光信噪比OSNR（Optical Signal Noise Ratio ）

做過波分項(xiàng)目的同鞋們應(yīng)該經(jīng)常與OSNR打交道，可以說OSNR貫穿了整個(gè)波分設(shè)計(jì)的始終。

今天通信百科就先來聊聊OSNR。

OSNR的定義

它定義為在光有效帶寬為0.1nm內(nèi)光信號(hào)功率和噪聲功率的比值：

(此處Pi,Ni單位是mw)

其中:Pi是第i個(gè)信道的光信號(hào)功率;

Bm是等效噪 聲帶寬；

Ni是等效噪聲帶寬Bm范圍內(nèi)的噪聲功率；

Br是參考光帶寬，典型的取值為0.1nm。

簡(jiǎn)單一點(diǎn)理解就是，在信號(hào)光的中心頻率附近信號(hào)光的全部光功率和與某一帶寬內(nèi)噪聲光的全部光功率之間比值。

但是在WDM系統(tǒng)中，鏈路不同的參考點(diǎn)處有不同的光信噪比，但對(duì)我們有意義的是接收端(放大器)之后的OSNR.

而放大器產(chǎn)生的自發(fā)輻射噪聲PASE又WDM系統(tǒng)噪聲的主要來源（差不多噪聲就等于PASE）。

且OSNR在第一個(gè)放大段之后的OSNR下降最后厲害。

• 對(duì)復(fù)用段而言，有價(jià)值的是最后一個(gè)放大器之后的OSNR；
• 對(duì)業(yè)務(wù)而言，有價(jià)值的是業(yè)務(wù)接收端前面的第一個(gè)放大器之后的OSNR，如果這個(gè)OSNR不滿足，就需要在前面某個(gè)站點(diǎn)增加電中繼了。

關(guān)于自發(fā)輻射噪聲PASE的計(jì)算公式：

PASE=2Nsp(G-1)hv· △v(mw)

看到這個(gè)公式就頭大，此處忽略......

有興趣的可以搜索每個(gè)參數(shù)的意思。

10Log（hv· △v(mw)）=-58dBm

總之那一串串它可以變換成如下的公式：

PASE=-58+NF+G

推導(dǎo)下來，我們就有了另一個(gè)常用且非常重要的光信噪比估算公式，

OSNR 58公式

OSNR=Pout-PASE=Pout-G-NF-10LogN+58

其中：

OSNR是n個(gè)光放段后的每通路光信噪比（單位為dBm）；

Pout是每通路的平均輸出功率（入纖功率）；

G：放大器增益(一般與光放段衰減相等)（單位為dB）;

NF：EDFA的噪聲指數(shù)（單位為dB）.

因此，如何提高OSNR就顯得非常重要。

如何提高OSNR？

根據(jù)58公式可以看出，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)線路光纖固定時(shí)，可以通過如下方法提高系統(tǒng)的OSNR：

• 提高Pout：采用大功率OBA和OLA，提高入纖功率，但受非線性效應(yīng)限制（入纖光功率越大，非線性越明顯）；
• 降低NF：采用Raman等低噪聲的放大器配合大功率放大器。

說到這，不知道你會(huì)不會(huì)有下面有兩個(gè)問題：

1. OSNR達(dá)到到多少才能滿足要求？
2. OSNR達(dá)到最大值仍然不能滿足要求，應(yīng)該怎么辦？

這兩個(gè)問題我們留在文章結(jié)尾來說。

接下來再來聊聊BER！

比特誤碼率BER（ Bit Error Ratio** ）**

比特誤碼率BER 是什么？

它是電信號(hào)（如1101）轉(zhuǎn)換成光信號(hào)在WDM波分系統(tǒng)中傳輸，到達(dá)鏈路末端，接收機(jī)將光信號(hào)變成電信號(hào)（如1111），發(fā)生錯(cuò)誤的bit與總的bit數(shù)之比。可以說，它是衡量傳輸質(zhì)量的終極值。

在WDM系統(tǒng)中，影響B(tài)ER的因素主要有噪聲，非線性和色散(PMD/CD)。當(dāng)以上影響因素在線路設(shè)計(jì)時(shí)固定后，也就是系統(tǒng)OSNR已經(jīng)確定，這時(shí)收端不加任何糾錯(cuò)處理的話，BER該是多少就是多少了。

（這時(shí)的BER也就是WDM系統(tǒng)的糾前誤碼率）

那么我們?nèi)绾蝸斫档虰ER？

在WDM系統(tǒng)通里，一般都會(huì)通過對(duì)信號(hào)采取編碼前向糾錯(cuò)FEC的方式來降低BER以達(dá)到系統(tǒng)的要求（不同的調(diào)制碼型BER也不同）。

前向FEC是指在發(fā)送端編碼插入校驗(yàn)位，收端檢測(cè)解碼并糾錯(cuò)：

FEC在信號(hào)中的位置：

對(duì)比一下糾錯(cuò)前后的誤碼率BER（RS（255，238）FEC方案）

說了這么多，那么BER與OSNR又有什么關(guān)系？

OSNR與BER的關(guān)系

我們知道，放大器噪聲會(huì)劣化OSNR，而且OSNR隨著光放大器級(jí)聯(lián)數(shù)目的增加會(huì)進(jìn)一步降低，最終在接收端增加誤碼率BER。

因此OSNR可以間接的反映BER信息，可以對(duì)可能的BER劣化進(jìn)行前期警示，我們來看看下面兩個(gè)圖。

2.5G系統(tǒng)的BER-OSNR曲線，

10G系統(tǒng)的BER-OSNR曲線

通過曲線可以知道，OSNR越高，誤碼率越低，OSNR減小，相應(yīng)的誤碼率也會(huì)增大。那么OSNR是不是可以一直小下去？答案肯定不是的。這里就出現(xiàn)了我們另一個(gè)比較重要的概念：

B2B OSNR

定義為：當(dāng)信噪比低于一定值時(shí)，糾前誤碼會(huì)過大，產(chǎn)生FEC不可糾誤碼，也就是FEC糾錯(cuò)之后的誤碼都不能滿足接收端的要求，此時(shí)的信噪比門限稱為B2B OSNR容限。

因此，F(xiàn)EC糾錯(cuò)能力越強(qiáng)，B2B OSNR容限越小，WDM波分線路光模塊的性能就越好。

由B2B OSNR，我們就可以得出WDM波分系統(tǒng)另一個(gè)OSNR值：

系統(tǒng)OSNR容限

系統(tǒng)OSNR容限=B2B OSNR容限+余量+通道代價(jià)

最后，回到上面的兩個(gè)問題：

• OSNR達(dá)到到多少才能滿足要求？

設(shè)計(jì)的OSNR值不小于系統(tǒng)的OSNR容限值；

• OSNR達(dá)到最大值仍然不能滿足要求，應(yīng)該怎么辦？

使用更好性能的光模塊，也即更低的B2B OSNR。