificador óptico que refuerza todas las longitudes de onda a la vez sin tocar los datos, o un regenerador que recibe la señal eléctricamente y la retransmite. Esta página trata cuándo termina el presupuesto, los tipos de amplificador y sus cifras, dónde se ubican en la línea, cómo el presupuesto se convierte en un presupuesto de OSNR una vez presentes los amplificadores, qué exige operar una línea amplificada, y cómo elegir entre amplificación, regeneración y un módulo coherente.

Cuándo termina el presupuesto del transceptor

Tecnología	Alcance sin amplificar	Qué lo extiende
10G LR / ER / ZR	10 / 40 / 80 km	compensación de dispersión y un EDFA hasta 100–150 km; sistemas de línea DWDM más allá
100G LR4 / ER4 (detección directa)	10 / 40 km	ninguno — pase a coherente para tramos más largos
Módulos conectables coherentes 100G–400G (ZR, ZR+)	40 km (400ZR sin amplificar, ≤ 11 dB)	un par de EDFA hasta 120 km (ZR), cadenas de amplificadores hasta 1 000+ km (ZR+, OpenZR+) (Larga distancia coherente)
10G DWDM sobre un multiplexor	80 km por tramo con EDFAs	cadenas de EDFAs con módulos de compensación de dispersión hasta 400–600 km, después regeneración
Transpondedores coherentes	80–120 km por tramo	cadenas de EDFA y Raman, ROADM, 1 000–3 000 km por sección de regeneración
PON, clase C+	20 km, 1:32–1:64	extensores de alcance (ITU-T G.984.6) hasta 60 km o divisiones mayores
Multimodo	100–400 m	nunca se amplifica — un conmutador o convertidor de medios regenera

Tipos de amplificador

Tipo	Principio	Banda	Ganancia y salida	Figura de ruido	Notas
EDFA (amplificador de fibra dopada con erbio)	unos pocos metros de fibra dopada con erbio bombeada a 980 o 1480 nm; la señal estimula la emisión	banda C 1 530–1 565 nm; variantes de banda L 1 565–1 625 nm	ganancia de 15–35 dB; salida total +17 … +23 dBm, boosters hasta +27 dBm	4–6 dB	el caballo de batalla; monocanal o multicanal; filtros de aplanado de ganancia, ganancia variable, control de transitorios para adición/extracción de canales (Componentes DWDM)
Raman (distribuido)	se inyecta en la fibra de transmisión un bombeo unos 100 nm por debajo de la señal (≈ 1 450 nm para banda C), normalmente en contrapropagación; la propia fibra amplifica en sus primeros 20–40 km	cualquier banda que permita el bombeo	10–15 dB de ganancia distribuida	figura de ruido efectiva menor que la de un EDFA — OSNR 3–5 dB mejor por tramo	bombeos +27 … +30 dBm, Clase 4 — la limpieza de conectores y el APR son críticos para la seguridad (Seguridad y manipulación); híbrido Raman-EDFA para tramos largos o sin repetidores (300+ km)
SOA (amplificador óptico de semiconductor)	un chip láser sin espejos; bombeado eléctricamente	cualquiera, incluida la banda O a 1 310 nm	10–20 dB; +10 … +13 dBm	7–9 dB	rápido, pequeño, barato; extensores de alcance PON y modo ráfaga; la ganancia dependiente del patrón limita su uso en DWDM
Amplificador remoto bombeado ópticamente (ROPA)	una bobina de erbio sin alimentación propia en la línea, bombeada desde el terminal a través de la fibra	banda C	10–15 dB	—	tramos submarinos y desérticos sin repetidores
Regenerador 3R (OEO)	recibe, resincroniza, remodela, retransmite — dos transpondedores espalda con espalda	por canal	reinicia OSNR, dispersión, PMD y distorsión no lineal	—	caro por canal y añade latencia; necesario donde la amplificación sola ya no alcanza la OSNR requerida
Regenerador 2R, convertidor de medios	reamplifica y remodela eléctricamente sin un nuevo reloj	por canal	reinicia la potencia y el diagrama de ojo	—	enlaces pequeños; un puerto de conmutador es el regenerador cotidiano (Equipos de transporte y acceso)

Dónde se ubican los amplificadores en la línea

Posición	Finalidad	Valores típicos
Booster (postamplificador) después del multiplexor en el terminal de transmisión	elevar los canales combinados a la potencia de lanzamiento	+17 … +20 dBm total, 0 … +3 dBm por canal
En línea (amplificador de línea) en cada tramo	compensar la pérdida del tramo	tramo de 80–120 km, pérdida de 20–28 dB; ganancia ajustada para igualarla; acceso de etapa intermedia para un módulo de compensación de dispersión en líneas 10G heredadas
Preamplificador antes del demultiplexor en el terminal de recepción	elevar los canales débiles por encima del ruido del receptor	−25 dBm por canal a la entrada, −5 dBm a la salida; mejora la sensibilidad efectiva en 10 dB o más
Raman distribuido en el extremo receptor de un tramo	reducir la figura de ruido efectiva, alargar el tramo	20–40 km de ganancia distribuida
Estación de amplificación	una caseta o armario con alimentación, baterías, refrigeración, el terminal del OSC y monitorización	cada 80–120 km en rutas largas (Topologías de red de fibra)

De un presupuesto de potencia a un presupuesto de OSNR

Cada amplificador añade emisión espontánea amplificada — ruido — en cada etapa. Una vez que hay amplificadores en la línea, el receptor queda limitado por la relación señal-ruido óptica, no por la potencia.

