Amplificadores e regeneração: EDFA, Raman, SOA, OEO

Um par de transceptores transmite um sinal até onde seu orçamento de potência e a tolerância à dispersão permitirem — 10 km para LR, 80 km para ZR, 120 km para um 400ZR amplificado. Além disso, algo na linha precisa restaurar o que a fibra consumiu: um amplificador óptico que reforça todos os comprimentos de onda de uma vez sem tocar nos dados, ou um regenerador que recebe o sinal eletricamente e o transmite novamente. Esta página aborda onde o orçamento termina, os tipos de amplificador e seus números, onde eles ficam posicionados na linha, como o orçamento se transforma em um orçamento de OSNR quando há amplificadores presentes, o que a operação de uma linha amplificada exige, e como escolher entre amplificação, regeneração e um módulo coerente.

Quando o orçamento do transceptor termina

Tecnologia	Alcance sem amplificação	O que estende
10G LR / ER / ZR	10 / 40 / 80 km	compensação de dispersão e um EDFA até 100–150 km; sistemas de linha DWDM além disso
100G LR4 / ER4 (detecção direta)	10 / 40 km	nenhum — migre para coerente em vãos mais longos
100G–400G plugáveis coerentes (ZR, ZR+)	40 km (400ZR sem amplificação, ≤ 11 dB)	um par de EDFA até 120 km (ZR), cadeias de amplificadores até 1 000+ km (ZR+, OpenZR+) (Longa distância coerente)
10G DWDM via multiplexador	80 km por vão com EDFAs	cadeias de EDFAs com módulos de compensação de dispersão até 400–600 km, depois regeneração
Transponders coerentes	80–120 km por vão	cadeias de EDFA e Raman, ROADMs, 1 000–3 000 km por seção de regeneração
PON, classe C+	20 km, 1:32–1:64	extensores de alcance (ITU-T G.984.6) até 60 km ou splits maiores
Multimodo	100–400 m	nunca amplificado — um switch ou conversor de mídia regenera

Tipos de amplificadores

Tipo	Princípio	Banda	Ganho e saída	Figura de ruído	Notas
EDFA (amplificador de fibra dopada com érbio)	alguns metros de fibra dopada com érbio bombeada em 980 ou 1480 nm; o sinal estimula a emissão	banda C 1 530–1 565 nm; variantes de banda L 1 565–1 625 nm	ganho de 15–35 dB; saída total de +17 … +23 dBm, boosters até +27 dBm	4–6 dB	o tipo mais usado; monocanal ou multicanal; filtros de nivelamento de ganho, ganho variável, controle de transiente para inserção e extração de canais (Componentes DWDM)
Raman (distribuído)	um bombeio cerca de 100 nm abaixo do sinal (≈ 1 450 nm para a banda C) é injetado na fibra de transmissão, geralmente no sentido contrário; a própria fibra amplifica ao longo dos primeiros 20–40 km	qualquer banda que o bombeio permitir	10–15 dB de ganho distribuído	figura de ruído efetiva menor que a de um EDFA — OSNR de 3–5 dB melhor por vão	bombeios de +27 … +30 dBm, Classe 4 — a limpeza dos conectores e o APR envolvem risco à vida (Segurança e manuseio); híbrido Raman-EDFA para vãos longos ou sem repetidor (300+ km)
SOA (amplificador óptico semicondutor)	um chip laser sem espelhos; bombeado eletricamente	qualquer uma, incluindo a banda O em 1 310 nm	10–20 dB; +10 … +13 dBm	7–9 dB	rápido, pequeno, barato; extensores de alcance PON e modo burst; ganho dependente do padrão limita o uso em DWDM
Amplificador remoto bombeado opticamente (ROPA)	uma bobina de érbio sem alimentação elétrica na linha, bombeada a partir do terminal através da fibra	banda C	10–15 dB	—	vãos submarinos e desérticos sem repetidor
Regenerador 3R (OEO)	recebe, retemporiza, reformata, retransmite — dois transponders back-to-back	por canal	restaura OSNR, dispersão, PMD e distorção não linear	—	caro por canal e acrescenta latência; necessário quando a amplificação isolada não alcança mais o OSNR exigido
Regenerador 2R, conversor de mídia	reamplifica e reformata eletricamente sem um novo clock	por canal	restaura potência e diagrama de olho	—	enlaces pequenos; uma porta de switch é o regenerador do dia a dia (Equipamentos de transporte e acesso)

Onde os amplificadores ficam na linha

Posição	Finalidade	Valores típicos
Booster (pós-amplificador) após o multiplexador no terminal de transmissão	eleva os canais combinados até a potência de lançamento	+17 … +20 dBm total, 0 … +3 dBm por canal
Inline (amplificador de linha) a cada vão	compensa a perda do vão	vão de 80–120 km, perda de 20–28 dB; ganho ajustado para igualar a perda; acesso de estágio intermediário para um módulo de compensação de dispersão em linhas 10G legadas
Pré-amplificador antes do demultiplexador no terminal de recepção	eleva canais fracos acima do ruído do receptor	−25 dBm por canal na entrada, −5 dBm na saída; melhora a sensibilidade efetiva em 10 dB ou mais
Raman distribuído na extremidade de recepção de um vão	reduz a figura de ruído efetiva, estende o vão	20–40 km de ganho distribuído
Site do amplificador	uma cabana ou gabinete com alimentação elétrica, baterias, refrigeração, o terminal OSC e monitoramento	a cada 80–120 km em rotas longas (Topologias de rede de fibra)

Do orçamento de potência ao orçamento de OSNR

Um amplificador acrescenta emissão espontânea amplificada — ruído — a cada estágio. Uma vez que há amplificadores na linha, o receptor passa a ser limitado pela relação sinal-ruído óptica, não pela potência.

