聊聊OSNR和BER

光信噪比OSNR（Optical Signal Noise Ratio ）

做过波分项目的同鞋们应该经常与OSNR打交道，可以说OSNR贯穿了整个波分设计的始终。

今天通信百科就先来聊聊OSNR。

OSNR的定义

它定义为在光有效带宽为0.1nm内光信号功率和噪声功率的比值：

(此处Pi,Ni单位是mw)

其中:Pi是第i个信道的光信号功率;

Bm是等效噪 声带宽；

Ni是等效噪声带宽Bm范围内的噪声功率；

Br是参考光带宽，典型的取值为0.1nm。

简单一点理解就是，在信号光的中心频率附近信号光的全部光功率和与某一带宽内噪声光的全部光功率之间比值。

但是在WDM系统中，链路不同的参考点处有不同的光信噪比，但对我们有意义的是接收端(放大器)之后的OSNR.

而放大器产生的自发辐射噪声PASE又WDM系统噪声的主要来源（差不多噪声就等于PASE）。

且OSNR在第一个放大段之后的OSNR下降最后厉害。

• 对复用段而言，有价值的是最后一个放大器之后的OSNR；
• 对业务而言，有价值的是业务接收端前面的第一个放大器之后的OSNR，如果这个OSNR不满足，就需要在前面某个站点增加电中继了。

关于自发辐射噪声PASE的计算公式：

PASE=2Nsp(G-1)hv· △v(mw)

看到这个公式就头大，此处忽略......

有兴趣的可以搜索每个参数的意思。

10Log（hv· △v(mw)）=-58dBm

总之那一串串它可以变换成如下的公式：

PASE=-58+NF+G

推导下来，我们就有了另一个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个光放段后的每通路光信噪比（单位为dBm）；

Pout是每通路的平均输出功率（入纤功率）；

G：放大器增益(一般与光放段衰减相等)（单位为dB）;

NF：EDFA的噪声指数（单位为dB）.

因此，如何提高OSNR就显得非常重要。

如何提高OSNR？

根据58公式可以看出，在系统设计时，当线路光纤固定时，可以通过如下方法提高系统的OSNR：

• 提高Pout：采用大功率OBA和OLA，提高入纤功率，但受非线性效应限制（入纤光功率越大，非线性越明显）；
• 降低NF：采用Raman等低噪声的放大器配合大功率放大器。

说到这，不知道你会不会有下面有两个问题：

1. OSNR达到到多少才能满足要求？
2. OSNR达到最大值仍然不能满足要求，应该怎么办？

这两个问题我们留在文章结尾来说。

接下来再来聊聊BER！

比特误码率BER（ Bit Error Ratio** ）**

比特误码率BER 是什么？

它是电信号（如1101）转换成光信号在WDM波分系统中传输，到达链路末端，接收机将光信号变成电信号（如1111），发生错误的bit与总的bit数之比。可以说，它是衡量传输质量的终极值。

在WDM系统中，影响BER的因素主要有噪声，非线性和色散(PMD/CD)。当以上影响因素在线路设计时固定后，也就是系统OSNR已经确定，这时收端不加任何纠错处理的话，BER该是多少就是多少了。

（这时的BER也就是WDM系统的纠前误码率）

那么我们如何来降低BER？

在WDM系统通里，一般都会通过对信号采取编码前向纠错FEC的方式来降低BER以达到系统的要求（不同的调制码型BER也不同）。

前向FEC是指在发送端编码插入校验位，收端检测解码并纠错：

FEC在信号中的位置：

对比一下纠错前后的误码率BER（RS（255，238）FEC方案）

说了这么多，那么BER与OSNR又有什么关系？

OSNR与BER的关系

我们知道，放大器噪声会劣化OSNR，而且OSNR随着光放大器级联数目的增加会进一步降低，最终在接收端增加误码率BER。

因此OSNR可以间接的反映BER信息，可以对可能的BER劣化进行前期警示，我们来看看下面两个图。

2.5G系统的BER-OSNR曲线，

10G系统的BER-OSNR曲线

通过曲线可以知道，OSNR越高，误码率越低，OSNR减小，相应的误码率也会增大。那么OSNR是不是可以一直小下去？答案肯定不是的。这里就出现了我们另一个比较重要的概念：

B2B OSNR

定义为：当信噪比低于一定值时，纠前误码会过大，产生FEC不可纠误码，也就是FEC纠错之后的误码都不能满足接收端的要求，此时的信噪比门限称为B2B OSNR容限。

因此，FEC纠错能力越强，B2B OSNR容限越小，WDM波分线路光模块的性能就越好。

由B2B OSNR，我们就可以得出WDM波分系统另一个OSNR值：

系统OSNR容限

系统OSNR容限=B2B OSNR容限+余量+通道代价

最后，回到上面的两个问题：

• OSNR达到到多少才能满足要求？

设计的OSNR值不小于系统的OSNR容限值；

• OSNR达到最大值仍然不能满足要求，应该怎么办？

使用更好性能的光模块，也即更低的B2B OSNR。