Fórmula	Significado
OSNR_span [dB, 0,1 nm] ≈ 58 + P_channel [dBm] − L_span [dB] − NF [dB]	la OSNR después de un tramo y un amplificador
OSNR_total ≈ OSNR_span − 10 · log₁₀ N	N tramos idénticos
OSNR requerida: 10G NRZ ≈ 15–18 dB; 100G DP-QPSK con FEC de decisión suave ≈ 12–15 dB; 400ZR ≈ 26 dB; 400G 16QAM ZR+ ≈ 22–24 dB	lo que necesita el receptor

Ejemplo: 0 dBm por canal, tramos de 22 dB, figura de ruido de 5 dB → 31 dB por tramo; tres tramos → 26,2 dB, el límite de 400ZR; diez tramos → 21 dB, cómodo para 100G DP-QPSK. Aumentar la potencia por canal gana OSNR hasta que los efectos no lineales la recuperan — el óptimo suele ser 0 … +3 dBm por canal en G.652 (Efectos no lineales, Amplificación y OSNR).

Operar una línea amplificada

Elemento	Práctica
Seguridad óptica	Clase 3B/4 en cada salida de amplificador y bombeo Raman; la reducción automática de potencia (APR, ITU-T G.664) apaga los bombeos ante pérdida de señal; nunca desconecte un conector de alta potencia en funcionamiento; etiquetas de peligro en cada estación
Limpieza de conectores	a +20 dBm y más una cara de conector contaminada se quema y puede provocar un fusible de fibra; inspeccione antes de cada conexión (Inspección y limpieza de caras de conector)
Reflexiones	aisladores dentro de los amplificadores, conectores APC, ORL ≥ 24 dB en la línea; una reflexión fuerte hacia un EDFA lo hace entrar en oscilación láser (Reflexiones y pérdida de retorno)
Monitorización de bombeo	la corriente de bombeo a salida constante es el indicador de envejecimiento; tarjetas de bombeo o amplificadores completos de repuesto
Ganancia e inclinación	los filtros de aplanado de ganancia y la ecualización dinámica de ganancia mantienen 40–96 canales dentro de 1–2 dB; la inclinación crece con Raman y el número de tramos
Adición y extracción de canales	el control de transitorios evita que los canales supervivientes se disparen cuando otros desaparecen; añada canales según el procedimiento
Canal de supervisión óptica (OSC)	una longitud de onda separada, normalmente 1 510 o 1 610 nm, terminada en cada estación de amplificación, que transporta gestión, alarmas y telemetría de pérdida de tramo (Monitorización y gestión)
Alimentación y entorno	−48 V CC con 4–8 horas de batería, refrigeración, sensores de puerta y temperatura en estaciones no atendidas
Caracterización de la fibra primero	la pérdida de tramo, el ORL, la dispersión, el PMD y el área efectiva determinan el plan de amplificadores (Caracterización de la fibra)

Elegir entre amplificación, regeneración y coherente

Situación	Elección
10G monocanal, 80–100 km	un módulo 10G ZR, o LR/ER con un EDFA y compensación de dispersión
10G DWDM, 200–400 km, heredado	cadena de EDFA con módulos de compensación de dispersión; considere sustituir por coherente
100G, 80–120 km	conectable 400ZR/100G ZR con un par de EDFA — la respuesta moderna más simple
100G–400G, 500–2 000 km	transpondedores coherentes o ZR+ con cadenas de EDFA y ROADM; regeneración solo donde se agota la OSNR
Sin repetidores 250–400 km	boosters de alta potencia, Raman, ROPA, coherente
PON más allá de 20 km o divisiones grandes	extensor de alcance u óptica de clase C++/E2 (Clases de ODN)
Campus multimodo más allá de 400 m	un conmutador o convertidor de medios como regenerador, o fibra monomodo
Cualquier enlace con un déficit de OSNR que los amplificadores no puedan corregir	regeneración 3R

En CodingBox

Los módulos que alimentan y terminan una línea amplificada siguen siendo conectables, y CodingBox lee lo que importa a la entrada del amplificador: potencia de lanzamiento, longitud de onda exacta o canal DWDM, rango sintonizable, clase de potencia. Un módulo coherente también informa la OSNR, la dispersión cromática y el BER pre-FEC mediante VDM — el estado del sistema de línea tal como lo ve el receptor — y CodingBox muestra cuáles de estos observables anuncia el módulo (Transceptores sintonizables, Métricas de VDM y FEC, Check transceiver).

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