Fórmula	Significado
OSNR_span [dB, 0,1 nm] ≈ 58 + P_channel [dBm] − L_span [dB] − NF [dB]	o OSNR após um vão e um amplificador
OSNR_total ≈ OSNR_span − 10 · log₁₀ N	N vãos idênticos
OSNR exigido: 10G NRZ ≈ 15–18 dB; 100G DP-QPSK com FEC de decisão suave ≈ 12–15 dB; 400ZR ≈ 26 dB; 400G 16QAM ZR+ ≈ 22–24 dB	o que o receptor precisa

Exemplo: 0 dBm por canal, vãos de 22 dB, figura de ruído de 5 dB → 31 dB por vão; três vãos → 26,2 dB, o limite do 400ZR; dez vãos → 21 dB, confortável para 100G DP-QPSK. Aumentar a potência do canal melhora o OSNR até que os efeitos não lineares o revertam — o ideal costuma ser 0 … +3 dBm por canal em G.652 (Efeitos não lineares, Amplificação e OSNR).

Operando uma linha amplificada

Item	Prática
Segurança óptica	Classe 3B/4 em cada saída de amplificador e bombeio Raman; a redução automática de potência (APR, ITU-T G.664) desliga os bombeios na perda de sinal; nunca desconecte um conector de alta potência energizado; etiquetas de risco em cada site
Limpeza dos conectores	em +20 dBm e acima, uma face de conector contaminada queima e pode iniciar um fusível de fibra; inspecione antes de cada acoplamento (Inspeção e limpeza da face do conector)
Reflexões	isoladores dentro dos amplificadores, conectores APC, ORL ≥ 24 dB na linha; uma reflexão forte de volta para um EDFA faz com que ele passe a lasear (Reflexões e perda de retorno)
Monitoramento do bombeio	a corrente do bombeio em saída constante é o indicador de envelhecimento; placas de bombeio sobressalentes ou amplificadores inteiros
Ganho e inclinação	filtros de nivelamento de ganho e equalização dinâmica de ganho mantêm 40–96 canais dentro de 1–2 dB; a inclinação aumenta com o Raman e o número de vãos
Inserção e extração de canais	o controle de transiente evita que os canais sobreviventes tenham um surto de potência quando outros desaparecem; adicione canais seguindo o procedimento
Canal de supervisão óptica (OSC)	um comprimento de onda separado, tipicamente 1 510 ou 1 610 nm, terminado em cada site de amplificador, carregando gerenciamento, alarmes e telemetria de perda do vão (Monitoramento e gerenciamento)
Energia e ambiente	−48 V DC com 4–8 horas de bateria, refrigeração, sensores de porta e temperatura em sites não assistidos
Caracterização da fibra primeiro	a perda do vão, ORL, dispersão, PMD e área efetiva definem o plano de amplificação (Caracterização da fibra)

Escolhendo entre amplificação, regeneração e coerente

Situação	Escolha
10G canal único, 80–100 km	um módulo 10G ZR, ou LR/ER com um EDFA e compensação de dispersão
10G DWDM, 200–400 km, legado	cadeia de EDFA com módulos de compensação de dispersão; considere substituir por coerente
100G, 80–120 km	plugável 400ZR/100G ZR com um par de EDFA — a resposta moderna mais simples
100G–400G, 500–2 000 km	transponders coerentes ou ZR+ com cadeias de EDFA e ROADMs; regeneração apenas onde o OSNR se esgota
Sem repetidor, 250–400 km	boosters de alta potência, Raman, ROPA, coerente
PON além de 20 km ou splits grandes	extensor de alcance ou óptica classe C++/E2 (Classes de ODN)
Campus multimodo além de 400 m	um switch ou conversor de mídia como regenerador, ou fibra monomodo
Qualquer enlace com déficit de OSNR que os amplificadores não conseguem corrigir	regeneração 3R

No CodingBox

Os módulos que alimentam e terminam uma linha amplificada continuam sendo plugáveis, e o CodingBox lê o que importa na entrada do amplificador: potência de lançamento, comprimento de onda exato ou canal DWDM, faixa sintonizável, classe de potência. Um módulo coerente também reporta OSNR, dispersão cromática e BER pré-FEC através do VDM — a saúde do sistema de linha como o receptor a vê — e o CodingBox mostra quais desses observáveis o módulo anuncia (Transceptores sintonizáveis, Métricas de VDM e FEC, Check transceiver).

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