光信噪比OSNR（Optical Signal Noise Ratio ）

做過波分項目的同鞋們應該經常與OSNR打交道，可以說OSNR貫穿了整個波分設計的始終。

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內光信號功率和噪聲功率的比值：

(此處Pi,Ni單位是mw)

其中:Pi是第i個信道的光信號功率;

Bm是等效噪 聲帶寬；

Ni是等效噪聲帶寬Bm范圍內的噪聲功率；

Br是參考光帶寬，典型的取值為0.1nm。

簡單一點理解就是，在信號光的中心頻率附近信號光的全部光功率和與某一帶寬內噪聲光的全部光功率之間比值。

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

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

且OSNR在第一個放大段之后的OSNR下降最后厲害。

• 對復用段而言，有價值的是最后一個放大器之后的OSNR；
• 對業務而言，有價值的是業務接收端前面的第一個放大器之后的OSNR，如果這個OSNR不滿足，就需要在前面某個站點增加電中繼了。

關于自發輻射噪聲PASE的計算公式：

PASE=2Nsp(G-1)hv· △v(mw)

看到這個公式就頭大，此處忽略......

有興趣的可以搜索每個參數的意思。

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

推導下來，我們就有了另一個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（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58公式可以看出，在系統設計時，當線路光纖固定時，可以通過如下方法提高系統的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，不知道你會不會有下面有兩個問題：

1. OSNR達到到多少才能滿足要求？
2. OSNR達到最大值仍然不能滿足要求，應該怎么辦？

這兩個問題我們留在文章結尾來說。

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（如1101）轉換成光信號在WDM波分系統中傳輸，到達鏈路末端，接收機將光信號變成電信號（如1111），發生錯誤的bit與總的bit數之比。可以說，它是衡量傳輸質量的終極值。

在WDM系統中，影響BER的因素主要有噪聲，非線性和色散(PMD/CD)。當以上影響因素在線路設計時固定后，也就是系統OSNR已經確定，這時收端不加任何糾錯處理的話，BER該是多少就是多少了。

（這時的BER也就是WDM系統的糾前誤碼率）

那么我們如何來降低BER？

在WDM系統通里，一般都會通過對信號采取編碼前向糾錯FEC的方式來降低BER以達到系統的要求（不同的調制碼型BER也不同）。

前向FEC是指在發送端編碼插入校驗位，收端檢測解碼并糾錯：

FEC在信號中的位置：

對比一下糾錯前后的誤碼率BER（RS（255，238）FEC方案）

說了這么多，那么BER與OSNR又有什么關系？

OSNR與BER的關系

我們知道，放大器噪聲會劣化OSNR，而且OSNR隨著光放大器級聯數目的增加會進一步降低，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，可以對可能的BER劣化進行前期警示，我們來看看下面兩個圖。

2.5G系統的BER-OSNR曲線，

10G系統的BER-OSNR曲線

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

B2B OSNR

定義為：當信噪比低于一定值時，糾前誤碼會過大，產生FEC不可糾誤碼，也就是FEC糾錯之后的誤碼都不能滿足接收端的要求，此時的信噪比門限稱為B2B OSNR容限。

因此，FEC糾錯能力越強，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波分系統另一個OSNR值：

系統OSNR容限

系統OSNR容限=B2B OSNR容限+余量+通道代價

最后，回到上面的兩個問題：

• OSNR達到到多少才能滿足要求？

設計的OSNR值不小于系統的OSNR容限值；

• OSNR達到最大值仍然不能滿足要求，應該怎么辦？

使用更好性能的光模塊，也即更低的B2B OSNR。